2.1化工设备材料ppt课件

1、河河 南南 师师 范范 大大 学学2021.5化 学 与 环 境 科 学 学 院化 学 与 环 境 科 学 学 院 化 工、环 境 专 业电电 话：话-mail：wangxbhtu7、化工设备材料、化工设备材料7.1.1、概述、概述: 22.5.32七、化工设备材料七、化工设备材料研究化工设备材料是极其重要的。研究化工设备材料是极其重要的。 在设计制造化工设备时，必须针对设备的具体操作条件物料与适宜工作条件），正确地选用材料。 这对于保证设备的正常安全运行，完成生产任务以及节约材料，减轻设备自重，延长设备使用寿命与检修周期，都起着积极的作用。作用作用: : 尽管工艺设

2、计人员负责推荐选用适于工艺条件的，即具有良好腐蚀性能的材料或对介质无污染的材料，但作为设备设计人员，除应了解材料的耐蚀性能外，还必须使所选材料具有足够的强度、良好的焊接性能和其他加工性能，选择合适的工艺和机械两方面要求的最经济材料。这些材料应是在整个设备工作寿命期限内，考虑到维修、更新等因素在内的成本最低的材料。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁22.5.33七、化工设备材料七、化工设备材料铁碳合金：铁碳合金：钢和铸铁钢和铸铁.钢材具有优良的机械性能，既有高的强度，又有好的塑性和韧性。.钢材具有优良的工艺性能可铸、可锻、可焊、可切削等），易于采用不同方法制成各种形式的零件个设备。.钢材具有其他

3、材料所不能及的物理性能导热、导电、磁性等和特殊化学性能对某些物料的耐蚀性等以及耐热性。.钢材可通过热处理方法及将金属加热到预定的温度保温，然后以预定的速度冷却，使其性能进一步改善和提高，以满足设计、制造和使用的要求。构成化工设备材料的主要材料是钢材及其合金。构成化工设备材料的主要材料是钢材及其合金。钢：含碳量钢：含碳量 0.02% 0.02%2%2%铸铁：含碳量铸铁：含碳量 2% 2%由95以上铁和0.054碳及1左右杂质元素所组成的合金含碳量大于4.3的铸铁极脆纯铁纯铁( (工业纯铁工业纯铁) ) ：含碳量：含碳量 0.02% 0.02%7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材

4、料的性能: 22.5.34七、化工设备材料七、化工设备材料 金属材料的基本性能：物理性能、机械性能、化学性能和工艺性能。 化学成分控制较严是容器用钢的主要特点,化学成分的变化对钢材的基本力学性质如强度、塑性、韧性等有较大的影响，对热处理效果也有较大的影响。一、化学成分一、化学成分: : 二、物理性能二、物理性能: : 密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。弹性模量：材料在弹性极限内应力与应变的比值。弹性模量：材料在弹性极限内应力与应变的比值。线膨胀系数：材料在温度变化线膨胀系数：材料在温度变化1时单位长度的伸缩变化值，单位时单位长度的伸缩变化值，单位为为1

5、/m。7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材料的性能: 22.5.35七、化工设备材料七、化工设备材料 主要是指材料的弹性、强度、硬度、塑性和韧性。三、机械性能三、机械性能: : 1 1、弹性、弹性: : 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后又能够恢复原来形状的性能。2、塑性：指材料在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。、塑性：指材料在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。 材料的弹性变形量具有一定限度，超过这一限度，发生的变形就材料的弹性变形量具有一定限度，超过这一限度，发生的变形就不可完全恢复，这种永久变形就是材料的塑性变形。不可完全恢复，这种永久变形就是材料的塑性

6、变形。 出现塑性变形后，继续加载超过塑性变形的限度后，就会出现裂出现塑性变形后，继续加载超过塑性变形的限度后，就会出现裂纹或断裂。纹或断裂。 在弹性变形阶段，当外力卸载后，弹性变形恢复，而塑性变形在弹性变形阶段，当外力卸载后，弹性变形恢复，而塑性变形不可恢复不可恢复7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材料的性能: 22.5.36七、化工设备材料七、化工设备材料三、机械性能三、机械性能: : 2、塑性：、塑性：延伸率 %100%1001LLLP断面收缩率 %1001AAA化工设备材料一般要求5=10%-20%7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材料的性能: 22.

7、5.37七、化工设备材料七、化工设备材料三、机械性能三、机械性能: : 3 3、强度、强度: :是材料抵抗外加载荷而不致失效破坏，能力大小的指标。是材料抵抗外加载荷而不致失效破坏，能力大小的指标。 按所抵抗外加按所抵抗外加载荷的作用形载荷的作用形式可分为：式可分为：抵抗外力的静强度；抵抗外力的静强度；抵抗冲击外力的冲击强度；抵抗冲击外力的冲击强度；抵抗交变外力的疲劳强度；抵抗交变外力的疲劳强度；按环境温按环境温度可分为：度可分为：常温下抵抗外力的常温强度；常温下抵抗外力的常温强度；高温下抵抗外力的高温强度；高温下抵抗外力的高温强度；低温下抵抗外力的低温强度；低温下抵抗外力的低温强度；7.1、概

