6 化工設(shè)備常用材料

1、第二篇 壓力容器,第六章 壓力容器與化工設(shè)備常用材料 第七章 壓力容器中應(yīng)力分析與計(jì)算第八章 內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)第九章 外壓容器的穩(wěn)定性計(jì)算第十、十一章 容器附件第十二章 壓力容器的開(kāi)孔和補(bǔ)強(qiáng)第十三章 容器支座,2024/3/30,2,第六章 化工設(shè)備材料,第一節(jié) 概 述 根據(jù)物料與適宜工作條件選材 物料腐蝕性：鑄鐵抗硫化氫 壓力與溫度 蠕變、氫腐蝕、低溫脆性等,2024/3/30,3,材料的性能：

2、 力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能和機(jī)加工性能,一、力學(xué)性能——決定許用應(yīng)力 強(qiáng)度、硬度、彈性、塑性、韌性等,2024/3/30,4,,1、強(qiáng)度：是指材料抵抗外加載荷而不致失效破壞的能力,按所抵抗外作用形式分為： 抵抗恒定外力——靜強(qiáng)度 抵抗沖擊外力——沖擊強(qiáng)度 抵抗交變外力——疲勞強(qiáng)度,按環(huán)境溫度分為： 常溫下抵抗外力——常溫強(qiáng)度 高溫下抵抗外力——高溫強(qiáng)度 低溫下

3、抵抗外力——低溫強(qiáng)度,2024/3/30,5,常溫強(qiáng)度指標(biāo)： 屈服強(qiáng)度和抗拉(壓)強(qiáng)度 屈強(qiáng)比適當(dāng) 蠕變極限σn 疲勞極限σr , r= σmin/ σmax ,應(yīng)力循環(huán)系數(shù)或應(yīng)力比，如σ-1,以106-107次不被破壞的應(yīng)力 （r—循環(huán)特性）,補(bǔ)充:靜應(yīng)力與變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力——周期、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力都不隨時(shí)間變化的變應(yīng)力,2024/3/30,7,2、硬度,局部抵抗能力 彈性、強(qiáng)度與塑

4、性的綜合性能指標(biāo) 硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和維氏硬度(HV) 低碳鋼 σb=0.36 HB 高碳鋼 σb=0.34 HB 灰鑄鐵 σb=0.1 HB,2024/3/30,8,3、塑性,延伸率 δ,斷面收縮率 ψ,化工設(shè)備材料一般要求δ5=10%-20%,2024/3/30,9,4、沖擊韌性,沖擊韌度αk，使其破壞所消耗的功或吸收的能除以試件的截面面積 低溫容器所用鋼板αk值

5、不得低于30J/cm2,2024/3/30,10,二、物理性能,密度、熔點(diǎn)、比熱容、熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)、導(dǎo)電性、磁性、彈性模量與泊松比等。,(1) 密度 單位體積內(nèi)的質(zhì)量。如要求質(zhì)量輕和慣性小的零件，均采用密度小的鋁合金制造。(2) 熔點(diǎn) 熔點(diǎn)是金屬或合金從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度。熔點(diǎn)高的金屬材料可以用來(lái)制造耐高溫零件。(3) 導(dǎo)熱性 金屬傳導(dǎo)熱量的能力稱為導(dǎo)熱性。一般說(shuō)，金屬純度越高，其導(dǎo)熱能力就越大

6、。制造散熱器、熱交換器與活塞等零件時(shí)，常選用導(dǎo)熱性好的金屬。,(4) 導(dǎo)電性 金屬傳導(dǎo)電流的性能。純金屬的導(dǎo)電性比合金好。常用純銅、純鋁做導(dǎo)電材料，用導(dǎo)電性差的銅合金和鋁合金作電熱元件。(5) 熱膨脹性 金屬隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性。(6) 磁性 金屬在磁場(chǎng)中被磁化而呈現(xiàn)磁性強(qiáng)弱的能力。鐵磁性材料(在外加磁場(chǎng)中，能被強(qiáng)烈磁化到很大程度)、順磁性材料(在外加磁場(chǎng)中呈現(xiàn)十分微弱的磁性)、抗磁性材料(能夠抗拒

7、或減弱外加磁場(chǎng)磁化作用的金屬材料)鐵磁性材料可用于制造變壓器、電動(dòng)機(jī)、測(cè)量?jī)x表等?？勾判圆牧蟿t可用作要求避免磁場(chǎng)干擾的零件和結(jié)構(gòu)材料。,2024/3/30,13,2024/3/30,14,三、化學(xué)性能,1、耐腐蝕性 金屬和合金對(duì)周圍介質(zhì)侵蝕的抵抗能力2、抗氧化性 高溫氧化，降低表面硬度和抗疲勞強(qiáng)度 選耐熱材料,2024/3/30,15,2024/3/30,16,四、加工工藝性能,1、可鑄性：收縮與偏析2、可鍛

8、性3、焊接性4、可切削加工性,2024/3/30,17,第二節(jié) 碳鋼與鑄鐵,“鐵碳合金”由95％以上鐵和0.05％～4％碳及1％左右雜質(zhì)元素所組成合金 一般含C量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）0.02％～2％稱為鋼； 大于2％稱為鑄鐵； 當(dāng)含C量小于0.02％時(shí)稱純鐵(工業(yè)純鐵)； 含C量大于4.3％的鑄鐵極脆,2024/3/30,18,一、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu),1、金屬的組織與結(jié)構(gòu) 在金相顯微鏡下看到的金屬的

