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1化工设备基础第二篇工程材料课程内容：第一篇工程力学基础（14学时）第二篇化工设备材料（2学时）第三篇化工容器设计（14学时）第四篇典型化工设备简介（2学时）2化工设备材料及其选择（第8章）第2篇化工设备材料化工设备基础第二篇工程材料材料基础知识（第7章）钢材基本知识材料的性能腐蚀化工设备的腐蚀及防护措施（第9章）碳钢低合金钢及化工设备用特种钢有色金属材料非金属材料3化工设备基础（1）力学性能a.机械强度：屈服强度、抗拉强度、蠕变极限、疲劳极限。b.塑性：指标：伸长率、断面收缩率。断裂前发生不可逆永旧变形的能力。第7章材料基础知识7.1金属材料的主要性能第二篇工程材料4化工设备基础指标：冲击吸收功。c.韧性：对缺口或裂纹的敏感程度的反映。d.硬度：抵抗其他物体压入的能力。分为：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。第二篇工程材料5化工设备基础使用工艺条件下抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。腐蚀裕量（2）耐腐蚀性能第二篇工程材料6化工设备基础加工的难易程度。加工性能一般包括：焊接性能、铸造性能、压力加工性能、机械加工性能、热处理性能等。（3）加工工艺性能第二篇工程材料7化工设备基础第二篇工程材料8化工设备基础第二篇工程材料9化工设备基础第二篇工程材料10化工设备基础第二篇工程材料11化工设备基础（1）黑色金属（2）有色金属主要有：Fe、Mn、Cr等。黑色金属以外的。主要有：Cu、Al、Pb、Ni、Ti等。Fe+C工业纯铁：C0.0218%钢：C2.11%铸铁：C2.11%第二篇工程材料7.2金属材料的分类12化工设备基础7.3.1钢的分类（1）根据化学成分低碳钢：中碳钢：高碳钢：低合金钢高合金钢C≤0.25%0.25%~0.60%＞0.60%：合金元素总量在10%以下。：合金元素总量大于10%。第二篇工程材料7.3钢材13化工设备基础（2）根据品质分普通钢：优质钢：高级优质钢：特级优质钢：S≤0.050%，P≤0.045%。S≤0.035%，P≤0.035%。S≤0.025%，P≤0.025%。S≤0.015%，P≤0.025%。有害杂质S和P的含量。第二篇工程材料14化工设备基础（3）根据冶炼方法平炉钢转炉钢电炉钢按脱氧程度：镇静钢半镇静钢沸腾钢压力容器用钢第二篇工程材料15化工设备基础（4）根据用途分结构钢工具钢特殊性能钢建筑用钢专门用钢（如压力容器专用钢）机械零件用钢GB/T13304《钢分类》第二篇工程材料16化工设备基础将钢材加热、保温和冷却的过程，或通过其表面渗入某些合金元素，改变钢材部分或全部内部组织形态，以获得预期的力学性能和加工性能。7.4钢材的热处理常用的热处理方法:退火正火淬火回火化学热处理第二篇工程材料17化工设备基础（1）退火方法：退火是把钢件放在炉中加热至一定温度，根据零件形状尺寸在该温度保温一定时间后，然后随炉以缓慢的冷却速度冷却下来，以得到接近平衡状态组织的一种热处理工艺。作用（目的）：退火处理后能达到消除内应力、强度和硬度下降而塑性、韧性提高的目的。分类：根据钢的成分和热处理目的要求不同，退火可以分为完全退火、再结晶退火、低温退火三种热处理工艺。第二篇工程材料18化工设备基础（2）正火方法：将钢件加热到一定温度，经适当保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。正火与退火不同之处在于，正火时钢的冷却速度比退火时大，因此所得组织更细，强度和硬度有所提高。作用（目的）：具有减少钢件内应力、均匀组织和细化晶粒，为最终热处理做好组织准备等作用。另外，对于低碳钢也可以作为最终热处理，因为正火使其晶粒细化，并使碳化物分布更均匀，以获得优良的综合性能。