第六章化工設(shè)備常用金屬與非金屬材料

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,第六章 化工設(shè)備常用金屬與非金屬材料,第一節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu),一、金屬原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與金屬鍵,帶負(fù)電的原子氣將帶正電的金屬正離子牢固地束縛在一起，這種金屬原子之間的結(jié)合方式稱為金屬鍵。,金屬中的原子總是處于原子,離子狀態(tài)。,10/22/2024,1,二、金屬的晶體結(jié)構(gòu),理想晶體其原子在空間的排列方式有三種：,體心立方晶格結(jié)構(gòu)，面心立方晶格結(jié)構(gòu),，,密排六方晶格結(jié)構(gòu)。,10/22/2024,2,把每個(gè)原子看成一個(gè)點(diǎn)，將這些點(diǎn)用直線連接起來，就形成一個(gè)空間格子，稱為晶胞，即一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。晶體的晶格就是由晶胞

2、在空間重復(fù)堆積而成的。,在金相顯微鏡下看到,的金屬的晶粒，簡稱,組織,10/22/2024,3,第二節(jié) 鐵碳合金,一、鐵碳合金,1,、鐵碳合金：由,95,以上鐵和,0.05,4,碳及,1,左右雜質(zhì)元素所組成合金,一般含碳量,0.02,2,稱為鋼；,大于,2,稱為鑄鐵；,當(dāng)含碳量小于,0.02,時(shí)稱純鐵,(,工業(yè)純鐵,),；,含碳量大于,4.3,的鑄鐵極脆,10/22/2024,4,鑄鐵一般碳以石墨形式存在，有不同的組織形貌。,球墨鑄鐵強(qiáng)度最高；細(xì)片狀石墨次之；粗片狀石墨最差。,10/22/2024,5,2,、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,體心立方晶格的純鐵稱,a,-Fe,，,面心立方晶格的鐵稱為,g,-

3、Fe,。,a,-Fe,加熱可變?yōu)?g,-Fe,，,反之高溫下的,g,-Fe,冷卻可變?yōu)?a,-Fe,。,在固態(tài)下晶體構(gòu)造隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱“同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變”。,純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是在,910,恒溫下完成的。在固態(tài)下重新排列、結(jié)晶過程。是鋼進(jìn)行熱處理的依據(jù)。,10/22/2024,6,3,、碳鋼的基本組織,碳在鐵中的存在形式有固溶體、化合物和混合物三種。,固溶體：兩種或兩種以上的元素在固態(tài)下互相溶解，而仍然保持溶劑晶格原來形式的物體,這三種不同的存在形式，形成了不同的碳鋼組織。,10/22/2024,7,（,1,）鐵素體,碳溶解在,a,-Fe,中形成固溶體稱鐵素體。,a,-Fe,原子間隙小，

4、溶碳能力低（室溫下,0.006,），強(qiáng)度和硬度低，但塑性和韌性很好。,低碳鋼是含鐵素體的鋼，具有軟而韌的性能。,10/22/2024,8,（,2,）奧氏體,碳溶解在,g,-Fe,鐵中形成固溶體稱奧氏體。,g,-Fe,原子間隙較大，碳的溶解度比,a,-Fe,中大得多，如在,723,時(shí)可溶解,0.8,，在,1147,時(shí)可達(dá)最大值,2.06,。,奧氏體組織是在,a,-Fe,發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的。由于奧氏體有較大的溶解度，故塑性、韌性較好，且無磁性。,10/22/2024,9,（,3,）滲碳體,碳和鐵形成一種化合物（,Fe,3,C,）,稱滲碳體。,熔點(diǎn)約,1600,，硬度高,，,塑性幾乎等于零。,

5、鐵碳合金含碳量小于,2,時(shí)，其組織是在鐵素體中散布著滲碳體，是碳素鋼。,含碳量大于,2,時(shí)，部分碳以石墨形式存在，稱鑄鐵。抗拉強(qiáng)度和塑性都比碳鋼低。但鑄鐵具有一定消震能力。,10/22/2024,10,（,4,）珠光體,鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。,力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，即其強(qiáng)度、硬度比鐵素體顯著提高；塑性、韌性比鐵素體差，但比滲碳體要好得多。,（,5,）萊氏體,珠光體和初次滲碳體的共晶混合物。,具有較高的硬度，是一種較粗而硬的金相組織，存在于白口鑄鐵、高碳鋼中。,10/22/2024,11,（,6,）馬氏體,鋼和鐵從高溫急冷下來的組織，是碳原子在,a,-Fe,中過飽和的固溶體。,具

6、有很高的硬度，但很脆，延伸性低，幾乎不能承受沖擊載荷。,10/22/2024,12,二、鋼的熱處理,鋼、鐵固態(tài)下加熱、保溫和不同的冷卻方式，改變金相組織以滿足所要求的物理、化學(xué)與力學(xué)性能，稱為熱處理。目的就是消除鋼材某些缺陷或改善鋼材的某些性能。,10/22/2024,13,1,、退火和正火,退火：緩慢加熱到臨界點(diǎn)以上的某一溫度，保溫一段時(shí)間，隨爐緩慢冷卻。,目的：細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形。,正火是置于空氣中冷卻。晶粒變細(xì)，韌性可顯著提高。,鑄、鍛件切削加工前一般進(jìn)行退火或正火,。,10/22/2024,14,2,、淬火和回火,加熱至

