化工设备基础培训教材

1、1化工设备基础化工设备基础第二篇第二篇 工程材料工程材料课程内容：课程内容：第一篇第一篇 工程力学基础（工程力学基础（1414学时）学时）第二篇第二篇 化工设备材料（化工设备材料（2 2学时）学时）第三篇第三篇 化工容器设计（化工容器设计（1414学时）学时）第四篇第四篇 典型化工设备简介（典型化工设备简介（2 2学时）学时）2化工设备材料及其选择化工设备材料及其选择（第（第8 8章）章）第第2 2篇篇 化工设备材料化工设备材料化工设备基础化工设备基础第二篇第二篇 工程材料工程材料材料基础知识材料基础知识（第（第7 7章）章）钢材基本知识钢材基本知识材料的性能材料的性能腐蚀腐蚀化工设备的腐蚀及

2、防护措施化工设备的腐蚀及防护措施（第（第9 9章）章）碳钢碳钢低合金钢及化工设备用特种钢低合金钢及化工设备用特种钢有色金属材料有色金属材料非金属材料非金属材料3化工设备基础化工设备基础（1 1）力学性能）力学性能a. a. 机械强度：机械强度：屈服强度、抗拉强度、蠕变极限、疲劳极限。屈服强度、抗拉强度、蠕变极限、疲劳极限。b. b. 塑性：塑性：指标：伸长率、断面收缩率。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。断裂前发生不可逆永旧变形的能力。第第7 7章章 材料基础知识材料基础知识7.1 7.1 金属材料的主要性能金属材料的主要性能第二篇第二篇 工程材料工程材料4化工设备基

3、础化工设备基础 指标：冲击吸收功。指标：冲击吸收功。c. c. 韧性：韧性： 对缺口或裂纹的敏感程度的反映。对缺口或裂纹的敏感程度的反映。d. d. 硬度：硬度： 抵抗其他物体压入的能力。抵抗其他物体压入的能力。 分为：分为： 布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。第二篇第二篇 工程材料工程材料5化工设备基础化工设备基础 使用工艺条件下抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。使用工艺条件下抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。 腐蚀裕量腐蚀裕量（2 2）耐腐蚀性能）耐腐蚀性能第二篇第二篇 工程材料工程材料6化工设备基础化工设备基础 加工的难易程度。加工的难易程度。加工性能一般包括：加工性能一般包括

4、： 焊接性能、焊接性能、 铸造性能、铸造性能、 压力加工性能、压力加工性能、 机械加工性能、机械加工性能、 热处理性能热处理性能等。等。（3 3）加工工艺性能）加工工艺性能第二篇第二篇 工程材料工程材料7化工设备基础化工设备基础第二篇第二篇 工程材料工程材料8化工设备基础化工设备基础第二篇第二篇 工程材料工程材料9化工设备基础化工设备基础第二篇第二篇 工程材料工程材料10化工设备基础化工设备基础第二篇第二篇 工程材料工程材料11化工设备基础化工设备基础（1 1）黑色金属）黑色金属（2 2）有色金属）有色金属主要有：主要有：FeFe、MnMn、CrCr等。等。黑色金属以外的。黑色金属以外的。主要

5、有：主要有：CuCu、AlAl、PbPb、NiNi、TiTi等。等。Fe+CFe+C工业纯铁：工业纯铁： C0.0218%C0.0218%钢：钢：C2.11%C2.11%C2.11%第二篇第二篇 工程材料工程材料7.2 7.2 金属材料的分类金属材料的分类12化工设备基础化工设备基础7.3.1 7.3.1 钢的分类钢的分类（1 1）根据化学成分根据化学成分低碳钢：低碳钢：中碳钢：中碳钢：高碳钢：高碳钢：低合金钢低合金钢高合金钢高合金钢C0.25%C0.25%0.25%0.60%0.25%0.60%0.60%0.60%：合金元素总量在：合金元素总量在10%10%以下。以下。：合金元素总量大于：合

6、金元素总量大于10%10%。第二篇第二篇 工程材料工程材料7.3 7.3 钢材钢材13化工设备基础化工设备基础（2 2）根据品质分根据品质分普通钢：普通钢：优质钢：优质钢：高级优质钢：高级优质钢：特级优质钢：特级优质钢：S0.050%S0.050%，P0.045%P0.045%。S0.035%S0.035%，P0.035%P0.035%。S0.025%S0.025%，P0.025%P0.025%。S0.015%S0.015%，P0.025%P0.025%。有害杂质有害杂质S S和和P P的含量。的含量。第二篇第二篇 工程材料工程材料14化工设备基础化工设备基础（3 3）根据冶炼方法根据冶炼方法

