设备管理_环境工程设备材料简介

第二章环境工程设备材料 第一节材料的基本性能 一 化学性能 1 四 加工工艺性能 4 三 机械性能 3 二 物理性能 2 一 化学性能 双击添加标题文字 材料的化学性能是指材料在所处介质中的化学稳定性 即材料是否会与周围介质发生化学或电化学作用而引起腐蚀 双击添加标题文字 1 耐腐蚀性 材料对周围介质侵蚀的抵抗能力称为耐腐蚀性 2 抗氧化性 在高温下 钢铁不仅与自由氧发生氧化腐蚀 使钢铁表面形成结构疏松容易剥落的FeO氧化皮 还会与水蒸气 二氧化碳 二氧化硫等气体产生高温氧化与脱碳作用 使钢的力学性能下降 特别是降低材料表面硬度和疲劳强度 二 物理性能 材料的物理性能有密度 熔点 比热容 热导率 线膨胀系数 导电性 磁性等 三 机械行能 材料的机械性能亦称为力学性能 材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力 如强度 硬度 弹性 塑性 韧性等 这些性能是化工设备设计中材料选择及计算时决定许用应力的依据 1 强度 2 硬度 3 韧性 4 塑性 5 疲劳强度 6 断裂韧性 三 加工工艺性能 金属和合金的加工工艺性能是指铸造性能 锻造性能 焊接性能和切削加工性能 1 铸造性能 是指液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向 2 压力加工性能 是使材料产生塑性变形的加工方法 包括轧制 挤压 拉拔 锻压和冲压加工 3 焊接性能 4 切削加工性能 5 热处理性能 第二节铸铁与碳钢 一 铸铁 含碳量2 以上 含有S P Si Mn等杂质 脆性材料 抗拉强度较低 但有良好的铸造性 耐磨性 减振性及切削加工性 在一些介质 浓硫酸 醋酸 盐溶液 有机溶剂等 中有相当好的耐腐蚀性能 铸铁可分为灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等 1 灰铸铁含碳2 7 4 0 片状石墨形式 断面暗灰色 有优良的铸造性 减振性能 用于支架 阀体 泵体 机座 管路附件等 在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅 联碱生产中的碳化塔及淡盐水泵等 编号 HT200 HT 灰铸铁 200 抗拉强度sb值 MPa 常用灰铸铁牌号有HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350 2 球墨铸铁石墨呈球形 简称球铁 在强度 塑性和韧性方面大大超过灰铸铁 甚至接近钢材 编号 QT400 18 QT 球墨铸铁 400 抗拉强度sb值 MPa 18 延伸率d 18 3 高硅铸铁有高的耐蚀性能 含硅量增加 耐蚀性增加 强度低 脆性大 内应力大 易于脆裂热导率小 线膨胀系数大 不适于制造温差较大的设备 否则容易产生裂纹 常用于各种耐酸泵 冷却排管和热交换器牌号有 STSi11Cu2CrR STSi15R STSi15Mo3R等 高硅铸铁 二 碳钢的分类 一 碳钢的分类1 按冶炼性质分类 在钢铁的冶炼中 钢液在熔炼末期需要脱氧 根据钢的脱氧程度 可将钢锭分为沸腾钢 镇静钢 半镇静钢 2 按含碳量分类3 按质量分类4 按用途分类 碳素结构钢 主要用于制造各种工程构建和及其零件 碳素工具钢 主要用于制造各种刀具 量具 模具 二 碳钢的编号和用途1 