化工机械设备材料

1、第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.1.返回目录返回目录第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料 材料是构成化工设备的物质基础材料是构成化工设备的物质基础, ,合理选用材料是合理选用材料是化工设备设计的重要环节。正确选用材料对保证设备化工设备设计的重要环节。正确选用材料对保证设备安全运行，节省材料，减轻设备重量，延长使用寿命安全运行，节省材料，减轻设备重量，延长使用寿命等都有积极作用。等都有积极作用。 目前化工设备常用的材料有：碳钢、合金钢、铸目前化工设备常用的材料有：碳钢、合金钢、铸铁等。铁等。第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.2.返回目录返回目录1.1.机械

2、性能机械性能2.1 2.1 金属材料的基本性能金属材料的基本性能 金属材料的基本性能主要有机械性能、物理性能、金属材料的基本性能主要有机械性能、物理性能、耐腐蚀性能和制造工艺性能等。耐腐蚀性能和制造工艺性能等。 材料的机械性能主要是指材料的强度、塑性、韧性材料的机械性能主要是指材料的强度、塑性、韧性和硬度等。主要性能指标有静力状态下的强度极限和硬度等。主要性能指标有静力状态下的强度极限bb，反映抵抗断裂破坏的能力，屈服极限反映抵抗断裂破坏的能力，屈服极限s s ，反映抵抗塑，反映抵抗塑性变形的能力，高温蠕变极限性变形的能力，高温蠕变极限n n ，反映高温下材料抵，反映高温下材料抵抗蠕变的极限指

3、标。以上三个强度指标是确定材料许用抗蠕变的极限指标。以上三个强度指标是确定材料许用应力的主要依据。应力的主要依据。第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.3.返回目录返回目录 反映材料塑性的指标有延伸率反映材料塑性的指标有延伸率和断面收缩率和断面收缩率，此两，此两值越大表示材料的塑性越好，在设备破坏前会发生明显的塑值越大表示材料的塑性越好，在设备破坏前会发生明显的塑性变形，从化工设备安全运行的角度考虑，要求材料要有较性变形，从化工设备安全运行的角度考虑，要求材料要有较好的塑性。好的塑性。 反映材料韧性的指标为冲击韧性反映材料韧性的指标为冲击韧性KK值，值越大，表示值，值越大，表示材料抵

4、抗冲击的能力越强。材料抵抗冲击的能力越强。 硬度是指材料对局部硬物压入变形的抵抗能力。常用硬硬度是指材料对局部硬物压入变形的抵抗能力。常用硬度指标有布氏硬度（度指标有布氏硬度（HBHB），洛氏硬度（），洛氏硬度（HRHR）。硬度大小反映）。硬度大小反映材料的耐磨性能和切削加工的可能性。材料的耐磨性能和切削加工的可能性。 金属材料机械性能随温度升高（或降低）而发生显著的金属材料机械性能随温度升高（或降低）而发生显著的变化，对于高温（或低温）状态下工作的设备在选材和确定变化，对于高温（或低温）状态下工作的设备在选材和确定许用应力时，应严格按有关规定进行。许用应力时，应严格按有关规定进行。第二章第二

5、章 化工过程设备材料化工过程设备材料.4.返回目录返回目录2.2.物理性能物理性能 材料的物理性能主要是指：比重、熔点、导热性和材料的物理性能主要是指：比重、熔点、导热性和热膨胀系数，弹性模量等。各种材料的物理性能指标可热膨胀系数，弹性模量等。各种材料的物理性能指标可以查阅有关材料手册，以备设计选用并作为选材的参考以查阅有关材料手册，以备设计选用并作为选材的参考指标。指标。3.3.耐腐蚀性耐腐蚀性 化工生产过程中，许多物料对设备都具有腐蚀性，化工生产过程中，许多物料对设备都具有腐蚀性，应根据物料的腐蚀特性和不同材料耐蚀性合理选用材料。应根据物料的腐蚀特性和不同材料耐蚀性合理选用材料。并且按设备

6、使用年限考虑适当加大设备强度尺寸，以保并且按设备使用年限考虑适当加大设备强度尺寸，以保证设备具有良好的安全性。证设备具有良好的安全性。第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.5.返回目录返回目录4.4.制造工艺性能制造工艺性能 材料的制造工艺性能是指可焊性，可锻性，可铸性，材料的制造工艺性能是指可焊性，可锻性，可铸性，切削加性和热处理性能等。材料的制造性能直接影响零切削加性和热处理性能等。材料的制造性能直接影响零部件的加工制造方法和成本。对于化工设备要求材料具部件的加工制造方法和成本。对于化工设备要求材料具有良好的塑性，良好的切削加工性能和焊接性能等。有良好的塑性，良好的切削加工性能和

