【精品文档】化工设备设计基础薄壁容器设计

《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料1碳（C）硫（S）磷（P）锰（Mn）硅（Si）一、化学成分7-1金属材料的基本性能《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料2导热系数线膨胀系数密度熔点导电性弹性模量二、物理性能《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料3弹性和塑性弹性塑性一般机器与设备在正常工作时都限制材料只发生弹性变形由于容器制造过程中采用冷弯成型工艺，所以要求材料必须具备充分的塑性材料在外力作用下产生变形，当外力去除后又能恢复原来形状的性能在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力三、机械性能《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料4塑性指标断后伸长率（延伸率）断面收缩率三、机械性能《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料5强度抗拉强度屈服强度持久强度蠕变极限疲劳极限硬度衡量材料抵抗外载荷能力大小的力学指标Rm上屈服强度ReH下屈服强度ReLtDtn布氏硬度HB洛氏硬度HR维氏硬度HV三、机械性能《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料6韧性冲击韧性断裂韧性无塑性转变温度材料对缺口或裂纹敏感程度的反映，用来衡量材料的抗裂纹扩展能力冲击功应力强度因子临界值KIC裂纹尖端张开位移临界值δc三、机械性能《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料7温度对材料机械性能的影响材料性能随温度的变化三、机械性能《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料8温度对材料机械性能的影响应力松弛冷脆应力随时间而降低的现象材料在低温下，机械强度往往升高，而它的冲击韧性值则陡降，材料由塑性转变为脆性的现象三、机械性能《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料9材料抵抗周围介质对其腐蚀破坏的能力材料腐蚀问题直接关系着设备的使用寿命、产品质量、产品产量和环境污染等耐腐蚀性通常用腐蚀速度表示当腐蚀速度在0.1mm/年以下时，认为材料是耐腐蚀的金属材料在不同的介质中有不同的腐蚀速度四、耐腐蚀性能《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料10可焊性可锻性切削性成型工艺性铸造性热处理性能五、工艺性能《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料11热处理将钢在固态范围内，施加不同的加热、保温和冷却过程，以改变其组织结构，实现改变其性能的一种工艺作用改进钢的加工性能显著提高机械性能增加零件的强度和寿命五、工艺性能《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料12热处理方法退火正火淬火回火调质处理（淬火＋高温回火）固溶处理化学热处理渗碳氮化氰化五、工艺性能《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料13碳素钢的分类及牌号工业纯铁低碳钢中碳钢高碳钢铸铁按含碳量分类7-2碳素钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料14按冶炼方法分类平炉转炉电炉按脱氧程度和浇铸制度不同沸腾钢镇静钢半镇静钢7-2碳素钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料15按品质分类普通碳素钢Q235-A·FQ235-AQ235-BQ235-CQ——“屈”235——屈服强度值，MPaA（B、C、D）——质量等级F——沸腾钢b——半沸腾钢Z——镇静钢TZ——特殊镇静钢7-2碳素钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料16按品质分类优质碳素钢低碳钢0810152025中碳钢30354045505560高碳钢6065708085牌号表示方法两位数字＋表示脱氧方法的字母数字——含碳量万分数字母——只在沸腾钢时注出7-2碳素钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料17碳钢的性能和使用碳钢的机械性能碳钢的工艺性能碳钢的耐腐蚀性能碳钢的使用7-2碳素钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料18合金元素的作用铬（Cr）锰（Mn）镍（Ni）硅（Si）铝（Al）钼（Mo）钒（V）钛（Ti）硼（B）钨（W）稀土元素（Re）7-3合金钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料19合金钢的分类、牌号、性能及用途按化学成分低合金钢中合金钢高合金钢合金元素总含量不大于5%合金元素总含量不大于5～10%合金元素总含量大于10%7-3合金钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料20合金钢的分类、牌号、性能及用途按用途普通低合金钢合金结构钢不锈钢及不锈耐酸钢耐热钢7-3合金钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料21普通低合金钢在普通碳素钢的基础上加入少量合金元素（锰、硅、钒、钛、铌及稀土元素）比碳素钢强度高耐低温、耐腐蚀、耐磨性优于碳素钢加工、焊接性能好生产成本和碳素钢相近化工容器、锅炉、管道中广泛使用7-3合金钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料22牌号表示方法平均含碳量万分数＋合金元素符号＋平均合金元素含量百分数平均含碳量小于千分之一——“0”平均含碳量小于万分之三——“00”平均合金含量小于1.5%——不标注平均合金含量1.5～2.49%——“2”平均合金含量2.5～3.49%——“3”，依此类推压力容器用普通低合金钢——牌号后加“R”低温用钢——牌号后加“D”7-3合金钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料23合金结构钢在优质碳素钢的基础上加入适量的一种或几种合金元素综合性能优于优质碳素钢强度、韧性、耐磨性显著提高广泛用于制造各种重要的机器零件和工程结构牌号表示方法与普通低合金钢相同7-3合金钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料24不锈钢及不锈耐酸钢在空气、水及一些弱腐蚀性介质中能耐腐蚀的合金钢叫不锈钢在酸和其它强腐蚀性介质中耐腐蚀的合金钢叫不锈耐酸钢不锈钢和不锈耐酸钢统称不锈钢不锈钢中的主要合金因素是铬、镍、锰