化工設備材料及其選擇培訓講義(-99)課件

第一篇化工設備材料

第一章化工設備材料及其選擇1.1概述1）.化工設備的使用環(huán)境：壓力：真空—低壓—中壓—高壓—超高壓溫度：低溫—中溫—高溫介質(zhì)：有毒；易燃；劇毒。1第一篇化工設備材料

第一章化工設備材料及其選擇1.1概1.2金屬材料的性能1.2.1力學性能——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、強度、硬度和韌性等指標。1.強度及其主要指標.固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。例如：※容器爆裂；※管道破裂;※地腳螺栓拉斷;※爐管爆裂；…..——強度不夠！21.2金屬材料的性能1.2.1力學性能2（1）.屈服點屈服現(xiàn)象：金屬材料承受載荷作用，當載荷不再增加時，仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形。屈服點：（s）——材料發(fā)生屈服時的應力。單位：MPa?！恍┖辖饹]有明顯的屈服點,規(guī)定發(fā)生0.2%殘余變形時的應力，作為“條件屈服點”。記作σ0.2

。3（1）.屈服點屈服現(xiàn)象：金屬材料承受載荷作用，當載荷不再增加（2）.抗拉強度(sb)定義：金屬材料在受力過程中，

發(fā)生斷裂所達到的最大應力值，以σb

表示，單位MPa。是壓力容器設計常用的性能指標。屈強比：s/sb

屈強比小，表明材料具有較大的塑性儲備。4（2）.抗拉強度(sb)定義：金屬材料在受力過程中，4（3）.蠕變強度（sn）“蠕變”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。

“蠕變強度”：材料在高溫下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力，以sn表示，單位MPa。5（3）.蠕變強度（sn）“蠕變”現(xiàn)象：5（4）.持久強度（sD）定義：在一定溫度下，經(jīng)過一定時間斷裂時的應力，以sD

表示，單位MPa。----是一定溫度和一定載荷下，材料抵抗斷裂的能力。

材料抵抗斷裂的能力越大，在相同的條件下，能支持的時間越久。規(guī)定：化工設備設計壽命一般為十萬小時，所以用試件在十萬小時斷裂時的應力作為持久強度。設備的6（4）.持久強度（sD）定義：在一定溫度下，經(jīng)過一定時間斷裂（5）疲勞強度構(gòu)件或零件受到大小和方向變化的交變載荷作用，應力遠小于屈服點就斷裂——疲勞?！捌跇O限”——構(gòu)件或零件在交變載荷作用下不致斷裂的最大應力。表示符號：σ-1(MPa)。例如：

頻繁開、停車——容器內(nèi)壓力或溫度波動；

活塞式壓縮機壓縮氣體——容器及管道內(nèi)壓力波動；

離心泵頻繁開停機或震動——泵軸受力成交變式。

7（5）疲勞強度構(gòu)件或零件受到大小和方向變化的交變載荷作用，應2.塑性及其主要指標金屬的塑性：外力作用下產(chǎn)生塑性變形，而不破壞的性質(zhì)。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82.塑性及其主要指標金屬的塑性：外力作用下產(chǎn)生塑性變形，主要指標：(1)延伸率（δ）9主要指標：(1)延伸率（δ）9（2）斷面收縮率（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%。10（2）斷面收縮率（y）如：純鐵的延伸率為50%，10（3）冷彎性能室溫下對試板以一定的內(nèi)半徑（R=0.5～3板厚）進行彎曲，a=1200或1800，是否出現(xiàn)裂紋或起層。-----是鋼材塑性指標和冶金質(zhì)量的綜合指標。11（3）冷彎性能室溫下對試板以一定的內(nèi)半徑（R塑性指標的實際意義：便于成型加工和焊接。如彎卷、鍛壓、冷沖、焊接等；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備這個性質(zhì)。12塑性指標的實際意義：便于成型加工和焊接。如彎卷、鍛壓、冷沖、3.硬度的概念金屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。硬度高材料強度也高，耐磨性較好；—綜合性能指標。

布氏硬度試驗示意圖133.硬度的概念金屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。布常用硬度指標：布氏硬度（HBS);

洛氏硬度（HRA、HRB、HRC);維氏硬度（HV)等。硬度和強度間有一定關(guān)系：如：低碳鋼sb≈36HBS;用硬度計測量！14常用硬度指標：硬度和強度間有一定關(guān)系：用硬度計測量！14.沖擊韌性及指標（Ak）材料在外加動載荷作用下的一種吸收機械能，迅速塑性變形，抵抗斷裂的能力。沖擊韌性與塑性區(qū)別何在？

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?！o載荷下能夠緩慢塑性變形的材料，在動載荷下不一定能迅速塑性變形?！举|(zhì)區(qū)別在于材料在動載荷作用下是否能夠迅速發(fā)生塑性變形，吸收沖擊能量。154.沖擊韌性及指標（Ak）材料在外加動5缺口敏感性——在帶有一定應力集中的缺口條件下，材料抵抗裂紋擴展的能力。

韌性范疇——靜載荷下抵抗裂紋擴展的性能。

沖擊韌性？——是動載荷作用下抵抗裂紋擴展的能力。165缺口敏感性——在帶有一定應力集中的缺口條件下，材料抵抗裂1.2.2物理性能——密度，熔點，線膨脹系數(shù)，導熱系數(shù)，比熱容，電阻率，磁導率，彈性模量，泊松比等。化工設備設計與制造主要考慮的物理性能：1.線膨脹系數(shù)異種鋼焊接——收縮率不同，引起變形或損壞；復合鋼板（如不銹鋼與碳鋼)——熱變性不同,容器殼體將會？設備襯里（如碳鋼殼體內(nèi)噴涂鋁）——熱變性不同時？固定管板式換熱器的管子與殼體——線膨脹量相差過大，將會？

碳鋼表面電鍍一層銅——升溫后會？171.2.2物理性能——密度，熔點，線膨脹系數(shù)，導熱系數(shù)，2.彈性模量E與泊松比μ彈性模量E：金屬材料對彈性變形抗力的指標，是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的。