9、晶粒，簡(jiǎn)稱組織,2024/3/30,19,電子顯微鏡觀察到金屬原子各種規(guī)則排列，稱為金屬的晶體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱結(jié)構(gòu) 不同溫度下純鐵體心立方與面心立方晶格,體心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的強(qiáng)度高于前者。,2024/3/30,20,鑄鐵中的C以石墨形式存在，有不同的組織形貌。,球墨鑄鐵強(qiáng)度最高；細(xì)片狀石墨次之；粗片狀石墨最差。,2024/3/30,21,2、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,體心立方晶格的純鐵稱a-Fe，面心立方晶格的鐵稱

10、為g-Fe。 a-Fe加熱可變?yōu)間-Fe，反之高溫下的g-Fe冷卻可變?yōu)閍-Fe。 在固態(tài)下晶體構(gòu)造隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱“同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變”。 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是在910℃恒溫下完成的。在固態(tài)下重新排列、結(jié)晶過(guò)程是鋼進(jìn)行熱處理的依據(jù)。,2024/3/30,22,3、碳鋼的基本組織,C在鐵中的存在形式有固溶體、化合物和混合物三種。 固溶體：兩種或兩種以上的元素在固態(tài)下互相溶解，而仍然

11、保持溶劑晶格原來(lái)形式。 三種不同的存在形式，形成了不同的碳鋼組織。,2024/3/30,23,組元：純鐵、 Fe3C,基本組織： 單相組織： F、A、 Fe3C 萊氏體Ld：（A＋ Fe3C ）在共晶點(diǎn)上得到，塑性韌性很差，是硬而脆的組織 珠光體P：（ F＋ Fe3C ）在共析點(diǎn)上得到，具有良好的力學(xué)性能,2024/3/30,24,（1）鐵素體（ferrite）,C溶解在a-Fe中形成固溶體稱鐵素體。

12、 a-Fe原子間隙小，溶碳能力低（室溫下0.006％），強(qiáng)度、硬度低，塑性和韌性很好。 低碳鋼是含鐵素體的鋼，具有軟而韌的性能。,2024/3/30,25,（2）奧氏體（Austenite）,C溶解在g-Fe鐵中形成固溶體稱奧氏體。 g-Fe原子間隙較大，C的溶解度比a-Fe中大得多，如在723℃時(shí)可溶解0.8％，在1147℃時(shí)可達(dá)最大值2.06％。 奧氏體組織是在a-Fe發(fā)生同素

13、異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的。由于奧氏體有較大的溶解度，故塑性、韌性較好，且無(wú)磁性。,2024/3/30,26,（3）滲碳體（Cementite）,碳和鐵形成一種化合物（Fe3C）稱滲碳體。 熔點(diǎn)約1600℃，硬度高，塑性幾乎等于零。 鐵碳合金含碳量小于2％時(shí)，其組織是在鐵素體中散布著滲碳體，是碳素鋼。 含C量大于2％時(shí)，部分C以石墨形式存在，稱鑄鐵?？估瓘?qiáng)度和塑性都比碳鋼低。但鑄鐵具有一定消震能力。,2024/3/3

14、0,27,（4）珠光體（Pearite）,鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物 (F＋Fe3C )用符號(hào)P表示 。 力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，綜合了鐵素體和滲碳體優(yōu)點(diǎn)，即其強(qiáng)度、硬度比鐵素體顯著提高；塑性、韌性比鐵素體差，但比滲碳體要好得多。其組織為層片狀結(jié)構(gòu)，其綜合力學(xué)性能好。,2024/3/30,28,（5）萊氏體（Ledeburite）,,萊氏體是由A＋Fe3C組成的一種機(jī)械混合物，用符號(hào)Ld表示，其組織結(jié)構(gòu)為滲碳體基體上分布

15、的奧氏體，主要體現(xiàn)了滲碳體特點(diǎn)，硬度很高，塑性極差，幾乎為零 。是一種較粗而硬的金相組織，存在于白口鑄鐵、高碳鋼中。,2024/3/30,29,（6）馬氏體（白色）,鋼和鐵從高溫急冷下來(lái)的組織，是碳原子在a-Fe中過(guò)飽和的固溶體。 具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，幾乎不能承受沖擊載荷。,2024/3/30,30,二、鐵碳合金狀態(tài)圖,,2024/3/30,31,鋼在加熱時(shí)形成單一的奧氏體組織。,按組織不同： 含C量0.

16、77%——過(guò)共析鋼 含C量=0.77%——共析鋼,2024/3/30,32,所有生鐵組織中都有萊氏體，多數(shù)碳以石墨狀存在，用作鑄件的生鐵稱為鑄鐵。,2024/3/30,33,三、鋼的熱處理,鋼、鐵固態(tài)下加熱、保溫和不同的冷卻方式，改變金相組織以滿足所要求的物理、化學(xué)與力學(xué)性能，稱為熱處理。,1、退火和正火鑄、鍛件切削加工前一般進(jìn)行退火或正火。,退火的功能是：退火可消除冷作硬化，恢復(fù)材料的良好塑性；細(xì)化鑄焊工件的粗大晶粒，改善工

17、件的機(jī)械性能；消除殘余應(yīng)力，防止工件變形；可使高碳鋼中的網(wǎng)狀滲碳體球化，降低材料硬度，提高塑性，便于切削加工。,（1）退火：是將工件加熱至某一溫度（臨界點(diǎn)以上），保溫一段時(shí)間，然后隨爐或埋入沙中緩慢冷卻下來(lái)，以得到接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理方法。,（2）正火：正火與退火的不同之處是在空氣中冷卻，冷卻速度較快。經(jīng)過(guò)正火處理的工件較退火處理硬度和強(qiáng)度要高。,正火和退火主要有四個(gè)區(qū)別：(1)正火的溫度較高,退火的溫度較低. (2)正火的