7、焊接性能等。2.2 2.2 钢的热处理钢的热处理热处理：热处理：通过对钢材加热，保温和不同的冷却方式，以通过对钢材加热，保温和不同的冷却方式，以改变钢材的组织结构和机械性能的加工工艺称为热处理。改变钢材的组织结构和机械性能的加工工艺称为热处理。第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.6.返回目录返回目录生产中常用的热处理方法有：生产中常用的热处理方法有：退火：退火：把工件加热到一定温度，保温一段时间，随炉缓把工件加热到一定温度，保温一段时间，随炉缓 慢冷却的过程。慢冷却的过程。1.1.退火与正火退火与正火正火：正火：把工件加热到临界点以上把工件加热到临界点以上30503050C C，保

8、温后将工，保温后将工 件从炉中取出在空气中冷却的过程。件从炉中取出在空气中冷却的过程。退火与正火的作用：退火与正火的作用：均匀组织，细化晶粒，降低硬度，均匀组织，细化晶粒，降低硬度， 提高塑性，消除冷、热加工残余应提高塑性，消除冷、热加工残余应 力，改善工件机械性能。力，改善工件机械性能。第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.7.返回目录返回目录淬火：淬火：将工件加热到临界点以上将工件加热到临界点以上30503050C C，保温一段时，保温一段时 间，然后在淬火剂中冷却以得到马氏体组织的一间，然后在淬火剂中冷却以得到马氏体组织的一 种热处理方法。种热处理方法。2.2.淬火与回火淬火与

9、回火回火：工件经淬火后，再进行一次低温加热及冷却的处回火：工件经淬火后，再进行一次低温加热及冷却的处 理工艺过程。理工艺过程。淬火与回火的作用：淬火与回火的作用： 增加工件的硬度，强度和耐磨性，回火使工件消增加工件的硬度，强度和耐磨性，回火使工件消除淬火后的内应力，组织结构趋于稳定，并获得更好的除淬火后的内应力，组织结构趋于稳定，并获得更好的机械性能。机械性能。第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.8.返回目录返回目录 将工件放在一定的介质中加热和保温，使介质中的将工件放在一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以获得预期的组织和性能的一活性原子渗入工件表层，以获得预

10、期的组织和性能的一种热处理过程。按渗入元素的不同，化学热处理可分为种热处理过程。按渗入元素的不同，化学热处理可分为渗碳、渗铝、氮化等。渗碳、渗铝、氮化等。 氮化处理广泛应用于各种告诉传动精密齿轮、车床氮化处理广泛应用于各种告诉传动精密齿轮、车床主轴等要求很高疲劳强度的零件，以提高零件的表面硬主轴等要求很高疲劳强度的零件，以提高零件的表面硬度和耐磨性。度和耐磨性。 回火又根据工件的使用要求，可采用低温回火，中回火又根据工件的使用要求，可采用低温回火，中温回火和高温回火。温回火和高温回火。3.3.化学热处理化学热处理第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.9.返回目录返回目录2.3 2.3

11、 碳钢碳钢 碳钢是含碳量小于碳钢是含碳量小于2.11%2.11%的铁碳合金。碳的含量在的铁碳合金。碳的含量在碳钢中有重要的影响，常用的碳钢中含碳量一般约为碳钢中有重要的影响，常用的碳钢中含碳量一般约为0.08%1.4%0.08%1.4%。由于炼钢方法的限制，钢不可避免地还有。由于炼钢方法的限制，钢不可避免地还有硫、磷、锰、硅等杂质。硫、磷、锰、硅等杂质。磷（磷（P P）：）：在碳钢中为有害元素，使钢的强度、硬度在碳钢中为有害元素，使钢的强度、硬度 增加，但引起钢的塑性、冲击韧性显著降增加，但引起钢的塑性、冲击韧性显著降 低，特别是低温时使钢材显著变脆。因低，特别是低温时使钢材显著变脆。因 此，

12、钢中磷的含量必须严格控制。此，钢中磷的含量必须严格控制。第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.10.返回目录返回目录硫（硫（S S）：）：是碳钢的有害元素。会引起钢材在热加工是碳钢的有害元素。会引起钢材在热加工 时容易开裂的热脆现象，钢中硫的含量必时容易开裂的热脆现象，钢中硫的含量必 须严格控制。须严格控制。硅（硅（SiSi）：）：会使钢的强度、硬度增加，但塑性降低。会使钢的强度、硬度增加，但塑性降低。锰（锰（MnMn）：）：能消除硫的有害作用，并且使钢的强度、能消除硫的有害作用，并且使钢的强度、 硬度提高。硬度提高。1.1.普通碳素结构钢普通碳素结构钢这种钢含硫、磷杂质较多，冶炼较

13、简单，价格较低。化这种钢含硫、磷杂质较多，冶炼较简单，价格较低。化工容器与设备中应用最多的是工容器与设备中应用最多的是Q235-AQ235-A这种牌号的结构钢。这种牌号的结构钢。第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.11.返回目录返回目录2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 Q235 Q235表示钢材的屈服极限值为表示钢材的屈服极限值为235MPa235MPa。 A A 表示质量等级为表示质量等级为A A级。级。 F F 表示脱氧方法不完全的沸腾钢。表示脱氧方法不完全的沸腾钢。 Q235-AQ235-A：适用于设计压力：适用于设计压力P1.0MPaP1.0MPa，使用温度，使用温度0