8、、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材料的性能: 22.5.38七、化工设备材料七、化工设备材料三、机械性能三、机械性能: : 3.13.1常温下的强度指标：常温下的强度指标： 抗拉强度抗拉强度b：是材料在拉伸受力过程中，从开始加载至断裂所能：是材料在拉伸受力过程中，从开始加载至断裂所能承受的最大应力，是决定材料许用应力的主要依据之一。承受的最大应力，是决定材料许用应力的主要依据之一。MPa 抗拉强度和屈服极限的压力容器设计中两个非常重要的强度指抗拉强度和屈服极限的压力容器设计中两个非常重要的强度指标。屈服极限和抗拉强度的比值称为屈强比。此值可反映材料屈服标。屈服极限和抗拉强度的比值称为

9、屈强比。此值可反映材料屈服后强化能力的高低。后强化能力的高低。 屈强比小表示屈服后材料仍有较大的强度裕度。屈强比小表示屈服后材料仍有较大的强度裕度。屈服极限屈服极限s或或0.2 ：是材料呈现屈服现象的金属材料，在所加：是材料呈现屈服现象的金属材料，在所加外加载荷不再增加而材料仍继续变形时所对应的应力。外加载荷不再增加而材料仍继续变形时所对应的应力。MPa7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材料的性能: 22.5.39七、化工设备材料七、化工设备材料三、机械性能三、机械性能: : 3 3、强度、强度: :持久强度持久强度Dt：是材料在某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的：是材料在

10、某一温度下受恒定载荷作用时，在规定的持续时间内引起断裂时的应力。持续时间内引起断裂时的应力。MPa 持久强度是高温元件设计选材的重要依据，也是高温条件下材料许用应力的强度指标之一。蠕变极限蠕变极限nt： MPa 蠕变是材料在一个长时间内，有稳定的拉伸作用下材料逐渐蠕变是材料在一个长时间内，有稳定的拉伸作用下材料逐渐伸长的现象。伸长的现象。蠕变极限是材料抵抗在高温条件下发生缓慢塑性变形的能力。蠕变极限是材料抵抗在高温条件下发生缓慢塑性变形的能力。 我国常规压力容器设计规范 DB150中是以设计温度 下10万小时蠕变率为1%的蠕变极限为设计基础的。7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金

11、属材料的性能: 22.5.310七、化工设备材料七、化工设备材料三、机械性能三、机械性能: : 3 3、强度、强度: : 疲劳极限：疲劳极限： MPa 疲劳：材料或元件在交变应力作用下，经过一段时间后，在内部缺疲劳：材料或元件在交变应力作用下，经过一段时间后，在内部缺陷或应力集中的部位，局部产生细微裂纹，裂纹逐渐扩展以致在陷或应力集中的部位，局部产生细微裂纹，裂纹逐渐扩展以致在远小于屈服极限或强度极限的情况下，突然发生脆性断裂的现象。远小于屈服极限或强度极限的情况下，突然发生脆性断裂的现象。 疲劳极限即材料承受近无限次应力循环对钢材约为疲劳极限即材料承受近无限次应力循环对钢材约为107次次而不

12、被破坏的最大应力。而不被破坏的最大应力。r= min/ max ,应力循环系数或应力比7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材料的性能: 22.5.311七、化工设备材料七、化工设备材料三、机械性能三、机械性能: : 3 3、强度、强度: : 硬度：是材料局部抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力。用标硬度：是材料局部抵抗其他物体刻划或压入其表面的能力。用标准方法测得的表面硬度是材料耐磨能力的重要指标。同时也是反准方法测得的表面硬度是材料耐磨能力的重要指标。同时也是反映材料弹性、强度与塑性的综合性能指标。映材料弹性、强度与塑性的综合性能指标。压入硬度：布氏硬度压入硬度：布氏硬度(HB

13、)、洛氏硬度、洛氏硬度(HRC、HRB)和维氏硬度和维氏硬度(HV)低碳钢低碳钢 b=0.36 HB高碳钢高碳钢 b=0.34 HB灰铸铁灰铸铁 b=0.1 HB7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材料的性能: 22.5.312七、化工设备材料七、化工设备材料三、机械性能三、机械性能: : 4 4、材料的韧性、材料的韧性: : 冲击韧性：采用带缺口的冲击试样在冲击试验中所吸收的冲击功冲击韧性：采用带缺口的冲击试样在冲击试验中所吸收的冲击功AKV数值作为冲击韧性值。数值作为冲击韧性值。韧性：是材料对缺口或裂纹敏感的反映，用来衡量材料的抗裂纹韧性：是材料对缺口或裂纹敏感的反映，用来

