《化工機(jī)械基礎(chǔ)》第1章教案材料

1、1化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)大連理工大學(xué)化工學(xué)院化機(jī)系大連理工大學(xué)化工學(xué)院化機(jī)系王立業(yè)王立業(yè) 編編2004.52課程簡介課程簡介31.確定設(shè)計(jì)原則確定設(shè)計(jì)原則經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，生產(chǎn)可靠度，能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，生產(chǎn)可靠度，能力，材質(zhì)，自動(dòng)化程度，設(shè)備備用，進(jìn)一步的力，材質(zhì)，自動(dòng)化程度，設(shè)備備用，進(jìn)一步的發(fā)展，等。發(fā)展，等。2.確定設(shè)計(jì)基礎(chǔ)確定設(shè)計(jì)基礎(chǔ)年操作時(shí)間，原材料，產(chǎn)品，年操作時(shí)間，原材料，產(chǎn)品，消耗與回收，界區(qū)交接條件，公用工程規(guī)格等。消耗與回收，界區(qū)交接條件，公用工程規(guī)格等。3.工藝流程圖設(shè)計(jì)工藝流程圖設(shè)計(jì)(PFD)過程確定，系統(tǒng)合過程確定，系統(tǒng)合成，工藝計(jì)算，設(shè)備特性要求，控制要求等。成，工藝計(jì)

2、算，設(shè)備特性要求，控制要求等。4.帶控制點(diǎn)的管道流程圖（帶控制點(diǎn)的管道流程圖（PID)5.工藝設(shè)備設(shè)計(jì)工藝設(shè)備設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)溫度，設(shè)計(jì)壓力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)溫度，設(shè)計(jì)壓力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材質(zhì)選擇，壁厚確定等。設(shè)計(jì)，材質(zhì)選擇，壁厚確定等。46.定型設(shè)備選型。 7.設(shè)備布置設(shè)計(jì)。8.管道工程設(shè)計(jì)。 9.保溫工程設(shè)計(jì)。10.公用工程設(shè)計(jì)。56化工設(shè)備儲(chǔ)罐 固定管板式換熱器膨脹節(jié)式固定管板換熱器塔設(shè)備反應(yīng)釜78一一.主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1.化工設(shè)備常用材料 簡介化工設(shè)備常用材料性能、分類、熱處理方法；2.中、低壓化工容器設(shè)計(jì) 薄膜理論；內(nèi)、外壓容器設(shè)計(jì)方法、容器零部件設(shè)計(jì)；3.典型化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì) 列管式換熱器、塔設(shè)備

3、以及反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)及機(jī)械設(shè)計(jì)方法。9二二.學(xué)習(xí)本課程的目的與要求：學(xué)習(xí)本課程的目的與要求：n目的目的：基本掌握化工設(shè)備常用材料的基本掌握化工設(shè)備常用材料的主要主要性能及選用方法；性能及選用方法；基本掌握中低壓、外壓基本掌握中低壓、外壓容器及典型化工設(shè)備的容器及典型化工設(shè)備的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法。 n要求要求： 1. 重點(diǎn)掌握設(shè)計(jì)概念及方法； 2.掌握化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)； 3.領(lǐng)會(huì)貫通課堂上講授的內(nèi)容。10三三.主要參考書及參考資料主要參考書及參考資料：n1.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)(第五版） 刁玉瑋 王立業(yè)編著；n2. 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 1999；n3. 鋼制壓力容器 GB150-1998；n4.

4、管殼式換熱器 GB151-1999 ；n5. 鋼制塔式容器 JB4710-2002 ；11第一篇第一篇 化工設(shè)備材料化工設(shè)備材料第一章第一章 化工設(shè)備材料及其選擇化工設(shè)備材料及其選擇1.1 概述1）.化工設(shè)備的使用環(huán)境使用環(huán)境：n壓力：真空低壓中壓 高壓超高壓n溫度：低溫中溫高溫n介質(zhì)：有毒；易燃；劇毒。121.2 金屬材料的性能金屬材料的性能1.2.1 力學(xué)性能力學(xué)性能在外力作用下不產(chǎn)生超過允許的變形或不被破壞的能力。如彈性、塑性、強(qiáng)度、硬度和韌性等指標(biāo)。1. 強(qiáng)度強(qiáng)度及其主要指標(biāo)及其主要指標(biāo). 固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形或斷裂的特性。例如： 容器爆裂； 管道破裂; 地腳螺栓拉斷;