14、3500350C C，壁厚不超过，壁厚不超过16mm16mm容器用钢，或常用制造螺栓，容器用钢，或常用制造螺栓，螺母和支架等。螺母和支架等。 优质碳素结构钢含硫、磷杂质较少，冶炼工艺较严优质碳素结构钢含硫、磷杂质较少，冶炼工艺较严格，组织均匀，质量较好，强度较高，但成本比普通碳格，组织均匀，质量较好，强度较高，但成本比普通碳素结构钢高。素结构钢高。第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.12.返回目录返回目录低碳钢低碳钢 含碳量含碳量0.25%0.25%，牌号有，牌号有1010、2020、2525等，钢的强度等，钢的强度不高，但塑性好，焊接性好。适宜制造化工容器零部件不高，但塑性好，焊

15、接性好。适宜制造化工容器零部件及设备封头。设备换热管、法兰等。及设备封头。设备换热管、法兰等。20R20R表示专门容器表示专门容器用钢，用钢，20G20G表示锅炉专门用钢，质量控制比表示锅炉专门用钢，质量控制比2020钢更加严钢更加严格。格。 钢的牌号以钢中评价含碳量的万分之几表示，例如钢的牌号以钢中评价含碳量的万分之几表示，例如2020钢表示含碳量为钢表示含碳量为0.20%0.20%的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。 根据钢中含碳量的不同此类钢又分为低碳钢、中碳根据钢中含碳量的不同此类钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。钢和高碳钢。第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.13.返回目录

16、返回目录中碳钢中碳钢 含碳量在含碳量在0.3%0.6%0.3%0.6%之间，常用牌号有之间，常用牌号有3535、4545等，等，强度较高，塑性好，韧性好，焊接性能较差。适用于作强度较高，塑性好，韧性好，焊接性能较差。适用于作为轴、齿轮、螺栓等用钢。为轴、齿轮、螺栓等用钢。高碳钢高碳钢 含碳量含碳量0.6%0.6%，它的强度、硬度高，但塑性、焊接，它的强度、硬度高，但塑性、焊接性能差，适宜作为各种工具用钢。性能差，适宜作为各种工具用钢。 优质碳素钢多为轧制，也有铸钢及锻钢，根据不同优质碳素钢多为轧制，也有铸钢及锻钢，根据不同使用要求进行选用。使用要求进行选用。第二章第二章 化工过程设备材料化工过

17、程设备材料.14.返回目录返回目录2.4 2.4 合金钢合金钢 随着科技发展，钢材种类不断增加，为我们合理选随着科技发展，钢材种类不断增加，为我们合理选择更加优质的材料提供了更多的可能。择更加优质的材料提供了更多的可能。 为了提高钢材的机械性能和各种特殊使用性能，常为了提高钢材的机械性能和各种特殊使用性能，常在碳钢中加入一种或几种元素，来改变钢的组织结构和在碳钢中加入一种或几种元素，来改变钢的组织结构和化学成分。化学成分。在碳钢中常添加的合金元素有：铬（在碳钢中常添加的合金元素有：铬（CrCr）、镍（）、镍（NiNi）、）、钼（钼（MoMo）、硅（）、硅（SiSi）、锰（）、锰（MnMn）、硼

18、（）、硼（B B） 、铝（、铝（AlAl）、）、钒（钒（V V）、钛（）、钛（TiTi）、铌（）、铌（NbNb）、钨（）、钨（W W）等。）等。第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.15.返回目录返回目录 加入以上元素的钢，不仅在强度、耐高温、耐低温、加入以上元素的钢，不仅在强度、耐高温、耐低温、耐腐蚀等方面有了较大的改善，而且也大大节省了材料，耐腐蚀等方面有了较大的改善，而且也大大节省了材料，目前得到广泛的推广及使用。目前得到广泛的推广及使用。合金钢根据含碳量，合金元素的含量等分为各种专门用合金钢根据含碳量，合金元素的含量等分为各种专门用钢，化工设备中常用的专门用钢有：钢，化工设备

19、中常用的专门用钢有：1.1.普通低合金钢普通低合金钢 普通低合金钢是在碳素钢的基础上加入少量合金元普通低合金钢是在碳素钢的基础上加入少量合金元素（总量不超过素（总量不超过5%5%）冶炼成的。这种钢的强度高，焊接）冶炼成的。这种钢的强度高，焊接性能好，有较好的耐蚀性，耐高温，低温性能。性能好，有较好的耐蚀性，耐高温，低温性能。第二章第二章 化工过程设备材料化工过程设备材料.16.返回目录返回目录2.2.不锈钢不锈钢 常用的牌号有：常用的牌号有：16MnR16MnR、15MnVR15MnVR等，广泛用于制造等，广泛用于制造压力容器零部件。压力容器零部件。 低温容器用钢有低温容器用钢有16MnDR16MnDR、0