14、衡量材料的抗裂纹扩展能力。扩展能力。塑性好的材料一般韧性也好，但塑性并不等于韧性。 断裂韧性：可看出存在裂纹时材料所具有的防断能力。断裂韧性：可看出存在裂纹时材料所具有的防断能力。 材料的冲击韧性可指导选材，但冲击功不能直接用于设计计算，材料的冲击韧性可指导选材，但冲击功不能直接用于设计计算，而且许多压力容器的脆性断裂事故也可以在塑性与冲击值足够的情而且许多压力容器的脆性断裂事故也可以在塑性与冲击值足够的情况下发生。为了能更科学地判断力学中的断裂指标用于压力容器的况下发生。为了能更科学地判断力学中的断裂指标用于压力容器的防脆断设计或安全评定，目前用得较多的是应力强度因子临界值防脆断设计或安全评

15、定，目前用得较多的是应力强度因子临界值KIC和裂纹尖端张开位移和裂纹尖端张开位移COD临界值临界值C7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材料的性能: 22.5.313七、化工设备材料七、化工设备材料三、机械性能三、机械性能: : 4 4、材料的韧性、材料的韧性: : 无塑性转变温度：无塑性转变温度： 在不同温度下测定出一系列的冲击韧性值，可以发现材料在某一温度区间随温度降低而韧性值突然下降。由此可得出该材料的无塑性转变温度，以便确定材料的最低使用温度。 7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材料的性能: 22.5.314七、化工设备材料七、化工设备材料四、化学性能

16、四、化学性能: : 1 1、材料的耐腐蚀性能、材料的耐腐蚀性能: :材料抵抗周围介质对其腐蚀破坏的能力。耐蚀性不是材料固有不变的特性，它随材料的工作条件而改变。2 2、材料的抗氧化性、材料的抗氧化性 高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度应选耐热材料高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度应选耐热材料: :在化工生产中，腐蚀问题是主要矛盾，它直接关系着设备的使用寿命、产品产量、产品质量和环境污染等。因而，必须针对腐蚀特点，合理选择材料。7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材料的性能: 22.5.315七、化工设备材料七、化工设备材料五、材料的工艺性能五、材料的工艺性能: : 1 1、可焊

17、性、可焊性: : 材料在加工方面的物理、化学和机械性能的综合表现即材料的工艺性能，又称为加工性能。化工容器和设备主要零部件的制造主要是焊接、锻造、切削、冲压、弯曲和热处理工艺过程。 一种金属如果用普通的焊接工艺获得优质接头，则认为它具有良好的可焊性，如果要用复杂、特殊的焊接工艺条件才能获得优质接头，则认为可焊性差。焊接：将两个分离的金属或非金属进行局部加热，使之熔融焊接：将两个分离的金属或非金属进行局部加热，使之熔融 后产生结晶的结合。后产生结晶的结合。 材料的可焊性：是指金属材料在一定条件下，通过焊接形成优质的接头的可能性。7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材料的性能: 2

18、2.5.316七、化工设备材料七、化工设备材料五、材料的工艺性能五、材料的工艺性能: : 3 3、可铸性、可铸性: :2 2、可锻性、可锻性 金属承受压力加工的能力。金属承受压力加工的能力。 指金属材料能用铸造的方法获得合格铸件的性能。指金属材料能用铸造的方法获得合格铸件的性能。 铸造性主要包括流动性，收缩性和偏析。铸造性主要包括流动性，收缩性和偏析。流动性：是指液态金属充满铸模的能力；流动性：是指液态金属充满铸模的能力；收缩性：是指铸件凝固时，体积收缩的程度；收缩性：是指铸件凝固时，体积收缩的程度；偏析：是指金属在冷却凝固过程中，因结晶先后差异而造成偏析：是指金属在冷却凝固过程中，因结晶先后

19、差异而造成金属内部化学成分和组织的不均匀性。金属内部化学成分和组织的不均匀性。 金属发可缎性决定于材料的化学组成与组织结构，同时也与加工条件温度等有关。7.1、概、概 述述7.1.1、金属材料的性能、金属材料的性能: 22.5.317七、化工设备材料七、化工设备材料五、材料的工艺性能五、材料的工艺性能: : 5 5、成型工艺性、成型工艺性: :4 4、切削性、切削性 材料在切削加工时表现的性能。材料在切削加工时表现的性能。 成型：指金属在热态或冷态下，经外力作用产生塑性变形而成成型：指金属在热态或冷态下，经外力作用产生塑性变形而成为所需要形状的过程。如：封头的冲压、管子弯曲。为所需要形状的过程

20、。如：封头的冲压、管子弯曲。 当切削某种材料时，刀具寿命长、切削量大、表面质量高，就认为该材料的切削性好。 良好的成型工艺性能要求材料具有较好的塑性。6 6、热处理性能、热处理性能: : 热处理是以改善钢材的某些性能为目的，将钢材加热到一定的温度，在此温度下保持一定的时间，然后以不同的速度冷却下来的一种操作。 材料适用于哪种热处理操作，主要取决于材料的化学组成。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.318七、化工设备材料七、化工设备材料一、碳及常存杂质元素对钢材性能的影响一、碳及常存杂质元素对钢材性能的影响: : 钢中的主要元素之一，对钢的性能影响也最大。