第二篇工程材料19化工设备基础（3）淬火与回火方法：所谓淬火，就是把钢件加热到临界温度以上，使钢的组织成为单一的奥氏体，然后保温一定的时间后用油或水急速冷却的热处理工艺。主要目的：是获得马氏体。淬火的特点：急速冷却，处理后的材料硬度高、脆性大、塑性和韧性差。由于马氏体是一种不稳定的组织，因此，淬火后一定要进行回火。第二篇工程材料20化工设备基础分类：在回火过程中，回火温度是决定回火后钢件机械能的主要因素。因此，常按回火温度的不同分为低温回火、中温回火、高温回火三种热处理工艺。低温回火：内应力和脆性降低，保持高强度和高耐磨性。中温回火：具有一定韧性和较高的屈服强度。高温回火：具有适当强度和足够的塑性和韧性，综合力学性能好。所谓回火就是将经过淬火后的钢件重新加热到某一温度，以使其转变为较稳定的组织，提高钢的综合力学性能。调质处理：淬火+回火。第二篇工程材料21化工设备基础（4）化学热处理方法：将钢件置入特殊介质中加热和保温，使特殊介质中的一种或几种元素渗入钢件表面，改变其成分和组织，从而改变钢件表面性能的热处理工艺。主要目的：它可以提高钢件的耐蚀性、耐磨性、抗氧化性、耐热性和抗疲劳性。分类：化学热处理按照渗入的元素不同可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗以及渗铝、渗铬、渗硼、渗硫和多元共渗等多种表面处理方法。第二篇工程材料22化工设备基础牌号表示原则：GB/T221-2008《钢铁产品牌号表示方法》（1）碳素结构钢合低合金结构钢7.5钢铁牌号及表示方法第二篇工程材料7.5.1牌号表示法Q+强度值用途，如R，DR脱氧方式：F、b、z质量等级，A、B、C、D、E……例：Q235AF23化工设备基础（2）优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢第二篇工程材料2位数字表示C的万分含量脱氧方式冶金质量，A为高级，E为特级Mn含量高时加Mn例：08F50A65Mn用途、特性或工艺方法24化工设备基础（3）合金结构钢第二篇工程材料2位数字，C的平均万分含量用途、特性或工艺方法冶金质量合金元素与含量（%）例：06Cr19Ni10022Cr18Ti25化工设备基础（1）灰铸铁（HT）HT“抗拉强度”-“抗弯强度”（2）球墨铸铁（QT）QT“抗拉强度”-“延伸率”（3）铸钢（ZG）表示法与碳素结构钢、合金结构钢相同第二篇工程材料7.5.2铸铁、铸钢牌号表示法例：HT200-400例：QT400-15例：ZG20Cr1326普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢化工设备基础8.1碳钢第二篇工程材料第8章化工设备材料及其选择27化工设备基础第二篇工程材料（1）普通碳素钢GB/T700-2006《碳素结构钢》S≤0.055%，P≤0.045%化工容器与设备中：承压件应用最多的是：Q235-B和Q235-C非承压件应用最多的是：Q235-A（2）优质碳素钢S、P均小于等于0.04%化工容器与设备中常用的有：10、15、20（3）高级优质碳素钢S、P均不高于0.03%。在优质碳素钢后加A。如：20A28铬：耐蚀、抗氧化、提高淬透性、提高强度硬度和耐磨性，降低塑性和韧性。化工设备基础8.2低合金钢及化工设备用特种钢第二篇工程材料8.2.1合金元素对钢性能的影响锰：提高强度和低温冲击韧性。镍：提高淬透性，提高强度，同时保持良好塑性和韧性，提高耐蚀性和低温冲击韧性，高热强性能。不锈钢和耐热钢。*其它合金元素对钢性能影响参见教材P171。29又称低合金高强度钢：碳素钢+少量Si、Mn、Cu、Ti、V、Nb等。常见：板材、管材、棒材、型材等。用途：远洋轮船、大跨度桥梁、高压锅炉、大型容器、汽车、矿山机械、农业机械等。如：Q345R、15MnTi、14Cr1MoR等。化工设备基础第二篇工程材料8.2.2低合金钢30标准：GB/T713-2008《锅炉和压力容器用钢板》如：14Cr1MoR、Q245R、Q345R、13MnNiMoR等。