7、淬火溫度,(,臨界點(diǎn)以上,30,50),，并保溫一段時(shí)間，后投入淬火劑中冷卻。,淬火后得到的組織是馬氏體。增加硬度、強(qiáng)度和耐磨性。,淬火劑有空氣、油、水、鹽水，冷卻能力遞增。,碳鋼在水和鹽水中淬火，合金鋼在油中淬火。,10/22/2024,15,回火是淬火后進(jìn)行的一種較低溫度的加熱與冷卻熱處理工藝。,回火可以降低或消除零件淬火后的內(nèi)應(yīng)力，提高韌性。,在,150,250,范圍內(nèi)的回火稱,“,低溫回火,”,?；鼗瘃R氏體有較高的硬度和耐磨性，內(nèi)應(yīng)力和脆性有所降低。刃具、量具，要進(jìn)行低溫回火處理。,10/22/2024,16,中溫回火溫度是,300,450,。,有一定的彈性和韌性，并有較高硬度。,軸類

8、、刀桿、軸套等進(jìn)行中溫回火。,高溫回火溫度為,500,680,。,綜合性能：強(qiáng)度、韌性、塑性等都較好,淬火加高溫回火習(xí)慣上稱為,“,調(diào)質(zhì)處理,”,。,用于各種軸類零件、連桿、齒輪、受力螺栓等,。,10/22/2024,17,3,、表面淬火,使零件表面層比心部具有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而心部則具有一定的韌性。,10/22/2024,18,4,、化學(xué)熱處理,有滲碳、滲氮,(,氮化,),、滲鉻、滲硅、滲鋁、氰化,(,碳與氮共滲,),等。,滲碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性；,滲鋁可提高耐熱、抗氧化性；,氮化與滲鉻的零件，表面比較硬，可顯著提高耐磨和耐腐蝕性；,滲硅可提高耐酸性等。,10

9、/22/2024,19,第三節(jié) 碳素鋼,一、分類與牌號,按用途：建筑及工程用鋼、結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼和特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼）。,按含碳量：低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。,按脫氧方式：鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼。,按品質(zhì)：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼。,10/22/2024,20,1,、普通碳素鋼,Q235,，屈服強(qiáng)度數(shù)值（,MPa,）,質(zhì)量等級,A,，,B,，,C,，,D,。,脫氧方法為,F,，,b,，,Z,，,TZ,。,化工壓力容器用鋼一般選用鎮(zhèn)靜鋼。,普通碳素鋼有,Q195,、,Q215,、,Q235,、,Q255,及,Q275,五個(gè)鋼種。,10/22/2024,21,（,2,）優(yōu)質(zhì)碳素鋼,S,0.03%

10、,0.045%,；,P,0.04%,08,、,10,、,15,、,20,、,25,、,30,、,35,、,40,、,45,、,50,、,80,等。平均含碳量的萬分之幾。,45,號鋼中含碳量平均為,0.45%(0.42%,0.50%),。,45Mn,，,錳含量較高的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。,10/22/2024,22,專業(yè)用鋼,鍋爐用鋼，壓力容器用鋼、焊接氣瓶用鋼等。,在鋼號后面分別加注,g,、,R,或,HP,等，如,20g,、,16MnR,和,15MnVHP,等。,質(zhì)地均勻、雜質(zhì)含量低，能滿足某些力學(xué)性能的特殊檢驗(yàn)項(xiàng)目要求。,10/22/2024,23,二、碳鋼的性能,1,、碳鋼的力學(xué)性能,鋼的含碳量：含

11、碳量越高，鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性下降。,溫度：溫度升高，鋼的強(qiáng)度下降，塑性提高。高溫時(shí)有蠕變現(xiàn)象。,經(jīng)退火處理的碳鋼硬度低、塑性好。,中、高碳鋼通過調(diào)質(zhì)處理提高它們的綜合力學(xué)性能,10/22/2024,24,2,、加工工藝性能,碳鋼的綜合力學(xué)性能較好，有較好的加工工藝性能。,1,、可鑄性：,2,、可鍛性：,3,、焊接性：低碳鋼,4,、可切削加工性,10/22/2024,25,3,、化學(xué)性能,、耐腐蝕性,金屬和合金對周圍介質(zhì)侵蝕的抵抗能力,、抗氧化性,高溫氧化，降低表面硬度和抗疲勞強(qiáng)度,選耐熱材料,10/22/2024,26,三、碳鋼的品種及規(guī)格,品種：鋼板、鋼管、型鋼、鑄鋼和鍛鋼,1,、鋼板

12、（壓力容器用熱軋鋼板）,4mm,6mm,厚度間隔為,0.5mm,6mm,30mm,厚度間隔為,lmm,30mm,60mm,厚度間隔為,2mm,一般碳素鋼板材有,Q235-A,、,Q235-B,、,08,、,10,、,15,、,20,等。,10/22/2024,27,2,、鋼管, 種類：,無縫鋼管和有縫鋼管。,無縫鋼管有冷拔和熱軋。,普通無縫鋼管常用材料有,10,、,15,、,20,等。,專門用途的無縫鋼管，如熱交換器用鋼管、石油裂化用無縫管、鍋爐用無縫管等。有縫管、水煤氣管，分鍍鋅,(,白鐵管,),和不鍍鋅,(,黑鐵管,),兩種。,10/22/2024,28, 尺寸系列：,無縫鋼管按公稱直徑,