普通碳素钢编号 Q235 A Q235 屈服强度及数值 MPa A 质量等级 有A B C D四级 脱氧方法有F b Z TZ 其中Z 镇静钢 在编号中忽略化工压力容器一般选用镇静钢 普通碳素钢有Q195 Q215 Q235 Q255及Q275五个钢种 2 优质碳素钢S 0 03 0 045 P 0 04 08 10 15 20 25 30 35 40 45 50 80等 即平均含碳量为万分之几 45号钢中含碳量平均为0 45 0 42 0 50 优质低碳钢 含C 0 25 如08 10 15 20 25 塑性好 焊接性能好 用于壳体 接管等 优质中碳钢 含C量0 3 0 60 如30 35 40 45 50与55 45号钢 用于搅拌轴 齿轮等传动零件 优质高碳钢 含C 0 6 如60 65 70 80 60 65钢主要用来制造弹簧 70 80钢用来制造钢丝绳等 3 高级优质碳素钢S 0 02 0 03 P 0 025 均 0 03 它的表示方法是在优质钢号后面加一个A字 如20A 高级优质碳素钢 三 常存杂质元素对钢材性能的影响碳钢中的杂质元素有 硫 磷 锰 硅 氧 氮 氢等1 硅 脱氧剂 有益元素 硅与FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去 硅在钢中溶于铁素体内使强度 硬度增加 塑性 韧性降低 镇静钢中的含硅量常在0 1 0 37 沸腾钢中只含有0 03 0 07 由于钢中硅含量一般不超过0 5 对钢性能影响不大 2 氮长时间放置或在200 300 加热 氮以氮化物的形式析出 硬度 强度提高 塑性下降 3 锰 脱氧剂 有益元素 MnS 1600 部分消除硫的有害作用 锰具有很好的脱氧能力 与Fe 成为Mn 进入炉渣 从而改善钢的品质 特别是可以降低脆性 提高强度和硬度 在0 5 0 8 以下时 看成是常存杂质 优质碳素结构钢中 正常含锰量是0 5 0 8 高锰结构钢可达0 7 1 2 4 硫 有害元素 FeS和Fe形成低熔点 985 化合物 钢材热加工1150 1200 过早熔化而导致工件开裂 称为 热脆 高级优质钢 S 0 02 0 03 优质钢 S 0 03 0 045 普通钢 S 0 055 0 7 5 氧 有害元素 在炼钢末期要加入锰 硅 铁和铝进行脱氧 但不可能除尽 FeO MnO SiO2 Al2O3 使强度 塑性降低 尤其是对疲劳强度 冲击韧性等有严重影响 6 磷 有害元素 虽能使强度 硬度增高 但塑性 冲击韧性显著降低 特别是在低温时 使钢材显著变脆 称 冷脆 使冷加工及焊接性变坏 高级优质钢 P 0 025 优质钢 P 0 04 普通钢 P 0 085 四 碳钢的品种及规格品种 钢板 钢管 型钢 铸钢和锻钢 1 钢板 压力容器用热扎厚钢板 4mm 6mm厚度间隔为0 5mm6mm 30mm厚度间隔为lmm30mm 60mm厚度间隔为2mm一般碳素钢板材料有Q235 A Q235 A F 08 10 15 20等 40mm没有奇数厚度的钢板 25代替24和26除外 2 钢管无缝钢管和有缝钢管 无缝钢管有冷轧和热轧 3 型钢有圆钢 方钢 扁钢 角钢 等边与不等边 工字钢和槽钢 圆钢与方钢主要用来制造各类轴件 扁钢常用作各种桨叶 4 铸钢和锻钢铸钢用ZG表示 如ZG25 ZG35等 用于制造各种承受重载荷的复杂零件 如泵壳 阀门 泵叶轮等 锻钢有08 10 15 