化工设备基础第二篇工程材料8.2.3锅炉和压力容器用钢板推荐使用：按标准：GB150-2011《压力容器》普通低碳钢：Q235-B；Q235-C；优质低碳钢：Q245R；低合金高强度钢：Q345R、12Cr2Mo1R、18MnMoNbR等31不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢：耐大气腐蚀的钢：耐酸钢：能抵抗酸和其他强腐蚀性介质腐蚀的钢。耐酸钢具有不锈的性能。化工设备基础第二篇工程材料8.2.4不锈耐酸钢（1）铬不锈钢实际用不锈钢，含量在13%以上。如：12Cr13、06Cr13，Cr17Ti等。（2）铬镍不锈钢典型钢号：06Cr19Ni10（18-8）,实际用不锈钢，含量在13%以上。如：12Cr13、06Cr13，Cr17Ti等。32（1）耐热钢高温设备用钢的要求：化学稳定性——抗氧化。热强性——抗蠕变。加入合金元素：Cr、Mo、V、Ti、Ni等。化工设备基础第二篇工程材料8.2.5耐热钢和低温用钢（2）低温用钢低温用钢的要求：抗低温冷脆（低温脆断）。加入元素：Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等。33化工设备基础（1）铜：纯铜、铜合金（黄铜、青铜）化工设备常用有色金属：Cu、Al、Pb、Ni、Ti等。黄铜：添加锌为主。青铜：添加锡、铝、铍等青铜特点：强度、硬度、铸造性、耐蚀性都较高。8.3有色金属材料第二篇工程材料34化工设备基础青铜：常用来铸造耐蚀和耐磨零件，如泵壳、阀门、齿轮、轴瓦、蜗轮等零件。第二篇工程材料35化工设备基础（2）铝：纯铝、铝合金纯铝：易于铸造，易于切削，也易于进行压力加工，在大气、淡水和一些介质中具有良好的耐蚀性等。第二篇工程材料36化工设备基础常用铝合金：Al-Si、Al-Mg、Al-Cu。具有优良的铸造性能，可以焊接，有良好的耐蚀性。如：管件、泵、阀门、汽缸、活塞等。第二篇工程材料37化工设备基础（3）铅及其合金铅属于重金属，不宜单独作为设备材料，只适合做设备衬里。铅与锑的合金称为硬铅，它的硬度、强度都比纯铅高，在硫酸中的稳定性也比纯铅好。铅和硬铅在硫酸、化纤、农药、电器设备中作为耐酸、耐蚀和防护材料。在工业上还可用作x射线和γ射线的防护材料、配制低熔点合金、轴承合金等。不过，由于铅有毒，铅及其合金不允许用于食品工业和制药工业。第二篇工程材料38化工设备基础（4）镍及镍合金主要用于化学和石油工业、制盐工业和海洋开发工程中，制造各种换热设备、锅炉给水换热器、石油和化工用管线、容器、塔、槽、发应釜、弹性部件以及泵、阀、轴等。（5）钛及钛合金主要用于强腐蚀环境的换热设备、反应釜、分离设备、泵、阀、管道、管件、电解槽等。第二篇工程材料39化工设备基础第二篇工程材料8.4非金属材料（1）无机非金属材料化工陶瓷化工搪瓷辉绿岩铸石玻璃搪玻璃。（2）有机非金属材料工程塑料涂料不透性石墨。40化工设备基础第二篇工程材料41化工设备基础（1）金属腐蚀的评定方法：根据质量变化评定金属的腐蚀根据腐蚀深度评定金属的腐蚀第二篇工程材料第9章化工设备的腐蚀及防腐措施9.1金属的腐蚀（2）金属腐蚀的种类：化学腐蚀：化学作用。电化学腐蚀：电化学作用。（3）晶间腐蚀和应力腐蚀：晶间腐蚀：局部、选择性腐蚀破坏。应力腐蚀：腐蚀+拉应力开裂。42化工设备基础（1）衬覆保护层：金属保护层非金属保护层第二篇工程材料9.2金属设备的防腐措施（2）电化学保护：阴极保护阳极保护（3）添加缓蚀剂43化工设备基础小结（1）金属材料的力学性能：机械强度、塑性、韧性、硬度。（2）钢的热处理方法及其目的：退火、正火、淬火和回火、调质。（3）钢材的分类：按化学成分分类、按品质分类。（5）压力容器用钢分类及牌号识别。第二篇工程材料（4）合金元素对钢材性能的影响。（6）金属材料腐蚀种类、晶间腐蚀、应力腐蚀。（7）金属设备的防腐措施。44化工设备基础第二篇工程材料