化工设备基础_工程材料

化工设备基础,第二篇工程材料,课程内容：第一篇工程力学基础（14学时）第二篇化工设备材料（2学时）第三篇化工容器设计（14学时）第四篇典型化工设备简介（2学时）,化工设备材料及其选择（第8章）,第2篇化工设备材料,化工设备基础,第二篇工程材料,材料基础知识（第7章）,钢材基本知识,材料的性能,腐蚀,化工设备的腐蚀及防护措施（第9章）,碳钢,低合金钢及化工设备用特种钢,有色金属材料,非金属材料,化工设备基础,（1）力学性能,a.机械强度：,屈服强度、抗拉强度、蠕变极限、疲劳极限。,b.塑性：,指标：伸长率、断面收缩率。,断裂前发生不可逆永旧变形的能力。,第7章材料基础知识,7.1金属材料的主要性能,第二篇工程材料,化工设备基础,指标：冲击吸收功。,c.韧性：,对缺口或裂纹的敏感程度的反映。,d.硬度：,抵抗其他物体压入的能力。,分为：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。,第二篇工程材料,化工设备基础,使用工艺条件下抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。,腐蚀裕量,（2）耐腐蚀性能,第二篇工程材料,化工设备基础,加工的难易程度。,加工性能一般包括：焊接性能、铸造性能、压力加工性能、机械加工性能、热处理性能等。,（3）加工工艺性能,第二篇工程材料,化工设备基础,第二篇工程材料,化工设备基础,第二篇工程材料,化工设备基础,第二篇工程材料,化工设备基础,第二篇工程材料,化工设备基础,（1）黑色金属,（2）有色金属,主要有：Fe、Mn、Cr等。,黑色金属以外的。主要有：Cu、Al、Pb、Ni、Ti等。,Fe+C,工业纯铁：,C0.0218%,钢：,C2.11%,第二篇工程材料,7.2金属材料的分类,化工设备基础,7.3.1钢的分类,（1）根据化学成分,低碳钢：中碳钢：高碳钢：,低合金钢高合金钢,C0.25%0.25%0.60%0.60%,：合金元素总量在10%以下。：合金元素总量大于10%。,第二篇工程材料,7.3钢材,化工设备基础,（2）根据品质分,普通钢：优质钢：高级优质钢：特级优质钢：,S0.050%，P0.045%。S0.035%，P0.035%。S0.025%，P0.025%。S0.015%，P0.025%。,有害杂质S和P的含量。,第二篇工程材料,化工设备基础,（3）根据冶炼方法,平炉钢转炉钢电炉钢,按脱氧程度：镇静钢半镇静钢沸腾钢,压力容器用钢,第二篇工程材料,化工设备基础,（4）根据用途分,结构钢工具钢特殊性能钢,建筑用钢专门用钢（如压力容器专用钢）机械零件用钢,GB/T13304钢分类,第二篇工程材料,化工设备基础,将钢材加热、保温和冷却的过程，或通过其表面渗入某些合金元素，改变钢材部分或全部内部组织形态，以获得预期的力学性能和加工性能。,7.4钢材的热处理,常用的热处理方法:,退火正火淬火回火化学热处理,第二篇工程材料,化工设备基础,（1）退火,方法：退火是把钢件放在炉中加热至一定温度，根据零件形状尺寸在该温度保温一定时间后，然后随炉以缓慢的冷却速度冷却下来，以得到接近平衡状态组织的一种热处理工艺。,作用（目的）：退火处理后能达到消除内应力、强度和硬度下降而塑性、韧性提高的目的。,分类：根据钢的成分和热处理目的要求不同，退火可以分为完全退火、再结晶退火、低温退火三种热处理工艺。,第二篇工程材料,化工设备基础,（2）正火,方法：将钢件加热到一定温度，经适当保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。正火与退火不同之处在于，正火时钢的冷却速度比退火时大，因此所得组织更细，强度和硬度有所提高。,作用（目的）：具有减少钢件内应力、均匀组织和细化晶粒，为最终热处理做好组织准备等作用。