隨著溫度升高而降低。泊松比μ：拉伸試件的單位橫向收縮與單位縱向伸長之比。各種鋼材近乎為μ

=0.3

。182.彈性模量E與泊松比μ彈性模量E：金屬材料對彈性變形抗力的1.2.3化學性能——金屬材料所處介質(zhì)中的化學穩(wěn)定性，即是否會與介質(zhì)發(fā)生化學或電化學反應，產(chǎn)生腐蝕。主要考慮的化學性能：1.耐腐蝕性——對介質(zhì)侵蝕的抵抗能力；2.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。191.2.3化學性能——金屬材料所處介質(zhì)中的化學穩(wěn)定性，即是1.2.4.金屬材料的工藝性能可焊性能—母材及焊劑熔融狀態(tài)的流動性、凝固收縮率、熱塑性等；鑄造性能—流動性、凝固收縮率等；可鍛性能—抗熱裂性、抗氧化性、熱塑性等；切削加工性能熱處理性能201.2.4.金屬材料的工藝性能可焊性能—母材及焊劑熔融狀態(tài)的

1.3金屬材料的分類及牌號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)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼按化學成分：按質(zhì)量分：211.3金屬材料的分類及牌號1.3.1分類鋼碳素鋼合金鋼沸騰鋼鎮(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：22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2.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232.有色金屬銅及其合金：純（紫）銅黃銅錫青銅鋁青銅輕金屬及其1.3.2鋼鐵牌號及表示方法1.牌號的表示原則依據(jù)國家標準GB221-2000,牌號中

化學元素——化學符號或漢字表示；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241.3.2鋼鐵牌號及表示方法1.牌號的表示原則242.鋼號表示法例：優(yōu)質(zhì)碳素鋼——08F20R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(MPa)屈服點屈字的拼音首位字母252.鋼號表示法例：優(yōu)質(zhì)碳素鋼——沸騰鋼含碳量為0.08%；容低合金鋼——16MnR16——含碳量0.16%；

Mn——合金元素；

R——容器鋼。特殊性能鋼——1Cr18Ni91——含碳量0.1%（千分數(shù)）；

Cr,Ni——主要合金元素；

18——含鉻量18%；

9——含鎳量9%。26低合金鋼——261.4

碳鋼與鑄鐵鋼鐵的組成=95%以上鐵+（0.05～4%）碳+1%雜質(zhì)——鐵碳合金含碳量0.02~2%為鋼；含碳量＞2%為鑄鐵；含碳量＜0.02%為工業(yè)純鐵；含碳量＞4.3%無實用價值。鐵碳合金！271.4碳鋼與鑄鐵鋼鐵的組成=95%以上鐵鐵碳合金！271.4.1

鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)1.金屬的組織與結(jié)構(gòu)在1500倍顯微鏡下觀察到的顯微組織，即金屬的金相組織。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。細片狀石墨：次之粗片狀石墨：差球狀石墨：強度最好281.4.1鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)1.金屬的組織與結(jié)構(gòu)細片狀石純鐵在不同溫度下的晶體結(jié)構(gòu)：29純鐵在不同溫度下的晶體結(jié)構(gòu)：2930302.純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：γ-Feα-Fe910℃（面心立方晶格）（體心立方晶格）固態(tài)下鐵原子重新排列312.純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：γ-Fe3.鐵與碳的相互關(guān)系和碳鋼的基本組織鐵碳關(guān)系：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（α-Fe）+C鐵素體

（固溶體）塑性好，強度低。323.鐵與碳的相互關(guān)系和碳鋼的基本組織鐵碳關(guān)系：固溶態(tài)，化合態(tài)（2）奧氏體（A）面心立方晶格+C奧氏體

（固溶體）—韌性好，強度高。33（2）奧氏體（A）奧氏體——鐵碳關(guān)系之二：化合態(tài)C+Fe→Fe3CFe3C稱為滲碳體。性能特點:.硬，脆；.在一定條件下可以分解（3）滲碳體（C）游離石墨+鐵。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。提高了強度和硬度，可軋制成鋼材。34——鐵碳關(guān)系之二：化合態(tài)（3）滲碳體（C）游離石墨+鐵。滲碳鐵碳合金中含碳量﹥2%時，部分碳以石墨形式存在于其中，即所謂鑄鐵。組織結(jié)構(gòu)特點——性能特點：石墨性軟、強度極低，相當于鑄鐵中存在許多孔洞。

鐵碳關(guān)系之三——游離態(tài)

35鐵碳合金中含碳量﹥2%時，部分碳以石墨形式存在于1.4.2鐵碳合金狀態(tài)圖略361.4.2鐵碳合金狀態(tài)圖略36

1.4.3碳鋼1.碳鋼中雜質(zhì)對其性能的影響1）.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，即為合金元素存在——提高強度。是有益元素。2）.硫(S)來源——礦石和焦炭。存在形式：FeS。作用——FeS的熔點低于鋼材熱加工開始溫度，它過早熔化，導致工件開裂，稱為熱脆性。有害元素！

371.4.3碳鋼1.碳鋼中雜質(zhì)對其性能的影響373).磷(P)來源——礦石。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”。有害元素！4）.氫(H)

來源——鋼由高溫奧氏體冷至常溫時，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”。“白點”——裂紋源有害元素！383).磷(P)來源——礦石。382.碳鋼的分類、牌號（1）.普通碳鋼含P、S等有害雜質(zhì)較多（S≤0.055%P≤0.045%)常用有：Q215-A,Q235-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（MPa)

A,B,C,D——鋼材質(zhì)量等級，越后越高。

F——沸騰鋼#—GB150-98規(guī)定使用材料392.碳鋼的分類、牌號（1）.普通碳鋼39（2）.優(yōu)質(zhì)碳素鋼特點：含硫、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：08,10,15,20,20g,20R,30Mn,40Mn等。式中數(shù)字--含c量的萬分數(shù);g--鍋爐鋼；R--容器鋼；

Mn---含錳元素約1%。（3）.高級優(yōu)質(zhì)鋼

磷硫雜質(zhì)極少P,s含量≤0.03%。表示法：如20AGB150-98規(guī)定使用材料！40（2）.優(yōu)質(zhì)碳素鋼特點：含硫、磷等雜質(zhì)較少，均

1.4.4.鋼的熱處理熱處理工藝實例：※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)應力；……熱處理工藝曲線：金屬材料中的金相組織發(fā)生變化！411.4.4.鋼的熱處理熱處理工藝實例：熱處理工藝曲線：（1）常用熱處理工藝緩慢加熱，保溫一定時間后