21、如图P140，图7-1）常存杂质：硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等常存杂质：硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等1.碳碳2、硫、硫 有害元素。有害元素。FeS和和 Fe形成低熔点形成低熔点(985)化合物，使钢材热加工化合物，使钢材热加工到到11501200，过早熔化而导致工件开裂，称，过早熔化而导致工件开裂，称“热脆热脆”。 高级优质钢：高级优质钢：S0.02%0.03%； 优质钢：优质钢：S0.03%0.045%； 普通钢：普通钢：S0.055%0.7%以下。以下。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.319七、化工设备材料七、化工设备材料一、碳及常存杂质元素对钢材

22、性能的影响一、碳及常存杂质元素对钢材性能的影响: : 有害元素。虽能使强度、硬度增高，但会引起塑性、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： P0.025%；优质钢： P0.035%；普通钢： P0.045%。3.磷磷7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.320七、化工设备材料七、化工设备材料一、碳及常存杂质元素对钢材性能的影响一、碳及常存杂质元素对钢材性能的影响: : 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FeO成为MnO进入炉渣，从而改善钢的品质，特

23、别是降低脆性，提高强度和硬度。在0.25%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0.25%0.8%；高锰结构钢可达0.7%1.2%。4.锰锰7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.321七、化工设备材料七、化工设备材料一、碳及常存杂质元素对钢材性能的影响一、碳及常存杂质元素对钢材性能的影响: : 脱氧剂。有益的元素。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

24、大。5.硅硅7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.322七、化工设备材料七、化工设备材料一、碳及常存杂质元素对钢材性能的影响一、碳及常存杂质元素对钢材性能的影响: : 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.氧氧7.氮氮长时间放置或在200300加热氮以氮化物形式的析出，硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除时效倾向。 7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2

25、.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.323七、化工设备材料七、化工设备材料一、碳及常存杂质元素对钢材性能的影响一、碳及常存杂质元素对钢材性能的影响: : 氢脆、白点等缺陷。变脆：氢化物变形小 白点：组织缺陷处扩散氢，时间长 8.氢氢7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.324七、化工设备材料七、化工设备材料二、金属的晶体结构二、金属的晶体结构: P144 : P144 电子显微镜可观察到金属原子各种规则排列，称为金属的晶体结构，简称结构 不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格 一般来说，面心立方晶格的金属具有良好的塑性和韧性，特别是没有冷脆性，而体心立方晶格具有

26、较高的硬度、强度和熔点，但塑性和韧性较低，且具有冷脆性。 晶体结构:原子按一定规律排列的结构。晶格、晶胞。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: FeFeC 91022.5.325七、化工设备材料七、化工设备材料三、纯铁的同素异构体三、纯铁的同素异构体: P146 : P146 a-Fe加热可变为-Fe，反之高温下的-Fe冷却可变为a-Fe。在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称“同素异构转变”。纯铁的同素异构转变是在910恒温下完成的。在固态下重新排列、结晶过程。是钢进行热处理的依据。体心立方晶格的纯铁称a-Fe，面心立方晶格的铁称为-Fe。7.2、碳素钢和铸铁、碳

27、素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.326七、化工设备材料七、化工设备材料金属的结晶过程金属的结晶过程: P144 (: P144 (结晶过程）结晶过程） 由于每个晶核都长成一颗晶粒，所以晶核越多，形成的速率越快，则得到的晶粒就越细小均匀。为此，在钢铁生产中常用加快冷却速度，即增大过冷速度的办法来促使晶核大量形成；或在钢液中加入能形成大量固态杂志微粒的元素如加入少量的铝），人为地增多晶核，促使晶粒细化。 对某一种金属来说，过冷度不是固定不变的，它与冷却速度有关，冷却速度越大，过冷度亦越大。 过冷度:结晶温度Tm与熔点温度Tc之差称为过冷度。T=Tm-Tc四、材料的金相组织四、材料

28、的金相组织: : 7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.327七、化工设备材料七、化工设备材料四、材料的金相组织四、材料的金相组织: P144 (: P144 (结晶过程）结晶过程） 金相组织:在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织。在晶核长成晶粒的同时，液态金属中不断有新的晶核形成与成长，直至成长的晶粒彼此接触后，在接触处被迫停止生长，并形成明显的交界线即晶界。晶粒的大小对其机械性能影响较大。实验表明，晶粒越细小均匀，金属的强度和硬度越高，而塑性和韧性也越好。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.328七、化工设备材料

29、七、化工设备材料四、材料的金相组织四、材料的金相组织 P146( P146(组织转变）组织转变） 碳在铁中的存在形式有固溶体、化合物渗碳体和混合物三种。 所谓溶解，就是固体状态下，在铁的晶格空隙处容纳碳原子。所谓溶解，就是固体状态下，在铁的晶格空隙处容纳碳原子。固溶体：两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体 在一种元素的晶格中溶入他种元素而形成的结构。 碳在铁中的这三种不同存在形式，形成了不同的碳钢碳在铁中的这三种不同存在形式，形成了不同的碳钢组织。组织。 固溶体保持基本金属的原有晶格模式。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5

