化工设备机械基础第六版教案课件PPT

1、2化工设备储罐 换热设备塔设备反响釜3所有的设备都有一个外壳，这个外壳所有的设备都有一个外壳，这个外壳我们把它叫做我们把它叫做容器容器。化工中，这些外壳容器都需要承受一化工中，这些外壳容器都需要承受一定的压力，我们把它叫做定的压力，我们把它叫做压力容器压力容器。4压力容器一般由筒体、封头、支座根本件压力容器一般由筒体、封头、支座根本件接收、法兰对外连接件接收、法兰对外连接件人孔、手孔、液面计附件人孔、手孔、液面计附件以及一些内构件等零部件组成。以及一些内构件等零部件组成。6.这些设备要满足什么样的工艺要求？这些设备要满足什么样的工艺要求？构造如何？构造如何？.用什么材料？如何制作？用什么材料？

2、如何制作？.抵抗压力和温度的能力如何？抵抗压力和温度的能力如何？平平安性如何？安性如何？.经济性如何？经济性如何？7一一.主要内容：主要内容：1.化工设备常用材料化工设备常用材料 简介化工设备常用材料性能、分简介化工设备常用材料性能、分类、热处理方法；类、热处理方法；2.中、低压化工容器设计中、低压化工容器设计 薄膜理论；内、外压容器设计方薄膜理论；内、外压容器设计方法、容器零部件设计；法、容器零部件设计；3.典型化工设备机械设计典型化工设备机械设计 列管式换热器、塔设备以及反响列管式换热器、塔设备以及反响釜的构造及机械设计方法。釜的构造及机械设计方法。8：n1.?化工设备机械根底化工设备机械

3、根底?(第五版第五版n 刁玉玮刁玉玮 王立业编著；王立业编著；n2.? 压力容器平安技术监察规程压力容器平安技术监察规程?n 1999；n3. ?钢制压力容器钢制压力容器? GB150-1998；n4. ?管壳式换热器管壳式换热器? GB151-1999 ；n5. ?钢制塔式容器钢制塔式容器? JB4710-2002 ；n学时：学时学时：学时n期末成绩：平时期末成绩：平时1，期中，期，期中，期末。末。910第一篇第一篇 化工设备材料化工设备材料第一章第一章 化工设备材料及其选择化工设备材料及其选择1.1 概述概述1.化工设备的使用环境：化工设备的使用环境：压力：真空压力：真空低压低压中压中压

4、高压高压超高压超高压温度：低温温度：低温中温中温高温高温介质：腐蚀性；易燃；易爆；有毒；剧毒。介质：腐蚀性；易燃；易爆；有毒；剧毒。111.2 金属材料的性能金属材料的性能1.2.1 力学性能力学性能在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。补充材料力学根底知识补充材料力学根底知识12131. 强度强度及其主要指标及其主要指标. 固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形或固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形或断裂的特性。断裂的特性。例如：例如： 容器爆裂；容器爆裂； 管道破裂管道破裂; 地脚螺栓拉断地脚螺栓拉断; 炉管爆裂；炉管爆裂；. 强度不够！强度不够！141.屈服点屈服点n屈服现象：

5、金属材料承受载荷屈服现象：金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加时，仍作用，当载荷不再增加时，仍继续发生明显的塑性变形。继续发生明显的塑性变形。n屈服点：屈服点： sn材料发生屈服时的应力材料发生屈服时的应力 。n 单位：单位：MPa。n一些合金没有明显的屈服一些合金没有明显的屈服点点,规定发生规定发生0.2%剩余变形时剩余变形时的应力，作为的应力，作为“条件屈服点。条件屈服点。n 记作记作0.2 。152.抗拉强度抗拉强度(sb)n定义：金属材料在受力过程中，定义：金属材料在受力过程中，n 发生断裂所到达的最大应力值，发生断裂所到达的最大应力值，n 以以b 表示，单位表示，单位MPa。n 是压

6、力容器设计常用的性能指是压力容器设计常用的性能指标。标。n屈强比：屈强比：s/ sbn 屈强比小，说明材料具有较大屈强比小，说明材料具有较大的塑性储藏。的塑性储藏。(希望屈强比大一希望屈强比大一些些)163. 蠕变强度蠕变强度snn“蠕变蠕变现象：现象：n 高温高压的蒸汽管道下挠变形；高温高压的蒸汽管道下挠变形；n高温高压下法兰及螺栓蠕变变形而高温高压下法兰及螺栓蠕变变形而泄漏；泄漏；n铅丝在常温下受重力作用而变长变铅丝在常温下受重力作用而变长变细。细。 17“蠕变现象：在高温时蠕变现象：在高温时,在一定的应力下在一定的应力下,应应变随时间而增加的现象变随时间而增加的现象,或金属在高温和存在或

7、金属在高温和存在内应力情况下逐渐产生塑性变形的现象内应力情况下逐渐产生塑性变形的现象.“蠕变强度：蠕变强度： 材料在高温下，抵抗发生缓慢塑性变形的材料在高温下，抵抗发生缓慢塑性变形的能力，以能力，以sn 表示，单位表示，单位MPa 。184.持久强度持久强度sDn定义：在一定温度下，经过一定时连续定义：在一定温度下，经过一定时连续裂时的应力，以裂时的应力，以sD 表示，单位表示，单位MPa 。n 材料抵抗断裂的能力越大，在一样的材料抵抗断裂的能力越大，在一样的条件下，能支持的时间越久。条件下，能支持的时间越久。n规定：化工设备设计寿命一般为十万小规定：化工设备设计寿命一般为十万小时，所以用试件

8、在十万小时断裂时的应时，所以用试件在十万小时断裂时的应力作为持久强度。力作为持久强度。195疲劳强度疲劳强度n构件或零件受到大小和方向变化的交变载荷作用，应构件或零件受到大小和方向变化的交变载荷作用，应力远小于屈服点就断裂力远小于屈服点就断裂 疲劳。疲劳。n“疲劳极限疲劳极限构件或零件在交变载荷作用下不致断构件或零件在交变载荷作用下不致断裂的最大应力。表示符号：裂的最大应力。表示符号：-1 (MPa)。n例如：例如：n 频繁开、停车频繁开、停车容器内压力或温度波动；容器内压力或温度波动；n 活塞式压缩机压缩气体活塞式压缩机压缩气体容器及管道内压力波动；容器及管道内压力波动；n 离心泵频繁开停机