18、冷卻速度比退火的冷卻速度快. (3)使用效果不同，在滲碳處理以后，正火能消除網(wǎng)狀滲碳體，退火則不能.對(duì)含碳量在0.25%以下的， 正火后可提高硬度，改善切削加工性能，退火卻做不到。 (4)正火的周期短，操作方便；退火的周期長(zhǎng)，操作較麻煩(指需要控制一定的冷卻速度)。,2024/3/30,36,2、淬火和回火,加熱至淬火溫度(臨界點(diǎn)以上30℃～50℃)，并保溫一段時(shí)間，后投入淬火劑中冷卻。 淬火后得到的組織是馬氏體。增加硬度

19、、強(qiáng)度和耐磨性。 淬火劑：空氣、油、水、鹽水，冷卻能力遞增。 碳鋼在水和鹽水中淬火，合金鋼在油中淬火。,2024/3/30,37,回火是淬火后進(jìn)行的一種較低溫度的加熱與冷卻熱處理工藝。 回火可以降低或消除零件淬火后的內(nèi)應(yīng)力，提高韌性。 在150℃～250℃范圍內(nèi)的回火稱“低溫回火”?；鼗瘃R氏體有較高的硬度和耐磨性，內(nèi)應(yīng)力和脆性有所降低。刃具、量具，要進(jìn)行低溫回火處理。,2024/3/30,38,中溫

20、回火溫度是300℃～450℃。有一定的彈性和韌性，并有較高硬度。軸類、刀桿、軸套等進(jìn)行中溫回火。 高溫回火溫度為500℃～680℃。綜合性能：強(qiáng)度、韌性、塑性等都較好 淬火加高溫回火習(xí)慣上稱為“調(diào)質(zhì)處理”。用于各種軸類零件、連桿、齒輪、受力螺栓等。,2024/3/30,39,時(shí)效熱處理：材料經(jīng)固溶處理或冷塑變形后，在室溫或高于室溫條件下，其組織和性能隨時(shí)間而變化的過(guò)程。 時(shí)效可進(jìn)一步消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件

21、尺寸，它與回火作用相類似。,2024/3/30,40,3、表面淬火,使零件表面層比心部具有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而心部則具有一定的韌性。,2024/3/30,41,4、化學(xué)熱處理,滲碳、滲氮(氮化)、滲鉻、滲硅、滲鋁、氰化(碳與氮共滲)等。 滲碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性； 滲鋁可提高耐熱、抗氧化性； 氮化與滲鉻的零件，表面比較硬，可顯著提高耐磨和耐腐蝕性； 滲硅可提高耐酸性等。,

22、2024/3/30,42,第三節(jié) 碳素鋼,一、常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響 硫、磷、錳、硅、氧、氮、氫等 1 硫 有害元素。FeS和 Fe形成低熔點(diǎn)(985℃)化合物。鋼材熱加工1150～1200℃，過(guò)早熔化而導(dǎo)致工件開(kāi)裂，稱“熱脆”。 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.02%～0.03%； 優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.03%～0.045%； 普通鋼：S＜0.055%～0.7%以下。,20

23、24/3/30,43,2 磷,有害元素。雖能使強(qiáng)度、硬度增高，但塑性、沖擊韌性顯著降低。 特別是在低溫時(shí)，使鋼材顯著變脆，稱“冷脆”。 使冷加工及焊接性變壞， 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼： P＜0.025%； 優(yōu)質(zhì)鋼： P＜0.04%； 普通鋼： P＜0.085%。,2024/3/30,44,3 錳,脫氧劑。有益元素。 MnS(1600℃)，部分消除硫的有害作用。 錳具有很好

24、的脫氧能力，與FeO成為MnO進(jìn)入爐渣，從而改善鋼的品質(zhì)，特別是降低脆性，提高強(qiáng)度和硬度。 在0.5%～0.8%以下時(shí)，看成是常存雜質(zhì)。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中，正常含錳量是0.5%～0.8%；高錳結(jié)構(gòu)鋼可達(dá)0.7%～1.2%。,2024/3/30,45,4 硅,脫氧劑。有益的元素。 硅與FeO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去。 硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi)使強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低。

25、鎮(zhèn)靜鋼中的含硅量常在0.1%～0.37%，沸騰鋼中只含有0.03%～0.07%。 由于鋼中硅含量一般不超過(guò)0.5%，對(duì)鋼性能影響不大。,2024/3/30,46,5 氧,有害元素。在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進(jìn)行脫氧，但不可能除盡。 FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使強(qiáng)度、塑性降低。尤其是對(duì)疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。,2024/3/30,47,6 氮,長(zhǎng)時(shí)間放置或在200～300℃加熱氮以氮化物形

26、式的析出，硬度、強(qiáng)度提高，塑性下降，發(fā)生時(shí)效。 鋼液中加入Al、Ti或V進(jìn)行固氮處理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除時(shí)效傾向。,2024/3/30,48,7 氫,氫脆、白點(diǎn)等缺陷。變脆：氫化物變形小 白點(diǎn)：組織缺陷處擴(kuò)散氫，時(shí)間長(zhǎng),2024/3/30,49,二、分類與牌號(hào),按用途：建筑及工程用鋼、結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼和特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼）按含碳量：低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼按脫氧方式：鎮(zhèn)靜鋼

27、和沸騰鋼按品質(zhì)：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼,（一）按鋼中碳含量 （1）低碳鋼 (C 0.6%)：強(qiáng)度、硬度較高，塑性差，用來(lái)制作彈簧、鋼絲繩等。,（1）普通碳素鋼,質(zhì)量等級(jí)A，B，C，D。A 最差，D 最好 脫氧方法為F，b，Z，TZ（后兩者標(biāo)注可省略）。 化工壓力容器用鋼一般選用鎮(zhèn)靜鋼Z。 普通碳素鋼有 Q235-A，屈服強(qiáng)度數(shù)值（MPa）還包括：Q195、 Q215、Q255及Q275，