7、平炉钢平炉钢转炉钢转炉钢电炉钢电炉钢按脱氧程度：按脱氧程度：镇静钢镇静钢半镇静钢半镇静钢沸腾钢沸腾钢压力容器用钢压力容器用钢第二篇第二篇 工程材料工程材料15化工设备基础化工设备基础（4 4）根据用途分根据用途分结构钢结构钢工具钢工具钢特殊性能钢特殊性能钢建筑用钢建筑用钢专门用钢（如压力容器专用钢）专门用钢（如压力容器专用钢）机械零件用钢机械零件用钢GB/T 13304 GB/T 13304 钢分类钢分类第二篇第二篇 工程材料工程材料16化工设备基础化工设备基础将钢材将钢材加热、保温加热、保温和和冷却冷却的过程，或通过其表面渗入某的过程，或通过其表面渗入某些合金元素，些合金元素，改变改变钢材部

8、分或全部钢材部分或全部内部组织形态内部组织形态，以获以获得预期的力学性能和加工性能得预期的力学性能和加工性能。7.4 7.4 钢材的热处理钢材的热处理常用的热处理方法常用的热处理方法: :第二篇第二篇 工程材料工程材料17化工设备基础化工设备基础（1 1）退火退火作用（目的）作用（目的）：退火处理后能达到消除内应力、强度：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。和硬度下降而塑性、韧性提高的目的。退火可退火可以分为完全退火、再结晶退火、低温退火三种热处理以分为完全退火、再结晶退火、低温退火三种热处理工艺。工艺。第二篇第二篇 工程材料工程材料18化工设备基础化工设备基础（

9、2 2）正火正火将钢件加热到将钢件加热到一定温度，一定温度，经适当保温后在空气经适当保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。中冷却的一种热处理工艺。正火与退火不同之处在于，正火与退火不同之处在于，正火时钢的冷却速度比退正火时钢的冷却速度比退火时大火时大，因此所得组织更细，强度和硬度有所提高。，因此所得组织更细，强度和硬度有所提高。 作用（目的）作用（目的）：第二篇第二篇 工程材料工程材料19化工设备基础化工设备基础（3 3）淬火与回火淬火与回火所谓淬火所谓淬火，就是把钢件加热到临界温度以上，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使钢的组织成为单一的奥氏体，然后

10、保温一定的时间后用油或水急速冷却的热处理工艺。后用油或水急速冷却的热处理工艺。主要目的：主要目的：是获得马氏体。是获得马氏体。淬火的特点淬火的特点：急速冷却，处理后的材料硬度高、脆性急速冷却，处理后的材料硬度高、脆性大、塑性和韧性差。大、塑性和韧性差。由于马氏体是一种不稳定的组织，因此，由于马氏体是一种不稳定的组织，因此，淬火后一定淬火后一定要进行回火要进行回火。 第二篇第二篇 工程材料工程材料20化工设备基础化工设备基础低低温回火、中温回火、高温回火温回火、中温回火、高温回火低温回火低温回火：内应力和脆性降低，保持高强度和高耐磨：内应力和脆性降低，保持高强度和高耐磨性。性。中温回火中温回火：

11、具有一定韧性和较高的屈服强度。：具有一定韧性和较高的屈服强度。高温回火高温回火：具有适当强度和足够的塑性和韧性，综合：具有适当强度和足够的塑性和韧性，综合力学性能好。力学性能好。所谓回火所谓回火就是将经过淬火后的钢件重新加热到某一温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，提高钢的综合力学度，以使其转变为较稳定的组织，提高钢的综合力学性能。性能。 调质处理：淬火调质处理：淬火+ +回火。回火。第二篇第二篇 工程材料工程材料21化工设备基础化工设备基础（4 4）化学热处理化学热处理将钢件置入特殊介质中加热和保温，使特殊介将钢件置入特殊介质中加热和保温，使特殊介质中的一种

12、或几种元素渗入钢件表面，改变其成分和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组织，从而改变钢件表面性能的热处理工艺主要目的：主要目的：按照渗入的元素不同可分为渗碳、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共渗等多种表面处理方法 第二篇第二篇 工程材料工程材料22化工设备基础化工设备基础牌号表示原则：牌号表示原则：GB/T 221-2008GB/T 221-2008钢铁产品牌号表示方法钢铁产品牌号表示方法（1 1）碳素结构钢合低合金结构钢）碳素结构钢

13、合低合金结构钢7.5 7.5 钢铁牌号及表示方法钢铁牌号及表示方法第二篇第二篇 工程材料工程材料7.5.1 7.5.1 牌号表示法牌号表示法Q+Q+强度值强度值用途，如用途，如R R，DRDR脱氧方式：脱氧方式：F F、b b、z z质量等级，质量等级，A A、B B、C C、D D、E E例：例：Q235AFQ235AF23化工设备基础化工设备基础（2 2）优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢）优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢第二篇第二篇 工程材料工程材料2 2位数字表示位数字表示C C的万分含量的万分含量脱氧方式脱氧方式冶金质量，冶金质量，A A为高级，为高级，E E为特级为特级MnMn含量高时加