9、或震动离心泵频繁开停机或震动泵轴受力成交变式。泵轴受力成交变式。 202. 塑性及其主要指标塑性及其主要指标n金属的塑性：外力作用下产生塑性变形，而金属的塑性：外力作用下产生塑性变形，而不破坏的性质。不破坏的性质。n因塑性缺乏引起材料破坏的例子：因塑性缺乏引起材料破坏的例子：n 锻件裂纹锻件裂纹; 卷板裂纹卷板裂纹; 焊缝热影响区焊缝热影响区裂纹裂纹21主要指标主要指标：(1) 延伸率延伸率222断面收缩率断面收缩率y如：如：纯铁的延伸率为纯铁的延伸率为50%50%， 20 20R R的的d d5 5不小于不小于2525% % ； 16 16MnRMnR的的d d5 5不小于不小于21%21%

10、； 1 1Cr18Ni9TiCr18Ni9Ti的的d d5 5不小于不小于40%40%。积。断裂后试件的最小截面试件的原始截面积；式中kkFFFF000F%100233冷弯性能冷弯性能-是钢材塑性指标和冶是钢材塑性指标和冶金质量的综合指标。金质量的综合指标。 室温下对试板以一定的内半径室温下对试板以一定的内半径R=0.53板厚进展弯曲，是否出现裂纹或起层。在试板厚进展弯曲，是否出现裂纹或起层。在试样被弯曲受拉伸面出现第一条裂纹前样被弯曲受拉伸面出现第一条裂纹前,金属材料金属材料的变形越大的变形越大,塑性越好塑性越好24塑性指标的实际意义：塑性指标的实际意义：n便于成型加工和焊接。如弯卷、锻压、

11、冷冲、焊接等；n使构件在承载后由于变形而防止发生断裂。n压力容器及其零件都需要具备这个性质。253. 硬度的概念硬度的概念n金属材料外表抵金属材料外表抵抗其它硬物压入抗其它硬物压入的能力。的能力。 n硬度高材料强度硬度高材料强度也高，耐磨性较也高，耐磨性较好；好；n综合性能指标。综合性能指标。 布氏硬度试验示意图26 常用硬度指标：常用硬度指标： 布氏硬度布氏硬度HBS); 洛氏硬度洛氏硬度HRA、HRB、HRC); 维氏硬度维氏硬度HV)等。等。硬度和强度间有一定关系：硬度和强度间有一定关系： 如：低碳钢如：低碳钢s sb36HBS;274. 冲击韧性及指标冲击韧性及指标Ak 材料在外加动载

12、荷作用下的一种吸收机械能，迅速材料在外加动载荷作用下的一种吸收机械能，迅速塑性变形，抵抗断裂的能力。塑性变形，抵抗断裂的能力。28n摆锤冲断试样所失去的位能为冲击功试件摆锤冲断试样所失去的位能为冲击功试件所吸收的功：所吸收的功：n Ak =G(H1-H2) 焦耳焦耳n！吸收功的上下取决于！吸收功的上下取决于n 材料能否迅速塑性变形的能力。材料能否迅速塑性变形的能力。n 冲击韧性值的试验确定冲击韧性值的试验确定n冲击韧性冲击韧性: K=AK/F(J/cm2)2930 材料的冲击韧性高，其塑性也高；反之，材料的冲击韧性高，其塑性也高；反之，材料塑性高，其冲击韧性不一定高。材料塑性高，其冲击韧性不一

13、定高。 静载荷下能够缓慢塑性变形的材静载荷下能够缓慢塑性变形的材料，在动载荷下不一定能迅速塑性变形。料，在动载荷下不一定能迅速塑性变形。315 缺口敏感性缺口敏感性在带有一定应力集中的在带有一定应力集中的缺口缺口条件下，条件下，材料抵抗裂纹扩展的能力材料抵抗裂纹扩展的能力。 韧性范畴韧性范畴静载荷下抵抗裂纹扩静载荷下抵抗裂纹扩展的性能展的性能。 冲击韧性？冲击韧性？是动载荷作用下抵是动载荷作用下抵抗裂纹扩展的能力。抗裂纹扩展的能力。321.2.2 物理性能物理性能密度，熔点，线膨胀系数，导热系数，比热容，电阻率，密度，熔点，线膨胀系数，导热系数，比热容，电阻率，磁导率，弹性模量，泊桑比等。磁导

14、率，弹性模量，泊桑比等。化工设备设计与制造主要考虑的物理性能：化工设备设计与制造主要考虑的物理性能： 异种钢焊接异种钢焊接收缩率不同，引起变形或损坏；收缩率不同，引起变形或损坏； 复合钢板如不锈钢与碳钢复合钢板如不锈钢与碳钢)热变性不同热变性不同,容器壳体将容器壳体将会？会？ 设备衬里如碳钢壳体内喷涂铝设备衬里如碳钢壳体内喷涂铝热变性不同时？热变性不同时？ 固定管板式换热器的管子与壳体固定管板式换热器的管子与壳体线膨胀量相差过大，线膨胀量相差过大，将会？将会？ 碳钢外表电镀一层铜碳钢外表电镀一层铜升温后会？升温后会？332.弹性模量弹性模量E E与泊桑比泊桑比弹性模量弹性模量E E：金属材料对

