化工設(shè)計(jì)課件-6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

化工設(shè)計(jì)課件-6壓力容器和化工設(shè)備常用材料第一頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

黑色金屬黑色金屬就是鋼鐵，是制造化工設(shè)備的主要材料，也是本章所授重點(diǎn)。有色金屬：銅、鋁、鉛、鈦、鎳等⑴銅特性：耐磨性較好，耐腐蝕性能較好，銅合金加工切削性較好。⑵鋁特性：密度低，耐腐蝕性好，強(qiáng)度低。二者價(jià)格較貴。⑶鉛特性：強(qiáng)度小，硬度低，導(dǎo)熱性差。⑷鈦特性：耐腐蝕性能優(yōu)。非金屬材料特性：優(yōu)點(diǎn)：耐腐蝕性好，品種多，資源豐富，適于因地制宜，就地取材。缺點(diǎn)：（1）導(dǎo)熱性小（石墨除外）（2）耐熱性不高，對(duì)溫度波動(dòng)敏感（3）與金屬相比，強(qiáng)度低（玻璃鋼除外）鈦及其鈦合金

TA0,TA1,TA2,TA3力學(xué)性能見(jiàn)表6-32第二頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

2.金屬材料的一般性能化工設(shè)備常用材料是金屬材料，故本章討論金屬材料的一般性能。它包括：物理性能、機(jī)械性能、化學(xué)性能、工藝性能。(1)材料的物理性能材料的主要物理指標(biāo)指：密度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、熔點(diǎn)、線膨脹系數(shù)、彈性模量E等，材料在不同的使用場(chǎng)合中，對(duì)其物理性能有不同的要求。(2)材料的機(jī)械性能材料的機(jī)械性能是最重要的性能，主要指材料的彈性、塑性和強(qiáng)度。第三頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

彈性：材料在外力作用下變形，除去外力后，恢復(fù)原來(lái)形狀的性能。材料彈性常用彈性模量E表示。

脆性：與塑性相對(duì)應(yīng)的特性。如果材料還未發(fā)生相當(dāng)?shù)牡乃苄宰冃渭窗l(fā)生破壞，我們稱之為脆性，工程上將的材料為塑性材料，如碳鋼、黃銅、鋁合金，而把的材料稱為脆性材料，如灰鑄鐵、玻璃、陶瓷。

塑性：材料的塑性變形超過(guò)一定限度，材料就會(huì)出現(xiàn)裂紋或斷裂。在不斷裂或不出現(xiàn)裂紋的條件下，材料能經(jīng)受的最大塑性變形，叫做材料的塑性。

材料的塑性用延伸率δ和斷面收縮率表示。第四頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

強(qiáng)度：材料的強(qiáng)度是指它抵抗外力破壞的能力。

HB工程中，對(duì)材料機(jī)械性能的要求：高合金鋼強(qiáng)度和韌性都很好。第五頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

(3)材料的化學(xué)性能材料的化學(xué)性能主要指它的耐腐蝕性。耐腐蝕性：材料抵抗周圍介質(zhì)對(duì)其腐蝕破壞的能力叫材料的耐蝕性?；どa(chǎn)中，腐蝕普遍存在。因此，在選用材料時(shí)，視工作條件（介質(zhì)、溫度、壓力）不同的情況下，分別選材。下面列舉幾個(gè)小例：a.鐵在干燥空氣中耐蝕性能優(yōu)于潮濕空氣。b.碳鋼在濃硫酸中耐蝕，在稀硫酸中不耐蝕。c.不銹鋼（耐酸鋼）耐蝕，在鹽酸中耐蝕差。d.銅在大氣中耐蝕，在氨溶液中不耐腐蝕。e.鋁、鉛非金屬材料耐蝕性好。在確定零件或設(shè)備尺寸時(shí)，應(yīng)考慮工作條件下被介質(zhì)腐蝕掉的金屬厚度事先加上去。即設(shè)計(jì)時(shí)加上腐蝕裕量，化工設(shè)備中即指C2值。第六頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

(4)材料的工藝性能又名加工性能，材料在加工方面的物理、化學(xué)和機(jī)械性能的綜合表現(xiàn)構(gòu)成了材料的工藝性能。材料的工藝性能主要指鑄造性、可焊性、可鍛性、切削加工性和熱處理性能。3.碳鋼與鑄鐵碳鋼與鑄鐵是常用的二種金屬材料。(1)碳鋼