5、 爐管爆裂；. 強(qiáng)度不夠！13金屬材料的重要強(qiáng)度指標(biāo)金屬材料的重要強(qiáng)度指標(biāo)14（1）.屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)n屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象：金屬材料承受載荷作用，當(dāng)載荷不再增加時(shí)，仍仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形。繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形。n屈服點(diǎn)：屈服點(diǎn)： （ s）材料發(fā)生屈服時(shí)的應(yīng)力 。 單位：MPa。一些合金沒有明顯的屈服點(diǎn),規(guī)定規(guī)定發(fā)生0.2%殘余變形時(shí)的應(yīng)力，作為“條件屈服點(diǎn)”。 記作0.2 。15（2）.抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(b)n定義：定義：金屬材料在受力過程中， 發(fā)生斷裂所達(dá)到的最大應(yīng)力值發(fā)生斷裂所達(dá)到的最大應(yīng)力值， 以b 表示，單位MPa。 是壓力容器設(shè)計(jì)常用的性能指標(biāo)常用的性能指標(biāo)。n屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比：s/ b

6、 屈強(qiáng)比小，表明材料具有較大屈強(qiáng)比小，表明材料具有較大的的塑性儲(chǔ)備塑性儲(chǔ)備。16（3）. 蠕變強(qiáng)度（蠕變強(qiáng)度（ n n）n“蠕變?nèi)渥儭爆F(xiàn)象：現(xiàn)象： 高溫高壓的蒸汽管道下?lián)献冃?；高溫高壓下法蘭及螺栓蠕變變形而泄漏；鉛絲在常溫下受重力作用而變長變細(xì)。 “蠕變強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度”： 材料在高溫高溫下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力能力，以 n n 表示，單位MPa 。17（4）.持久強(qiáng)度（持久強(qiáng)度（ D D）n定義：在一定溫度下，經(jīng)過一定時(shí)間斷定義：在一定溫度下，經(jīng)過一定時(shí)間斷裂時(shí)的應(yīng)力，以裂時(shí)的應(yīng)力，以 D D 表示，單位表示，單位MPa MPa 。-是一定溫度和一定載荷下，材料抵抗是一定溫度和一定載荷下，

7、材料抵抗斷裂的能力。斷裂的能力。 n 材料抵抗斷裂的能力越大，在相同的條件下，能支持的時(shí)間越久。n規(guī)定規(guī)定：化工設(shè)備設(shè)計(jì)壽命一般化工設(shè)備設(shè)計(jì)壽命一般為十萬小時(shí)，所以用試件在十萬小為十萬小時(shí)，所以用試件在十萬小時(shí)斷裂時(shí)的應(yīng)力作為持久強(qiáng)度。時(shí)斷裂時(shí)的應(yīng)力作為持久強(qiáng)度。18（5）疲勞強(qiáng)度）疲勞強(qiáng)度n構(gòu)件或零件受到大小和方向變化的交變載荷作用，應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服點(diǎn)就斷裂 疲勞。n“疲勞極限”構(gòu)件或零件在交變載荷作用下不致斷裂的最大應(yīng)力。表示符號(hào)：-1 (MPa)。n例如： 頻繁開、停車容器內(nèi)壓力或溫度波動(dòng)； 活塞式壓縮機(jī)壓縮氣體容器及管道內(nèi)壓力波動(dòng)； 離心泵頻繁開停機(jī)或震動(dòng)泵軸受力成交變式。 192. 塑

8、性及其主要指標(biāo)塑性及其主要指標(biāo)n金屬的塑性：金屬的塑性：外力作用下產(chǎn)生塑性變形，而不破壞的性質(zhì)。n因塑性不足引起材料破壞的例子： 鍛件裂紋; 卷板裂紋; 焊縫熱影響區(qū)裂紋20主要指標(biāo)主要指標(biāo)：(1) 延伸率（）21（2）斷面收縮率（）斷面收縮率（y y）如：純鐵的延伸率為50%， 20R的d5不小于25% ； 16MnR的d5不小于21%； 1Cr18Ni9Ti的d5不小于40%。積。斷裂后試件的最小截面試件的原始截面積；式中kkFFFF000F%100y22（3）冷彎性能）冷彎性能 室溫下對(duì)試板以一定的內(nèi)半徑（R=0.53板厚）進(jìn)行彎曲，a=1200或1800 ，是否出現(xiàn)裂紋或起層。-是鋼材

9、塑性指標(biāo)和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)是鋼材塑性指標(biāo)和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。23塑性指標(biāo)的實(shí)際意義：塑性指標(biāo)的實(shí)際意義：n便于成型加工和焊接。如彎卷、鍛壓、冷沖、焊接等；n使構(gòu)件在承載后由于變形而避免發(fā)生斷裂。壓力容器及其零件都需要具壓力容器及其零件都需要具備這個(gè)性質(zhì)備這個(gè)性質(zhì)。243. 硬度的概念硬度的概念n金屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。 n硬度高材料強(qiáng)度也高，耐磨性較好；綜合性能指標(biāo)綜合性能指標(biāo)。 布氏硬度試驗(yàn)示意圖25 常用硬度指標(biāo)：常用硬度指標(biāo)： 布氏硬度（HBS); 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC); 維氏硬度（HV)等。硬度和強(qiáng)度間有一定關(guān)系：硬度和強(qiáng)度間有一定關(guān)系： 如：低碳鋼b36