15、弹性变形抗力：金属材料对弹性变形抗力的指标，的指标，是衡量材料产生弹性变形难是衡量材料产生弹性变形难易程度的。易程度的。( (随着温度升高而降低随着温度升高而降低) )泊桑比泊桑比：拉伸试件的单位横向收缩与：拉伸试件的单位横向收缩与单位纵向伸长之比。单位纵向伸长之比。 各种钢材近乎为各种钢材近乎为 。341.2.3 化学性能化学性能金属材料所处介质中的化学稳定性，即是否会与介金属材料所处介质中的化学稳定性，即是否会与介质发生化学或电化学反响，产生腐蚀。质发生化学或电化学反响，产生腐蚀。主要考虑的化学性能：主要考虑的化学性能：1.耐腐蚀性耐腐蚀性对介质侵蚀的抵抗能力；对介质侵蚀的抵抗能力；2.抗

16、氧化性抗氧化性在热加工的高温条件下抵抗氧化性介质在热加工的高温条件下抵抗氧化性介质氧化的能力。氧化性介质如水蒸气、氧化的能力。氧化性介质如水蒸气、CO2 、SO2等。等。 热加工热加工如热卷，锻造，焊接，热处理，热冲如热卷，锻造，焊接，热处理，热冲压，铸造等等。压，铸造等等。351.2.4.金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能n指在保证加工质量的前提下指在保证加工质量的前提下,加工过程的难易程加工过程的难易程度度.n可焊性能可焊性能母材及焊剂熔融状态的流动性、凝固收缩率、热塑性等；n铸造性能铸造性能流动性、凝固收缩率等；n可锻性能可锻性能抗热裂性、抗氧化性、热塑性等；n切削加工性能切削加工性能

17、n热处理性能热处理性能36 1.3 金属材料的分类及牌号金属材料的分类及牌号1.3.1 分类分类1.黑色金属黑色金属 1生铁生铁 2钢钢钢普通钢优质钢高级优质钢按质量分：按质量分：37钢碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢按化学成分：按化学成分：38钢沸腾钢镇静钢半镇静钢按冶炼方法分：按冶炼方法分：39按用途分：按用途分：钢建筑钢 结构钢 弹簧钢 轴承钢 工具钢特殊性能钢402.有色金属有色金属铜及其合金：纯（紫）铜黄铜（铜锌合金）锡青铜（铜锡合金）铝青铜（无锡青铜）轻金属及其合金铝及铝合金钛及钛合金镁及镁合金411.3.2 钢铁牌号及表示方法钢铁牌号及表示方法依据国家标准依

18、据国家标准GB221-2000,牌号中牌号中 化学元素化学元素化学符号或汉字表示；化学符号或汉字表示； 产品用途、冶炼和浇铸方法产品用途、冶炼和浇铸方法汉字或汉汉字或汉语拼音字母表示。语拼音字母表示。例如：沸腾钢例如：沸腾钢F或沸或沸 灰口铸铁灰口铸铁HT或灰铁或灰铁 铸钢铸钢ZG 锅炉钢锅炉钢g或锅或锅 容器钢容器钢R或容或容422.2.钢号表示法钢号表示法例：例：优质碳素钢优质碳素钢08F 20 R 沸腾钢沸腾钢含碳量为含碳量为0.08%；容器钢容器钢含碳量为含碳量为0.2%普通碳素钢Q235-A,F沸腾钢沸腾钢类别为类别为A钢材屈服点钢材屈服点(MPa)屈服点屈字的拼音首位字母屈服点屈字

19、的拼音首位字母43 低合金钢16MnR 16含碳量0.16%； Mn合金元素； R 容器钢。 特殊性能钢1Cr18Ni9 1含碳量0.1%千分数； Cr,Ni主要合金元素； 18含铬量18%； 9 含镍量9%。44 碳钢与铸铁碳钢与铸铁n钢铁的组成钢铁的组成=95%以上铁以上铁n+0.054%碳碳+1%杂质杂质 n 铁碳合金铁碳合金n含碳量含碳量0.022% 为钢；为钢；n含碳量含碳量2% 为铸铁；为铸铁；n含碳量含碳量0.02% 为工业纯铁；为工业纯铁；n含碳量含碳量 4.3% 无实用价值。无实用价值。451.4.1 铁碳合金的组织构造在在1500倍显微镜下观察到倍显微镜下观察到的显微组织，

20、即金属的的显微组织，即金属的金相组织。金相组织。金相组织构造直接影响金属金相组织构造直接影响金属材料的性质。材料的性质。 如，铸铁中的石墨形式如，铸铁中的石墨形式不同，其性质也不同。不同，其性质也不同。细片状石墨：次之粗片状石墨：差球状石墨：强度最好n用用X光和电子显微镜可以观察到金属原子光和电子显微镜可以观察到金属原子的各种规那么排列的各种规那么排列,称为金属的晶体构造称为金属的晶体构造,简称构造简称构造.4647纯铁在不同温度下的晶体构造：纯铁在不同温度下的晶体构造：48492. 纯铁的同素异构转变：纯铁的同素异构转变：-Fe -Fe 910面心立方晶格体心立方晶格固态下铁原子重新排列固态

21、下铁原子重新排列50铁碳关系：固溶态，化合态，混合态铁碳关系：固溶态，化合态，混合态固溶：元素于固态下相互溶解，保持溶剂晶固溶：元素于固态下相互溶解，保持溶剂晶格原来形式。格原来形式。 1铁素体铁素体F体心立方晶格体心立方晶格-Fe +C铁素体铁素体 固溶体固溶体塑性好，强度低。512奥氏体奥氏体A面心立方晶格面心立方晶格+C奥氏体奥氏体 固溶体固溶体塑性低，强度高。52铁碳关系之二：铁碳关系之二：化合态化合态 C+Fe Fe3C Fe3C 称为称为渗碳体渗碳体。性能特点性能特点: :.硬，脆硬，脆,塑性几乎为塑性几乎为0；.在一定条件下可以分解在一定条件下可以分解3渗碳体渗碳体C碳碳+铁。铁