※隨爐冷卻（曲線1）--

退火；※空氣中冷卻（曲線2）--正火；

作用：①降低硬度，增加塑性，改善機械性能；②使組織均勻化，消除內(nèi)應力?！咀ⅰ考訜釡囟葹榕R界點（鋼的內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度)以上30～50℃。容器焊縫處產(chǎn)生內(nèi)應力嗎？42（1）常用熱處理工藝容器焊縫處產(chǎn)生內(nèi)應力嗎？42緩慢加熱，保溫一定時間淬火劑中冷卻（曲線3）；淬火劑:水，鹽水---用于碳鋼；油---用于合金鋼。作用：提高硬度、強度和耐磨性。淬火43緩慢加熱，保溫一定時間淬火劑中冷卻（曲線3）；淬火43淬火后再進行一次較低溫度的加熱與冷卻。作用：消除內(nèi)應力，穩(wěn)定組織，滿足技術(shù)要求?；鼗鹩址譃椋旱蜏鼗鼗穑?50～250℃）；中溫回火（300～450℃）；高溫回火（500～680℃）。

※淬火+高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理。效果：強度、塑性、韌性均提高。回火44淬火后再進行一次較低溫度的加熱與冷卻?！慊?高溫回火稱（2）化學熱處理--將零件放在化學介質(zhì)中進行加熱-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。45（2）化學熱處理45

1.4.5.鑄鐵鐵+(2.5～4.0%)碳+Si、Mn、P、S等雜質(zhì)

鑄鐵1）灰鑄鐵如HT150-330,HT200-400HT---灰鑄鐵

第一個數(shù)字---抗拉強度（MPa)

第二個數(shù)字---抗彎強度（MPa)特點：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。用來制作機床的床身，壓縮機機身如何？461.4.5.鑄鐵鐵+(2.5～4.02）球墨鑄鐵如QT450-10.

QT---球墨鑄鐵450---抗拉強度（MPa)10----延伸率（%）特點：碳以球狀石墨存在，可鑄性好，易切削；強度高，較好的塑性和韌性?？芍谱髦匾S類！472）球墨鑄鐵如QT450-10.QT-性能指標材料

sb(MPa)

ss(MPa)

d(%)

ak(N.m/cm2)

HBS(MPa)45(正火）6103601650≤24.1球墨鑄鐵400～900250～6002～1815～3013～36灰鑄鐵150～400——————14～27

45號鋼、球墨鑄鐵、灰鑄鐵的機械性能比較48性能指標sbssdakH3）高硅鑄鐵如：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：※耐腐蝕性好（見書表1-15）；※質(zhì)硬、脆，較難機加工，一般采用鑄造；※導熱性能差，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。493）高硅鑄鐵如：STSi15R,STSi11Cu2CrR1.5低合金鋼及特殊性能鋼1.5.1合金元素對鋼的影響——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；提高了強度硬度和耐磨性；使鋼材的韌性和塑性降低。錳：提高強度和低溫沖擊韌性。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；提高熱強性能。硅：提高強度、高溫疲勞強度、耐熱性、耐H2S腐蝕；降低了塑性和沖擊韌性。501.5低合金鋼及特殊性能鋼1.5.1合金元素對鋼的影響5

1.成分特點：※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.相對于碳素鋼，其性能特點：※強度提高；※耐腐蝕性能提高；※低溫性能提高。1.5.2低合金鋼511.成分特點：1.5.2低合金鋼51

碳素鋼與低合金鋼比較

類別品種sb

(MPa)ss(MPa)

σS/σb使用溫度（℃）碳素鋼Q235-A204004002402500.60.630～350-19～475低合金鋼16Mn15MnV5205403604000.690.74-40～475-45～45052碳素鋼與低合金鋼比較類別品種3.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，礦山機械，農(nóng)業(yè)機械等。5.常用材料：

16MnR，15MnVR,18MnMoNbR,16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR….533.常用材料：板，管，圓鋼等型材。4.用途：531.5.3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；操作特點。2.對材質(zhì)要求：1）較高的強度；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。541.5.3鍋爐鋼和容器鋼1.工作環(huán)境：543.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.標準：

《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/T40-87553.常用的材料：鍋爐鋼——55

1.5.4不銹耐酸鋼不銹---耐大氣腐蝕；耐酸---耐酸及強腐蝕性介質(zhì)的腐蝕。常用品種：1）鉻不銹鋼---如1Cr13,2Cr13,0Cr13等。第一個數(shù)字---含碳量的千分數(shù)[見表1-5(1-4）]；Cr13---含鉻13%?！蚪M織成分：鉻固溶于鐵素體的晶格中形成固溶體。561.5.4不銹耐酸鋼不銹---耐大氣腐蝕；56◎“不銹”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，對鋼材起保護作用。◎性能特點：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，不銹鋼中碳含量越低越好。57◎“不銹”的原因：◎性能特點：57鉻的作用：

——能提高耐腐蝕性能。實際鉻不銹鋼的平均含鉻量≥13%?！芴岣咪摰拇阃感?，顯著提高鋼的強度、硬度和耐磨性，而塑性、韌性降低。

用作受載荷大的耐蝕零件，如軸類，活塞桿、螺栓、浮閥等。58鉻的作用：582）鉻鎳不銹鋼常用鉻鎳不銹鋼型號:0Cr18Ni90Cr18Ni10Ti式中0---含碳量的千分數(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”標志這種鋼。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。592）鉻鎳不銹鋼常用鉻鎳不銹鋼型號:0Cr18Ni9

性能特點:①耐腐蝕性好※Cr含量≥13%，表面形成氧化膜；※組織為單一的奧氏體，在電解液中不能形成微電池，避免了電化學腐蝕。②力學性能優(yōu)異。[見P298附錄五]③在400～850℃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%）導致晶間腐蝕。

！不能反復施焊，否則必須進行熱處理。④不耐氯離子腐蝕。60

1.5.5耐熱鋼

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650～800℃。

碳鋼使用溫度一般在400℃以下。如20鋼500℃時屈服點只有50MPa,變得很軟，鋼中的Fe3C分解出石墨碳（石墨化過程）；同時鋼表面生成氧化皮，層層剝落?！间撛诟邷叵聫姸群涂寡趸跃陆怠?11.5.5耐熱鋼高溫環(huán)境---原油加熱高溫設備對材料的要求：①化學穩(wěn)定性?！挚垢邷貧怏w（O2、H2S、SO2