13、DN,。,有縫鋼管主要用于輸送低壓流體的焊接,鋼管。,10/22/2024,29,第四節(jié) 合金鋼,碳鋼在使用中所受的限制：,強(qiáng)度低；,耐蝕性差,；,無法滿足高溫或低溫工況,。,在碳鋼中添加適量的一種或多種合金元素，得到或改善某些性能。,按合金元素總含量分：,合金含量,10%,，高合金鋼,10/22/2024,30,一、合金元素對鋼的影響,目前常用的合金元素有：鉻,(Cr),，,錳,(,Mn,),，,鎳,(Ni),，,硅,(,Si,),，,硼,(B),，,鎢,(W),，,鉬,(Mo),，,釩,(V),，,鈦,(Ti),和稀土元素,(Re),等。,10/22/2024,31,1,、鉻,Cr,提高耐

14、腐蝕性能和抗氧化性能。,含量達(dá)到,13,時(shí)，能使鋼的耐腐蝕能力顯著提高，并增加鋼的熱強(qiáng)性。,提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但使塑性和韌性降低。,10/22/2024,32,2,、錳,提高強(qiáng)度和提高低溫沖擊韌性。,3,、鎳,提高淬透性，有很高的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。,提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性。,鎳基合金具有更高的熱強(qiáng)性能。,鎳被廣泛應(yīng)用于不銹耐酸鋼和耐熱鋼中,。,10/22/2024,33,4,、硅,提高強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度、耐熱性及耐,H,2,S,等介質(zhì)的腐蝕性。,硅含量增高會降低鋼的塑性和沖擊韌性。,5,、鋁,強(qiáng)脫氧劑，顯著細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，降低冷脆性。,提

15、高抗氧化性和耐熱性，對抵抗,H,2,S,介質(zhì)腐蝕有良好作用。,價(jià)格便宜，在耐熱鋼中常以它來代替鉻,。,10/22/2024,34,6,、鉬,提高高溫強(qiáng)度、硬度、細(xì)化晶粒、防止回火脆性。鉬能抗氫腐蝕。,7,、釩,于固溶體中提高高溫強(qiáng)度，細(xì)化晶粒，提高淬透性。,鉻鋼中加少量釩，在保持鋼的強(qiáng)度情況下，能改善鋼的塑性。,10/22/2024,35,8,、鈦,強(qiáng)脫氧劑，可提高強(qiáng)度、細(xì)化晶粒，提高韌性，減小鑄錠縮孔和焊縫裂紋等傾向。,在不銹鋼中穩(wěn)定碳，防止晶間腐蝕,提高耐熱性。,9,、稀土元素,提高強(qiáng)度，改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性及焊接性能,。,10/22/2024,36,二、低合金鋼,1,、鋼號：,2

16、0,表示含碳量平均為萬分之二十,(,或,0.2%),，,35CrMo,表示含碳量平均為萬分之三十五,(,或,0.35%),，含,Cr,、,Mo,不大于,1.5%,。,當(dāng)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù),1.5%,、,2.5%,，,3.5%,時(shí)，在元素符號后面應(yīng)標(biāo)明含量，可相應(yīng)表示為,2,、,3,、,4,。如,36Mn2Si,。,10/22/2024,37,2,、低合金鋼分類：,低合金結(jié)構(gòu)鋼,合金結(jié)構(gòu)鋼。,主要由于含碳量不同。,三、高合金鋼,主要指不銹鋼和耐熱鋼,10/22/2024,38,第六節(jié) 鍛件和緊固件,鍛件分為,I,、,II,、,III,、,IV,四個(gè)等級。,壓力容器使用鍛件不得低于,II,級。,緊固件：

17、專用級和商品級。,10/22/2024,39,第七節(jié) 鑄鐵,含碳量,2%,以上，含有,S,、,P,、,Si,、,Mn,等雜質(zhì)。,脆性材料，抗拉強(qiáng)度較低，但有良好鑄造性、耐磨性、減振性及切削加工性。,在一些介質(zhì),(,濃硫酸、醋酸、鹽溶液、有機(jī)溶劑等,),中有相當(dāng)好的耐腐蝕性能。,鑄鐵可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和特殊性能鑄鐵等,。,10/22/2024,40,1,、灰鑄鐵,2.7%,4.0%,，片狀石墨形式，斷面暗灰色。,有優(yōu)良的鑄造性、減振性能，支架、閥體、泵體,(,機(jī)座、管路附件等,),。,在化工生產(chǎn)中可做燒堿生產(chǎn)中的熬堿鍋、聯(lián)堿生產(chǎn)中的碳化塔及淡鹽水泵等。,HT,和抗拉強(qiáng)度,