22、。渗碳体的作用：少量渗碳体散布在铁素铁中渗碳体的作用：少量渗碳体散布在铁素铁中总含总含c量量2%成为碳素钢。提高了强度和成为碳素钢。提高了强度和硬度，可轧制成钢材。硬度，可轧制成钢材。53 铁碳合金中含碳量铁碳合金中含碳量2%时，时，局部碳以石墨形式存在于其中，局部碳以石墨形式存在于其中，即所谓铸铁。即所谓铸铁。组织构造特点组织构造特点性能特点：石墨性软、强度极低，性能特点：石墨性软、强度极低，相当于铸铁中存在许多孔洞。相当于铸铁中存在许多孔洞。 铁碳关系之三铁碳关系之三游离态游离态 544珠光体珠光体P铁素体和渗碳体两者的机械混合物铁素体和渗碳体两者的机械混合物性能特点性能特点: :介于两者

23、之间介于两者之间,强度和硬度比强度和硬度比F高高,塑性和韧性比塑性和韧性比F差差,但比但比C好；好；55性能特点性能特点: :具有较高的硬度具有较高的硬度5莱氏体莱氏体L珠光体和初次渗碳体的共晶混合物珠光体和初次渗碳体的共晶混合物56(6)马氏体马氏体(M)从高温奥氏体急冷下来从高温奥氏体急冷下来,得到碳原子在得到碳原子在-Fe中过中过饱和的固溶体饱和的固溶体.性能特点性能特点: :硬度高硬度高,很脆很脆,不能承受冲击载荷不能承受冲击载荷.571.4.2 铁碳合金状态图图图1-12(1)A1(1)A1线线 (2)A3 (2)A3线线 (3) Acm (3) Acm线线(4) ACD(4) AC

24、D线线 (5)AECF (5)AECF线线n常温下碳钢的性能分析常温下碳钢的性能分析(如图如图1-13):n塑性、韧性逐渐减小；塑性、韧性逐渐减小；n硬度逐渐增大；硬度逐渐增大；n强度先增后减强度先增后减5960 1.4.3 碳钢碳钢1.锰锰(Mn) 来源来源在冶炼过程中参加锰铁。在冶炼过程中参加锰铁。 作用作用钢材中锰含量高于钢材中锰含量高于0.8%时，即为合金元素存在，时，即为合金元素存在，可溶于可溶于F中中提高强度。是有益元素。提高强度。是有益元素。 2.硫硫(S)来源来源矿石和焦炭。矿石和焦炭。存在形式：存在形式：FeS。作用作用FeS 的熔点低于钢材热加工开场温度，的熔点低于钢材热加

25、工开场温度， 它过早熔化，导致工件开裂，称为热脆性。它过早熔化，导致工件开裂，称为热脆性。 有害元素！有害元素！ n 3.硅硅(Si)n 来源来源冶炼。冶炼。n 作用作用以脱氧化物以脱氧化物SiO2的形式存在的形式存在n 可溶于可溶于F中，提高强度、硬度，是有中，提高强度、硬度，是有益元素。益元素。6162 4). 磷磷(P)n来源来源矿石。矿石。n作用作用溶于铁素体，使钢材常温下脆性增加，溶于铁素体，使钢材常温下脆性增加，塑性、韧性下降，即所谓塑性、韧性下降，即所谓“冷脆性。冷脆性。n 有害元素！有害元素！n 5.氢氢(H)n 来源来源钢由高温奥氏体冷至常温时，氢的钢由高温奥氏体冷至常温时，

26、氢的溶解度降低，来不及到钢的外表逸出而积聚，溶解度降低，来不及到钢的外表逸出而积聚，并产生高压力，在钢材内产生并产生高压力，在钢材内产生“白点。白点。n “白点白点裂纹源裂纹源n 有害元素！有害元素！n6氮氮Nn钢中有过量的氮，加热到一定的温度时会析出钢中有过量的氮，加热到一定的温度时会析出，称为，称为“时效时效n作用作用硬度、强度提高，塑性下降。硬度、强度提高，塑性下降。n处理处理参加参加Al，Ti进展固氮处理，形成进展固氮处理，形成 AlN和和TiN63n7氧氧On以夹杂物、颗粒状形式存在。以夹杂物、颗粒状形式存在。n作用作用破坏连续性，降低冲击性能，破坏连续性，降低冲击性能，疲劳强度等。

27、疲劳强度等。64652.碳钢的分类、牌号碳钢的分类、牌号 1.普通碳钢普通碳钢含含P、S等有害杂质较多等有害杂质较多S0.055% P0.045%) #Q235-B, # Q235-C, Q275 (参见表参见表1-6式中式中 Q普通碳钢，普通碳钢，“屈服的拼音首位字母。屈服的拼音首位字母。 235材料屈服点材料屈服点MPa) A,B,C,D钢材质量等级，越后越高。钢材质量等级，越后越高。 F沸腾钢沸腾钢 #GB150-98规定使用材料规定使用材料662.优质碳素钢 特点：含硫、磷等杂质较少，均特点：含硫、磷等杂质较少，均0.04%0.04%，杂质少，杂质少，组织均匀，外表质量好。组织均匀，外

28、表质量好。 常用有：常用有：08,10,15,20,20g,20R,30Mn,40Mn08,10,15,20,20g,20R,30Mn,40Mn等。等。式中式中 数字数字含含c c量的万分数量的万分数; ; g g 锅炉钢；锅炉钢； R R 容器钢；容器钢； Mn Mn 含锰元素约含锰元素约1%1%。 3 3. .高级优质钢高级优质钢 磷硫杂质极少磷硫杂质极少 P,s P,s含量含量0.03%0.03%。 表示法：如表示法：如20A 20A 67 1.4.4.钢的热处理钢的热处理热处理工艺实例：热处理工艺实例：缝纫用钢针在火上烧，再缝纫用钢针在火上烧，再慢慢冷下来后变软；慢慢冷下来后变软；建筑