等)腐蝕的能力。鋼的表面能生成致密的氧化膜?？寡趸摗垢邷匮趸?，強度不高。

Cr13SiAl,Cr25Ti,Cr25Ni12等。②熱強性?！垢邷厝渥兡芰Α釓婁摗谷渥?，有一定抗氧化能力。12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。62高溫設備對材料的要求：62元素Cr—提高抗氧化性，強化并穩(wěn)定金相組織。Mo—提高高溫強度，強化并穩(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，本身生成致密的氧化膜。各元素的作用：63元素Cr—提高抗氧化性，強化并穩(wěn)定金相組織。各元素的作用：

1.5.6低溫用鋼低溫環(huán)境——天然氣液化、空氣分離、潤滑油脫脂、輕烴回收等。普通碳鋼在低溫下（-20℃以下）變脆，沖擊韌性顯著下降。低溫用鋼的組織成分特點：※一般低溫（-40~-20

℃)鋼——含碳量很低的鐵素體組織，再加入適量的Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元素。如16MnDR,09MnNiDR等?！罾洌?40℃以下)用鋼——含碳量低的奧氏體組織。如15Mn26Al4。641.5.6低溫用鋼低溫環(huán)境——天然氣液化、1.5.7鋼材的品種和規(guī)格1）鋼板[P320附錄十]2）鋼管[P306附錄七]※無縫鋼管表示法：如f219×10其中219-鋼管的外徑,mm；10-鋼管名義壁厚,mm?！锌p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.651.5.7鋼材的品種和規(guī)格1）鋼板[P320附錄十]653）型鋼圓鋼方鋼扁鋼等邊角鋼不等邊角鋼工字鋼槽鋼663）型鋼圓鋼664）鑄鋼和鍛鋼鋼水鑄造成型---鑄鋼。如：ZG200-400

式中200-屈服點400-抗拉強度。精密鑄造！鋼坯鍛壓成型---鍛鋼674）鑄鋼和鍛鋼鋼水鑄造成型---鑄鋼。精密鑄造！鋼坯鍛壓成型1.6有色金屬材料1.6.1鋁及其合金1.特性：1）密度小，體輕；

2）導電、導熱性好。不產(chǎn)生火花；

3）塑性高，強度低；

4）易冷加工，可焊，可鑄；

5）耐低溫；

6）一定的耐腐蝕性；

7）不污染食物。681.6有色金屬材料1.6.1鋁及其合金681）純鋁：高純鋁——L01，L02（濃硝酸設備）；工業(yè)純鋁—L1，L2，L4（換熱器，塔，儲罐，深冷設備等）。2）鑄造鋁——ZL（泵，閥門，離心機等）。3）防銹鋁——LF（深冷設備，分離塔等）。2.常用鋁材：691）純鋁：高純鋁——L01，L02（濃硝酸設備）；2.常用鋁1.6.2銅及其合金1.純銅（紫銅）特性：1）塑性好，導電性好，導熱好；

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）。701.6.2銅及其合金1.純銅（紫銅）702.黃銅——銅與鋅的合金。特性：鑄造性能好；較高的力學性能；易切削加工；可焊接；耐蝕性較好；有應力腐蝕開裂傾向?；こＳ貌牧希篐80,H68,H62等。銅含量%代號712.黃銅——銅與鋅的合金。銅含量%代號713.青銅常用材料：錫青銅（銅錫合金）——鑄造青銅用場較多。特點：良好的耐腐蝕性，耐磨性。用場：泵殼，軸承，渦輪，閥門等。723.青銅常用材料：錫青銅（銅錫合金）721.6.3鈦及其合金特點：1）密度不大而強度高；2）耐腐蝕性能近乎或超過不銹鋼；

3）耐熱。用場：航空工業(yè)，化學工業(yè)。731.6.3鈦及其合金特點：1）密度不大而強度高；731.7非金屬材料1.7.1無機非金屬材料1.化工陶瓷特點：1）良好的耐腐蝕性能；

2）足夠的不透性、耐熱性；

3）一定的機械強度；

4）性脆易裂，導熱性差。用場：化工陶瓷設備及管道，管件等。741.7非金屬材料1.7.1無機非金屬材料742.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：1）優(yōu)良的耐腐蝕性能；2）優(yōu)良的電絕緣性能；

3）易碎裂。用場：搪瓷設備，如反應釜、儲罐、換熱器、塔、閥門等。752.化工搪瓷——含高硅的瓷釉經(jīng)900℃煅燒，密著在金屬胎表面1.7.2有機非金屬材料1.工程塑料高分子合成樹脂+

填料——提高力學性能；

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：1）良好的耐腐蝕性能；

2）一定的機械強度；

3）密度不大；

4）價格較低。761.7.2有機非金屬材料1.工程塑料76常用材料：硬聚氯乙烯塑料聚乙烯塑料耐酸酚醛塑料聚四氟乙烯塑料玻璃鋼2.涂料——高分子膠體的混合物溶液。用途：設備防腐常用涂料：防銹漆；底漆；大漆；環(huán)氧樹脂漆；酚醛樹脂漆。等。77常用材料：2.涂料773.不透性石墨——各種樹脂侵汲石墨，消除孔隙而成。特點：1）較高的化學穩(wěn)定性和良好的導熱性，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，相對密度?。?/p>

4）力學性能較低，性脆。用場：腐蝕性強的換熱器；泵，管道，機械密封環(huán)，爆破片等。

783.不透性石墨——各種樹脂侵汲石墨，消除孔隙而成。781.8化工設備的腐蝕及防腐措施1.8.1金屬的腐蝕1.金屬腐蝕的評定方法：1）質(zhì)量變化評定法

——試驗測定，單位表面、單位時間腐蝕引起的質(zhì)量變化量。2）腐蝕深度評定法——用每年金屬厚度的減少量表示腐蝕速度。791.8化工設備的腐蝕及防腐措施1.8.1金屬的腐蝕792.化學腐蝕——金屬遇到干燥氣體或非電解質(zhì)溶液發(fā)生的腐蝕。特點：1）腐蝕產(chǎn)物在金屬表面；