18、S,b,值表示，如,HT100,，,其中,100,表示,S,b,100MPa,。,常用灰鑄鐵牌號有,HT100,、,HT150,、,HT200,、,HT250,、,HT300,、,HT350,。,10/22/2024,41,2,、球墨鑄鐵,簡稱球鐵。,在強(qiáng)度、塑性和韌性方面大大超過灰鑄鐵，甚至接近鋼材。,用,QT,、,抗拉強(qiáng)度值、延伸率表示，如,QT400-18,，,其中,400,表示,s,b,400MPa,，,18,表示,d=18%,。,10/22/2024,42,3,、高硅鑄鐵,有高的耐蝕性能，含硅量增加耐蝕性增加。,強(qiáng)度低、脆性大及內(nèi)應(yīng)力大，易于脆裂,熱導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，不適于制造溫

19、差較大的設(shè)備，否則容易產(chǎn)生裂紋。,常用于各種耐酸泵、冷卻排管和熱交換器,牌號有：,STSi11Cu2CrR,、,STSi15R,、,STSi15Mo3R,等,。,10/22/2024,43,三、可焊接的低合金高強(qiáng)度鋼,碳含量通常小于,0.25%,。,有較高的屈服強(qiáng)度（,300,1000MPa,）,和屈強(qiáng)比（,s,s,/,s,b,=0.65,0.95,），,較好的冷熱加工性能、良好的焊接性能，較低的冷脆傾向以及較好的抗大氣、海水等腐蝕能力。,10/22/2024,44,低合金高強(qiáng)度鋼按性能和用途分,高強(qiáng)度鋼、低溫鋼和耐蝕鋼,1,、高強(qiáng)度鋼,350MPa,強(qiáng)度級,，,典型牌號為,16Mn,；,40

20、0MPa,強(qiáng)度級,，,典型鋼號為,14MnMoV,500MPa,強(qiáng)度級,，,典型,12MnNiCrMoVCu,用于船舶、車軸、壓力容器、鍋爐、輸送管線等的焊接結(jié)構(gòu)件。,10/22/2024,45,2,、低溫鋼,主要有,09Mn2V(-70),、,06MnNb(-90),3,、,耐蝕鋼,10MnPNbRE,鋼耐海洋大氣及海水腐蝕，,12MnAlV,鋼制造煉油廠耐高溫硫化氫設(shè)備。,10/22/2024,46,大型化工容器,16MnR,，,質(zhì)量比碳鋼輕,l/3,；,與碳鋼相比，用,15MnV,制造球形貯罐可節(jié)省鋼材約,45%,。,根據(jù)容器的具體操作條件,(,溫度、壓力,),和制造加工,(,卷板、焊接

21、,),要求，選用,10/22/2024,47,五、特殊性能鋼,不銹鋼、耐熱鋼和高溫合金及低溫用鋼,1,、不銹鋼,不銹鋼和耐酸鋼的統(tǒng)稱，也稱不銹耐酸鋼,一般稱耐空氣、蒸汽和水等弱腐蝕介質(zhì)的鋼為不銹鋼，,稱耐酸、堿、鹽等強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)的鋼為耐酸鋼。,10/22/2024,48,通常按鋼的金相組織分為鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體,-,鐵素體雙相不銹鋼和馬氏體不銹鋼等,10/22/2024,49,（,1,）鐵素體不銹鋼,含碳,0.15,，鉻量在,12,30,。有些鋼種還含有鉬、鈦等元素。,不銹綱中的含碳量都較低，,Cr,23,C,6,而消耗了鉻。都在,13,以上。,對晶間腐蝕比較敏感；鉻含量高時(shí)

22、，脆性轉(zhuǎn)變溫度高，可焊性較差。,lCr13,、,2Cr13,、,受沖擊載荷較大的零件,0Cr13,、,0Cr17Ti,耐氧化性酸和硫化氫氣體的腐蝕，部分代替高鉻鎳型不銹鋼,10/22/2024,50,（,2,）奧氏體不銹鋼,優(yōu)異的綜合性能，包括優(yōu)良的力學(xué)性能，冷、熱加工和成型性，可焊性和在許多介質(zhì)中的良好耐蝕性。,含氯離子，發(fā)生晶間腐蝕的傾向。,錳和氮代替不銹鋼中的鎳，發(fā)展出了鉻錳鎳氮系和鉻錳氮系不銹鋼。例如,Cr18Mn8Ni5,、,Cr18Mn10Ni5Mo3N,。,10/22/2024,51,在,400,800,的溫度范圍內(nèi)，碳從奧氏體中以碳化鉻（,Cr,23,C,6,）,形式沿晶界析出

23、，使晶界附近的合金元素（鉻與鎳）含鉻量降低到耐腐蝕所需的最低含量（,12%,）以下，腐蝕就在此貧鉻區(qū)產(chǎn)生。這種沿晶界的腐蝕稱為晶間腐蝕。,10/22/2024,52,防止晶間腐蝕的方法：,1,）降低含碳量,0.06%,時(shí)不易產(chǎn)生，,0.03%,時(shí)可靠地克服，超低碳不銹鋼，如,00Cr19Nil0,2,）,穩(wěn)定碳原子，加入,Ti,，,Nb,，,V,，,Mo,穩(wěn)定劑，廣泛用，,0Cr18Nil0Ti,、,0Cr18NillNb,3,）,形成雙相組織，加入鐵素體促成元素,Ti,，,Al,，,Si,，,Mo,，,鐵素體含鉻高、補(bǔ)充快，,5%,以內(nèi)，阻斷腐蝕通路。,10/22/2024,53,防止晶間腐