28、共5個(gè)鋼種。,（二）按鋼的質(zhì)量,碳鋼有普通與優(yōu)質(zhì)兩種。區(qū)別？,硫S 磷P,Q195、 Q275不分級(jí)；Q215、Q255分為A、B兩個(gè)等級(jí)。Q235分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí),2024/3/30,52,（2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼,S＜0.03%～0.045% ；P＜0.04% 08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、…80等。平均含碳量的萬(wàn)分之幾。 牌號(hào)含義：45號(hào)鋼中含碳量平均為0.45%(0.42%

29、～0.50%)。 45Mn，錳含量較高的優(yōu)質(zhì)非合金鋼。,2024/3/30,53,優(yōu)質(zhì)低碳鋼（含C＜0.25%），如08、10、 15、20、25；塑性好，焊接性能好，殼體、接管。 優(yōu)質(zhì)中碳鋼（含C量0.3%～0.60%）,如30、35、40、45、50與55； 45號(hào)鋼攪拌軸 優(yōu)質(zhì)高碳鋼（含C＞0.6%），如60、65、70、80。60、65鋼主要用來(lái)制造彈簧，70、80鋼用來(lái)制造鋼絲繩等。,2024/3

30、/30,54,（3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼,S＜0.02%～0.03%； P＜0.025%，均＜0.03%。 它的表示方法是在優(yōu)質(zhì)鋼號(hào)后面加一個(gè)A字，如20A。,碳素工具鋼如T8表示平均碳含量為0.8％的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。若牌號(hào)末尾加“A”，表示鋼中硫、磷含量較少，為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，如T10A。,優(yōu)質(zhì)鑄造碳鋼如ZG200— 400表示。σS≥200 MPa，σb≥400 MPa的鑄鋼。,（1）容器專用鋼板,如20R，16MnR。R —容,（三

31、）專用鋼材,碳鋼有普通與優(yōu)質(zhì)兩種。區(qū)別？,（2）鍋爐專用鋼板鋼管,如20g，20G。g,G —鍋，小寫(xiě)板，大寫(xiě)管,（3）焊接氣瓶專用鋼板,如HP245～HP365。數(shù)字表示屈服極限,2024/3/30,60,三、碳鋼的品種及規(guī)格,品種：鋼板、鋼管、型鋼、鑄鋼和鍛鋼（1）鋼板（壓力容器用熱扎厚鋼板）（P109） 4mm～6mm厚度間隔為0.5mm 6mm～30mm厚度間隔為 lmm 30mm～60mm厚度間隔為2

32、mm 一般碳素鋼板材有 Q235-A、 Q235-A·F、08、10、15、20等。,2024/3/30,61,（2）鋼管 （P111）,無(wú)縫鋼管和有縫鋼管。 無(wú)縫鋼管有冷軋和熱軋。 普通無(wú)縫鋼管常用材料有10、15、20等。 專門(mén)用途的無(wú)縫鋼管，如熱交換器用鋼管、石油裂化用無(wú)縫管、鍋爐用無(wú)縫管等。有縫管、水煤氣管，分鍍鋅(白鐵管)和不鍍鋅(黑鐵管)兩種。,2024/3/30,62

33、,（3）型鋼,（1）圓鋼和方鋼 Q235－A·F、20、25、45及合金鋼，主要用來(lái)制造各種軸件；,（2）扁鋼 Q235A、Q235－A·F、20及16Mn等，常用作各類槳葉。,（3）角鋼、工字鋼及槽鋼 Q235A、Q235－A·F、及16Mn等，可做各類設(shè)備的支架、塔盤(pán)支承及各類加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。,2024/3/30,63,（4）鑄鋼和鍛鋼,鑄鋼用 ZG表示， ZG25、 ZG35等，用于制造各種承受

34、重載荷的復(fù)雜零件，如泵殼、閥門(mén)、泵葉輪等。 鍛鋼有08、10、15、…、50等牌號(hào)。石油化工容器用20、25等制作管板、法蘭、頂蓋等。,2024/3/30,64,五、鑄鐵,含C量2%以上，含有S、P、Si、Mn等雜質(zhì)。 脆性材料，抗拉強(qiáng)度較低，但有良好鑄造性、耐磨性、減振性及切削加工性。 在一些介質(zhì)(濃硫酸、醋酸、鹽溶液、有機(jī)溶劑等)中有相當(dāng)好的耐腐蝕性能。 鑄鐵可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球

35、墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和特殊性能鑄鐵等。,2024/3/30,65,1、灰鑄鐵,2.7%～4.0%，片狀石墨形式，斷面暗灰色。 有優(yōu)良的鑄造性、減振性能，支架、閥體、泵體(機(jī)座、管路附件等)。 在化工生產(chǎn)中可做燒堿生產(chǎn)中的熬堿鍋、聯(lián)堿生產(chǎn)中的碳化塔及淡鹽水泵等。 HT和抗拉強(qiáng)度sb值表示，如 HT100，其中100表示sb＝100MPa。 常用灰鑄鐵牌號(hào)有HT100、 HT150、 HT200、 HT