30、.329七、化工设备材料七、化工设备材料四、材料的金相组织四、材料的金相组织: : 碳和铁形成一种间隙化合物Fe3C称渗碳体，含碳量6.69%。 熔点约1600，硬而脆，几乎无塑性。铁碳合金含碳量小于2时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，是碳素钢。含碳量大于2时，部分碳以石墨形式存在，称铸铁。石墨的存在相当于在钢的基体中有了许多空隙和裂缝，使材料的 强度极大地降低。所以铸铁的抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁由于存在石墨，提高了它的耐磨性、消振性和易切削性。1.渗碳体渗碳体7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.330七、化工设备材料七、化工设备材料四、材料的金

31、相组织四、材料的金相组织: : 碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体称铁素体。-Fe原子间隙小，溶碳能力低室温下0.006），强度和硬度低，但塑性和韧性很好。低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。2.铁素体铁素体7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.331七、化工设备材料七、化工设备材料四、材料的金相组织四、材料的金相组织: : 3.奥氏体奥氏体u 碳溶解在-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。u -Fe原子间隙较大，碳的溶解度比-Fe中大得多，如在723时可溶解0.8，在1147时可达最大值2.06。u 奥氏体组织是在-Fe发生同素异构转变时产生的。由于奥氏体有较大

32、的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。4.珠光体珠光体铁素体与渗碳体的机械混合物。力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。 7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.332七、化工设备材料七、化工设备材料四、材料的金相组织四、材料的金相组织: : 5.马氏体马氏体 钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳原子在-Fe中过饱和的固溶体。 具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.333七、化工设备材料七、化工设备材料四、

33、材料的金相组织四、材料的金相组织: : 铸铁：一般碳以石墨形式存在，有不同的组织形貌。球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.334七、化工设备材料七、化工设备材料三、材料的金相组织三、材料的金相组织: : 7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.335七、化工设备材料七、化工设备材料五、分类五、分类: P141 : P141 1. 按含碳量分类：按含碳量分类：P142工业纯铁：含碳量工业纯铁：含碳量0.04%。低碳钢：也称软钢，含碳量低碳钢：也称软钢，含碳量0.25%。主要用

34、于建筑和结构。主要用于建筑和结构 件，是钢中强度较低、塑性较好的一类，冷冲压及焊接性件，是钢中强度较低、塑性较好的一类，冷冲压及焊接性能均好，适合制作焊制化工容器及负荷不大的机械零件。能均好，适合制作焊制化工容器及负荷不大的机械零件。中碳钢：含碳量中碳钢：含碳量0.25% 0.60% 。钢的强度和塑性适中，经。钢的强度和塑性适中，经适当的热处理可获得优良的综合机械性能主要作为压力容适当的热处理可获得优良的综合机械性能主要作为压力容器用锻件和螺栓、轴、齿轮等重要零部件。器用锻件和螺栓、轴、齿轮等重要零部件。高碳钢：含碳量高碳钢：含碳量0.60% 。强度及硬度均较高，塑性较差，。强度及硬度均较高，

35、塑性较差， 用于制作弹簧、钢丝绳等。用于制作弹簧、钢丝绳等。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.336七、化工设备材料七、化工设备材料五、分类五、分类: : 2. 按冶炼方法分类：按冶炼方法分类：沸腾钢：浇注前不用硅和铝脱氧，钢水中保留一定的氧含量，在钢锭模沸腾钢：浇注前不用硅和铝脱氧，钢水中保留一定的氧含量，在钢锭模内产生沸腾想象，这类钢只限于生产碳和硅含量不大于内产生沸腾想象，这类钢只限于生产碳和硅含量不大于0.25%与与0.07%的的钢种。沸腾钢组织疏松，质量较差。钢种。沸腾钢组织疏松，质量较差。镇静钢：脱氧完全，钢水在钢锭模内基本上不产生镇静钢：脱

36、氧完全，钢水在钢锭模内基本上不产生CO，钢种不受，钢种不受限制。限制。半镇静钢：中等程度脱氧，介于二者之间，钢水在钢锭模内沸腾半镇静钢：中等程度脱氧，介于二者之间，钢水在钢锭模内沸腾弱，碳含量范围比沸腾钢大，硅含量不大于弱，碳含量范围比沸腾钢大，硅含量不大于0.17%。 根据冶炼方法的不同，工业用钢可分为：平炉钢、转炉钢、电炉钢三根据冶炼方法的不同，工业用钢可分为：平炉钢、转炉钢、电炉钢三大类。每大类又可分为酸性和碱性两类。转炉钢又可分为氧气吹炼和空大类。每大类又可分为酸性和碱性两类。转炉钢又可分为氧气吹炼和空气吹炼。电炉钢中大量生产的为电弧炉钢；此外，还有一些特殊冶炼方气吹炼。电炉钢中大量生