另外，对于低碳钢也可以作为最终热处理，因为正火使其晶粒细化，并使碳化物分布更均匀，以获得优良的综合性能。,第二篇工程材料,化工设备基础,（3）淬火与回火,方法：所谓淬火，就是把钢件加热到临界温度以上，使钢的组织成为单一的奥氏体，然后保温一定的时间后用油或水急速冷却的热处理工艺。,主要目的：是获得马氏体。淬火的特点：急速冷却，处理后的材料硬度高、脆性大、塑性和韧性差。,由于马氏体是一种不稳定的组织，因此，淬火后一定要进行回火。,第二篇工程材料,化工设备基础,分类：在回火过程中，回火温度是决定回火后钢件机械能的主要因素。因此，常按回火温度的不同分为低温回火、中温回火、高温回火三种热处理工艺。,低温回火：内应力和脆性降低，保持高强度和高耐磨性。,中温回火：具有一定韧性和较高的屈服强度。,高温回火：具有适当强度和足够的塑性和韧性，综合力学性能好。,所谓回火就是将经过淬火后的钢件重新加热到某一温度，以使其转变为较稳定的组织，提高钢的综合力学性能。,调质处理：淬火+回火。,第二篇工程材料,化工设备基础,（4）化学热处理,方法：将钢件置入特殊介质中加热和保温，使特殊介质中的一种或几种元素渗入钢件表面，改变其成分和组织，从而改变钢件表面性能的热处理工艺。,主要目的：它可以提高钢件的耐蚀性、耐磨性、抗氧化性、耐热性和抗疲劳性。,分类：化学热处理按照渗入的元素不同可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗以及渗铝、渗铬、渗硼、渗硫和多元共渗等多种表面处理方法。,第二篇工程材料,化工设备基础,牌号表示原则：GB/T221-2008钢铁产品牌号表示方法,（1）碳素结构钢合低合金结构钢,7.5钢铁牌号及表示方法,第二篇工程材料,7.5.1牌号表示法,Q+强度值,用途，如R，DR,脱氧方式：F、b、z,质量等级，A、B、C、D、E,例：Q235AF,化工设备基础,（2）优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢,第二篇工程材料,2位数字表示C的万分含量,脱氧方式,冶金质量，A为高级，E为特级,Mn含量高时加Mn,例：08F50A65Mn,用途、特性或工艺方法,化工设备基础,（3）合金结构钢,第二篇工程材料,2位数字，C的平均万分含量,用途、特性或工艺方法,冶金质量,合金元素与含量（%）,例：06Cr19Ni10022Cr18Ti,化工设备基础,（1）灰铸铁（HT）HT“抗拉强度”-“抗弯强度”（2）球墨铸铁（QT）QT“抗拉强度”-“延伸率”（3）铸钢（ZG）表示法与碳素结构钢、合金结构钢相同,第二篇工程材料,7.5.2铸铁、铸钢牌号表示法,例：HT200-400,例：QT400-15,例：ZG20Cr13,普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢,化工设备基础,8.1碳钢,第二篇工程材料,第8章化工设备材料及其选择,化工设备基础,第二篇工程材料,（1）普通碳素钢GB/T700-2006碳素结构钢,S0.055%，P0.045%化工容器与设备中：承压件应用最多的是：Q235-B和Q235-C非承压件应用最多的是：Q235-A,（2）优质碳素钢,S、P均小于等于0.04%化工容器与设备中常用的有：10、15、20,（3）高级优质碳素钢,S、P均不高于0.03%。在优质碳素钢后加A。如：20A,铬：耐蚀、抗氧化、提高淬透性、提高强度硬度和耐磨性，降低塑性和韧性。,化工设备基础,8.2低合金钢及化工设备用特种钢,第二篇工程材料,8.2.1合金元素对钢性能的影响,锰：提高强度和低温冲击韧性。,镍：提高淬透性，提高强度，同时保持良好塑性和韧性，提高耐蚀性和低温冲击韧性，高热强性能。不锈钢和耐热钢。,*其它合金元素对钢性能影响参见教材P171。,又称低合金高强度钢：碳素钢+少量Si、Mn、Cu、Ti、V、Nb等。