10、HBS;264. 沖擊韌性及指標(biāo)（沖擊韌性及指標(biāo)（A Ak k）材料在外加動(dòng)載荷作用下的一種吸收機(jī)械能，迅速塑材料在外加動(dòng)載荷作用下的一種吸收機(jī)械能，迅速塑性變形，抵抗斷裂的能力。性變形，抵抗斷裂的能力。27看看沖擊試驗(yàn)看看沖擊試驗(yàn)28n擺錘沖斷試樣所失去的位能為沖擊功沖擊功（試件所吸收的功）： Ak =G(H1-H2) 焦耳焦耳！吸收功的高低取決于！吸收功的高低取決于 材料能否迅速塑性變形的能力。材料能否迅速塑性變形的能力。 沖擊韌性值的試驗(yàn)確定沖擊韌性值的試驗(yàn)確定29 材料的沖擊韌性高，其塑性也高；反之，材料的沖擊韌性高，其塑性也高；反之，材料塑性高，其沖擊韌性不一定高。材料塑性高，其沖擊

11、韌性不一定高。 靜載荷下能夠緩慢塑性變形的材靜載荷下能夠緩慢塑性變形的材料，在動(dòng)載荷下不一定能迅速塑性變形。料，在動(dòng)載荷下不一定能迅速塑性變形。本質(zhì)區(qū)別在于本質(zhì)區(qū)別在于材料在動(dòng)載荷作用下是材料在動(dòng)載荷作用下是否能夠否能夠迅速發(fā)生塑性變形迅速發(fā)生塑性變形，吸收沖擊能量，吸收沖擊能量。305 缺口敏感性缺口敏感性在帶有一定應(yīng)力集中的缺口缺口條件下，材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。 韌性范疇韌性范疇靜載荷下抵抗裂紋擴(kuò)靜載荷下抵抗裂紋擴(kuò)展的性能展的性能。 沖擊韌性？沖擊韌性？ 是動(dòng)載荷作用下抵抗裂是動(dòng)載荷作用下抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。紋擴(kuò)展的能力。311.2.2 物理性能物理性能密度，熔點(diǎn)，線膨脹系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)，

12、比熱容，電阻率，磁導(dǎo)率，彈性模量，泊桑比等?；ぴO(shè)備設(shè)計(jì)與制造主要考慮的物理性能化工設(shè)備設(shè)計(jì)與制造主要考慮的物理性能：1.線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù) 異種鋼焊接收縮率不同，引起變形或損壞； 復(fù)合鋼板（如不銹鋼與碳鋼)熱變性不同,容器殼體將會(huì)？ 設(shè)備襯里（如碳鋼殼體內(nèi)噴涂鋁）熱變性不同時(shí)？ 固定管板式換熱器的管子與殼體線膨脹量相差過大，將會(huì)？ 碳鋼表面電鍍一層銅升溫后會(huì)？322.彈性模量彈性模量E E與泊桑比泊桑比彈性模量E：金屬材料對(duì)彈性變形抗力的指標(biāo)，是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的。易程度的。 隨著溫度升高而降低隨著溫度升高而降低。泊桑比：拉伸試件的單位橫向收縮與單位縱向

13、伸長之比。 各種鋼材近乎為 =0.3=0.3 。331.2.3 化學(xué)性能化學(xué)性能金屬材料所處介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性，即是否會(huì)與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生腐蝕。主要考慮的化學(xué)性能：1.耐腐蝕性耐腐蝕性對(duì)介質(zhì)侵蝕的抵抗能力；2.抗氧化性抗氧化性在熱加工的高溫條件下抵抗氧化性介質(zhì)氧化的能力。氧化性介質(zhì)如水蒸氣、CO2 、SO2等。 熱加工如熱卷，鍛造，焊接，熱處理，熱沖壓，鑄造等等。341.2.4.金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能n可焊性能可焊性能母材及焊劑熔融狀態(tài)的流動(dòng)性、凝固收縮率、熱塑性等；n鑄造性能鑄造性能流動(dòng)性、凝固收縮率等；n可鍛性能可鍛性能抗熱裂性、抗氧化性、熱塑性等；n切削加工性

14、能切削加工性能n熱處理性能熱處理性能35看容器加工工藝看容器加工工藝制造壓力容器的材料須具備什麼性能制造壓力容器的材料須具備什麼性能36 1.3 金屬材料的分類及牌號(hào)金屬材料的分類及牌號(hào)1.3.1 分類1.黑色金屬 1）生鐵 2）鋼鋼碳素鋼合金鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼低合金鋼中合金鋼高合金鋼鋼普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼按化學(xué)成分：按質(zhì)量分：37鋼沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼鋼建筑鋼結(jié)構(gòu)鋼彈簧鋼軸承鋼工具鋼特殊性能鋼按冶煉方法分：按用途分：382.有色金屬有色金屬銅及其合金：純（紫）銅黃銅（銅鋅合金）錫青銅（銅錫合金）鋁青銅（無錫青銅）輕金屬及其合金鋁及鋁合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金391.3.2 鋼鐵牌號(hào)及表示方