24、蝕的方法：,4,）控制熱規(guī)范，快速加熱和冷卻，或非常緩慢。,5,）補(bǔ)充熱處理,穩(wěn)定化退火（免疫處理）：,850,度保溫,2,小時(shí)，充分?jǐn)U散,高溫淬火水冷（固熔） ：,1100,度左右加熱后淬火，單相奧氏體,10/22/2024,54,加入,Mo,提高對氯離子,Cl,-,的耐蝕能力，,lCr18Nil2Mo3Ti,。,0Cr18Nil8Mo2Cu2Ti,。,同時(shí)加入,Mo,、,Cu,，,則在室溫、濃度為,50%,以下的硫酸中也具有較高的耐蝕性，也可提高在低濃度鹽酸中的抗腐蝕性,10/22/2024,55,2,、耐熱鋼和高溫合金,例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，溫度往往達(dá)到,1000,以上。,

25、300,350,即需選用耐熱鋼，一般耐熱鋼工作溫度都在,700,以下，,700,1000,用高溫合金。,10/22/2024,56,耐熱鋼,Cr,、,Al,、,Si,鐵素體形成元素，被高溫氣體氧化后生成一種致密的氧化膜。,Ni,、,Mn,奧氏體形成元素，,提高高溫強(qiáng)度和改善抗?jié)B碳性。,V,、,Nb,、,Ti,形成強(qiáng)碳化物提高高溫強(qiáng)度。,C,和,N,擴(kuò)大和穩(wěn)定奧氏體提高高溫強(qiáng)度,B,和,Re,均為耐熱鋼中添加的微量元素，可以顯著提高鋼材的抗氧化性，并改善其熱塑性。,10/22/2024,57,耐熱鋼,按特性和用途可分為抗氧化鋼（又稱高溫不起皮鋼）和熱強(qiáng)鋼。,抗氧化鋼是指高溫下具有較好的抗氧化性，

26、并有適當(dāng)強(qiáng)度的鋼種。,熱強(qiáng)鋼高溫下有較好的抗氧化性和耐腐蝕能力，且有較高的強(qiáng)度。常用來高溫工作下的汽缸、螺栓及鍋爐的過熱器等。,10/22/2024,58,高溫合金,鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金。,鐵基耐熱合金工作溫度在,700,以下，含有相當(dāng)高的鉻、鎳成分和其他強(qiáng)化元素。,鎳基耐熱合金是目前在,700,900,范圍內(nèi)使用得最廣泛的一種高溫合金。這類合金的鎳含量通常在,50%,以上。,鈷基耐熱合金的高溫強(qiáng)度主要靠固溶強(qiáng)化獲得。鈷價(jià)格昂貴，應(yīng)用受到很大的限制，一般在,1000,以上才用。,10/22/2024,59,3,、低溫用鋼,深冷分離、空氣分離等。 （溫度,-20,）,目前國外低溫設(shè)備用的

27、鋼材主要是以高鉻鎳鋼為主，也有使用鎳鋼、銅和鋁等。,我國無鉻鎳的低溫鋼材系列。,16MnDR,、,07MnNiCrMoVDR,、,15MnNiDR,、,09Mn2VDR,、,09MnNiDR,10/22/2024,60,第五節(jié) 有色金屬,銅,T,黃銅,H,青銅,Q,鋁,L,鉛,Pb,鑄造合金,Z,軸承合金,Ch,10/22/2024,61,一、鋁及其合金,濃硝酸以及干氯化氫、氨氣中耐腐蝕,鹵素離子的鹽類、氫氟酸以及堿溶液都會破壞鋁表面的氧化膜。,鋁不會產(chǎn)生火花，常用于制作含易揮發(fā)性介質(zhì)的容器；,鋁不會使食物中毒，不沾污物品，不改變物品顏色，在食品工業(yè)中代替不銹鋼。,鋁的導(dǎo)熱性能好，適合于作換熱

28、設(shè)備,10/22/2024,62,變形鋁合金（工業(yè)純鋁和防銹鋁）和鑄造鋁合金,1,、變形鋁合金,（,1,）工業(yè)純鋁,工業(yè)高純鋁,1A85,、,1A90,，,抗硫腐蝕，濃硝酸設(shè)備，高壓釜、槽車、貯槽、閥門、泵。,工業(yè)純鋁,8A06,，,耐硫腐蝕、防污染而不要求強(qiáng)度的設(shè)備，例如：反應(yīng)器、熱交換器、深冷設(shè)備、塔器等。,10/22/2024,63,（,2,）防銹鋁,由鋁錳系或鋁鎂組成的鋁合金，,5A02,、,5A03,、,5A05,、,5A06,等。強(qiáng)度比純鋁高,5A02,、,5A03,用于中等強(qiáng)度的零件或設(shè)備；,5A05,制造油箱、管道、低壓容器、鉚釘,5A06,用于受力零件及焊制容器。,由于熔焊的