29、用铁线用火烧软；建筑用铁线用火烧软；泵轴调质泵轴调质内韧外硬；内韧外硬；扁铲淬火扁铲淬火提高硬度和韧提高硬度和韧性性 ；容器焊后退火容器焊后退火消除内应消除内应力；力；热处理工艺曲线：热处理工艺曲线：681 1常用热处理工艺常用热处理工艺缓慢加热，保温一定时间后 随炉冷却曲线1 退火； 空气中冷却曲线2正火 ； 作用：降低硬度，增加塑性，改善机械性能； 使组织均匀化，消除内应力。【注】加热温度为临界点钢的内部组织发生转变的温度) 以上3050。69 缓慢加热，保温一定时间缓慢加热，保温一定时间 淬淬火剂中冷却曲线火剂中冷却曲线3 3； 淬火剂淬火剂: : 水，盐水水，盐水用于用于 碳钢；碳钢；

30、 油油用于合金钢。用于合金钢。 作用：提高硬度、强度和耐作用：提高硬度、强度和耐磨性。磨性。 淬火淬火70 淬火后再进展一次较低温度的加热与冷却。淬火后再进展一次较低温度的加热与冷却。 作用：消除内应力，稳定组织，满足技术要作用：消除内应力，稳定组织，满足技术要求。求。 回火又分为：回火又分为： 低温回火低温回火150150250 250 ； 中温回火中温回火300300450 450 ； 高温回火高温回火500500680680。 淬火淬火+ +高温回火高温回火 称为称为调质处理。调质处理。 效果：强度、塑性、韧性均提高效果：强度、塑性、韧性均提高 。回火回火712 2化学热处理化学热处理将

31、零件放在化学介质中进展将零件放在化学介质中进展 加热加热 保温保温 冷却的过程。冷却的过程。 使零件外表改性。使零件外表改性。方式：渗碳，渗氮，渗铬，氰化等。方式：渗碳，渗氮，渗铬，氰化等。72 1.4.5. 铸铁铸铁 铁铁+ (2.54.0%)碳碳+Si、Mn、P、S 等杂质等杂质 铸铁铸铁1灰铸铁灰铸铁 如如 HT150-330, HT200-400 HT-灰铸铁灰铸铁 第一个数字第一个数字-抗拉强度抗拉强度MPa) 第二个数字第二个数字-抗弯强度抗弯强度MPa)特点：断口呈灰色，石墨呈片状；特点：断口呈灰色，石墨呈片状； 质脆，耐磨，抗压不抗拉，可铸性好，易切削；质脆，耐磨，抗压不抗拉，

32、可铸性好，易切削； 吸音减振，某些介质中耐腐蚀性好。吸音减振，某些介质中耐腐蚀性好。732球墨铸铁 如 QT450-10. QT-球墨铸铁 450-抗拉强度MPa) 10-延伸率%特点：碳以球状石墨存在，可铸性好，易切削； 强度高，较好的塑性和韧性。74 45 45号钢、球墨铸铁、灰铸铁的机械性能比较号钢、球墨铸铁、灰铸铁的机械性能比较753高硅铸铁高硅铸铁n如：如：STSi15R, STSi11Cu2CrR, STSi17Rn式中式中 ST-高硅耐蚀铸铁，高硅耐蚀铸铁，n Si15-含硅含硅15%左右，左右，n Cu2-含铜含铜2%左右左右n R -混合稀土元素混合稀土元素0.1%。n特点：

33、特点：耐腐蚀性好见书表耐腐蚀性好见书表1-15；n 质硬、脆，较难机加工，一般采用铸造；质硬、脆，较难机加工，一般采用铸造；n 导热性能差，膨胀系数大，受热易裂。导热性能差，膨胀系数大，受热易裂。n用途：制造耐腐蚀泵、阀门、旋塞、冷却排管、用途：制造耐腐蚀泵、阀门、旋塞、冷却排管、辅助阳极、管道配件等。辅助阳极、管道配件等。761.5 低合金钢及特殊性能钢低合金钢及特殊性能钢1.5.1 合金元素对钢的影响合金元素对钢的影响为改善钢材性能特意参加合金元素，以改变钢材性质。例为改善钢材性能特意参加合金元素，以改变钢材性质。例如：如：铬：耐腐蚀抗氧化；铬：耐腐蚀抗氧化； 提高了强度硬度和耐磨性；提高

34、了强度硬度和耐磨性； 使钢材的韧性和塑性降低。使钢材的韧性和塑性降低。锰：提高强度和低温冲击韧性。锰：提高强度和低温冲击韧性。镍：提高淬透性，保持良好塑性和韧性；镍：提高淬透性，保持良好塑性和韧性； 提高耐腐蚀性和低温冲击韧性；提高耐腐蚀性和低温冲击韧性； 提高热强性能。提高热强性能。硅：提高强度、高温疲劳强度、耐热性、耐硅：提高强度、高温疲劳强度、耐热性、耐H2S腐蚀；腐蚀； 降低了塑性和冲击韧性。降低了塑性和冲击韧性。77 1. 成分特点：成分特点：由碳素钢由碳素钢+Si、Mn、Cu、 Ti、V、Nb等元素组成；等元素组成；含碳量均较低，含碳量均较低，0.2%；合金元素总含量合金元素总含量

35、5% 。2. 相对于碳素钢，其相对于碳素钢，其性能特点性能特点：强度提高；强度提高；耐腐蚀性能提高；耐腐蚀性能提高；低温性能提高。低温性能提高。1.5.2 低合金钢低合金钢78 碳素钢与低合金钢比较 793.常用材料：板，管，圆钢等型材。常用材料：板，管，圆钢等型材。4.用途：用途： 广泛用于造船，压力容器，桥梁，高广泛用于造船，压力容器，桥梁，高压锅炉，汽车，矿山机械，农业机械等。压锅炉，汽车，矿山机械，农业机械等。5.常用材料：常用材料： 16MnR，15MnVR,18MnMoNbR, 16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR.801.5.3 锅炉钢和容器钢锅炉钢和容器钢1.工作环境