36、250、 HT300、 HT350。,2024/3/30,66,2、球墨鑄鐵,簡(jiǎn)稱球鐵。 在強(qiáng)度、塑性和韌性方面大大超過(guò)灰鑄鐵，甚至接近鋼材。 用QT、抗拉強(qiáng)度值、延伸率表示，如QT400-18，其中400表示sb＝400MPa，18表示d=18%。,2024/3/30,67,3、高硅鑄鐵,有高的耐蝕性能，含硅量增加耐蝕性增加。 強(qiáng)度低、脆性大及內(nèi)應(yīng)力大，易于脆裂 熱導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，不適

37、于制造溫差較大的設(shè)備，否則容易產(chǎn)生裂紋。 常用于各種耐酸泵、冷卻排管和熱交換器牌號(hào)有：STSi11Cu2CrR、STSi15R、STSi15Mo3R等。,2024/3/30,68,第四節(jié) 合金鋼,在碳鋼中添加適量的一種或多種合金元素，得到或改善某些性能。 一、分類與編號(hào) 按合金元素總含量分： 合金含量10%，高合金鋼,2024/3/30,69,按用途分： 合金結(jié)構(gòu)鋼 調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼、

38、表面硬化鋼 低碳馬氏體鋼、非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 合金工具鋼 特殊性能鋼 不銹鋼和耐熱鋼等,,2024/3/30,70,一種是漢字牌號(hào)，如35鉻鉬； 另一種是用國(guó)際化學(xué)符號(hào)，如35CrMo。 表示含碳量平均為萬(wàn)分之35(或0.35%)，含 Cr、Mo在1%左右。 當(dāng)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.5%、≥2.5%，≥3.5%時(shí)，在元素符號(hào)后面應(yīng)標(biāo)明含量，可相應(yīng)

39、表示為2、3、4。如36Mn2Si。,2024/3/30,71,二、合金元素對(duì)鋼的影響,目前常用的合金元素有：鉻(Cr)，錳(Mn)，鎳(Ni)，硅(Si)，硼(B)，鎢(W)，鉬(Mo)，釩(V)，鈦(Ti)和稀土元素(Re)等。,2024/3/30,72,1、鉻,提高耐腐蝕性能和抗氧化性能。 含量達(dá)到13％時(shí)，能使鋼的耐腐蝕能力顯著提高，并增加鋼的熱強(qiáng)性。 提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但使塑性

40、和韌性降低。,2024/3/30,73,2、錳,提高強(qiáng)度和提高低溫沖擊韌性。3、鎳 提高淬透性，有很高的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。 提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性。 鎳基合金具有更高的熱強(qiáng)性能。 鎳被廣泛應(yīng)用于不銹耐酸鋼和耐熱鋼中。,2024/3/30,74,4、硅,提高強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度、耐熱性及耐H2S等介質(zhì)的腐蝕性。 硅含量增高會(huì)降低鋼的塑性和沖擊韌性。 5、鋁 強(qiáng)脫氧劑，顯

41、著細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，降低冷脆性。 提高抗氧化性和耐熱性，對(duì)抵抗H2S介質(zhì)腐蝕有良好作用。 價(jià)格便宜，在耐熱鋼中常以它來(lái)代替鉻。,2024/3/30,75,6、鉬,提高高溫強(qiáng)度、硬度、細(xì)化晶粒、防止回火脆性。鉬能抗氫腐蝕。 7、釩 于固溶體中提高高溫強(qiáng)度，細(xì)化晶粒，提高淬透性。 鉻鋼中加少量釩，在保持鋼的強(qiáng)度情況下，能改善鋼的塑性。,2024/3/30,76,8、鈦,強(qiáng)脫氧劑，可提高強(qiáng)度、細(xì)化

42、晶粒，提高韌性，減小鑄錠縮孔和焊縫裂紋等傾向。 在不銹鋼中穩(wěn)定碳，防止晶間腐蝕提高耐熱性。 9、稀土元素 提高強(qiáng)度，改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性及焊接性能。,2024/3/30,77,三、可焊接的低合金高強(qiáng)度鋼,碳含量通常小于0.25%。 有較高的屈服強(qiáng)度（300～1000MPa）和屈強(qiáng)比（ss/sb=0.65～0.95）， 較好的冷熱加工性能、良好的焊接性能，較低的冷脆傾向以及較好的抗大氣、海

43、水等腐蝕能力。,2024/3/30,78,低合金高強(qiáng)度鋼按性能和用途分,高強(qiáng)度鋼、低溫鋼和耐蝕鋼1、高強(qiáng)度鋼350MPa強(qiáng)度級(jí)，典型牌號(hào)為16Mn；400MPa強(qiáng)度級(jí)，典型鋼號(hào)為14MnMoV500MPa強(qiáng)度級(jí)，典型12MnNiCrMoVCu 用于船舶、車軸、壓力容器、鍋爐、輸送管線等的焊接結(jié)構(gòu)件。,2024/3/30,79,2、低溫鋼 主要有09Mn2V(-70℃)、06MnNb(-90℃)3、耐蝕鋼

44、 10MnPNbRE鋼耐海洋大氣及海水腐蝕， 12MnAlV鋼制造煉油廠耐高溫硫化氫設(shè)備。,2024/3/30,80,大型化工容器16MnR，質(zhì)量比碳鋼輕 l/3； 與碳鋼相比，用15MnV制造球形貯罐可節(jié)省鋼材約45%。 根據(jù)容器的具體操作條件(溫度、壓力)和制造加工(卷板、焊接)要求，選用,2024/3/30,81,四、特殊性能鋼,不銹鋼、耐熱鋼和高溫合金及低溫用鋼1、不銹鋼 不銹鋼和耐酸