14、含量高时加MnMn例：例：08F08F 50A 50A 65Mn 65Mn用途、特性或工艺方法用途、特性或工艺方法24化工设备基础化工设备基础（3 3）合金结构钢）合金结构钢第二篇第二篇 工程材料工程材料2 2位数字，位数字，C C的平均万分含量的平均万分含量用途、特性或工艺方法用途、特性或工艺方法冶金质量冶金质量合金元素与含量（合金元素与含量（% %）例：例：06Cr19Ni1006Cr19Ni10022Cr18Ti022Cr18Ti25化工设备基础化工设备基础（1 1）灰铸铁（）灰铸铁（HTHT） HT HT“抗拉强度抗拉强度”- -“抗弯强度抗弯强度”（2 2）球墨铸铁（）球墨铸铁（QT

15、QT） QTQT“抗拉强度抗拉强度”- -“延伸率延伸率”（3 3）铸钢（）铸钢（ZGZG） 表示法与碳素结构钢、合金结构钢相同表示法与碳素结构钢、合金结构钢相同第二篇第二篇 工程材料工程材料7.5.2 7.5.2 铸铁、铸钢牌号表示法铸铁、铸钢牌号表示法例：例：HT200-400HT200-400例：例：QT400-15QT400-15例：例：ZG20Cr13ZG20Cr1326普通碳素钢普通碳素钢优质碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢高级优质碳素钢化工设备基础化工设备基础8.1 8.1 碳钢碳钢第二篇第二篇 工程材料工程材料第第8 8章章 化工设备材料及其选择化工设备材料及其选择27化工设备基

16、础化工设备基础第二篇第二篇 工程材料工程材料（1 1）普通碳素钢）普通碳素钢 GB/T 700-2006 GB/T 700-2006碳素结构钢碳素结构钢（2 2）优质碳素钢）优质碳素钢（3 3）高级优质碳素钢）高级优质碳素钢28铬铬：耐蚀、抗氧化、提高淬透性、提高强度硬度和：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。耐磨性，降低塑性和韧性。化工设备基础化工设备基础8.2 8.2 低合金钢及化工设备用特种钢低合金钢及化工设备用特种钢第二篇第二篇 工程材料工程材料8.2.1 8.2.1 合金元素对钢性能的影响合金元素对钢性能的影响锰锰：提高强度和低温冲击韧性。提高强度和低温冲

17、击韧性。镍镍：提高淬透性，提高强度，同时保持良好塑性和：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。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。不锈钢和耐热钢。* *其它合金元素对钢性能影响参见教材其它合金元素对钢性能影响参见教材P171P171。29又称又称低合金高强度钢低合金高强度钢：碳素钢碳素钢+ +少量少量SiSi、MnMn、CuCu、TiTi、V V、NbNb等。等。常见：板材、管材、棒材、型材等。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、大型容用途：远洋轮船、大跨度桥梁、高压锅炉、大型容器、汽车、矿

18、山机械、农业机械等。器、汽车、矿山机械、农业机械等。如：如：Q345RQ345R、15MnTi15MnTi、14Cr1MoR14Cr1MoR等。等。化工设备基础化工设备基础第二篇第二篇 工程材料工程材料8.2.2 8.2.2 低合金钢低合金钢30标准：标准：GB/T 713-2008GB/T 713-2008锅炉和压力容器用钢板锅炉和压力容器用钢板如：如：14Cr1MoR14Cr1MoR、Q245RQ245R、Q345RQ345R、13MnNiMoR13MnNiMoR等。等。化工设备基础化工设备基础第二篇第二篇 工程材料工程材料8.2.3 8.2.3 锅炉和压力容器用钢板锅炉和压力容器用钢板推

19、荐使用：推荐使用：按标准：按标准：GB 150-2011GB 150-2011压力容器压力容器普通低碳钢：普通低碳钢：Q235-BQ235-B；Q235-CQ235-C；优质低碳钢：优质低碳钢：Q245RQ245R；低合金高强度钢：低合金高强度钢：Q345RQ345R、12Cr2Mo1R12Cr2Mo1R、18MnMoNbR18MnMoNbR等等31不锈钢不锈钢 和和 耐酸钢耐酸钢 的总称。的总称。不锈钢：耐大气腐蚀的钢：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：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。耐酸钢具有不锈的性能。化工设备基础化工设