15、法鋼鐵牌號(hào)及表示方法1.牌號(hào)的表示原則依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB221-2000,牌號(hào)中 化學(xué)元素化學(xué)符號(hào)或漢字表示； 產(chǎn)品用途、冶煉和澆鑄方法漢字或漢語拼音字母表示。例如：沸騰鋼F或沸 灰口鑄鐵HT或灰鐵 鑄鋼ZG 鍋爐鋼g或鍋 容器鋼R或容402.2.鋼號(hào)表示法鋼號(hào)表示法例：優(yōu)質(zhì)碳素鋼08F 20 R 沸騰鋼含碳量為0.08%；容器鋼含碳量為0.2%普通碳素鋼Q235-A,F沸騰鋼類別為A鋼材屈服點(diǎn)(MPa)屈服點(diǎn)屈字的拼音首位字母41 低合金鋼16MnR 16含碳量0.16%； Mn合金元素； R 容器鋼。 特殊性能鋼1Cr18Ni9 1含碳量0.1%（千分?jǐn)?shù)）； Cr,Ni主要合金元素； 18含

16、鉻量18%； 9 含鎳量9%。421.41.4 碳鋼與鑄鐵碳鋼與鑄鐵n鋼鐵的組成=95%以上鐵+（0.054%）碳+1%雜質(zhì) 鐵碳合金n含碳量0.022% 為鋼；n含碳量2% 為鑄鐵；n含碳量0.02% 為工業(yè)純鐵；n含碳量 4.3% 無實(shí)用價(jià)值。431.4.1 鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)1.金屬的組織與結(jié)構(gòu)n在1500倍顯微鏡下觀察到的顯微組織，即金屬的金相組織。n金相組織結(jié)構(gòu)直接影響金屬材料的性質(zhì)。 如，鑄鐵中的石墨形式不同，其性質(zhì)也不同。細(xì)片狀石墨：次之粗片狀石墨：差球狀石墨：強(qiáng)度最好44純鐵在不同溫度下的晶體結(jié)構(gòu)：純鐵在不同溫度下的晶體結(jié)構(gòu)：45462. 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：

17、-Fe -Fe 910（面心立方晶格）（體心立方晶格）固態(tài)下鐵原子重新排列固態(tài)下鐵原子重新排列473.鐵與碳的相互關(guān)系和碳鋼的基本組織鐵與碳的相互關(guān)系和碳鋼的基本組織鐵碳關(guān)系：鐵碳關(guān)系：固溶態(tài)，化合態(tài)，混合態(tài)固溶態(tài)，化合態(tài)，混合態(tài)固溶：元素于固態(tài)下相互溶解，保持溶劑晶格原來形式。 （1）鐵素體（F）體心立方晶格（-Fe ）+C鐵素體鐵素體 （固溶體）（固溶體）塑性好，強(qiáng)度低。48（2）奧氏體（A）面心立方晶格+C奧氏體奧氏體 （固溶體）韌性好，強(qiáng)度高。49鐵碳關(guān)系之二鐵碳關(guān)系之二：化合態(tài)化合態(tài) C+Fe Fe3C Fe3C 稱為滲碳體滲碳體。性能特點(diǎn)性能特點(diǎn): :.硬，脆；.在一定條件下可以分

18、解（3）滲碳體（）滲碳體（C）游離石墨+鐵。滲碳體的作用滲碳體的作用：少量滲碳體散布在鐵素鐵中（總含c量2%）成為碳素鋼碳素鋼。提高了強(qiáng)度和硬度，可軋制成鋼材。50 鐵碳合金中含碳量2%時(shí)，部分碳以石墨形式存在于其中，即所謂鑄鐵鑄鐵。組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)性能特點(diǎn)：石墨性軟、強(qiáng)度極低，相當(dāng)于鑄鐵中存在許多孔洞。 鐵碳關(guān)系之三鐵碳關(guān)系之三游離態(tài)游離態(tài) 511.4.2 鐵碳合金狀態(tài)圖略52 1.4.3 碳鋼碳鋼1.碳鋼中雜質(zhì)對(duì)其性能的影響1）.錳錳(Mn) 來源在冶煉過程中加入錳鐵。 作用鋼材中錳含量高于0.8%時(shí)，即為合金元素存在提高強(qiáng)度。是有益元素有益元素。 2）.硫硫(S)n來源礦石和焦炭。n存在形式