50等牌号 石油化工容器用20 25等制作管板 法兰 顶盖等 第三节合金钢 一 合金钢的分类按合金元素总含量分 合金含量10 高合金钢按用途分 合金结构钢调质结构钢 表面硬化钢低碳马氏体钢 非调质结构钢合金工具钢特殊性能钢 不锈钢和耐热钢等 二 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢按性能和用途分为三大类 1 高强度钢这类刚用于船舶 车轴 压力容器 锅炉 输送管线等的焊接结构件 2 低温钢由于钢的强度而有较低的韧 崔转变温度 用于制造低温设备的零部件 3 耐蚀钢对大气 海水 硫化氢等环境有一定的耐腐蚀性 如10MnPNbRe钢能耐海洋大气及海水腐蚀 12MnAlV钢适用于制造炼油厂用的耐高温硫化氢设备 三 特殊性能钢特殊性能钢是指具有特殊物理性能活化学性能的钢 这类钢及合金的种类很多 并正在迅速发展 一 不锈钢的成分碳 铬 镍 Mo Cu Ti Nb Mn N 二 不锈钢的分类 1 铁素体不锈钢主要用作耐腐蚀性要求很高二强度要求不高的构件 如环境工程设备 化工设备 容器和管道 食品工厂设备等 2 奥氏体不锈钢以板材 带材为主 它在环境工程 石油 化工 食品 制糖 酿酒 医药 油脂及印刷工业中得到广泛应用 试用温度为 196至600摄氏度 3 奥氏体 铁素体双向不锈钢可用于制造化工 化肥 环境工程设备及管道 海水冷却的热交换设备等 奥氏体 铁素体双向不锈钢 第四节常用的有色金属及其合金 主要包括 铜 铝 铅 铸造合金 轴承合金等 一 铜及其合金导热导电性好 易于加工 色泽美观 1 纯铜 紫铜 低温时可保持较高的塑性和冲击韧性 用于制作深冷设备和高压设备垫片 耐稀硫酸 亚硫酸 稀的和中等浓度的盐酸 醋酸 氢氟酸及其它非氧化性酸等介质的腐蚀 对淡水 大气 碱类溶液的耐蚀能力很好 不耐各种浓度的硝酸 氨和铵盐溶液 2 铜合金是铜中加入合金元素而成 强度提高 主要有 黄铜 铜与锌的合金称为黄铜白铜 铜与镍的合金称为白铜青铜 铜与锡的合金称为锡青铜 铜与铝 硅 铅 铍 锰等组成的合金称无锡青铜 1 黄铜铸造性能好 力学性能比纯铜高 耐蚀性能与纯铜相似 在大气中耐腐蚀性比纯铜好 价格便宜 应用较广 在黄铜中加入锡 铝 硅 锰等元素 形成特种黄铜 锰 铝能提高强度 铝 锰和硅提高抗蚀性和减磨性 铝能改善切削加工性 2 白铜白铜是工业铜合金中耐腐蚀性能最优者 抗冲击腐蚀 应力腐蚀性能亦良好 是海水冷凝管的理想材料 3 青铜锡青铜分铸造锡青铜和压力加工锡青铜 锡青铜用来铸造耐腐蚀和耐磨零件 如泵壳 阀门 轴承 蜗轮 齿轮 旋塞等 无锡青铜力学性能好 二 铝及其合金质轻 导电导热性好 易于加工 铝不会产生火花 常用于制作含易挥发性介质的容器 铝不会产生食物中毒 不污染物品 不改变物品颜色 在食品工业中可代替不锈钢 铝的导热性能好 适合于作换热设备 1 纯铝 1 高纯铝抗硫腐蚀 可用于浓硝酸设备 如高压釜 槽车 贮槽 阀门 泵 2 工业高纯铝纯度高 可用于制造铝箔 3 工业纯铝用于接触含硫物质但要求不高的设备 例如 反应器 热交换器 深冷设备 塔器等 2 铝合金是铝中加入合金元素而成 强度提高 主要用于要求质轻而强度高的航空零件 化工上常用铸造铝合金 主要有 铝硅合金 制造泵壳铝铜合金 制造简单铸件铝镁合金 力学性能高 耐腐蚀性能好 但热强性低 多用于食品机械零件 铝锌合金 制造复杂铸件和日用品 三 