37、产的为电弧炉钢；此外，还有一些特殊冶炼方法，如电渣炉钢、感应炉钢、真空炉钢等。法，如电渣炉钢、感应炉钢、真空炉钢等。 按脱氧程度和浇注制度不同，工业用钢又可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.337七、化工设备材料七、化工设备材料五、分类五、分类: : 3. 按品质分类：按品质分类：普通钢：普通钢： Q钢材屈服点钢材屈服点“屈字汉字拼音首位字母。屈字汉字拼音首位字母。 加三位数字加三位数字235-A，屈服强度数值，屈服强度数值MPa） 质量等级质量等级A(较低较低)，B，C，D(最高最高)。 脱氧方法为脱氧方法为F(沸腾沸腾)

38、，b(半镇静半镇静)，Z(镇静镇静)，TZ(特镇特镇)。 普通钢广泛应用于化工容器、管道等构件。一般选用镇静钢。普通钢广泛应用于化工容器、管道等构件。一般选用镇静钢。 普通碳素钢有普通碳素钢有 Q195、 Q215、 Q235、 Q255及及 Q275五个钢种。五个钢种。 Q195-A； Q235-BF 包含钢的纯度和均匀包含钢的纯度和均匀 度。钢的纯度主要以钢中所含各有害杂质的多少度。钢的纯度主要以钢中所含各有害杂质的多少来衡量。工业用钢一般根据钢中磷、硫等含量而分为普通钢、优质钢、来衡量。工业用钢一般根据钢中磷、硫等含量而分为普通钢、优质钢、和高级优质钢三大类。和高级优质钢三大类。7.2、

39、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.338七、化工设备材料七、化工设备材料五、分类五、分类: : 3. 按品质分类：按品质分类：优质钢：优质钢：S0.03%0.045% ；P0.04%，工艺严格，质量，工艺严格，质量高。高。优质低碳钢含优质低碳钢含C量量0.25%），如），如08、10、 15、20、25；塑；塑性好，焊接性能好，常用作壳体、接收、法兰等。性好，焊接性能好，常用作壳体、接收、法兰等。优质中碳钢含优质中碳钢含C量量0.3%0.60%）,如如30、35、40、45、50与与55； 45号钢常用作传动轴号钢常用作传动轴优质高碳钢含优质高碳钢含C量量0.6

40、%），如），如60、65、70、80。60、65钢钢主要用来制造弹簧，主要用来制造弹簧，70、80钢常用来制造钢丝绳等。钢常用来制造钢丝绳等。 08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、80等。平均含碳量的万分之几。45号钢中含碳量平均为0.45%(0.42%0.50%)。45Mn，锰含量较高的优质非合金钢。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.339七、化工设备材料七、化工设备材料五、分类五、分类: : 4. 按用途分类：按用途分类：由铸造而得的碳钢件，其材料牌号前须标注“ZG字样，其后两组数字则是屈服极限与强度极限的数值N/mm2即MP

41、a）。如ZG200-400， ZG31-570等。锅炉钢：在钢号末尾加标上“g”。压力容器用钢：在钢号末尾加标上“R”。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.340七、化工设备材料七、化工设备材料六、碳钢的品种及规格六、碳钢的品种及规格: : 1.钢板压力容器用热扎厚钢板）：钢板压力容器用热扎厚钢板）：4mm6mm厚度间隔为0.5mm6mm30mm厚度间隔为 lmm30mm60mm厚度间隔为2mm一般碳素钢板材有 Q235-A、 Q235-AF、08、10、15、20等。 品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢2.钢管：钢管：无缝钢管冷轧和热轧和有缝钢管。普通无

42、缝钢管常用材料有10、15、20等。专门用途的无缝钢管，如热交换器用钢管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。有缝管、水煤气管，分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.341七、化工设备材料七、化工设备材料六、碳钢的品种及规格六、碳钢的品种及规格: : 3.型钢：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；角钢、工字钢及槽钢可做各种设备的支架、塔盘支承及各种加强结构。4.铸钢和锻钢：铸钢和锻钢： 铸钢用 ZG表示， ZG25、 ZG35等，用于制造各种承受

43、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。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.342七、化工设备材料七、化工设备材料七、碳钢的性能和使用限制七、碳钢的性能和使用限制: : 1.碳钢的机械性能：碳钢的机械性能： 碳钢的机械性能较好，不但有较高的强度和硬度，而且有较好的塑性和韧性。机械性能与钢的含碳量、热处理条件、零件的尺寸及使用温度有关。随着钢中的碳含量增多，钢的强度和硬度提高，塑性下降。温度升高时，钢的强度下降，塑性提高。普通碳钢350，优质碳钢400 ，就要考虑蠕变影

44、响。由于碳钢在570 以上会被显著氧化，而在0 以下塑性和冲击韧性又急剧下降，所以根据碳钢中硫含量控制的严格程度不同，普通碳钢在压力容器中的使用温度范围是0350 ，优质碳钢可扩展到-20475 。经退火处理的碳钢硬度低、塑性好。中、高碳钢可通过调质处理提高其综合机械性能。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.343七、化工设备材料七、化工设备材料七、碳钢的性能和使用限制七、碳钢的性能和使用限制: : 2.碳钢的工艺性能：碳钢的工艺性能： 碳钢的综合机械性能较好，也带来良好的制造工艺性能。碳钢可以进行铸造、锻压、切削等各种形式的冷热加工。钢铸件一般应进行正火