合金：將一種元素與別的金屬元素混合所組成的混合物。

碳鋼與鑄鐵都是鐵與硫所組成的合金。所不同的是二者含碳量不同。鑄鐵的含碳量比碳鋼的含碳量高。含碳量小于2.11％為碳鋼，大于2.11％為鑄鐵。

第七頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

碳鋼中的強(qiáng)度隨著C含量的增加而增加（、），而塑性（、）隨著C含量的增加而下降。

鑄鐵中的碳超過(guò)了鐵所能溶解的限度，多余的部分以石墨的形式存在。石墨是種良好的潤(rùn)滑劑，但是非常脆，強(qiáng)度小。因而，鑄鐵強(qiáng)度低，脆性大，由于石墨的存在，耐磨性能好，切削性好，鑄造性好，消振性能好。它適用于制造機(jī)器的支座等大而笨的零件。1）碳鋼的分類、牌號(hào)

⑴按含碳量分類：

低碳鋼：C<0.3%,強(qiáng)度低，塑性好，冷成形和焊接性能好，特適用于制造化工設(shè)備如Q235-A（A3）

中碳鋼:C：0.3～0.6％之間有良好的強(qiáng)度和塑性，適宜做軸、齒輪、高壓容器頂蓋。如35、45號(hào)鋼。

高碳鋼:C>0.6%,強(qiáng)度及硬度高，塑性較差，用來(lái)制作彈簧、鋼絲繩等

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⑵按鋼的質(zhì)量（有害雜質(zhì)）來(lái)分類：

a.碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要是鋼中的S、P控制較松。S（熱脆）、P（冷脆）是鋼中的有害成分，含量高則不好，一般控制在

、。其鋼號(hào)如：Q235-A，有時(shí)A后面還跟脫氧程度。

質(zhì)量等級(jí)按C、S、P含量的控制范圍、脫氧程度等分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)。以D級(jí)最高。脫氧程度以沸騰鋼F最差，半鎮(zhèn)靜鋼b次之，鎮(zhèn)靜鋼Z和特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ最完全。、

b.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

S、P含量控制較嚴(yán)，，，按含錳量又分為普通含錳量與較高含錳量?jī)煞N。鋼號(hào)為0.8、10、15、20、25…80、85(普通含錳量)，一般作鋼管、圓鋼、方鋼。

鋼號(hào)15Mn、20Mn…70Mn(較高含錳量)一般作為鍛件，如法蘭、管板。（鋼號(hào)前數(shù)字表示含C的萬(wàn)分?jǐn)?shù),20號(hào)鋼為含C：0.2％。

第九頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

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2）碳鋼的規(guī)格及品種

上述介紹的是鋼號(hào)，鋼必須以鋼的規(guī)格和品種供貨。

a.鑄鋼：（GB979-67）

用于制造法蘭、筒體、端蓋等。鑄鋼牌號(hào)“ZG”，如ZG15、ZG25等，數(shù)字為碳的萬(wàn)分?jǐn)?shù),ZG15含C0.15%

c.鋼板（GB708-65，GB709-65）

GB708-65《軋制薄鋼板品種》，厚度0.2～4mm，有冷軋和熱軋二種。

GB709-65《熱軋厚鋼板品種》，厚度4.5～60mm，均為熱軋。

鋼板牌號(hào)：Q235-A、Q235-A.F、20R、16MnR、16MnDR(后二者是低合金鋼)

b.鍛鋼（JB755-85Q/ZB60-73）

用于制造法蘭、管板、頂蓋、盲板等。牌號(hào)20、25、35、45、16Mn、16MnD、35CrMo、15CrMo

第十頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

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專用鋼板容器用鋼板“R”,20R、16MnR

鍋爐用鋼板“g”,20g焊接氣瓶專用鋼板“HP”高壓容器板“gc”,17gc

低溫鋼板“D”,16MnDR等

這些專用鋼板的要求比同等鋼號(hào)的普通鋼板高。例如16MnR與16Mn相比，有S、P含量要求高，鋼板表面質(zhì)量好，沖擊韌性及強(qiáng)度、等保證。低溫鋼板，主要保證沖擊韌性?；ぴO(shè)備鋼板，主要用于制造殼體、封頭等。碳素鋼板力學(xué)性能見(jiàn)表6-2第十一頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