2）腐蝕過程中無電流產(chǎn)生。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——鈍化作用；

2）不穩(wěn)定，與金屬結(jié)合不牢固——脫落——活化作用。802.化學腐蝕——金屬遇到干燥氣體或非電解質(zhì)溶液發(fā)生的腐蝕。8（1）金屬的高溫氧化及脫碳——金屬在高溫下的氣體腐蝕。解決方法：冶煉時加入鉻，硅或鋁——不起皮鋼81（1）金屬的高溫氧化及脫碳——金屬在高溫下的氣體腐蝕。解決方脫碳反應：

Fe3C+O2=3Fe+CO2Fe3C+CO2=3Fe+COFe3C+H2O=3Fe+CO+H2溫度＞700℃時——脫碳作用。力學性能下降。82脫碳反應：溫度＞700℃時——脫碳作用。力學性能下降。82（2）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/℃3~10300~28030~40220~21010~20270~24040~60210~20020~30230~22060~80200~190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。83（2）氫腐蝕鐵碳合金發(fā)生氫腐蝕的開始溫度和壓力：壓力/MPa第二階段：氫侵蝕——發(fā)生化學反應：

Fe3C+2H2=3Fe+CH4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，降低力學性能；

3）滲碳體還原為鐵素體，體積減小，產(chǎn)生組織應力，促進裂紋擴展。又提供氫和甲烷聚集條件，加重氫侵蝕——鋼材組織成為網(wǎng)格。84第二階段：氫侵蝕——發(fā)生化學反應：危害：1）甲烷在晶界聚集，3.電化學腐蝕——金屬與電解液接觸發(fā)生電化學反映。三個環(huán)節(jié)：853.電化學腐蝕——金屬與電解液接觸發(fā)生電化學反映。三個環(huán)節(jié)：發(fā)生電化學腐蝕必備條件：1）同一金屬中有不同電位的組織成分或存在不同電位的金屬；2）陽極和陰極互相連接；3）陽極和陰極同處在連通的電解液中。86發(fā)生電化學腐蝕必備條件：1）同一金屬中有不同電位的組織成分或1.8.2晶間腐蝕和應力腐蝕——均屬于電化學腐蝕。1.晶間腐蝕腐蝕性介質(zhì)沿晶粒間滲入金屬深處，腐蝕破壞金屬晶粒間的結(jié)合力，使之強度和塑性完全喪失。——“內(nèi)部瓦解”作用。不銹鋼有晶間腐蝕可能：在450~850℃之間，生成(Cr·Fe)23C6，沿晶界析出，晶界成為貧鉻帶。在電化學行為中，貧鉻帶成為陽極，晶粒成為陰極，形成微電池。871.8.2晶間腐蝕和應力腐蝕——均屬于電化學腐蝕。87解決辦法：1）鋼中加入Ti和Nb元素；2）減少不銹鋼中的碳含量。88解決辦法：882.應力腐蝕亦稱腐蝕開裂——金屬在腐蝕性介質(zhì)和拉應力共同作用下產(chǎn)生的破壞形式。腐蝕斷裂過程分三個階段：1）孕育階段——機械裂紋。2）裂紋擴展——裂紋尖端為高度應力集中區(qū)，出現(xiàn)微電池。3）破壞階段。892.應力腐蝕亦稱腐蝕開裂——金屬在腐蝕性介質(zhì)和拉應力共同作用裂紋擴展應力腐蝕：90裂紋擴展應力腐蝕：901.8.3金屬腐蝕破壞的形式危險性較小，壁厚有保證即可。危險性較大，隱蔽；穿孔泄漏；局部應力過大。911.8.3金屬腐蝕破壞的形式危險性較小，危險性較大，911.8.4金屬設備的防腐措施1.襯覆保護層1）金屬保護層——電鍍，噴鍍，襯里等。2）非金屬保護層非金屬襯里——瓷磚，石墨板，水玻璃膠泥；防腐涂料——防腐漆，環(huán)氧樹脂等。2.電化學保護1）陽極保護——被保護設備接直流電源陽極，生成“鈍化膜”。921.8.4金屬設備的防腐措施1.襯覆保護層922）陰極保護——犧牲陽極保護。932）陰極保護——犧牲陽極保護。933.添加緩蝕劑——腐蝕性介質(zhì)中加入少量緩蝕劑，降低或停止腐蝕作用。注意！

1）不影響產(chǎn)品（介質(zhì)）質(zhì)量；

2）符合性；

3）種類和用量要經(jīng)試驗確定。943.添加緩蝕劑——腐蝕性介質(zhì)中加入少量緩蝕劑，降低或停止腐蝕1.9化工設備材料選擇的一般原則要考慮：設備的操作條件——壓力、溫度、介質(zhì)特性、操作特點；材料的使用性能——力學性能、物理性能、化學性能；加工工藝性能——焊接性能、熱處理性能、冷彎性能及其他冷熱加工性能；經(jīng)濟合理性及設備結(jié)構(gòu)——材料價格、制造費用和使用壽命。

951.9化工設備材料選擇的一般原則要考慮：95選材一般原則：1）壓力容器用鋼材應符合GB150-1998《鋼制壓力容器》的要求，設計壓力不大于35MPa。接受《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的監(jiān)督。2）壓力容器承壓件用普通碳鋼鋼板的適用范圍：鋼板牌號使用溫度

℃設計壓力

MPa殼體厚度

mm其他限制Q235-B0~350≤1.6≤20不得用于高度毒性和極度危害介質(zhì)Q235-C0~400≤2.5≤3096選材一般原則：1）壓力容器用鋼材應符合GB150-1998《3.設計溫度應在允許使用溫度范圍內(nèi)。見書p46表1-30。4.耐腐蝕