45、或退火处理，以消除残余应力，细化晶粒。低碳钢板可冷卷，薄低碳钢薄板可进行冷冲压，碳钢的可锻性良好，可焊性随碳含量的增加而变化。低碳钢由于具有良好的塑性和可焊性，所以适于制造容器。3.碳钢的耐蚀性：碳钢的耐蚀性： 碳钢的耐蚀性较差，在盐酸、硫酸、稀硫酸、醋酸、氯化物溶液及浓碱液中均会遭受较强烈的腐蚀，所以碳钢不能直接用于处理这些介质。碳钢在浓硫酸中由于出现钝化，耐蚀性较好。在浓度小于30%的稀碱液中，碳钢表面可生成不溶性的氢氧化铁和氢氧化亚铁保护膜，所以在温度不高的稀碱液中是耐蚀的。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁22.5.344七、化工设备材料七、化工设备材料: : 4.碳钢的使用限制：碳钢

46、的使用限制： 碳钢的综合机械性能和制造工艺性能较好，但耐蚀性及使用温度范围等使其在化学工业中的使用受到了一定的限制。碳钢的强度较低，用来制造高负荷的零件时尺寸往往很大；同时碳钢的屈服比也较低，材料的潜力不能充分发挥。碳钢的耐蚀性差，限制了它在许多介质中的应用。碳钢的使用温度范围较窄，无法满足某些工艺过程提出的高温或低温要求。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.345七、化工设备材料七、化工设备材料八、碳钢的热处理八、碳钢的热处理: P143 : P143 由于热处理可改变钢的加工性能，强化了金属材料，得以充分发挥金属材料的潜力，减轻机器结构的自重。更重要的

47、是能够显著提高钢的机械性能，增加零件的强度、安全性和寿命，所以在现代工业中，热处理已成为极其重要的工艺方法。 钢材的不同金相组织使钢具有不同的性能。钢的组织结构与其化学成分有关，还与其经历的加热和冷却过程有关，这是由钢材的内部组织结构发生变化引起的。热处理：就是将钢在固态范围内，施加不同的加热、保温和冷却过程，热处理：就是将钢在固态范围内，施加不同的加热、保温和冷却过程，以改变其组织结构，实现改变其性能的一种工艺。以改变其组织结构，实现改变其性能的一种工艺。 或者说：钢材通过适当的加热与冷却过程，使钢材内部组织按照一定或者说：钢材通过适当的加热与冷却过程，使钢材内部组织按照一定的规律变化，以获

48、得预期的机械性能，这种工艺过程。的规律变化，以获得预期的机械性能，这种工艺过程。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.346七、化工设备材料七、化工设备材料八、碳钢的热处理八、碳钢的热处理: : 1.退火：退火：P149退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却。慢冷却。目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分内应力，防止工件变形。工；消除部分内应力，防止工件变形。A、完全退火：主要用于含碳量

49、低于、完全退火：主要用于含碳量低于0.8%的钢材热加工后及加工前。的钢材热加工后及加工前。 目的：消除组织缺陷，降低硬度，消除内应力。目的：消除组织缺陷，降低硬度，消除内应力。b、再结晶退火：主要用于经过冷加工的钢，如冷拉、冷冲压等。、再结晶退火：主要用于经过冷加工的钢，如冷拉、冷冲压等。 目的：消除焊接件内应力，以及消除因塑性变形以后发生的冷硬化现目的：消除焊接件内应力，以及消除因塑性变形以后发生的冷硬化现象。象。c、低温退火：主要用于用来消除铸件、锻件、焊接件、热扎件及冷拉、低温退火：主要用于用来消除铸件、锻件、焊接件、热扎件及冷拉件的内应力件的内应力7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.

50、2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.347七、化工设备材料七、化工设备材料八、碳钢的热处理八、碳钢的热处理: : 2.正火：正火： 正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。目的与退火的目的基本相同。细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分内应力，防止工件变形。3.淬火：淬火：淬火：就是把钢材加热到临界温度淬火：就是把钢材加热到临界温度(临界点以上临界点以上3050)以上保以上保温，后投入淬火剂中快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的过程。温，后投入淬火剂中快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的过程。淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。淬火后得到的组织是马氏体。

51、增加硬度、强度和耐磨性。 淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.348七、化工设备材料七、化工设备材料八、碳钢的热处理八、碳钢的热处理: : 4.回火：回火： 回火：是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。回火：是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。目的：降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。目的：降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。 回火温度是决定回火后钢件机械性能的

52、主要因素。回火温度是决定回火后钢件机械性能的主要因素。低温回火低温回火:在在150250范围内的回火。回火马氏体有较高的硬范围内的回火。回火马氏体有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量具，要进行低温回度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量具，要进行低温回火处理火处理中温回火温度是中温回火温度是300450。有一定的弹性和韧性，并有较高硬。有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。度。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。高温回火温度为高温回火温度为500680。综合性能：强度、韧性、塑性等都。综合性能：强度、韧性、塑性等都较好淬火加高温回火习惯上称为较好淬火