常见：板材、管材、棒材、型材等。用途：远洋轮船、大跨度桥梁、高压锅炉、大型容器、汽车、矿山机械、农业机械等。如：Q345R、15MnTi、14Cr1MoR等。,化工设备基础,第二篇工程材料,8.2.2低合金钢,标准：GB/T713-2008锅炉和压力容器用钢板如：14Cr1MoR、Q245R、Q345R、13MnNiMoR等。,化工设备基础,第二篇工程材料,8.2.3锅炉和压力容器用钢板,推荐使用：按标准：GB150-2011压力容器普通低碳钢：Q235-B；Q235-C；优质低碳钢：Q245R；低合金高强度钢：Q345R、12Cr2Mo1R、18MnMoNbR等,不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢：耐大气腐蚀的钢：耐酸钢：能抵抗酸和其他强腐蚀性介质腐蚀的钢。耐酸钢具有不锈的性能。,化工设备基础,第二篇工程材料,8.2.4不锈耐酸钢,（1）铬不锈钢实际用不锈钢，含量在13%以上。如：12Cr13、06Cr13，Cr17Ti等。,（2）铬镍不锈钢典型钢号：06Cr19Ni10（18-8）,实际用不锈钢，含量在13%以上。如：12Cr13、06Cr13，Cr17Ti等。,（1）耐热钢高温设备用钢的要求：化学稳定性抗氧化。热强性抗蠕变。加入合金元素：Cr、Mo、V、Ti、Ni等。,化工设备基础,第二篇工程材料,8.2.5耐热钢和低温用钢,（2）低温用钢低温用钢的要求：抗低温冷脆（低温脆断）。加入元素：Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等。,化工设备基础,（1）铜：纯铜、铜合金（黄铜、青铜）,化工设备常用有色金属：Cu、Al、Pb、Ni、Ti等。,黄铜：添加锌为主。,青铜：添加锡、铝、铍等,青铜特点：强度、硬度、铸造性、耐蚀性都较高。,8.3有色金属材料,第二篇工程材料,化工设备基础,青铜：常用来铸造耐蚀和耐磨零件，如泵壳、阀门、齿轮、轴瓦、蜗轮等零件。,第二篇工程材料,化工设备基础,（2）铝：纯铝、铝合金,纯铝：易于铸造，易于切削，也易于进行压力加工，在大气、淡水和一些介质中具有良好的耐蚀性等。,第二篇工程材料,化工设备基础,常用铝合金：Al-Si、Al-Mg、Al-Cu。具有优良的铸造性能，可以焊接，有良好的耐蚀性。,如：管件、泵、阀门、汽缸、活塞等。,第二篇工程材料,化工设备基础,（3）铅及其合金,铅属于重金属，不宜单独作为设备材料，只适合做设备衬里。铅与锑的合金称为硬铅，它的硬度、强度都比纯铅高，在硫酸中的稳定性也比纯铅好。铅和硬铅在硫酸、化纤、农药、电器设备中作为耐酸、耐蚀和防护材料。在工业上还可用作x射线和射线的防护材料、配制低熔点合金、轴承合金等。不过，由于铅有毒，铅及其合金不允许用于食品工业和制药工业。,第二篇工程材料,化工设备基础,（4）镍及镍合金,主要用于化学和石油工业、制盐工业和海洋开发工程中，制造各种换热设备、锅炉给水换热器、石油和化工用管线、容器、塔、槽、发应釜、弹性部件以及泵、阀、轴等。,（5）钛及钛合金,主要用于强腐蚀环境的换热设备、反应釜、分离设备、泵、阀、管道、管件、电解槽等。,第二篇工程材料,化工设备基础,第二篇工程材料,8.4非金属材料,（1）无机非金属材料化工陶瓷化工搪瓷辉绿岩铸石玻璃搪玻璃。,（2）有机非金属材料工程塑料涂料不透性石墨。,化工设备基础,第二篇工程材料,化工设备基础,（1）金属腐蚀的评定方法：根据质量变化评定金属的腐蚀根据腐蚀深度评定金属的腐蚀,第二篇工程材料,第9章化工设备的腐蚀及防腐措施,9.1金属的腐蚀,（2）金属腐蚀的种类：化学腐蚀：化学作用。电化学腐蚀：电化学作用。,（3）晶间腐蚀和应力腐蚀：晶间腐蚀：局部、选择性腐蚀破坏。应力腐蚀：腐蚀+拉应力开裂。,化工设备基础,（1）衬覆保护层：金属保护层非金属保护层,第二篇工