36、：工作环境：锅炉：中温或高温；中压或高压。锅炉：中温或高温；中压或高压。容器：压力；温度；介质腐蚀；操作特点。容器：压力；温度；介质腐蚀；操作特点。2.对材质要求：对材质要求：1较高的强度；较高的强度；2良好的塑性、韧性和冷弯性能；良好的塑性、韧性和冷弯性能；3较低的缺口敏感性；较低的缺口敏感性；4良好的焊接性能和其他工艺性能；良好的焊接性能和其他工艺性能；5良好的冶金质量。良好的冶金质量。 813.常用的材料：常用的材料：锅炉钢锅炉钢 20g；12Mng,16Mng,15MnVg,18MnMoNbg。容器钢容器钢GB150-1998 ?钢制压力容器钢制压力容器?推推荐荐 Q235-B，Q23

37、5-C; 20R; 16MnR，15MnVR，15MnVNbR，18MnMoNbR。 4.标准：标准： ?压力容器用钢板压力容器用钢板?GB6654-1996 ?压力容器用碳素钢和低合金厚钢板压力容器用碳素钢和低合金厚钢板?YB/T40-8782 1.5.4 不锈耐酸钢不锈耐酸钢不锈不锈-耐大气腐蚀；耐大气腐蚀；耐酸耐酸-耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀。耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀。常用品种：常用品种：1铬不锈钢铬不锈钢-如如1Cr13, 2Cr13, 0Cr13等。等。第一个数字第一个数字-含碳量的千分数含碳量的千分数见表见表1-5(1-4； Cr13-含铬含铬13%。组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中

38、形成固溶组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中形成固溶体。体。83“不锈的原因：不锈的原因： 在氧化性介质中，铬能生成一层稳定在氧化性介质中，铬能生成一层稳定而致密的氧化膜，对钢材起保护作用。而致密的氧化膜，对钢材起保护作用。性能特点性能特点：n 碳的作用碳的作用-与铬生成碳化铬与铬生成碳化铬(Cr23C6)，消耗大量的铬。为保证耐消耗大量的铬。为保证耐腐蚀性能，不锈钢中腐蚀性能，不锈钢中碳含量越低越好。碳含量越低越好。84 铬的作用：铬的作用： 能提高耐腐蚀性能能提高耐腐蚀性能。实际铬不。实际铬不锈钢的平均含铬量锈钢的平均含铬量13%。 能提高钢的淬透性，显著提高能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度

39、、硬度和耐磨性，而塑性、钢的强度、硬度和耐磨性，而塑性、韧性降低。韧性降低。n 用作受载荷大的耐蚀零件，如用作受载荷大的耐蚀零件，如轴类，活塞杆、螺栓、浮阀等轴类，活塞杆、螺栓、浮阀等。85 2铬镍不锈钢n常用铬镍不锈钢型号常用铬镍不锈钢型号:0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti n式中式中 0-含碳量的千分数；见表含碳量的千分数；见表1-5n Cr18-含铬量含铬量18%左右；左右；n Ni9-含镍量含镍量9%左右。左右。n通常以铬镍平均含量通常以铬镍平均含量“18-8标志这种钢。标志这种钢。n组织特征：组织特征：C、Cr、Ni固溶于奥氏体晶格中，固溶于奥氏体晶格中，是单一的奥氏体组织。

40、是单一的奥氏体组织。86 性能特点性能特点: 耐腐蚀性好耐腐蚀性好 Cr含量含量13%，外表形成氧化膜；，外表形成氧化膜； 组织为单一的奥氏体，在电解液中不能形成微电池，防止了电化学腐蚀。组织为单一的奥氏体，在电解液中不能形成微电池，防止了电化学腐蚀。 力学性能优异。力学性能优异。见见P300附录五附录五 在在400850期间，碳生成碳化铬在晶界析出，使晶界附近贫铬期间，碳生成碳化铬在晶界析出，使晶界附近贫铬铬含量低于铬含量低于12%导致晶间腐蚀。导致晶间腐蚀。 ！不能反复施焊，否那么必须进展热处理。！不能反复施焊，否那么必须进展热处理。 不耐氯离子腐蚀。不耐氯离子腐蚀。87 1.5.5 耐热

41、钢耐热钢n 高温环境高温环境-原油加热、裂解、催化等。如转化原油加热、裂解、催化等。如转化炉炉管，工作温度为炉炉管，工作温度为650800。n 碳钢使用温度一般在碳钢使用温度一般在400以下。以下。n如如20钢钢 500时屈服点只有时屈服点只有50MPa,变得很软，变得很软，钢中的钢中的Fe3C分解出石墨碳石墨化过程；同分解出石墨碳石墨化过程；同时钢外表生成氧化皮，层层剥落。时钢外表生成氧化皮，层层剥落。n 碳钢在高温下强度和抗氧化性均下降。碳钢在高温下强度和抗氧化性均下降。88 高温设备对材料的要求：高温设备对材料的要求：化学稳定性。化学稳定性。抵抗高温气体抵抗高温气体O2、H2S、SO2

42、等等)腐蚀的能力。腐蚀的能力。钢的外表能生成致密的氧化膜。钢的外表能生成致密的氧化膜。抗氧化钢抗氧化钢抗高温氧化，强度不高。抗高温氧化，强度不高。 Cr13SiAl, Cr25Ti, Cr25Ni12等。等。热强性。热强性。抗高温蠕变能力。抗高温蠕变能力。热强钢热强钢抗蠕变，有一定抗氧化能力。抗蠕变，有一定抗氧化能力。 12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。等。89元素元素 Cr提高提高抗氧化抗氧化性，强化并稳定金相组性，强化并稳定金相组织。织。 Mo提高提高高温强度高温强度，强化并稳定金相组，强化并稳定金相组织，提高再结晶温度。织，提高再结晶温度。 Ni形成形成

43、奥氏体组织奥氏体组织，提高高温强度和，提高高温强度和耐腐蚀性。耐腐蚀性。 Ti稳定金相组织，不锈钢中能稳定金相组织，不锈钢中能减少铬与减少铬与碳的化合。碳的化合。 Al,Si提高提高高温抗氧化性高温抗氧化性，本身生成致，本身生成致密的氧化膜。密的氧化膜。各元素的作用各元素的作用：90 1.5.6 低温用钢低温用钢n低温环境低温环境天然气液化、空气别离、润天然气液化、空气别离、润滑油脱脂、轻烃回收等。滑油脱脂、轻烃回收等。n 普通碳钢在低温下普通碳钢在低温下-20-20以下变脆，以下变脆，冲击韧性显著下降。冲击韧性显著下降。n 低温用钢的组织成分特点：低温用钢的组织成分特点：n一般低温一般低温-