!同時考慮正常生產(chǎn)、停車、空料、內(nèi)填料等的實際情況。5.經(jīng)濟性好973.設計溫度應在允許使用溫度范圍內(nèi)。見書p46表1-30。96.其他（1）高壓設備應優(yōu)先選用低合金高、中強度鋼，從而節(jié)省鋼材。（2）承受剛度控制的設備，不宜采用高強度材料。（3）1Cr18Ni9Ti鋼材使用溫度不高于500℃時，許用應力按0Cr18Ni10Ti選取。986.其他981、有事業(yè)的峰巒上，有汗水的溪流飛淌；在智慧的珍珠里，有勤奮的心血閃光。2、人們走過的每一個足跡，都是自己生命的留言；留給今天翻過的日歷，留給未來永久的歷史。3、人生是一座可以采掘開拓的金礦，但總是因為人們的勤奮程度不同，給予人們的回報也不相同。4、理想之風扯滿人生的帆；奮斗之桿舉起理想之旗。5、人應該學會走自己的路，但更應該掌握手中的羅盤。6、不能因為人生的道路坎坷，就使自己的身軀變得彎曲；不能因為生活的歷程漫長，就使求索的腳步遲緩。7、人生的意義在理想的光輝中閃爍；生命的價值在創(chuàng)造的生活中閃現(xiàn)。8、只有走完平凡的路程，才能達到偉大的目標。9、奮斗目標是人生的精神支柱。10、共同的事業(yè)，共同的斗爭，可以使人們產(chǎn)生忍受一切的力量?！獖W斯特洛夫斯基11、屬于每個人的道路，都在每個人的足下；屬于每個人的歷史，都在每個人的身后。12、終于有一天，海水和淚都是甜的。13、有志者自有千方百計，無志者只有千難萬難。14、貧不足羞，可羞是貧而無志?！獏卫?5、人，只要有一種信念，有所追求，什么艱苦都能忍受，什么環(huán)境也都能適應?！×?6、人生的途程是遙遠的，只要雙腳不息地前行，道路就會向遠方延伸。17、理想是人生的堅實支柱，如果失去了生活的理想，精神也就會隨之而癱瘓。18、目標不是都能達到的，但它可以作為瞄準點。28、我學習了一生，現(xiàn)在我還在學習，而將來，只要我還有精力，我還要學習下去。——別林斯基

29、任何時候我也不會滿足，越是讀書，就越是深刻的感到不滿足，越是感到自己的知識貧乏?！R克思

30、外國語是人生斗爭的一種武器?！R克思

31、學習這件事不在乎有沒有人教你，最重要的是在于你自己有沒有覺悟和恒心?！ú紶?/p>

32、筆落驚風雨,詩成泣鬼神。——杜甫

33、別裁偽體親風雅,轉(zhuǎn)益多師是汝師?！鸥?8、我學習了一生，現(xiàn)在我還在學習，而將來，只要我還有精力，我還要學習下去?！獎e林斯基

29、任何時候我也不會滿足，越是讀書，就越是深刻的感到不滿足，越是感到自己的知識貧乏?！R克思

30、外國語是人生斗爭的一種武器。——馬克思

31、學習這件事不在乎有沒有人教你，最重要的是在于你自己有沒有覺悟和恒心?！ú紶?/p>

32、筆落驚風雨,詩成泣鬼神?！鸥?/p>

33、別裁偽體親風雅,轉(zhuǎn)益多師是汝師。——杜甫1、有事業(yè)的峰巒上，有汗水的溪流飛淌；在智慧的珍珠里，有勤奮99第一篇化工設備材料

第一章化工設備材料及其選擇1.1概述1）.化工設備的使用環(huán)境：壓力：真空—低壓—中壓—高壓—超高壓溫度：低溫—中溫—高溫介質(zhì)：有毒；易燃；劇毒。100第一篇化工設備材料

第一章化工設備材料及其選擇1.1概1.2金屬材料的性能1.2.1力學性能——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、強度、硬度和韌性等指標。1.強度及其主要指標.固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。例如：※容器爆裂；※管道破裂;※地腳螺栓拉斷;※爐管爆裂；…..——強度不夠！1011.2金屬材料的性能1.2.1力學性能2（1）.屈服點屈服現(xiàn)象：金屬材料承受載荷作用，當載荷不再增加時，仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形。屈服點：（s）——材料發(fā)生屈服時的應力。單位：MPa?！恍┖辖饹]有明顯的屈服點,規(guī)定發(fā)生0.2%殘余變形時的應力，作為“條件屈服點”。記作σ0.2

。102（1）.屈服點屈服現(xiàn)象：金屬材料承受載荷作用，當載荷不再增加（2）.抗拉強度(sb)定義：金屬材料在受力過程中，

發(fā)生斷裂所達到的最大應力值，以σb

表示，單位MPa。是壓力容器設計常用的性能指標。屈強比：s/sb

屈強比小，表明材料具有較大的塑性儲備。103（2）.抗拉強度(sb)定義：金屬材料在受力過程中，4（3）.蠕變強度（sn）“蠕變”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。

“蠕變強度”：材料在高溫下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力，以sn表示，單位MPa。104（3）.蠕變強度（sn）“蠕變”現(xiàn)象：5（4）.持久強度（sD）定義：在一定溫度下，經(jīng)過一定時間斷裂時的應力，以sD

表示，單位MPa。----是一定溫度和一定載荷下，材料抵抗斷裂的能力。

材料抵抗斷裂的能力越大，在相同的條件下，能支持的時間越久。規(guī)定：化工設備設計壽命一般為十萬小時，所以用試件在十萬小時斷裂時的應力作為持久強度。設備的105（4）.持久強度（sD）定義：在一定溫度下，經(jīng)過一定時間斷裂（5）疲勞強度構(gòu)件或零件受到大小和方向變化的交變載荷作用，應力遠小于屈服點就斷裂——疲勞?！捌跇O限”——構(gòu)件或零件在交變載荷作用下不致斷裂的最大應力。表示符號：σ-1(MPa)。例如：

頻繁開、停車——容器內(nèi)壓力或溫度波動；

活塞式壓縮機壓縮氣體——容器及管道內(nèi)壓力波動；

離心泵頻繁開停機或震動——泵軸受力成交變式。

106（5）疲勞強度構(gòu)件或零件受到大小和方向變化的交變載荷作用，應2.塑性及其主要指標金屬的塑性：外力作用下產(chǎn)生塑性變形，而不破壞的性質(zhì)。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1072.塑性及其主要指標金屬的塑性：外力作用下產(chǎn)生塑性變形，主要指標：(1)延伸率（δ）108主要指標：(1)延伸率（δ）9（2）斷面收縮率（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%。109（2）斷面收縮率（y）如：純鐵的延伸率為50%，10（3）冷彎性能室溫下對試板以一定的內(nèi)半徑（R=0.5～3板厚）進行彎曲，a=1200或1800，是否出現(xiàn)裂紋或起層。-----是鋼材塑性指標和冶金質(zhì)量的綜合指標。110（3）冷彎性能室溫下對試板以一定的內(nèi)半徑（R塑性指標的實際意義：便于成型加工和焊接。如彎卷、鍛壓、冷沖、焊接等；使構(gòu)件在承載后由于變形而避免發(fā)生斷裂?！獕毫θ萜骷捌淞慵夹枰邆溥@個性質(zhì)。111塑性指標的實際意義：便于成型加工和焊接。如彎卷、鍛壓、冷沖、3.硬度的概念金屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。硬度高材料強度也高，耐磨性較好；—綜合性能指標。