53、加高温回火习惯上称为“调质处理调质处理”。用于各种轴类零件、。用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。连杆、齿轮、受力螺栓等。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.349七、化工设备材料七、化工设备材料八、碳钢的热处理八、碳钢的热处理: : 4.回火：回火：时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变形后，在室温或高于室温条件下，其组织和性能随时间而变化的过程。时效可进一步消除内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相类似。使零件表面层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部则具有一定的韧性。6. 表面淬火：表面淬火：5. 淬透性问题：淬透性问题：7.2、碳素

54、钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.1、碳素钢、碳素钢: 22.5.350七、化工设备材料七、化工设备材料八、碳钢的热处理八、碳钢的热处理: : 7. 化学热处理：化学热处理：P152将钢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，改变表层的化学成分以获得预期的组织和性能的一种热处理过程。有渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰化(碳与氮共渗)等。渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性；渗铝可提高耐热、抗氧化性；氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提高耐磨和耐腐蚀性；渗硅可提高耐酸性等。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.2、铸铁、铸铁: P14222.5.351七、化工设备材

55、料七、化工设备材料含碳量2%以上，含有 S、 P、 Si、 Mn等杂质。脆性材料，抗拉强度较低，不能锻造，但有良好铸造性、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。7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.2、铸铁、铸铁: 22.5.352七、化工设备材料七、化工设备材料一、铸铁的分类、编号、性能和用途一、铸铁的分类、编号、性能和用途: : 1. 灰铸铁：灰铸铁：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，支架、阀体、泵体(机座、管路附件等)。在化工

56、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。HT和抗拉强度sb值表示，如 HT100，其中100表示sb100MPa。常用灰铸铁牌号有HT100、 HT150、 HT200、 HT250、 HT300、 HT350生铁：直接由高炉中生产出的粗制铁,可进一步精炼成钢、熟铁或工业纯铁,或再熔化铸造成专门的形状。炼钢生铁里的碳主要以碳化铁的形态存在，其断面呈白色，通常又叫白口铁。这种生铁性能坚硬而脆，一般都用做炼钢的原料。熟铁：用生铁精炼而成的比较纯的铁.含碳量在0.02%以下,又叫锻铁.熟铁很软,延展性好,可以拉成丝,容易锻造和焊接.7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.2、

57、铸铁、铸铁: 22.5.353七、化工设备材料七、化工设备材料2. 可锻铸铁可锻铸铁 ： （展性铸铁）（展性铸铁）铸铁中的碳大部分或全部以团絮状存在。实际上不可锻，其“可锻只是说其具有一定的延展性。由于其具有一定的强度和较高的塑性和韧性，可用在承受冲击和振动的场合，如汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构等。用“KT表示，又分为黑心、白心和珠光体，故在“KT后分别标以“H”，“B或“Z“；再后面二组数字中，第一组表示最低抗拉强度，第二组表示最低延伸率。常用可锻铸铁牌号有KT300-06、 HTB350-40、 HTZ450-06一、铸铁的分类、编号、性能和用途一、铸铁的分类、编号、性能和用途: :

58、7.2、碳素钢和铸铁、碳素钢和铸铁7.2.2、铸铁、铸铁: 22.5.354七、化工设备材料七、化工设备材料3. 球墨铸铁球墨铸铁 ：简称球铁。：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。用QT、抗拉强度值、延伸率表示，如QT400-18，其中400表示sb400MPa，18表示d=18%。4. 高硅铸铁高硅铸铁 ：有高的耐蚀性能，含硅量增加耐蚀性增加。强度低、脆性大及内应力大，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。一、铸铁的分

59、类、编号、性能和用途一、铸铁的分类、编号、性能和用途: : 7.3、合金元素对钢的影响、合金元素对钢的影响 P153采用合金钢的目的采用合金钢的目的22.5.355七、化工设备材料七、化工设备材料在现代工业中经常采用合金钢。要求钢材具有更高的强度，还要有耐温高、低）、耐高压、耐腐蚀、综合机械性能好，设备壁厚和自重小等特性，而碳素钢无论采用怎么样的热处理都已经不能满足这些要求，尤其是高温抗氧化性、热强性、冷韧性、在高温高压下耐氢氮腐蚀的性能。而在碳素铁中加入一种或多种元素形成的合金钢可有效的改变钢的组织和性能，很好的满足上述要求。合金元素：为改善钢的组织和性能而特意加入的元素。合金元素：为改善钢

60、的组织和性能而特意加入的元素。合金钢：加入合金元素的钢合金钢：加入合金元素的钢7.3、合金元素对钢的影响、合金元素对钢的影响常用的合金元素：常用的合金元素：22.5.356七、化工设备材料七、化工设备材料目前常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。7.37.3、合金元素在钢中的作用、合金元素在钢中的作用: : 合金元素在合金钢中的存在形式与碳素铁中的存在形式相似，主要以两种形式，一是：溶入铁素体内，形成合金铁素体固溶体）；二是：与碳化合，形成合金碳化物。7.3、合金元素对钢的影响、合金元素对钢的