、钼、钛等按组织构成分为奥氏体、铁素体、马氏体及奥氏体+铁素体双相不锈钢化工设备使用最多的是铬镍奥氏体不锈钢具有优良的耐蚀性和良好的热塑性、冷变形能力和可焊性牌号表示方法与普通低合金钢类似，含碳量以千分数表示7-3合金钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料25耐热钢高温设备要求材料在高温下具有良好的化学稳定性与热强性化学稳定性主要是指钢材抵抗高温气体腐蚀的能力热强性是指在高温下钢材具有较高强度的能力主要合金元素有铬、钼、钒、钛、硅、铝等牌号表示方法与不锈钢相同7-3合金钢《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料26碳素钢钢板Q235-B容器设计压力p≤1.6MPa钢板使用温度为0～350℃用于壳体时，钢板厚度不大于20mm不得用于毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器7-4压力容器用钢板《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料27Q235-C容器设计压力p≤2.5MPa钢板使用温度为0～400℃用于壳体时，钢板厚度不大于30mm20R7-4压力容器用钢板《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料28低合金钢钢板16MnR15MnVR15MnNbR18MnMoNbR13MnNiMoNbR07MnCrMoVR16MnDR07MnNiCrMoVDR15MnNiDR09MnNiDR15CrMoR14Cr1MoR7-4压力容器用钢板《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料29高合金钢钢板0Cr13Al0Cr130Cr18Ni90Cr18Ni10Ti0Cr17Ni12Mo20Cr18Ni12Mo2Ti0Cr19Ni13Mo300Cr19Ni1000Cr17Ni14Mo200Cr19Ni13Mo300Cr18Ni5Mo3Si27-4压力容器用钢板《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料30从化学成分上看，铸铁和碳钢一样也是铁碳合金，只是铸铁中碳与硅的含量均高于钢，对硫和磷等杂质的控制也比钢要松一些。铸铁中也可溶入某些合金元素形成合金铸铁。从组织结构上看，铸铁是由钢的基体和散布在其中的石墨所组成。铸铁的性能，尤其是抗拉强度、塑性等，主要由金属基体的组织以及非金属石墨的形状、大小和分布情况来决定。7-5铸铁《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料31铸铁的分类普通铸铁灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁合金铸铁耐蚀铸铁耐热铸铁耐磨铸铁7-5铸铁《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料32压力容器用铸铁的要求必须在相应的国家标准范围内选用，并应在产品质量证明书中注明铸造选用的材料牌号。设计压力和设计温度应符合下列规定：灰铸铁制压力容器的设计压力不得大于0.8MPa，设计温度为0～250℃；可锻铸铁和球墨铸铁制压力容器的设计压力不得大于1.6MPa，设计温度为-10～350℃。7-5铸铁《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料33压力容器用铸铁的要求不得用于盛装毒性程度为极度、高度或中度危害介质，以及设计压力大于等于1.5MPa的易燃介质压力容器的受压元件，也不得用于管壳式余热锅炉的受压元件和移动式压力容器的受压元件。7-5铸铁《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料34常用铸铁牌号灰铸铁HT100HT150HT200HT250HT300HT350球墨铸铁QT400-18QT400-15QT450-10QT500-7QT600-3QT700-2QT800-2QT900-27-5铸铁《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料35常用铸铁牌号可锻铸铁KTH300-06KTH330-08KTH350-10KTH370-12KTZ450-06KTZ550-04KTZ650-02KTZ700-027-5铸铁《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料36具有良好的耐腐蚀性能和低温性能7-6有色金属《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料37纯铜具有高的导电性、导热性、塑性、冷韧性在低温时可保持较高的塑性和冲击韧性在大气、水及中性盐、苛性碱中相当稳定在氨和铵盐及各种浓度的硝酸中不耐腐蚀强度低冷加工后强度、硬度提高，但塑性下降铜及铜合金《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料38纯铜T1T2T3无氧铜TU1TU2磷脱氧铜TP1TP2银铜TAg0.1加工铜的牌号《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料39黄铜铜+锌铸造性能好；耐腐蚀性略高于纯铜；在中性、弱酸性介质中，因锌易溶解而被腐蚀普通黄铜牌号H96H90H85H80H70H68H65H63H62H59特种黄铜为了提高和改善普通黄铜的某些性能而在Cn-Zn合金中加入少量其它元素组成多元铜合金特种黄铜可分为锡黄铜、铅黄铜、铝黄铜、铁黄铜、镍黄铜、锰黄铜、硅黄铜铜合金《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料40用除锌和镍以外的元素作为主要合金元素与铜组成的合金青铜的强度、硬度、铸造性、耐腐蚀性都较高，常用来铸造耐腐蚀和耐磨零件，如泵壳、阀门、齿轮、轴瓦、蜗轮等青铜可分为锡青铜、铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等青铜《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料41铜+镍只由铜镍组成的二元合金称普通白铜在普通白铜内加入铁、锌、铝、锰等合金元素后得到的合金分别称为铁白铜、锌白铜、铝白铜和锰白铜白铜的耐腐蚀性与纯铜类似化工生产使用较多的是B30、BFe30-1-1、BFe10-1-1。它们主要用作冷凝器、换热器和各种耐腐蚀零件白铜《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料42密度小导电性、导热性、塑性、冷韧性好极好的耐腐蚀性强度低，但经冷变形后强度会提高能承受各种压力加工含有卤素离子的盐类、氢氟酸以及碱溶液都会破坏铝表面的保护膜铝及铝合金《化工设备设计基础》——第七章化工设备常用材料43纯铝在化工中广泛应用于制造硝酸、含硫石油工业、橡胶硫化和含硫的药剂等生产所用设备（反应器、换热器、槽车、管件），也用于食品和制