19、：FeS。n作用FeS 的熔點(diǎn)低于鋼材熱加工開始溫度， 它過早熔化，導(dǎo)致工件開裂，稱為熱脆性熱脆性。 有害元素有害元素！ 53 3). 磷(P)n來源礦石。n作用溶于鐵素體，使鋼材常溫下脆性增加，塑性、韌性下降，即所謂“冷脆性冷脆性”。 有害元素！有害元素！ 4）.氫(H) 來源鋼由高溫奧氏體冷至常溫時(shí)，氫的溶解度降低，來不及到鋼的表面逸出而積聚，并產(chǎn)生高壓力，在鋼材內(nèi)產(chǎn)生“白點(diǎn)白點(diǎn)”。 “白點(diǎn)”裂紋源 有害元素！有害元素！542.碳鋼的分類、牌號(hào)碳鋼的分類、牌號(hào) （1）.普通碳鋼普通碳鋼n含P、S等有害雜質(zhì)較多有害雜質(zhì)較多（S0.055% P0.045%)n常用有：Q215-A, Q235-

20、A, Q235-A.F #Q235-B, # Q235-C, Q275 (參見表1-6）式中 Q普通碳鋼，“屈服”的拼音首位字母。 235材料屈服點(diǎn)（MPa) A,B,C,D鋼材質(zhì)量等級(jí)，越后越高。 F沸騰鋼 #GB150-98規(guī)定使用材料規(guī)定使用材料55（2）.優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼 特點(diǎn)：含硫含硫、磷等雜質(zhì)較少磷等雜質(zhì)較少，均0.04%，雜質(zhì)少，組織均勻，表面質(zhì)量好。 常用有：08,1010,15,15,2020,20,20g,g,2020R R,30Mn,40Mn等。式中 數(shù)字-含c量的萬分?jǐn)?shù); g -鍋爐鋼； R -容器鋼； Mn -含錳元素約1%。 （3）.高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 磷硫雜

21、質(zhì)極少磷硫雜質(zhì)極少 P,s含量0.03%。 表示法：如20A 56 1.4.4.鋼的熱處理鋼的熱處理熱處理工藝實(shí)例：熱處理工藝實(shí)例：縫紉用鋼針在火上燒，再慢慢冷下來后變軟；建筑用鐵線用火燒軟；泵軸調(diào)質(zhì)內(nèi)韌外硬；扁鏟淬火提高硬度和韌性 ；容器焊后退火消除內(nèi)應(yīng)力；熱處理工藝曲線：57（1 1）常用熱處理工藝）常用熱處理工藝緩慢加熱，保溫一定時(shí)間后 隨爐冷卻（曲線1） 退火退火； 空氣中冷卻（曲線2）正火正火 ； 作用：降低硬度，增加塑性，改善機(jī)械性能； 使組織均勻化，消除內(nèi)應(yīng)力。【注】加熱溫度為臨界點(diǎn)（鋼的內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度) 以上3050。58 緩慢加熱，保溫一定時(shí)間 淬火劑中冷卻（曲線3）

22、； 淬火劑淬火劑: : 水，鹽水用于 碳鋼； 油用于合金鋼。作用：提高硬度、強(qiáng)度和耐磨性。 淬火淬火59 淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻。淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻。 作用：消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，滿足技術(shù)要求。 回火又分為： 低溫回火（150250 ）； 中溫回火（300450 ）； 高溫回火（500680）。 淬火+高溫回火 稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理。 效果效果：強(qiáng)度、塑性、韌性均提高 ?；鼗鸹鼗?0（2 2）化學(xué)熱處理）化學(xué)熱處理將零件放在化學(xué)介質(zhì)中進(jìn)行 加熱保溫冷卻的過程。 使零件表面改性。方式：滲碳，滲氮，滲鉻，氰化等。61 1.4.5. 鑄鐵鑄鐵 鐵+ (2.54.0%

23、)碳+Si、Mn、P、S 等雜質(zhì) 鑄鐵鑄鐵1）灰鑄鐵灰鑄鐵 如 HT150-330, HT200-400 HT-灰鑄鐵 第一個(gè)數(shù)字-抗拉強(qiáng)度（MPa) 第二個(gè)數(shù)字-抗彎強(qiáng)度（MPa)特點(diǎn)：斷口呈灰色，石墨呈片狀； 質(zhì)脆，耐磨，抗壓不抗拉，可鑄性好，易切削； 吸音減振，某些介質(zhì)中耐腐蝕性好。622）球墨鑄鐵球墨鑄鐵 如 QT450-10. QT-球墨鑄鐵 450-抗拉強(qiáng)度（MPa) 10-延伸率（%）特點(diǎn)：碳以球狀石墨存在，可鑄性好，易切削； 強(qiáng)度高，較好的塑性和韌性。63 性能指標(biāo)材料 b(MPa) s(MPa) d (%) ak(N.m/cm2) HBS(MPa) 45(正火）6103601

24、6 5024.1 球墨鑄鐵40090025060021815301336 灰鑄鐵150400 1427 45號(hào)鋼、球墨鑄鐵、灰鑄鐵的機(jī)械性能比較643）高硅鑄鐵）高硅鑄鐵n如：STSi15R, STSi11Cu2CrR, STSi17R式中 ST-高硅耐蝕鑄鐵， Si15-含硅15%左右， Cu2-含銅2%左右 R -混合稀土元素（0.1%）。特點(diǎn)：耐腐蝕性好（見書表1-15）； 質(zhì)硬、脆，較難機(jī)加工，一般采用鑄造； 導(dǎo)熱性能差，膨脹系數(shù)大，受熱易裂。用途：制造耐腐蝕泵、閥門、旋塞、冷卻排管、輔助陽極、管道配件等。651.5 低合金鋼及特殊性能鋼低合金鋼及特殊性能鋼1.5.1 合金元素對(duì)鋼的影