布氏硬度試驗示意圖1123.硬度的概念金屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。布常用硬度指標：布氏硬度（HBS);

洛氏硬度（HRA、HRB、HRC);維氏硬度（HV)等。硬度和強度間有一定關(guān)系：如：低碳鋼sb≈36HBS;用硬度計測量！113常用硬度指標：硬度和強度間有一定關(guān)系：用硬度計測量！14.沖擊韌性及指標（Ak）材料在外加動載荷作用下的一種吸收機械能，迅速塑性變形，抵抗斷裂的能力。沖擊韌性與塑性區(qū)別何在？

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?！o載荷下能夠緩慢塑性變形的材料，在動載荷下不一定能迅速塑性變形?！举|(zhì)區(qū)別在于材料在動載荷作用下是否能夠迅速發(fā)生塑性變形，吸收沖擊能量。1144.沖擊韌性及指標（Ak）材料在外加動5缺口敏感性——在帶有一定應力集中的缺口條件下，材料抵抗裂紋擴展的能力。

韌性范疇——靜載荷下抵抗裂紋擴展的性能。

沖擊韌性？——是動載荷作用下抵抗裂紋擴展的能力。1155缺口敏感性——在帶有一定應力集中的缺口條件下，材料抵抗裂1.2.2物理性能——密度，熔點，線膨脹系數(shù)，導熱系數(shù)，比熱容，電阻率，磁導率，彈性模量，泊松比等?；ぴO備設計與制造主要考慮的物理性能：1.線膨脹系數(shù)異種鋼焊接——收縮率不同，引起變形或損壞；復合鋼板（如不銹鋼與碳鋼)——熱變性不同,容器殼體將會？設備襯里（如碳鋼殼體內(nèi)噴涂鋁）——熱變性不同時？固定管板式換熱器的管子與殼體——線膨脹量相差過大，將會？

碳鋼表面電鍍一層銅——升溫后會？1161.2.2物理性能——密度，熔點，線膨脹系數(shù)，導熱系數(shù)，2.彈性模量E與泊松比μ彈性模量E：金屬材料對彈性變形抗力的指標，是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的。

隨著溫度升高而降低。泊松比μ：拉伸試件的單位橫向收縮與單位縱向伸長之比。各種鋼材近乎為μ

=0.3

。1172.彈性模量E與泊松比μ彈性模量E：金屬材料對彈性變形抗力的1.2.3化學性能——金屬材料所處介質(zhì)中的化學穩(wěn)定性，即是否會與介質(zhì)發(fā)生化學或電化學反應，產(chǎn)生腐蝕。主要考慮的化學性能：1.耐腐蝕性——對介質(zhì)侵蝕的抵抗能力；2.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。1181.2.3化學性能——金屬材料所處介質(zhì)中的化學穩(wěn)定性，即是1.2.4.金屬材料的工藝性能可焊性能—母材及焊劑熔融狀態(tài)的流動性、凝固收縮率、熱塑性等；鑄造性能—流動性、凝固收縮率等；可鍛性能—抗熱裂性、抗氧化性、熱塑性等；切削加工性能熱處理性能1191.2.4.金屬材料的工藝性能可焊性能—母材及焊劑熔融狀態(tài)的

1.3金屬材料的分類及牌號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)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼按化學成分：按質(zhì)量分：1201.3金屬材料的分類及牌號1.3.1分類鋼碳素鋼合金鋼沸騰鋼鎮(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：121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2.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1222.有色金屬銅及其合金：純（紫）銅黃銅錫青銅鋁青銅輕金屬及其1.3.2鋼鐵牌號及表示方法1.牌號的表示原則依據(jù)國家標準GB221-2000,牌號中

化學元素——化學符號或漢字表示；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1231.3.2鋼鐵牌號及表示方法1.牌號的表示原則242.鋼號表示法例：優(yōu)質(zhì)碳素鋼——08F20R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(MPa)屈服點屈字的拼音首位字母1242.鋼號表示法例：優(yōu)質(zhì)碳素鋼——沸騰鋼含碳量為0.08%；容低合金鋼——16MnR16——含碳量0.16%；

Mn——合金元素；

R——容器鋼。特殊性能鋼——1Cr18Ni91——含碳量0.1%（千分數(shù)）；

Cr,Ni——主要合金元素；

18——含鉻量18%；

9——含鎳量9%。125低合金鋼——261.4

碳鋼與鑄鐵鋼鐵的組成=95%以上鐵+（0.05～4%）碳+1%雜質(zhì)——鐵碳合金含碳量0.02~2%為鋼；含碳量＞2%為鑄鐵；含碳量＜0.02%為工業(yè)純鐵；含碳量＞4.3%無實用價值。鐵碳合金！1261.4碳鋼與鑄鐵鋼鐵的組成=95%以上鐵鐵碳合金！271.4.1

鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)1.金屬的組織與結(jié)構(gòu)在1500倍顯微鏡下觀察到的顯微組織，即金屬的金相組織。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。細片狀石墨：次之粗片狀石墨：差球狀石墨：強度最好1271.4.1鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)1.金屬的組織與結(jié)構(gòu)細片狀石純鐵在不同溫度下的晶體結(jié)構(gòu)：128純鐵在不同溫度下的晶體結(jié)構(gòu)：29129302.純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：γ-Feα-Fe910℃（面心立方晶格）（體心立方晶格）固態(tài)下鐵原子重新排列1302.純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：γ-Fe3.鐵與碳的相互關(guān)系和碳鋼的基本組織鐵碳關(guān)系：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（α-Fe）+C鐵素體

（固溶體）塑性好，強度低。1313.鐵與碳的相互關(guān)系和碳鋼的基本組織鐵碳關(guān)系：固溶態(tài)，化合態(tài)（2）奧氏體（A）面心立方晶格+C奧氏體