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d.鋼管

鋼管分無(wú)縫鋼管和有縫鋼管兩大類

無(wú)縫鋼管（GB8136-1999）

材質(zhì)：10、15、20、25

尺寸：無(wú)縫鋼管的尺寸系列有2個(gè)，一個(gè)是按鋼管外徑d0建立的，另一個(gè)是按鋼管公稱直徑DN建立的。a.鋼管的外徑系列尺寸以管子的外徑為基準(zhǔn)制定的，每一種外徑的管子有多種不同壁厚的管子。見(jiàn)表6-4。b.鋼管的公稱直徑系列DN

鋼管往往要和法蘭、管件等相連接，要實(shí)現(xiàn)兩者連接，兩個(gè)零件就必須具有可以相配合的表面。人們約定：凡是能夠?qū)崿F(xiàn)連接的管子與法蘭、管子與管件等，就規(guī)定此兩連接件具有相同的公稱直徑。

鋼管的公稱直徑系列是根據(jù)法蘭的公稱直徑系列規(guī)定的，比其外徑規(guī)格少，見(jiàn)表6-4。第十二頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

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有縫鋼管

（GB3092-93）

最常見(jiàn)的有縫鋼管是水、煤氣輸送管，這類管子的公稱直徑習(xí)慣以英寸為單位，壁厚只有“普通”與“加厚”、“薄壁”三種規(guī)格。適用壓力

e.型鋼

有圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼等

熱管換熱器外殼部分均以此件制作。

第十三頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

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3）碳鋼的性能

a.碳鋼的力學(xué)性能強(qiáng)度、硬度較高，塑性、韌性較好。

碳鋼機(jī)械性能與鋼的含碳量、熱處理?xiàng)l件、零件的尺寸及其適用溫度有關(guān)。

⑴碳含量的增多,強(qiáng)度、硬度提高,塑性下降;

⑵溫度升高,強(qiáng)度下降,塑性提高;⑶退火處理硬度下降,塑性提高。

b.碳鋼的制造工藝性能

由于其力學(xué)性能較好，具有較好的制造工藝性能，可進(jìn)行鑄造、鍛壓、焊接及切削等各種形式的冷熱加工。c.碳鋼的耐蝕性

耐蝕性較差，在鹽酸、硝酸、濃堿、稀硫酸等中腐蝕情況較為嚴(yán)重。

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d.碳鋼的應(yīng)用：適用較多的是鋼板和鋼管。

它是制造化工設(shè)備主要用鋼，這是由于它的可焊性好，易于卷制，常用鋼號(hào)Q235-A，B，C、20、20g。碳鋼的局限性：⑴碳鋼的強(qiáng)度較低⑵碳鋼的耐蝕性差⑶適用溫度范圍窄，無(wú)法滿足工藝提出的高溫或低溫要求。第十五頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

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2）鑄鐵化學(xué)成分組成：2~4.5％C，0.5~3.5%Si，0.5~1.5%Mn，0.1~1.0%P，S<0.15%

鑄鐵由鋼的基體（金屬基體）與分散在其中的（非金屬）石墨所組成。鑄鐵的性能，尤其是抗拉強(qiáng)度、塑性等主要由金屬基體的組織以及非金屬石墨的形狀、大小和分布情況來(lái)規(guī)定。按石墨化程度的大小，鑄鐵的金屬基體可以是鐵素體、鐵素體＋珠光體或完全的珠光體。因此，即使是C含量相同的鑄鐵，它們的機(jī)械性能也將因石墨化程度的不同而有極大的差異。石墨化程度越大，基體組織中的（滲碳體）越少，鑄體的強(qiáng)度與硬度也越低。就石墨的形狀、數(shù)量和分布來(lái)說(shuō)，細(xì)小并互相隔開(kāi)的球狀石墨比起粗大的片狀石墨對(duì)金屬基體割裂的程度顯然要小得多，所以球墨鑄鐵的機(jī)械性能要比灰口鑄鐵（石墨片狀）要好的多。種類：灰口鑄鐵（HT10-26）、球墨鑄鐵（QT）、耐蝕鑄鐵（ST）、可鍛鑄鐵（KT35-10）