25、響為改善鋼材性能特意加入合金元素，以改變鋼材性質(zhì)。例如：鉻：耐腐蝕抗氧化； 提高了強(qiáng)度硬度和耐磨性； 使鋼材的韌性和塑性降低。錳：提高強(qiáng)度和低溫沖擊韌性。鎳：提高淬透性，保持良好塑性和韌性； 提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性； 提高熱強(qiáng)性能。硅：提高強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度、耐熱性、耐H2S腐蝕； 降低了塑性和沖擊韌性。66 1. 成分特點(diǎn)：由碳素鋼+Si、Mn、Cu、 Ti、V、Nb等元素組成；含碳量均較低，0.2%；合金元素總含量5% 。2. 相對(duì)于碳素鋼，其性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)：強(qiáng)度提高；耐腐蝕性能提高；低溫性能提高。1.5.2 低合金鋼低合金鋼67 碳素鋼與低合金鋼比較碳素鋼與低合金鋼比較 類別 品種

26、 b (MPa) s(MPa) S/b使用溫度 （）碳素鋼Q235-A 20 400 400 240 250 0.6 0.630350-19475低合金鋼 16Mn 15MnV 520 540 360 400 0.69 0.74-40475-45450683.常用材料：板，管，圓鋼等型材。4.用途： 廣泛用于造船，壓力容器，橋梁，高壓鍋爐，汽車，礦山機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械等。5.常用材料： 16MnR，15MnVR,18MnMoNbR, 16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR.691.5.3 鍋爐鋼和容器鋼鍋爐鋼和容器鋼1.工作環(huán)境：鍋爐：中溫或高溫；中壓或高壓。容器：壓力；溫度；介質(zhì)腐蝕；操

27、作特點(diǎn)。2.對(duì)材質(zhì)要求：1）較高的強(qiáng)度；2）良好的塑性、韌性和冷彎性能；3）較低的缺口敏感性；4）良好的焊接性能和其他工藝性能；5）良好的冶金質(zhì)量。 703.常用的材料：鍋爐鋼 20g；12Mng,16Mng,15MnVg,18MnMoNbg。容器鋼（GB150-1998 鋼制壓力容器推薦） Q235-B，Q235-C; 20R; 16MnR，15MnVR，15MnVNbR，18MnMoNbR。 4.標(biāo)準(zhǔn)： 壓力容器用鋼板GB6654-1996 壓力容器用碳素鋼和低合金厚鋼板YB/T40-8771 1.5.4 不銹耐酸鋼不銹耐酸鋼不銹-耐大氣腐蝕；耐酸-耐酸及強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的腐蝕。常用品種：1）

28、鉻不銹鋼-如1Cr13, 2Cr13, 0Cr13等。第一個(gè)數(shù)字-含碳量的千分?jǐn)?shù)千分?jǐn)?shù)見表1-5(1-4）； Cr13-含鉻13%。組織成分：鉻固溶于鐵素體的晶格中形成固溶體。72“不銹不銹”的的原因： 在氧化性介質(zhì)中，鉻能生成一層穩(wěn)定而致密的氧化膜氧化膜，對(duì)鋼材起保護(hù)作用。性能特點(diǎn)：n 碳的作用-與鉻生成碳化鉻(Cr23C6)，消耗大量的鉻。為保證耐腐蝕性能，不銹鋼中碳含量碳含量越低越好越低越好。73 鉻的作用： 能提高耐腐蝕性能能提高耐腐蝕性能。實(shí)際鉻不銹鋼的平均含鉻量13%。 能提高鋼的淬透性，顯著提高能提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而塑性、鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而塑

29、性、韌性降低。韌性降低。n 用作受載荷大的耐蝕零件，如軸類，活塞桿、螺栓、浮閥等。74 2）鉻鎳不銹鋼鉻鎳不銹鋼n常用鉻鎳不銹鋼型號(hào):0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti 式中 0-含碳量的千分?jǐn)?shù)千分?jǐn)?shù)；（見表1-5） Cr18-含鉻量18%左右； Ni9-含鎳量9%左右。通常以鉻鎳平均含量“18-8”標(biāo)志這種鋼。n組織特征：C、Cr、Ni固溶于奧氏體晶格中，是單一的奧氏體組織單一的奧氏體組織。75 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn): : 耐腐蝕性好 Cr含量13%，表面形成氧化膜氧化膜； 組織為單一的奧氏體單一的奧氏體，在電解液中不能形成微電池，避免了電化學(xué)腐蝕。 力學(xué)性能優(yōu)異力學(xué)性能優(yōu)異。見P298附