44、40-20 )-40-20 )钢钢含碳量很含碳量很低的铁素体组织，再参加适量的低的铁素体组织，再参加适量的MnMn、AlAl、TiTi、NbNb、CuCu、V V、N N等元素。等元素。n 如如 16MnDR,09MnNiDR 16MnDR,09MnNiDR等。等。n深冷深冷-40-40以下以下) )用钢用钢含碳量低的奥含碳量低的奥氏体组织。如氏体组织。如 15Mn26Al4 15Mn26Al4。911.5.7 钢材的品种和规格钢材的品种和规格 1钢板P320附录十2钢管P306附录七无缝钢管表示法： 如 f21910其中 219-钢管的外径,mm； 10-钢管名义壁厚,mm。 有缝钢管 由板

45、卷焊接而成。用于水管，蒸汽管等。 如 1吋,1/4吋,3/4吋等.923型钢型钢n圆钢n方钢n扁钢n等边角钢n不等边角钢n工字钢n槽钢934铸钢和锻钢铸钢和锻钢钢水铸造成型-铸钢。如：ZG200-400 式中200-屈服点 400-抗拉强度。钢坯锻压成型 -锻钢941.6 有色金属材料有色金属材料1.6.1 铝及其合金铝及其合金1.特性：特性：1密度小，体轻；密度小，体轻； 2导电、导热性好。不产生火花；导电、导热性好。不产生火花； 3塑性高，强度低；塑性高，强度低； 4易冷加工，可焊，可铸；易冷加工，可焊，可铸； 5耐低温；耐低温； 6一定的耐腐蚀性；一定的耐腐蚀性； 7不污染食物。不污染食

46、物。(?)951纯铝：高纯铝纯铝：高纯铝L01，L02浓硝酸设备；浓硝酸设备； 工业纯铝工业纯铝L1，L2，L4换热器，塔，换热器，塔，储罐，深冷设备等。储罐，深冷设备等。2铸造铝合金铸造铝合金ZL泵，阀门，离心机等。泵，阀门，离心机等。3防锈铝合金防锈铝合金LF深冷设备，别离塔等。深冷设备，别离塔等。铝和铝合金很适合于低温设备铝和铝合金很适合于低温设备!2.常用铝材：常用铝材：961.6.2 铜及其合金铜及其合金1.纯铜紫铜纯铜紫铜特性：特性：1塑性好，导电性好，导热好；塑性好，导电性好，导热好； 2低温下保持较高塑性和冲击韧性；低温下保持较高塑性和冲击韧性； 3在枯燥的空气中稳定在枯燥的空

47、气中稳定,耐低浓度酸耐低浓度酸(除除硝酸硝酸)。用场：深冷装置；密封垫片。用场：深冷装置；密封垫片。常用材料：常用材料：T2，T3，T4，TUP用磷脱氧的用磷脱氧的无氧纯铜。无氧纯铜。97铜与锌的合金。铜与锌的合金。特性：铸造性能好；较高的力学性能；易特性：铸造性能好；较高的力学性能；易切削加工；可焊接；耐蚀性较好；有应切削加工；可焊接；耐蚀性较好；有应力腐蚀开裂倾向。力腐蚀开裂倾向。化工常用材料：化工常用材料：H80,H68,H62等等。铜含量铜含量%代号代号98铜与锌以外的金属组成的合金铜与锌以外的金属组成的合金.常用材料：锡青铜铜锡合金常用材料：锡青铜铜锡合金铸造青铜用场较多。铸造青铜用

48、场较多。特点：良好的耐腐蚀性，耐磨性。特点：良好的耐腐蚀性，耐磨性。用场：泵壳，轴承，涡轮，阀门等。用场：泵壳，轴承，涡轮，阀门等。991.6.3 钛及其合金钛及其合金特点：特点：1密度不大而强度高；密度不大而强度高； 2耐腐蚀性能近乎或超耐腐蚀性能近乎或超过不锈钢；过不锈钢； 3耐热。耐热。用场：航空工业，化学工业。用场：航空工业，化学工业。1.6.3 铅及其合金铅及其合金特点：特点：1强度、硬度低、软；强度、硬度低、软； 2耐腐蚀性；耐腐蚀性； 3耐辐射。耐辐射。用场：设备衬里。用场：设备衬里。1001011.7 非金属材料非金属材料1.7.1 无机非金属材料无机非金属材料1. 化工陶瓷化

49、工陶瓷特点：特点：1良好的耐腐蚀性能；良好的耐腐蚀性能； 2足够的不透性、耐热性；足够的不透性、耐热性； 3一定的机械强度；一定的机械强度； 4性脆易裂，导热性差。性脆易裂，导热性差。用场：化工陶瓷设备及管道，管件等。用场：化工陶瓷设备及管道，管件等。102含高硅的瓷釉经含高硅的瓷釉经900煅烧，密煅烧，密着在金属胎外表而成。着在金属胎外表而成。特点：特点：1优良的耐腐蚀性能；优良的耐腐蚀性能； 2优良的电绝缘性能；优良的电绝缘性能； 3易碎裂。易碎裂。用场：搪瓷设备，如反响釜、储罐、用场：搪瓷设备，如反响釜、储罐、换热器、塔、阀门等。换热器、塔、阀门等。103辉绿岩熔融后铸成的辉绿岩熔融后铸