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4.合金鋼1）合金鋼一般性能合金鋼：以改善鋼材的性能為目的，在碳鋼中特意熔合某些金屬所得的鋼，稱合金鋼。2）性能：①降低鋼材的臨界淬火溫度（可使大尺寸的零件通過(guò)淬火及回火來(lái)改善鋼材的機(jī)械性能，不可使零件的淬火易于進(jìn)行，由于不需要很大的冷卻速度，因而大大減少了淬火過(guò)程中的應(yīng)力與變形）

②增加鋼組織的分散度

③提高鐵素體的強(qiáng)度（加入Ni、Cr、Mn、Si晶格扭曲使得晶格強(qiáng)化，提高了鋼的強(qiáng)度

④減少了馬氏體的脆性

⑤提高了鋼材的高溫強(qiáng)化及抗氧化指標(biāo)

⑥增加鋼材的耐蝕性第十七頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

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3）種類

種類繁多，化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用的合金鋼可分為：

合金工具鋼

第十八頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

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2）低合金鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼（GB1519）

普通低合金鋼中加入的元素主要是稀土元素，如Mn、Si等。含碳量與碳鋼相近，C<0.2%使強(qiáng)度遠(yuǎn)高于碳鋼，故應(yīng)用前景廣闊。

合金結(jié)構(gòu)鋼（GB3077）主要用于緊固件制作

合金結(jié)構(gòu)鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素鋼的基礎(chǔ)上加入一種或幾種元素。合金元素主要以Cr、Ni、Al為主。

鋼號(hào)：錳鋼40MnB鉻鋼40Cr、30Cr

鉻鉬鋼35CrMo錳釩鋼20MnV表6-7表6-10表6-14表6-16第十九頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

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3）高合金鋼(1)不銹鋼及不銹鋼耐酸鋼（GB4237）不銹鋼：在空氣、水及一些弱腐蝕介質(zhì)中耐腐蝕的合金鋼。不銹耐酸鋼：在酸和其他強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)中能抵抗腐蝕的合金鋼，習(xí)慣上稱為不銹鋼。鉻：耐腐蝕能力增強(qiáng)，鋼的耐蝕性主要取決于Cr.鎳：擴(kuò)大耐腐蝕范圍（耐堿較好）錳：可提高鋼的強(qiáng)度與硬度鉬：提高抗氯離子的耐蝕能力，提高鋼的耐熱強(qiáng)度鈦：防止焊接用的不銹鋼發(fā)生晶界腐蝕。（防止晶間腐蝕）第二十頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

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a.鉻鋼：鉻鋼的耐蝕性能是由于鉻的鈍化作用，所以介質(zhì)的氧化性越強(qiáng)，鉻鋼中含鉻量越高，耐腐蝕性就越好。常用的鉻鋼有0Cr13,1Cr13,2Cr13,含鉻量13～18％。僅用于耐腐蝕性能不強(qiáng)的場(chǎng)合。b.鉻鎳鋼化工上應(yīng)用最廣的是18-8奧氏體不銹鋼，0Cr18Ni9,1Cr18Ni9,0Cr19Ni9,00Cr19Ni10即Cr：18%N：8%左右。這是一種很有名的鋼材。18－8不銹鋼在磷酸、硝酸、鹽、堿耐蝕性好，對(duì)硫酸、鹽酸、氫氟酸、氯、溴、碘中耐蝕性差。表6-17第二十一頁(yè)，共24頁(yè)。CHAP.6壓力容器和化工設(shè)備常用材料

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(2)耐熱鋼普通碳鋼的機(jī)械性能在350度以上有極大下降，而在570度以上又會(huì)發(fā)生顯著氧化。耐熱鋼在高溫下機(jī)械性能良好，且具有抵抗金屬對(duì)高溫氣體腐蝕的能力（熱安定性）。如石油裂化爐、高爐管、廢熱鍋爐等，使用溫度800~1000℃。提高鋼的熱安定性途徑：加入Cr,Al,Si;提高鋼的高溫強(qiáng)度途徑：加入Ni,Mn,Al,Wu