钛及其合金钛合金的密度小 4 507g cm3 强度高 耐腐蚀性好 熔点高 工业纯钛牌号有TA0 TA2 TA3 编号愈大 杂质含量愈多 纯钛加工性能良好 有良好的耐蚀性 钛也是很好的耐热材料 在钛中添加锰 铝或铬钼等元素 可获得性能优良的钛合金 四 镍及其合金高强度和塑性 好的延伸性和可锻性 好的耐腐蚀性 用于制造处理碱介质的化工设备 Ni Cu合金中的蒙乃尔耐蚀合金应用最广 蒙乃尔合金能在500 时保持高的力学性能 能在750 以下抗氧化 在非氧化性酸 盐和有机溶液中比纯镍 纯铜更具耐蚀性 第五节非金属材料与复合材料 非金属材料分为无机非金属材料 陶瓷 搪瓷 岩石 玻璃等 和有机非金属材料 塑料 涂料 橡胶等 及近年来发展的复合材料 玻璃钢 不透性石墨等 一 无机非金属材料1 陶瓷好的耐腐蚀性 耐热性和一定的机械强度 导热性差 热膨胀系数较大 受碰击或温差急变而易破裂 1 耐酸陶瓷主要用来制造耐酸容器 储槽 搅拌器 泵 阀门 管道等 如酸性废水的下水管道 也用来制造防腐衬里的耐酸瓷砖及填料塔的耐酸填料 2 特种陶瓷目前工程上应用较为广泛的特种陶瓷主要有氧化铝陶瓷 氮化硅陶瓷和碳化硅陶瓷 2 玻璃化工用的玻璃不是一般的钠钙玻璃 而是硼玻璃 耐热玻璃 或高铝玻璃 它们有好的热稳定性和耐腐蚀性 具有耐腐蚀性 清洁 透明 阻力小 价格低等特点 但质脆 耐温度急变性差 不耐冲击和振动 3 化工搪瓷由含硅量高的瓷釉通过900 左右的高温煅烧 使瓷釉密着在金属表面 有优良的耐腐蚀性能 力学性能和电绝缘性能 但易碎裂 热导率不到钢的1 4 热膨胀系数大 不能直接用火焰加热 以免损坏搪瓷表面 可以用蒸汽或油浴缓慢加热 使用温度为 30 270 二 有机高分子材料 一 高分子材料的概述 二 高分子材料的主要性能特点性能 质量轻 有透明的品种 多数具有柔软性 橡胶类或塑性材料具有高弹性 大多数摩擦系数小 易滑动 有缓冲作用 能吸收振动和声音 是电的绝缘体 难导热 耐水 大多数能耐酸 碱 盐 溶剂 油脂 有蠕变 应力松弛现象的黏弹特性 热膨胀较大 低温会发脆 耐热温度低 使用过程中会出现 老化 现象 高弹性 三 塑料的组成塑料是指以有机合成树脂为主要组成材料 与其他配料混合 通过加热 加压塑料成一定形状的产品 塑料的性能主要取决于树脂 但在合成树脂中加入添加剂可对塑料进行改进 组成塑料的物质主要包括 合成树脂 填料 增塑剂 固化剂 着色剂 阻燃剂 稳定剂 润滑剂 四 常用的塑料的分类及特性热塑性材料遇热软化或熔融 冷却后又变硬 可反复多次 主要有聚氯乙烯 聚乙烯等 热固性塑料固化后不能用加热的方法使之再软化 如酚醛树脂 氨基树脂等 有良好的耐腐蚀性能 一定的机械强度 良好的加工性能和电绝缘性能 价格较低 五 热塑性塑料的性能及选用 1 硬聚氯乙烯 PVC 塑料使用温度 10 55 当温度在60 90 时 强度显著下降 2 聚四氟乙烯 PTFE 塑料耐腐蚀性强 甚至超过贵重金属金和银 有塑料王之称 常用作耐腐蚀 耐高温密封元件及高温管道 有良好的自润滑性 还可以用作无油润滑压缩机的活塞环 3 聚酰胺 PA 4 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 ABS ABS是在聚苯乙烯树脂改性的基础上发展起来的高分子材料 5 聚丙烯 PP 具有良好的力学性能 其强度 刚度和表面硬度较大 6 有机玻璃 PMMA 有机玻璃在