30、錄五 在400850期間，碳生成碳化鉻在晶界析出，使晶界附近貧鉻（鉻含量低于12%）導(dǎo)致晶間腐蝕晶間腐蝕。 ！不能反復(fù)施焊，否則必須進(jìn)行熱處理不能反復(fù)施焊，否則必須進(jìn)行熱處理。 不耐氯離子腐蝕。不耐氯離子腐蝕。76 1.5.5 耐熱鋼耐熱鋼n 高溫環(huán)境-原油加熱、裂解、催化等。如轉(zhuǎn)化爐爐管，工作溫度為650800。 碳鋼使用溫度一般在碳鋼使用溫度一般在400以下以下。如20鋼 500時(shí)屈服點(diǎn)只有50MPa,變得很軟，鋼中的Fe3C分解出石墨碳（石墨化過程石墨化過程）；同時(shí)鋼表面生成氧化皮，層層剝落。 碳鋼在高溫下強(qiáng)度和抗氧化性均下降碳鋼在高溫下強(qiáng)度和抗氧化性均下降。77 高溫設(shè)備對(duì)材料的要求：

31、高溫設(shè)備對(duì)材料的要求：化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性。抵抗高溫氣體（O2、H2S、SO2 等)腐蝕的能力。鋼的表面能生成致密的氧化膜氧化膜?？寡趸摽寡趸摽垢邷匮趸?，強(qiáng)度不高。 Cr13SiAl, Cr25Ti, Cr25Ni12等。熱強(qiáng)性熱強(qiáng)性。抗高溫蠕變能力。熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼抗蠕變，有一定抗氧化能力。 12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。78元素 Cr提高抗氧化性，強(qiáng)化并穩(wěn)定金相組織。 Mo提高高溫強(qiáng)度，強(qiáng)化并穩(wěn)定金相組織，提高再結(jié)晶溫度。 Ni形成奧氏體組織，提高高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性。 Ti穩(wěn)定金相組織，不銹鋼中能減少鉻與碳的化合。 Al,Si提高高溫抗氧化性，本身生成

32、致密的氧化膜。各元素的作用：79 1.5.6 低溫用鋼低溫用鋼n低溫環(huán)境天然氣液化、空氣分離、潤滑油脫脂、輕烴回收等。n 普通碳鋼在低溫下（-20以下）變脆，沖擊韌性顯著下降。n 低溫用鋼的組織成分特點(diǎn)低溫用鋼的組織成分特點(diǎn)：一般低溫（一般低溫（-40-20-40-20 )鋼鋼含碳量很低碳量很低的鐵素體的鐵素體組織，再加入適量的Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元素。 如 16MnDR,09MnNiDR等。深冷（深冷（-40-40以下)用鋼用鋼含碳量低的奧碳量低的奧氏體氏體組織。如 15Mn26Al4。801.5.7 鋼材的品種和規(guī)格鋼材的品種和規(guī)格 1）鋼板P320附錄十2）鋼管P306

33、附錄七 無縫鋼管無縫鋼管表示法： 如 f21910其中 219鋼管的外徑,mm； 10鋼管名義壁厚,mm。 有縫鋼管有縫鋼管 由板卷焊接而成。用于水管，蒸汽管等。 如 1吋,1/4吋,3/4吋等.813）型鋼）型鋼n圓鋼n方鋼n扁鋼n等邊角鋼n不等邊角鋼n工字鋼n槽鋼824）鑄鋼和鍛鋼）鑄鋼和鍛鋼鋼水鑄造成型-鑄鋼。如：ZG200-400 式中200-屈服點(diǎn) 400-抗拉強(qiáng)度。鋼坯鍛壓成型 -鍛鋼831.6 有色金屬材料有色金屬材料1.6.1 鋁及其合金1.特性：1）密度小，體輕； 2）導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好。不產(chǎn)生火花； 3）塑性高，強(qiáng)度低； 4）易冷加工，可焊，可鑄； 5）耐低溫； 6）一定的耐腐

34、蝕性； 7）不污染食物。841）純鋁：高純鋁L01，L02（濃硝酸設(shè)備）； 工業(yè)純鋁L1，L2，L4（換熱器，塔，儲(chǔ)罐，深冷設(shè)備等）。2）鑄造鋁ZL（泵，閥門，離心機(jī)等）。3）防銹鋁LF（深冷設(shè)備，分離塔等）。2.常用鋁材：851.6.2 銅及其合金1.純銅（紫銅）特性：1）塑性好，導(dǎo)電性好，導(dǎo)熱好； 2）低溫下保持較高塑性和沖擊韌性； 3）耐低濃度酸。用場：深冷裝置；密封墊片。常用材料：T2，T3，T4，TUP（用磷脫氧的無氧純銅）。862.黃銅黃銅銅與鋅的合金。特性：鑄造性能好；較高的力學(xué)性能；易切削加工；可焊接；耐蝕性較好；有應(yīng)力腐蝕開裂傾向?；こＳ貌牧希篐80,H68,H62等。銅含