45、鋼的統(tǒng)稱，也稱不銹耐酸鋼 一般稱耐空氣、蒸汽和水等弱腐蝕介質(zhì)的鋼為不銹鋼，稱耐酸、堿、鹽等強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)的鋼為耐酸鋼。,2024/3/30,82,通常按鋼的金相組織分為: 鐵素體不銹鋼 奧氏體不銹鋼 奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼 馬氏體不銹鋼等,2024/3/30,83,（1）鐵素體不銹鋼,含C≤0.15％，鉻量在12～30％。有些鋼種還含有鉬、鈦等元素。

46、 不銹綱中的含C量都較低， Cr23C6而消耗了鉻。都在13％以上。 對(duì)晶間腐蝕比較敏感；鉻含量高時(shí)，脆性轉(zhuǎn)變溫度高，可焊性較差。 lCr13、2Cr13、受沖擊載荷較大的零件 0Cr13、0Cr17Ti耐氧化性酸和硫化氫氣體的腐蝕，部分代替高鉻鎳型不銹鋼,2024/3/30,84,（2）奧氏體不銹鋼,優(yōu)異的綜合性能，包括優(yōu)良的力學(xué)性能，冷、熱加工和成型性，可焊性和在許多介質(zhì)中的良好耐蝕性。

47、 含氯離子，發(fā)生晶間腐蝕的傾向。 錳和氮代替不銹鋼中的鎳，發(fā)展出了鉻錳鎳氮系和鉻錳氮系不銹鋼。例如 Cr18Mn8Ni5、 Cr18Mn10Ni5Mo3N。,2024/3/30,85,在400℃～800℃的溫度范圍內(nèi)，碳從奧氏體中以碳化鉻（Cr23C6）形式沿晶界析出，使晶界附近的合金元素（鉻與鎳）含鉻量降低到耐腐蝕所需的最低含量（12%）以下，腐蝕就在此貧鉻區(qū)產(chǎn)生。這種沿晶界的腐蝕稱為晶間腐蝕。,2024/3/30,8

48、6,防止晶間腐蝕的方法：,1）降低含碳量 <0.06%時(shí)不易產(chǎn)生，<0.03%時(shí)可靠地克服，超低碳不銹鋼，如00Cr19Nil0 2）穩(wěn)定碳原子，加入Ti，Nb，V，Mo穩(wěn)定劑，廣泛用，0Cr18Nil0Ti、 0Cr18NillNb 3）形成雙相組織，加入鐵素體促成元素Ti，Al，Si，Mo，鐵素體含鉻高、補(bǔ)充快，5%以內(nèi)，阻斷腐蝕通路。,2024/3/30,87,防止晶間腐蝕的方法：,4）控制熱規(guī)范，快速加熱和冷卻，

49、或非常緩慢。5）補(bǔ)充熱處理 穩(wěn)定化退火（免疫處理）：850度保溫2小時(shí)，充分?jǐn)U散 高溫淬火水冷（固熔） ：1100度左右加熱后淬火，單相奧氏體,2024/3/30,88,加入Mo提高對(duì)氯離子 Cl-的耐蝕能力，lCr18Nil2Mo3Ti。 0Cr18Nil8Mo2Cu2Ti。同時(shí)加入 Mo、Cu，則在室溫、濃度為50%以下的硫酸中也具有較高的耐蝕性，也可提高在低濃度鹽酸中的抗腐蝕性,2024/3/30,

50、89,2、耐熱鋼和高溫合金,例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，溫度往往達(dá)到1000℃以上。 300℃～350℃即需選用耐熱鋼，一般耐熱鋼工作溫度都在700℃以下，700℃～1000℃用高溫合金。,2024/3/30,90,耐熱鋼,Cr、Al、Si鐵素體形成元素，被高溫氣體氧化后生成一種致密的氧化膜。 Ni、Mn奧氏體形成元素， 提高高溫強(qiáng)度和改善抗?jié)B碳性。 V、Nb、Ti形成強(qiáng)碳化物提高高溫強(qiáng)度。

51、 C和N擴(kuò)大和穩(wěn)定奧氏體提高高溫強(qiáng)度 B和Re均為耐熱鋼中添加的微量元素，可以顯著提高鋼材的抗氧化性，并改善其熱塑性。,2024/3/30,91,耐熱鋼,按特性和用途可分為抗氧化鋼（又稱高溫不起皮鋼）和熱強(qiáng)鋼。 抗氧化鋼是指高溫下具有較好的抗氧化性，并有適當(dāng)強(qiáng)度的鋼種。 熱強(qiáng)鋼高溫下有較好的抗氧化性和耐腐蝕能力，且有較高的強(qiáng)度。常用來(lái)高溫工作下的汽缸、螺栓及鍋爐的過(guò)熱器等。,2024/3/3

52、0,92,高溫合金,鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金。 鐵基耐熱合金工作溫度<700℃，含有相當(dāng)高的Cr、Ni成分和其他強(qiáng)化元素。 鎳基耐熱合金是目前在700℃～900℃，使用最廣泛的一種高溫合金。這類合金的Ni含量通常在50%以上。 鈷基耐熱合金的高溫強(qiáng)度主要靠固溶強(qiáng)化獲得。鈷價(jià)格昂貴，應(yīng)用受到很大的限制，一般在1000℃以上才用。,2024/3/30,93,2024/3/30,94,3、低溫用鋼,深冷

53、分離、空氣分離等。 （溫度≤-20℃） 目前國(guó)外低溫設(shè)備用的鋼材主要是以高鉻鎳鋼為主，也有使用鎳鋼、銅和鋁等。 我國(guó)無(wú)鉻鎳的低溫鋼材系列。 16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR,2024/3/30,95,第五節(jié) 有色金屬,2024/3/30,96,一、鋁及其合金,濃硝酸以及干氯化氫、氨氣中耐腐蝕 鹵素離子的鹽類、氫氟酸以及堿溶液都會(huì)