50、成的特点：特点：1优良的耐腐蚀性能除氢氟酸、优良的耐腐蚀性能除氢氟酸、熔融碱；熔融碱；2硬度大；硬度大；3脆性大，不受冲击脆性大，不受冲击用场：设备衬里、管材。用场：设备衬里、管材。特点：特点：1良好的耐腐蚀性能；良好的耐腐蚀性能； 2良好的耐热性；良好的耐热性； 3清洁、透明、阻力小、价格低清洁、透明、阻力小、价格低 用场：管道、容器、反响器、热交换器等。用场：管道、容器、反响器、热交换器等。1044.玻璃硼玻璃、高铝玻璃玻璃硼玻璃、高铝玻璃1051.7.2 有机非金属材料有机非金属材料1. 工程塑料工程塑料高分子合成树脂高分子合成树脂+ 填料填料提高力学性能；提高力学性能； 增塑剂增塑剂降

51、低硬度和脆性；降低硬度和脆性； 稳定剂稳定剂延缓老化；延缓老化； 固化剂固化剂加快固化速度。加快固化速度。特点：特点：1良好的耐腐蚀性能；良好的耐腐蚀性能； 2一定的机械强度；一定的机械强度； 3密度不大；密度不大； 4价格较低。价格较低。106常用材料：常用材料：n硬聚氯乙烯塑料硬聚氯乙烯塑料n聚乙烯塑料聚乙烯塑料n耐酸酚醛塑料耐酸酚醛塑料n聚四氟乙烯塑料聚四氟乙烯塑料n玻璃钢玻璃钢高分子胶体的混合高分子胶体的混合物溶液。物溶液。用途：设备防腐用途：设备防腐常用涂料：常用涂料：n防锈漆；防锈漆；n底漆；底漆；n大漆；大漆；n环氧树脂漆；环氧树脂漆；n酚醛树脂漆。等。酚醛树脂漆。等。1073.

52、 不透性石墨不透性石墨各种树脂侵汲石墨，消除孔隙而成。各种树脂侵汲石墨，消除孔隙而成。特点：特点：1较高的化学稳定性和良好的导热性，较高的化学稳定性和良好的导热性，热膨胀系数小，耐温度急变性好；热膨胀系数小，耐温度急变性好； 2不污染介质；不污染介质； 3加工性能好，相对密度小；加工性能好，相对密度小； 4力学性能较低，性脆。力学性能较低，性脆。用场：腐蚀性强的换热器；泵，管道，机械密用场：腐蚀性强的换热器；泵，管道，机械密封环，爆破片等。封环，爆破片等。 1081.8 化工设备的腐蚀及防腐措施化工设备的腐蚀及防腐措施1.8.1 金属的腐蚀金属的腐蚀金属与周围介质之间发生化学或电化学作金属与周

53、围介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏用而引起的破坏分类：化学腐蚀和电化学腐蚀分类：化学腐蚀和电化学腐蚀1.金属腐蚀的评定方法：金属腐蚀的评定方法：1质量变化评定法质量变化评定法 试验测定，单位外表、单位时间腐蚀引起试验测定，单位外表、单位时间腐蚀引起的质量变化量。的质量变化量。K=M0-M1/Ft式中：式中：K腐蚀速度，腐蚀速度，g/m2.h M0，M1试件前后质量试件前后质量 F试件与腐蚀介质接触的面积试件与腐蚀介质接触的面积 t腐蚀作用的时间腐蚀作用的时间1102腐蚀深度评定法腐蚀深度评定法用每年金属厚度的减少量表示腐蚀速用每年金属厚度的减少量表示腐蚀速度。度。 P金属的相对密度金属

54、的相对密度Ka金属厚度每年的减小量，金属厚度每年的减小量，mm/a111112金属遇到枯燥气体或非电解质溶液发生的腐蚀。金属遇到枯燥气体或非电解质溶液发生的腐蚀。特点：特点：1腐蚀产物在金属外表；腐蚀产物在金属外表； 2腐蚀过程中无电流产生。腐蚀过程中无电流产生。腐蚀产物特性：腐蚀产物特性： 1致密而稳定，与金属结合结实致密而稳定，与金属结合结实钝化钝化膜膜钝化作用；钝化作用； 2不稳定，与金属结合不结实不稳定，与金属结合不结实脱落脱落活化作用。活化作用。1131金属的高温氧化及脱碳金属的高温氧化及脱碳n金属在高温下的气体腐蚀。金属在高温下的气体腐蚀。解决方法：冶炼时参加铬，硅或铝解决方法：冶

55、炼时参加铬，硅或铝 不起皮钢不起皮钢114脱碳反响：脱碳反响： Fe3C+O2=3Fe+CO2 Fe3C+CO2=3Fe+CO Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2 温度温度700时时脱碳作用。脱碳作用。力学性能下降。力学性能下降。1152氢腐蚀氢腐蚀铁碳合金发生氢腐蚀的开场温度和压力：铁碳合金发生氢腐蚀的开场温度和压力：第一阶段：氢脆第一阶段：氢脆以原子状态侵入钢材内部，聚集，使以原子状态侵入钢材内部，聚集，使钢变脆。与氢在钢中的溶解度成正比。钢变脆。与氢在钢中的溶解度成正比。116第二阶段：氢侵蚀第二阶段：氢侵蚀发生化学反响：发生化学反响： Fe3C+2H2=3Fe+CH4危害：危害：1甲

56、烷在晶界聚集，成为裂纹源；甲烷在晶界聚集，成为裂纹源； 2甲烷在钢材外表鼓泡，降低力学性能；甲烷在钢材外表鼓泡，降低力学性能； 3渗碳体复原为铁素体，体积减小，产生渗碳体复原为铁素体，体积减小，产生组织应力，促进裂纹扩展。又提供氢和甲烷聚集条组织应力，促进裂纹扩展。又提供氢和甲烷聚集条件，加重氢侵蚀件，加重氢侵蚀钢材组织成为网格。钢材组织成为网格。117金属与电解液接触发生电化学反映。金属与电解液接触发生电化学反映。三个环节：三个环节：118发生电化学腐蚀必备条件：发生电化学腐蚀必备条件：1同一金属中有不同电位的组织同一金属中有不同电位的组织成分或存在不同电位的金属；成分或存在不同电位的金属；2阳极和阴极互相连接；阳极和阴极互相连接；3阳极和阴极同处在连通的电解阳极和阴极同处在连通的电解液中。液