35、量%代號(hào)873.青銅青銅常用材料：錫青銅（銅錫合金）鑄造青銅用場較多。特點(diǎn)：良好的耐腐蝕性，耐磨性。用場：泵殼，軸承，渦輪，閥門等。881.6.3 鈦及其合金鈦及其合金特點(diǎn)：1）密度不大而強(qiáng)度高； 2）耐腐蝕性能近乎或超過不銹鋼； 3）耐熱。用場：航空工業(yè)，化學(xué)工業(yè)。891.7 非金屬材料非金屬材料1.7.1 無機(jī)非金屬材料1. 化工陶瓷特點(diǎn)：1）良好的耐腐蝕性能； 2）足夠的不透性、耐熱性； 3）一定的機(jī)械強(qiáng)度； 4）性脆易裂，導(dǎo)熱性差。用場：化工陶瓷設(shè)備及管道，管件等。902.化工搪瓷化工搪瓷含高硅的瓷釉經(jīng)900煅燒，密著在金屬胎表面而成。特點(diǎn)：1）優(yōu)良的耐腐蝕性能； 2）優(yōu)良的電絕緣性能

36、； 3）易碎裂。用場：搪瓷設(shè)備，如反應(yīng)釜、儲(chǔ)罐、換熱器、塔、閥門等。911.7.2 有機(jī)非金屬材料有機(jī)非金屬材料1. 工程塑料高分子合成樹脂+ 填料提高力學(xué)性能； 增塑劑降低硬度和脆性； 穩(wěn)定劑延緩老化； 固化劑加快固化速度。特點(diǎn)：1）良好的耐腐蝕性能； 2）一定的機(jī)械強(qiáng)度； 3）密度不大； 4）價(jià)格較低。92常用材料：常用材料：n硬聚氯乙烯塑料n聚乙烯塑料n耐酸酚醛塑料n聚四氟乙烯塑料n玻璃鋼2.涂料涂料高分子膠體的混合物溶液。用途：設(shè)備防腐常用涂料：n防銹漆；n底漆；n大漆；n環(huán)氧樹脂漆；n酚醛樹脂漆。等。933. 不透性石墨不透性石墨各種樹脂侵汲石墨，消除孔隙而成。特點(diǎn)：1）較高的化學(xué)穩(wěn)

37、定性和良好的導(dǎo)熱性，熱膨脹系數(shù)小，耐溫度急變性好； 2）不污染介質(zhì)； 3）加工性能好，相對(duì)密度?。?4）力學(xué)性能較低，性脆。用場：腐蝕性強(qiáng)的換熱器；泵，管道，機(jī)械密封環(huán)，爆破片等。 941.8 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施1.8.1 金屬的腐蝕1.金屬腐蝕的評(píng)定方法：1）質(zhì)量變化評(píng)定法 試驗(yàn)測定，單位表面、單位時(shí)間腐蝕引起的質(zhì)量變化量。2）腐蝕深度評(píng)定法用每年金屬厚度的減少量表示腐蝕速度。 952.化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕金屬遇到干燥氣體或非電解質(zhì)溶液發(fā)生的腐蝕。n特點(diǎn)：1）腐蝕產(chǎn)物在金屬表面； 2）腐蝕過程中無電流產(chǎn)生。n腐蝕產(chǎn)物特性： 1）致密而穩(wěn)定，與金屬結(jié)合牢固鈍化膜鈍化膜

38、鈍化作用鈍化作用； 2）不穩(wěn)定，與金屬結(jié)合不牢固脫落脫落活化作用活化作用。96（1）金屬的高溫氧化及脫碳）金屬的高溫氧化及脫碳n金屬在高溫下的氣體腐蝕。解決方法：冶煉時(shí)加入鉻，硅或鋁 不起皮鋼不起皮鋼97脫碳反應(yīng)： Fe3C+O2=3Fe+CO2 Fe3C+CO2=3Fe+CO Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2 溫度700時(shí)脫碳作用。力學(xué)性能下降。力學(xué)性能下降。98（2）氫腐蝕）氫腐蝕鐵碳合金發(fā)生氫腐蝕的開始溫度和壓力：壓力/MPa溫度/壓力/MPa溫度/ 310300280 3040220210 1020270240 4060210200 2030230220 6080200190第一階段：氫脆第一階段：氫脆以原子狀態(tài)侵入鋼材內(nèi)部，聚集，使鋼變脆。與氫在鋼中的溶解度成正比。99第二階段：氫侵蝕第二階段：氫侵蝕發(fā)生化學(xué)反應(yīng)： Fe3C+2H2=3Fe+CH4危害危害：1）甲烷在晶界聚集，成為裂紋源； 2）甲烷在鋼材表面鼓泡，降低力學(xué)性能； 3）滲碳體還原為鐵素體，體積減小，