29、鋁材在低溫,(0,-196),下沖擊韌性不下降，很適合做低溫設(shè)備。,10/22/2024,64,2,、鑄造鋁合金,是鋁、硅合金。,Al-,Si,系，俗稱,硅鋁明,，典型牌號,ZAlSi7Mg,，,合金號為,ZL101,；,Al-Cu,系，應(yīng)用最早，熱強(qiáng)性高，,300,，耐腐蝕性較差。典型牌號,ZAlCu5Mn,，,合金號為,ZL201,；,Al-Mg,系，室溫力學(xué)性能高，耐腐蝕性能好，但熱強(qiáng)性低。鑄造性能差，典型牌號,ZAlMg10,，,合金號為,ZL301,；,10/22/2024,65,Al-Zn,系，,Zn,在,Al,中溶解度大，再加入硅及少量鎂、鉻等元素，具有良好的綜合性能，典型牌號,

30、ZAlZn11Si17,，,合金號為,ZL401,。,鋁的鑄造性、流動性好，鑄造時(shí)收縮率和生成裂紋的傾向性都很小。,耐蝕性好，且密度小，廣泛用來鑄造形狀復(fù)雜的耐蝕零件，如管件、泵、閥門、汽缸、活塞等。,10/22/2024,66,二、銅及其合金,半,貴重金屬,1,、純銅（紫銅）,低溫時(shí)可保持較高的塑性和沖擊韌性，用于制作深冷設(shè)備和高壓設(shè)備墊片。,耐稀硫酸、亞硫酸、稀的和中等濃度的鹽酸、醋酸、氫氟酸及其它非氧化性酸等介質(zhì)的腐蝕，對淡水、大氣、堿類溶液的耐蝕能力很好。,不耐各種濃度的硝酸、氨和銨鹽溶液。,10/22/2024,67,變形純銅的牌號,Tl,、,T2,、,T3,、,TU1,、,TU2,

31、、,TP1,、,TP2,等。,T1,、,T2,是高純度銅，用于制造電線，配制高純度合金。,T3,雜質(zhì)含量和含氧量比,T1,、,T2,高，主要用于一般材料，如墊片、鉚釘?shù)取?TU1,、,TU2,為無氧銅，純度高，主要用作真空器件。,TP1,、,TP2,為磷脫氧銅，多以管材供應(yīng)，主要用于冷凝器、蒸發(fā)器、換熱器、熱交換器的零件等。,10/22/2024,68,2,、銅合金,黃銅：銅與鋅的合金稱黃銅,白銅：鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量低于,50%,的銅鎳合金稱為簡單（普通）白銅，再加入錳、鐵、鋅或鋁等元素的白銅稱為復(fù)雜（特殊）白銅。,青銅：其它合金。銅與錫的合金稱為錫青銅；銅與鋁、硅、鉛、鈹、錳等組成的合金稱無錫

32、青銅。,10/22/2024,69,（,1,）黃銅,銅與鋅的合金稱黃銅。,鑄造性能好，力學(xué)性能比純銅高，耐蝕性能與純銅相似，在大氣中耐腐蝕性比純銅好，價(jià)格便宜，應(yīng)用較廣。,在黃銅中加入錫、鋁、硅、錳等元素，特種黃銅。,錳、鋁能提高強(qiáng)度；鋁、錳和硅提高抗蝕性和減磨性；鋁能改善切削加工性。,10/22/2024,70,常用的黃銅牌號有,H80,、,H68,、,H62,等,H80,大氣、淡水及海水中有較高耐腐蝕性、加工性能優(yōu)良，可作薄壁管和波紋管。,H68,塑性好，可在常溫下沖壓,H62,在室溫下塑性較差，但機(jī)械強(qiáng)度較高，易焊接，價(jià)格低廉，可做深冷設(shè)備的筒體、管板、法蘭及螺母等。,錫黃銅,HSn70

33、-l,含有,1%,的錫，能提高在海水中的耐蝕性。稱海軍黃銅。,10/22/2024,71,（,2,）白銅,鎳含量低于,50%,的銅鎳合金稱為簡單（普通）白銅，,再加入錳、鐵、鋅或鋁等元素的白銅稱為復(fù)雜（特殊）白銅。,白銅是工業(yè)銅合金中耐腐蝕性能最優(yōu)者，抗沖擊腐蝕、應(yīng)力腐蝕性能亦良好，是海水冷凝管的理想材料。,10/22/2024,72,（,3,）青銅,銅與錫的合金稱為錫青銅；銅與鋁、硅、鉛、被、錳等組成的合金稱無錫青銅。,錫青銅分鑄造錫青銅和壓力加工錫青銅。,錫青銅典型牌號,ZQSn10-1,，,有高強(qiáng)度和硬度，能承受沖擊載荷，耐磨性很好，具有優(yōu)良的鑄造性，比純銅耐腐蝕。,錫青銅用來鑄造耐腐蝕