54、破壞鋁表面的氧化膜。 鋁不會(huì)產(chǎn)生火花，常用于制作含易揮發(fā)性介質(zhì)的容器； 鋁不會(huì)使食物中毒，不沾污物品，不改變物品顏色，在食品工業(yè)中代替不銹鋼。鋁的導(dǎo)熱性能好，適合于作換熱設(shè)備,2024/3/30,97,變形鋁合金（工業(yè)純鋁和防銹鋁）和鑄造鋁合金1、變形鋁合金（1）工業(yè)純鋁 L+序號(hào)，序號(hào)大純度低。 工業(yè)高純鋁LG1（1A85）、LG2（1A90），抗硫腐蝕，濃硝酸設(shè)備，高壓釜、槽車、貯槽

55、、閥門(mén)、泵。 工業(yè)純鋁L6（8A06），耐硫腐蝕、防污染而不要求強(qiáng)度的設(shè)備，例如：反應(yīng)器、熱交換器、深冷設(shè)備、塔器等。,2024/3/30,98,（2）防銹鋁,由鋁錳系或鋁鎂組成的鋁合金，LF2，LF3，LF5……等。強(qiáng)度比純鋁高 LF2、LF3用于中等強(qiáng)度的零件或設(shè)備； LF5制造油箱、管道、低壓容器、鉚釘 LF6用于受力零件及焊制容器。 由于熔焊的鋁材在低溫(0～-196℃)下沖擊

56、韌性不下降，很適合做低溫設(shè)備。,2024/3/30,99,2、鑄造鋁合金,是鋁、硅合金。 Al-Si系，俗稱"硅鋁明"，典型牌號(hào)ZAlSi7Mg，合金號(hào)為ZL101； Al-Cu系，應(yīng)用最早，熱強(qiáng)性高，300℃，耐腐蝕性較差。典型牌號(hào)ZAlCu5Mn，合金號(hào)為ZL201； Al-Mg系，室溫力學(xué)性能高，耐腐蝕性能好，但熱強(qiáng)性低。鑄造性能差，典型牌號(hào)ZAlMg10，合金號(hào)為ZL301；,2

57、024/3/30,100,Al-Zn系，Zn在Al中溶解度大，再加入硅及少量鎂、鉻等元素，具有良好的綜合性能，典型牌號(hào)ZAlZn11Si17，合金號(hào)為ZL401。 鋁的鑄造性、流動(dòng)性好，鑄造時(shí)收縮率和生成裂紋的傾向性都很小。 耐蝕性好，且密度小，廣泛用來(lái)鑄造形狀復(fù)雜的耐蝕零件，如管件、泵、閥門(mén)、汽缸、活塞等。,2024/3/30,101,二、銅及其合金,半貴重金屬1、純銅（紫銅） 低溫時(shí)可保持較高的

58、塑性和沖擊韌性，用于制作深冷設(shè)備和高壓設(shè)備墊片。 耐稀硫酸、亞硫酸、稀的和中等濃度的鹽酸、醋酸、氫氟酸及其它非氧化性酸等介質(zhì)的腐蝕，對(duì)淡水、大氣、堿類溶液的耐蝕能力很好。 不耐各種濃度的硝酸、氨和銨鹽溶液。,2024/3/30,102,變形純銅的牌號(hào) Tl、T2、T3、TU1、TU2、TP1、TP2等。 T1、T2是高純度銅，用于制造電線，配制高純度合金。 T3雜質(zhì)含量和含氧量比T1、T2高，主要

59、用于一般材料，如墊片、鉚釘?shù)取?TU1、TU2為無(wú)氧銅，純度高，主要用作真空器件。 TP1、TP2為磷脫氧銅，多以管材供應(yīng)，主要用于冷凝器、蒸發(fā)器、換熱器、熱交換器的零件等。,2024/3/30,103,2、銅合金,黃銅：銅與鋅的合金稱黃銅 白銅：鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量低于50%的銅鎳合金稱為簡(jiǎn)單（普通）白銅，再加入錳、鐵、鋅或鋁等元素的白銅稱為復(fù)雜（特殊）白銅。 青銅：其它合金。銅與錫Sn的合金稱為錫青銅；

60、銅與鋁、硅、鉛、鈹、錳等組成的合金稱無(wú)錫青銅。,2024/3/30,104,（1）黃銅,Cu與Zn的合金稱黃銅。 鑄造性能好，力學(xué)性能比純銅高，耐蝕性能與純銅相似，在大氣中耐腐蝕性比純銅好，價(jià)格便宜，應(yīng)用較廣。 在黃銅中加入錫、鋁、硅、錳等元素，特種黃銅。 錳、鋁能提高強(qiáng)度；鋁、錳和硅提高抗蝕性和減磨性；鋁能改善切削加工性。,2024/3/30,105,常用的黃銅牌號(hào)有H80、H68、H62等

61、 H80大氣、淡水及海水中有較高耐腐蝕性、加工性能優(yōu)良，可作薄壁管和波紋管。 H68塑性好，可在常溫下沖壓 H62在室溫下塑性較差，但機(jī)械強(qiáng)度較高，易焊接，價(jià)格低廉，可做深冷設(shè)備的筒體、管板、法蘭及螺母等。 錫黃銅 HSn70-l含有1%的錫，能提高在海水中的耐蝕性。稱海軍黃銅。,2024/3/30,106,（2）白銅,鎳含量低于50%的銅鎳合金稱為簡(jiǎn)單（普通）白銅，再加入錳、鐵、鋅或鋁等元素的白銅稱為復(fù)