20、备基础第二篇第二篇 工程材料工程材料8.2.4 8.2.4 不锈耐酸钢不锈耐酸钢（1 1）铬不锈钢）铬不锈钢实际用不锈钢，含量在实际用不锈钢，含量在13%13%以上。以上。如：如：12Cr1312Cr13、06Cr1306Cr13，Cr17TiCr17Ti等。等。（2 2）铬镍不锈钢）铬镍不锈钢典型钢号：典型钢号：06Cr19Ni1006Cr19Ni10（18-818-8）, ,实际用不锈钢，含量在实际用不锈钢，含量在13%13%以上。以上。如：如：12Cr1312Cr13、06Cr1306Cr13，Cr17TiCr17Ti等。等。32（1 1）耐热钢）耐热钢高温设备用钢的要求：高温设备用钢的

21、要求：化学稳定性化学稳定性抗氧化。抗氧化。热强性热强性抗蠕变。抗蠕变。加入合金元素：加入合金元素：CrCr、MoMo、V V、TiTi、NiNi等。等。化工设备基础化工设备基础第二篇第二篇 工程材料工程材料8.2.5 8.2.5 耐热钢和低温用钢耐热钢和低温用钢（2 2）低温用钢）低温用钢低温用钢的要求：低温用钢的要求：抗低温冷脆（低温脆断）。抗低温冷脆（低温脆断）。加入元素：加入元素：MnMn、AlAl、TiTi、NbNb、CuCu、V V、N N等。等。33化工设备基础化工设备基础（1 1）铜：纯铜、铜合金（黄铜、青铜）铜：纯铜、铜合金（黄铜、青铜）化工设备常用有色金属：化工设备常用有色金

22、属：CuCu、AlAl、PbPb、NiNi、TiTi等。等。黄铜：添加锌为主。黄铜：添加锌为主。青铜：添加锡、铝、铍等青铜：添加锡、铝、铍等青铜特点：青铜特点： 强度、硬度、铸造性、耐蚀性都较高。强度、硬度、铸造性、耐蚀性都较高。8.3 8.3 有色金属材料有色金属材料第二篇第二篇 工程材料工程材料34化工设备基础化工设备基础青铜：常用来铸造耐蚀和耐磨零件，如青铜：常用来铸造耐蚀和耐磨零件，如泵壳、泵壳、阀门、齿轮、轴瓦、蜗轮阀门、齿轮、轴瓦、蜗轮等零件。等零件。第二篇第二篇 工程材料工程材料35化工设备基础化工设备基础（2 2）铝：纯铝、铝合金）铝：纯铝、铝合金纯铝纯铝：易于铸造，易于切削，

23、也易于进行压力：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加工，在大气、淡水和一些介质中具有良好的耐蚀性等。耐蚀性等。 第二篇第二篇 工程材料工程材料36化工设备基础化工设备基础常用铝合金：常用铝合金：Al-SiAl-Si、Al-MgAl-Mg、Al-CuAl-Cu。具有优。具有优良的铸造性能，可以焊接，有良好的耐蚀性。良的铸造性能，可以焊接，有良好的耐蚀性。如：如：管件、泵、阀门、汽缸、活塞管件、泵、阀门、汽缸、活塞等。等。 第二篇第二篇 工程材料工程材料37化工设备基础化工设备基础（3 3）铅及其合金）铅及其合金不宜单独作为设备材料，只适合做不宜单独作为设备

24、材料，只适合做设备衬里设备衬里在工业上还可用作在工业上还可用作x x射线和射线和射线的防护材料、配制射线的防护材料、配制低熔点合金、轴承合金等。低熔点合金、轴承合金等。由于铅有毒，铅及其合金不允许用于食品工由于铅有毒，铅及其合金不允许用于食品工业和制药工业业和制药工业第二篇第二篇 工程材料工程材料38化工设备基础化工设备基础（4 4）镍及镍合金）镍及镍合金主要用于主要用于化学和石油化学和石油工业、制盐工业和海洋开发工程工业、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、石油和化中，制造各种换热设备、锅炉给水换热器、石油和化工用工用管线、容器、塔、槽、发应釜、弹性部件以及泵管线、容

25、器、塔、槽、发应釜、弹性部件以及泵、阀、轴、阀、轴等。等。 （5 5）钛及钛合金）钛及钛合金主要用于主要用于强腐蚀环境强腐蚀环境的的换热设备、反应釜、分离设换热设备、反应釜、分离设备、泵、阀、管道、管件、电解槽备、泵、阀、管道、管件、电解槽等。等。 第二篇第二篇 工程材料工程材料39化工设备基础化工设备基础第二篇第二篇 工程材料工程材料8.4 8.4 非金属材料非金属材料（1 1）无机非金属材料）无机非金属材料 化工陶瓷化工陶瓷 化工搪瓷化工搪瓷 辉绿岩铸石辉绿岩铸石 玻璃玻璃 搪玻璃。搪玻璃。（2 2）有机非金属材料）有机非金属材料 工程塑料工程塑料 涂料涂料 不透性石墨。不透性石墨。40化工设备基础化工设备基础第二篇第