34、和耐磨零件，如泵殼、閥門、軸承、蝸輪、齒輪、旋塞等。,無錫青銅力學(xué)性能好,10/22/2024,73,三、鈦及其合金,鈦的密度?。?4.507g/cm,3,）、,強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、熔點(diǎn)高。,工業(yè)純鈦牌號有,TA0,、,TA2,、,TA3(,編號愈大、雜質(zhì)含量愈多,),。,純鈦加工性能良好；有良好的耐蝕性。鈦也是很好的耐熱材料。,在鈦中添加錳、鋁或鉻鉬等元素，可獲得性能優(yōu)良的鈦合金。,10/22/2024,74,四、鎳及其合金,高強(qiáng)度和塑性，好的延伸性和可鍛性。好的耐腐蝕性，用于制造處理堿介質(zhì)的化工設(shè)備。,牌號為,NCu28-2.5-1.5,的蒙乃爾耐蝕合金應(yīng)用最廣。蒙乃爾合金能在,500,時(shí)

35、保持高的力學(xué)性能，能在,750,以下抗氧化，在非氧化性酸、鹽和有機(jī)溶液中比純鎳、純銅更具耐蝕性。,10/22/2024,75,五、鉛及其合金,硬度低、強(qiáng)度小，不宜單獨(dú)作為設(shè)備材料，只適于做設(shè)備的襯里。,熱導(dǎo)率??；純鉛不耐磨，非常軟。但在許多介質(zhì)中，特別是在硫酸,(80%,的熱硫酸及,92%,的冷硫酸,),中鉛具有很高的耐蝕性。,鉛與銻合金稱為硬鉛，硬度、強(qiáng)度都比純鉛高，在硫酸中的穩(wěn)定性也比純鉛好。硬鉛的主要牌號為,PbSb4,、,PbSb6,、,PbSb8,和,PbSb10,。,10/22/2024,76,鉛和硬鉛在硫酸、化肥、化纖、農(nóng)藥、電器設(shè)備中可用來做加料管、鼓泡器、耐酸泵和閥門等零件。

36、,由于鉛具有耐輻射的特點(diǎn)，在工業(yè)上用作,X,射線和,g,射線的防護(hù)材料。,鉛合金的自潤性、磨合性和減振性好，噪音小，是良好的軸承合金。,鉛合金還用于鉛蓄電池極板、鑄鐵管口、電纜封頭的鉛封等。,10/22/2024,77,第六節(jié) 非金屬材料,既可用作結(jié)構(gòu)材料，又能作設(shè)備的保護(hù)襯里、涂層，還可做設(shè)備的密封材料、保溫材料和耐火材料。,非金屬材料分為無機(jī)非金屬材料（陶瓷、搪瓷、巖石、玻璃等）及有機(jī)非金屬材料（塑料、涂料、橡膠等）及近,20,30,年來發(fā)展的復(fù)合材料（玻璃鋼、不透性石墨等）。,10/22/2024,78,一、無機(jī)非金屬材料,1,、化工陶瓷,好的耐腐蝕性、耐熱性和一定機(jī)械強(qiáng)度。,導(dǎo)熱性差，

37、熱膨脹系數(shù)較大，受碰擊或溫差急變而易破裂。,10/22/2024,79,2,、化工搪瓷,由含硅量高的瓷釉通過,900,左右的高溫煅燒，使瓷釉密著在金屬表面。,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學(xué)性能和電絕緣性能，但易碎裂。,熱導(dǎo)率不到鋼的,1/4,，熱膨脹系數(shù)大。不能直接用火焰加熱，以免損壞搪瓷表面，可以用蒸汽或油浴緩慢加熱。使用溫度為,-30,270,。,10/22/2024,80,3,、 輝綠巖鑄石,用輝綠巖熔融后制成，可制成板、磚等材料作設(shè)備襯里，也可做管材。,鑄石除對氫氟酸和熔融堿不耐腐蝕外，對各種酸、堿、鹽都具有良好的耐腐蝕性能。,10/22/2024,81,4,、玻璃,化工用的玻璃不是一般的

38、鈉鈣玻璃，而是硼玻璃（耐熱玻璃）或高鋁玻璃，它們有好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性。,有耐腐蝕性、清潔、透明、阻力小、價(jià)格低等特點(diǎn)，但質(zhì)脆、耐溫度急變性差，不耐沖擊和振動。,目前已成功采用在金屬管內(nèi)襯玻璃或用玻璃鋼加強(qiáng)玻璃管道，來彌補(bǔ)其不足。,10/22/2024,82,二、有機(jī)非金屬材料,1,、工程塑料,是用高分子合成樹脂為主要原料，加入添加劑以改善產(chǎn)品性能。,熱塑性材料遇熱軟化或熔融，冷卻后又變硬，可反復(fù)多次。聚氯乙烯、聚乙烯等。,熱固性塑料固化后不能用加熱的方法使之再軟化，酚醛樹脂、氨基樹脂等。,有良好的耐腐蝕性能、一定機(jī)械強(qiáng)度、良好的加工性能和電絕緣性能，價(jià)格較低,10/22/2024,83,（