62、雜（特殊）白銅。 白銅是工業(yè)銅合金中耐腐蝕性能最優(yōu)者，抗沖擊腐蝕、應(yīng)力腐蝕性能亦良好，是海水冷凝管的理想材料。,2024/3/30,107,（3）青銅,銅與錫的合金稱為錫青銅；銅與鋁、硅、鉛、被、錳等組成的合金稱無(wú)錫青銅。 錫青銅分鑄造錫青銅和壓力加工錫青銅。 錫青銅典型牌號(hào) ZQSn10-1，有高強(qiáng)度和硬度，能承受沖擊載荷，耐磨性很好，具有優(yōu)良的鑄造性，比純銅耐腐蝕。 錫青銅用來(lái)鑄造耐腐蝕和耐

63、磨零件，如泵殼、閥門(mén)、軸承、蝸輪、齒輪、旋塞等。 無(wú)錫青銅力學(xué)性能好,2024/3/30,108,三、鈦及其合金,鈦的密度小（4.507g/cm3）、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、熔點(diǎn)高。 工業(yè)純鈦牌號(hào)有 TA0、TA2、TA3(編號(hào)愈大、雜質(zhì)含量愈多)。 純鈦加工性能良好；有良好的耐蝕性。鈦也是很好的耐熱材料。 在鈦中添加錳、鋁或鉻鉬等元素，可獲得性能優(yōu)良的鈦合金。,2024/3/30,109,四、鎳及其合

64、金,高強(qiáng)度和塑性，好的延伸性和可鍛性。好的耐腐蝕性，用于制造處理堿介質(zhì)的化工設(shè)備。 牌號(hào)為 NCu28-2.5-1.5的蒙乃爾耐蝕合金應(yīng)用最廣。蒙乃爾合金能在500℃時(shí)保持高的力學(xué)性能，能在750℃以下抗氧化，在非氧化性酸、鹽和有機(jī)溶液中比純鎳、純銅更具耐蝕性。,2024/3/30,110,五、鉛及其合金,硬度低、強(qiáng)度小，不宜單獨(dú)作為設(shè)備材料，只適于做設(shè)備的襯里。 熱導(dǎo)率??；純鉛不耐磨，非常軟。但在許多介質(zhì)中，特別是

65、在硫酸(80%的熱硫酸及92%的冷硫酸)中鉛具有很高的耐蝕性。 鉛與銻合金稱為硬鉛，硬度、強(qiáng)度都比純鉛高，在硫酸中的穩(wěn)定性也比純鉛好。硬鉛的主要牌號(hào)為 PbSb4、 PbSb6、 PbSb8和 PbSb10。,2024/3/30,111,鉛和硬鉛在硫酸、化肥、化纖、農(nóng)藥、電器設(shè)備中可用來(lái)做加料管、鼓泡器、耐酸泵和閥門(mén)等零件。 鉛耐輻射，可用作 X、g射線的防護(hù)材料。 鉛合金的自潤(rùn)性、磨合性和減振性好，噪音

66、小，是良好的軸承合金。 鉛合金還用于鉛蓄電池極板、鑄鐵管口、電纜封頭的鉛封等。,2024/3/30,112,第六節(jié) 非金屬材料,既可用作結(jié)構(gòu)材料，又能作設(shè)備的保護(hù)襯里、涂層，還可做設(shè)備的密封材料、保溫材料和耐火材料。 非金屬材料分為無(wú)機(jī)非金屬材料（陶瓷、搪瓷、巖石、玻璃等）及有機(jī)非金屬材料（塑料、涂料、橡膠等）及近20～30年來(lái)發(fā)展的復(fù)合材料（玻璃鋼、不透性石墨等）。,2024/3/30,113,一、無(wú)機(jī)非金屬材料

67、,1、化工陶瓷 好的耐腐蝕性、耐熱性和一定機(jī)械強(qiáng)度。 導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)較大，受碰擊或溫差急變而易破裂。,2024/3/30,114,2、化工搪瓷 由含硅量高的瓷釉通過(guò)900℃左右的高溫煅燒，使瓷釉密著在金屬表面。 具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學(xué)性能和電絕緣性能，但易碎裂。 熱導(dǎo)率不到鋼的1/4，熱膨脹系數(shù)大。不能直接用火焰加熱，以免損壞搪瓷表面，可以用蒸汽或油浴緩慢加熱。使用溫度為-30℃～

68、270℃。,2024/3/30,115,3、 輝綠巖鑄石 用輝綠巖熔融后制成，可制成板、磚等材料作設(shè)備襯里，也可做管材。 鑄石除不耐氫氟酸和熔融堿腐蝕外，對(duì)各種酸、堿、鹽都具有良好的耐腐蝕性能。,2024/3/30,116,4、玻璃 化工用的玻璃不是一般的鈉鈣玻璃，而是硼玻璃（耐熱玻璃）或高鋁玻璃，它們有好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性。 有耐腐蝕性、清潔、透明、阻力小、價(jià)格低等特點(diǎn)，但質(zhì)脆、耐溫度急變性

69、差，不耐沖擊和振動(dòng)。 目前已成功采用在金屬管內(nèi)襯玻璃或用玻璃鋼加強(qiáng)玻璃管道，來(lái)彌補(bǔ)其不足。,2024/3/30,117,二、有機(jī)非金屬材料,1、工程塑料 是用高分子合成樹(shù)脂為主要原料，加入添加劑以改善產(chǎn)品性能。 熱塑性材料遇熱軟化或熔融，冷卻后又變硬，可反復(fù)多次。聚氯乙烯、聚乙烯等。 熱固性塑料固化后不能用加熱的方法使之再軟化，酚醛樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂等。 有良好的耐腐蝕性能、一定機(jī)械強(qiáng)度、