（固溶體）—韌性好，強度高。132（2）奧氏體（A）奧氏體——鐵碳關(guān)系之二：化合態(tài)C+Fe→Fe3CFe3C稱為滲碳體。性能特點:.硬，脆；.在一定條件下可以分解（3）滲碳體（C）游離石墨+鐵。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。提高了強度和硬度，可軋制成鋼材。133——鐵碳關(guān)系之二：化合態(tài)（3）滲碳體（C）游離石墨+鐵。滲碳鐵碳合金中含碳量﹥2%時，部分碳以石墨形式存在于其中，即所謂鑄鐵。組織結(jié)構(gòu)特點——性能特點：石墨性軟、強度極低，相當于鑄鐵中存在許多孔洞。

鐵碳關(guān)系之三——游離態(tài)

134鐵碳合金中含碳量﹥2%時，部分碳以石墨形式存在于1.4.2鐵碳合金狀態(tài)圖略1351.4.2鐵碳合金狀態(tài)圖略36

1.4.3碳鋼1.碳鋼中雜質(zhì)對其性能的影響1）.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，即為合金元素存在——提高強度。是有益元素。2）.硫(S)來源——礦石和焦炭。存在形式：FeS。作用——FeS的熔點低于鋼材熱加工開始溫度，它過早熔化，導致工件開裂，稱為熱脆性。有害元素！

1361.4.3碳鋼1.碳鋼中雜質(zhì)對其性能的影響373).磷(P)來源——礦石。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”。有害元素！4）.氫(H)

來源——鋼由高溫奧氏體冷至常溫時，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”?！鞍c”——裂紋源有害元素！1373).磷(P)來源——礦石。382.碳鋼的分類、牌號（1）.普通碳鋼含P、S等有害雜質(zhì)較多（S≤0.055%P≤0.045%)常用有：Q215-A,Q235-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（MPa)

A,B,C,D——鋼材質(zhì)量等級，越后越高。

F——沸騰鋼#—GB150-98規(guī)定使用材料1382.碳鋼的分類、牌號（1）.普通碳鋼39（2）.優(yōu)質(zhì)碳素鋼特點：含硫、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：08,10,15,20,20g,20R,30Mn,40Mn等。式中數(shù)字--含c量的萬分數(shù);g--鍋爐鋼；R--容器鋼；

Mn---含錳元素約1%。（3）.高級優(yōu)質(zhì)鋼

磷硫雜質(zhì)極少P,s含量≤0.03%。表示法：如20AGB150-98規(guī)定使用材料！139（2）.優(yōu)質(zhì)碳素鋼特點：含硫、磷等雜質(zhì)較少，均

1.4.4.鋼的熱處理熱處理工藝實例：※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)應力；……熱處理工藝曲線：金屬材料中的金相組織發(fā)生變化！1401.4.4.鋼的熱處理熱處理工藝實例：熱處理工藝曲線：（1）常用熱處理工藝緩慢加熱，保溫一定時間后

※隨爐冷卻（曲線1）--

退火；※空氣中冷卻（曲線2）--正火；

作用：①降低硬度，增加塑性，改善機械性能；②使組織均勻化，消除內(nèi)應力?！咀ⅰ考訜釡囟葹榕R界點（鋼的內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度)以上30～50℃。容器焊縫處產(chǎn)生內(nèi)應力嗎？141（1）常用熱處理工藝容器焊縫處產(chǎn)生內(nèi)應力嗎？42緩慢加熱，保溫一定時間淬火劑中冷卻（曲線3）；淬火劑:水，鹽水---用于碳鋼；油---用于合金鋼。作用：提高硬度、強度和耐磨性。淬火142緩慢加熱，保溫一定時間淬火劑中冷卻（曲線3）；淬火43淬火后再進行一次較低溫度的加熱與冷卻。作用：消除內(nèi)應力，穩(wěn)定組織，滿足技術(shù)要求。回火又分為：低溫回火（150～250℃）；中溫回火（300～450℃）；高溫回火（500～680℃）。

※淬火+高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理。效果：強度、塑性、韌性均提高。回火143淬火后再進行一次較低溫度的加熱與冷卻?！慊?高溫回火稱（2）化學熱處理--將零件放在化學介質(zhì)中進行加熱-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。144（2）化學熱處理45

1.4.5.鑄鐵鐵+(2.5～4.0%)碳+Si、Mn、P、S等雜質(zhì)

鑄鐵1）灰鑄鐵如HT150-330,HT200-400HT---灰鑄鐵

第一個數(shù)字---抗拉強度（MPa)

第二個數(shù)字---抗彎強度（MPa)特點：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。用來制作機床的床身，壓縮機機身如何？1451.4.5.鑄鐵鐵+(2.5～4.02）球墨鑄鐵如QT450-10.

QT---球墨鑄鐵450---抗拉強度（MPa)10----延伸率（%）特點：碳以球狀石墨存在，可鑄性好，易切削；強度高，較好的塑性和韌性。可制作重要軸類！1462）球墨鑄鐵如QT450-10.QT-性能指標材料

sb(MPa)

ss(MPa)

d(%)

ak(N.m/cm2)

HBS(MPa)45(正火）6103601650≤24.1球墨鑄鐵400～900250～6002～1815～3013～36灰鑄鐵150～400——————14～27

45號鋼、球墨鑄鐵、灰鑄鐵的機械性能比較147性能指標sbssdakH3）高硅鑄鐵如：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：※耐腐蝕性好（見書表1-15）；※質(zhì)硬、脆，較難機加工，一般采用鑄造；※導熱性能差，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。1483）高硅鑄鐵如：STSi15R,STSi11Cu2CrR1.5低合金鋼及特殊性能鋼1.5.1合金元素對鋼的影響——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；提高了強度硬度和耐磨性；使鋼材的韌性和塑性降低。錳：提高強度和低溫沖擊韌性。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；提高熱強性能。硅：提高強度、高溫疲勞強度、耐熱性、耐H2S腐蝕；降低了塑性和沖擊韌性。1491.5低合金鋼及特殊性能鋼1.5.1合金元素對鋼的影響5

1.成分特點：※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.相對于碳素鋼，其性能特點：※強度提高；※耐腐蝕性能提高；※低溫性能提高。1.5.2低合金鋼150