39、,1,）硬聚氯乙烯（,PVC,）,塑料,使用溫度為,-10,+55,。當(dāng)溫度在,60,90,時(shí)，強(qiáng)度顯著下降。,（,2,）聚乙烯（,PE,）,塑料,在室溫下，除硝酸外，對各種酸、堿鹽溶液均穩(wěn)定，對氫氟酸特別穩(wěn)定。,（,3,）耐酸酚醛塑料（,PF,）,使用溫度為,-30,+130,。這種塑料性質(zhì)較脆、沖擊韌性較低。,10/22/2024,84,（,4,）聚四氟乙烯（,PTFE,）,塑料,耐強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)腐蝕。甚至超過貴重金屬金和銀，有塑料王之稱。,常用作耐腐蝕、耐高溫密封元件及高溫管道。,有良好的自潤滑性，還可以用作無油潤滑壓縮機(jī)的活塞環(huán)。,有突出的耐熱和耐寒性，使用溫度范圍為,-200,250,

40、。,10/22/2024,85,（,5,）玻璃鋼,又稱玻璃纖維增強(qiáng)塑料。,用合成樹脂為粘結(jié)劑，以玻璃纖維為增強(qiáng)材料，按一定成型方法制成。,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，強(qiáng)度高和良好的工藝性能，是一種新型非金屬材料。,樹脂不同而差異很大。,環(huán)氧玻璃鋼（常用）、酚醛玻璃鋼（耐酸性好）、呋喃玻璃鋼（耐腐蝕性好）、聚酯玻璃鋼（施工方便）等。,10/22/2024,86,2,、涂料,品種多，選擇范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、使用方便、價(jià)格低、適于現(xiàn)場施工等。,涂層較薄容易脫落，應(yīng)用受到了限制。,防銹漆、底漆、大漆、酚醛樹脂漆、環(huán)氧樹脂漆以及某些塑料涂料，如聚乙烯涂料、聚氯乙烯涂料等。,用靜電噴涂。涂料利用率高，容易進(jìn)行機(jī)械

41、化、自動化的大型生產(chǎn)，減少溶劑和涂料的揮發(fā)和飛濺，涂膜質(zhì)量穩(wěn)定。,10/22/2024,87,3,、不透性石墨,由各種樹脂浸漬石墨消除孔隙后得到,有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)熱性，熱膨脹系數(shù)小，耐溫度急變性好；不污染介質(zhì)，能保證產(chǎn)品純度；加工性能良好。,機(jī)械強(qiáng)度較低、性脆。,常被用來作腐蝕性強(qiáng)介質(zhì)的換熱器，如氯堿生產(chǎn)中應(yīng)用的換熱器和鹽酸合成爐，,10/22/2024,88,第七節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施,10/22/2024,89,常見的金屬腐蝕破壞的形態(tài)有均勻腐蝕和局部腐蝕（區(qū)域腐蝕、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、表面下腐蝕等）,10/22/2024,90,第八節(jié) 化工設(shè)備材料選擇,從設(shè)備結(jié)構(gòu)、制造工

42、藝、使用條件和壽命等方面考慮，,而且還要從設(shè)備工作條件下材料的物理性能、力學(xué)性能、耐腐蝕性能及材料價(jià)格與來源、供應(yīng)等方面綜合考慮。,10/22/2024,91,一、材料的物理、力學(xué)性能方面,一般中、低壓設(shè)備屈服限,235,到,345MPa,級。,直徑較大、壓力較高，最好采用普低鋼，強(qiáng)度級別宜用,400MPa,級或以上。,操作溫度超過,400,，還需考慮材料的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。,壓力容器用鋼材，,d,5,不得低于,14%,。當(dāng)鋼材延伸率,d,5,18%,時(shí)，加工應(yīng)特別注意。,鋼管不宜強(qiáng)度級別過高，彎管率很關(guān)鍵，要求塑性好。,10/22/2024,92,二、材料的耐腐蝕性,某磷肥廠需設(shè)計(jì)一個(gè),4

43、0m,3,濃硫酸貯罐，,可選灰鑄鐵、高硅鑄鐵、碳鋼、鉻鎳不銹鋼和碳鋼用瓷磚襯里等。,灰鑄鐵、高硅鑄鐵抗拉強(qiáng)度低、質(zhì)脆，不能鑄造大型設(shè)備，故不宜采用。,碳鋼的機(jī)械強(qiáng)度高、質(zhì)韌，焊接性能好，但稀硫酸腐蝕嚴(yán)重，故也不能采用。,不銹鋼價(jià)格比較貴，焊接加工要求較高。,碳鋼做罐殼內(nèi)襯非金屬較合適,10/22/2024,93,三、材料的經(jīng)濟(jì)性,碳鋼與普低鋼的價(jià)格比較低廉，應(yīng)優(yōu)先選用。,考慮國家生產(chǎn)與供應(yīng)情況，因地制宜選取，品種應(yīng)盡量少而集中，以便于采購與管理。,10/22/2024,94,四、其他方面,壓力容器的材料選擇應(yīng)根據(jù)容器的操作條件、腐蝕情況及制造加工要求，依照國家標(biāo)準(zhǔn),GB150-1998,的規(guī)定，并按,GB6654-1996,壓力容器用鋼板與,JB 4726-94,壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件的規(guī)定選用。,為了節(jié)省材料，中、高壓容器應(yīng)優(yōu)先選用普通低合金鋼（,16MnR,、,15MnVR,）。,10/22/2024,95,