温度对力学性能的影响

材料在高温或低温条件下，其力学性能受温度的影响较大。有些压力容器，如热壁加氢反应器，长期工作在高温条件下；而深冷设备，如空分精馏塔，则工作在低温状态。材料在高温和低温下的性能与常温时有较明显的差别。

（1）温度对短期静载荷试验材料性能的影响

图2-3所示是低碳钢在短期加载的拉伸试验中，其力学性能随温度升高而变化的情况。由图2-3可以看出，总的趋势是随着温度的升高，材料的E、R_eL（σ_s）降低。260℃之前，随温度升高，R_m（σ_b）增大，而A、Z减小。260℃之后，随温度升高，R_m（σ_b）减小，而A、Z增大。试验还表明，低碳钢在350℃之后，屈服阶段消失，R_eL（σ_s）值无法测出。

应当指出，低碳钢在260℃之前的力学表现并不适于所有材料。有些钢材R_m（σ_b）随温度升高而一直呈降低趋势。

图2-3 温度对低碳钢力学性能的影响

低温对材料性能的影响主要表现在塑性和韧性方面。随着温度的降低，碳素钢和低合金钢塑性和韧性下降，强度提高。材料在低温下的脆性断裂问题应引起注意，因为在低温下工作的构件往往在应力远未达到材料屈服极限之前就遭受破坏，容器就可能在没有出现明显塑性变形的情况下发生脆性破裂而酿成灾难性事故。化工容器中，凡壳体的金属温度低于-20℃的容器，定义为低温压力容器，其选材、设计、制造和检验等方面均有特殊规定和要求。(www.xing528.com)

（2）温度对长期静载荷材料性能的影响

在室温下，材料的力学性能一般与所受载荷的持续时间的关系并不大。但是在高温下，材料的强度等性能除随温度的升高而改变外，还和时间关系密切。蠕变现象就是在高温和恒定载荷的作用下，金属材料塑性变形量随时间延续而增加的现象。变形发展的速度称为蠕变速度。

发生蠕变的条件是必须具有一定的高温和一定的应力。钢和许多有色金属只有当温度达到一定程度时才会出现蠕变。碳素钢的温度超过420℃，或低合金钢的温度超过500℃时，在一定的应力作用下，才会发生蠕变。蠕变的结果是使压力容器材料产生蠕变脆化、应力松弛、蠕变变形和蠕变断裂。因此，高温压力容器设计时应采取措施防止蠕变破坏的发生。

蠕变极限R^t_n（σ^t_n）与持久强度R^t_D（σ^t_D）是指在高温长期载荷作用下，材料对变形的抗力。R^t_n（σ^t_n）、R^t_D（σ^t_D）与R_eL（σ_s）、R_m（σ_b）都是材料的强度指标。蠕变极限R^t_n（σ^t_n）是指在给定温度下，使试样在规定时间（10万h）内塑性应变不超过一定量（1%），试样能承受的最大应力值。持久强度R^t_D（σ^t_D）是在给定温度和规定时间内，试样产生蠕变伸长不使试件断裂所能承受的最大应力值。

常温下工作的零件，在发生弹性变形后，如果变形总量保持不变，则零件内的应力将保持不变。但在高温和应力作用下，随着时间的推移，由于材料发生了蠕变，原来的弹性变形将逐步转化成塑性变形，从而使零件内的应力逐渐降低。这种现象称为应力松弛。如高温压力容器中的连接螺栓，可能因应力松弛而导致螺栓压紧力不够，造成容器内介质的泄漏。