化工设备常用材料课件.pptx
6化工设备常用材料,6化工设备常用材料,第六章 化工设备材料,第一节 概 述 根据物料与适宜工作条件选材 物料腐蚀性:铸铁抗硫化氢 压力与温度 蠕变、氢腐蚀、低温脆性等,9/27/2022,2,第六章 化工设备材料 第一节 概 述9/27/2022,材料的性能: 力学性能、物理性能、化学性能和机加工性能,一、力学性能决定许用应力 强度、硬度、弹性、塑性、韧性等,9/27/2022,3,材料的性能: 一、力学性能决定许用应力9/27/,1、强度:是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力,按所抵抗外作用形式分为: 抵抗恒定外力静强度 抵抗冲击外力冲击强度 抵抗交变外力疲劳强度,按环境温度分为: 常温下抵抗外力常温强度 高温下抵抗外力高温强度 低温下抵抗外力低温强度,9/27/2022,4,1、强度:是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力 按所抵抗,常温强度指标: 屈服强度和抗拉(压)强度 屈强比适当 蠕变极限n 疲劳极限r , r= min/ max ,应力循环系数或应力比,如-1,以106-107次不被破坏的应力 (r循环特性),9/27/2022,5,常温强度指标:9/27/20225,补充:静应力与变应力稳定变应力周期、应力幅和平均应力都不随时间变化的变应力,补充:静应力与变应力,2、硬度,局部抵抗能力 弹性、强度与塑性的综合性能指标 硬度:布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和维氏硬度(HV) 低碳钢 b=0.36 HB 高碳钢 b=0.34 HB 灰铸铁 b=0.1 HB,9/27/2022,7,2、硬度 局部抵抗能力9/27/20227,3、塑性,延伸率 ,断面收缩率 ,化工设备材料一般要求5=10%-20%,9/27/2022,8,3、塑性延伸率 断面收缩率 化工设备材料一般要求5=1,4、冲击韧性,冲击韧度k,使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积 低温容器所用钢板k值不得低于30J/cm2,9/27/2022,9,4、冲击韧性 冲击韧度k,使其破坏所消耗的功或吸收,二、物理性能,密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。,9/27/2022,10,二、物理性能 密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系,(1) 密度 单位体积内的质量。如要求质量轻和惯性小的零件,均采用密度小的铝合金制造。(2) 熔点 熔点是金属或合金从固态向液态转变时的温度。熔点高的金属材料可以用来制造耐高温零件。(3) 导热性 金属传导热量的能力称为导热性。一般说,金属纯度越高,其导热能力就越大。制造散热器、热交换器与活塞等零件时,常选用导热性好的金属。,(1) 密度,(4) 导电性 金属传导电流的性能。纯金属的导电性比合金好。常用纯铜、纯铝做导电材料,用导电性差的铜合金和铝合金作电热元件。(5) 热膨胀性 金属随着温度变化而膨胀、收缩的特性。(6) 磁性 金属在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的能力。铁磁性材料(在外加磁场中,能被强烈磁化到很大程度)、顺磁性材料(在外加磁场中呈现十分微弱的磁性)、抗磁性材料(能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的金属材料)铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。抗磁性材料则可用作要求避免磁场干扰的零件和结构材料。,(4) 导电性,9/27/2022,13,9/27/202213,三、化学性能,1、耐腐蚀性 金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力2、抗氧化性 高温氧化,降低表面硬度和抗疲劳强度 选耐热材料,9/27/2022,14,三、化学性能1、耐腐蚀性9/27/202214,9/27/2022,15,9/27/202215,四、加工工艺性能,1、可铸性:收缩与偏析2、可锻性3、焊接性4、可切削加工性,9/27/2022,16,四、加工工艺性能1、可铸性:收缩与偏析9/27/202216,第二节 碳钢与铸铁,“铁碳合金”由95以上铁和0.054碳及1左右杂质元素所组成合金 一般含C量(质量分数)0.022称为钢; 大于2称为铸铁; 当含C量小于0.02时称纯铁(工业纯铁); 含C量大于4.3的铸铁极脆,9/27/2022,17,第二节 碳钢与铸铁 “铁碳合金”由95以上铁和0.,一、铁碳合金的组织结构,1、金属的组织与结构 在金相显微镜下看到的金属的晶粒,简称组织,9/27/2022,18,一、铁碳合金的组织结构1、金属的组织与结构9/27/2022,电子显微镜观察到金属原子各种规则排列,称为金属的晶体结构,简称结构 不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格,体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好,而后者的强度高于前者。,9/27/2022,19,电子显微镜观察到金属原子各种规则排列,称为金属的晶,铸铁中的C以石墨形式存在,有不同的组织形貌。,球墨铸铁强度最高;细片状石墨次之;粗片状石墨最差。,9/27/2022,20,铸铁中的C以石墨形式存在,有不同的组织形貌。 球墨铸铁,2、纯铁的同素异构转变,体心立方晶格的纯铁称a-Fe,面心立方晶格的铁称为g-Fe。 a-Fe加热可变为g-Fe,反之高温下的g-Fe冷却可变为a-Fe。 在固态下晶体构造随温度发生变化的现象,称“同素异构转变”。 纯铁的同素异构转变是在910恒温下完成的。在固态下重新排列、结晶过程是钢进行热处理的依据。,9/27/2022,21,2、纯铁的同素异构转变 体心立方晶格的纯铁称a-Fe,3、碳钢的基本组织,C在铁中的存在形式有固溶体、化合物和混合物三种。 固溶体:两种或两种以上的元素在固态下互相溶解,而仍然保持溶剂晶格原来形式。 三种不同的存在形式,形成了不同的碳钢组织。,9/27/2022,22,3、碳钢的基本组织 C在铁中的存在形式有固溶体、化合,组元:纯铁、 Fe3C,基本组织: 单相组织: F、A、 Fe3C 莱氏体Ld:(A Fe3C )在共晶点上得到,塑性韧性很差,是硬而脆的组织 珠光体P:( F Fe3C )在共析点上得到,具有良好的力学性能,9/27/2022,23,组元:纯铁、 Fe3C符号表示概念性能相固相固溶体铁素体F碳,(1)铁素体(ferrite),C溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体。 a-Fe原子间隙小,溶碳能力低(室温下0.006),强度、硬度低,塑性和韧性很好。 低碳钢是含铁素体的钢,具有软而韧的性能。,9/27/2022,24,(1)铁素体(ferrite) C溶解在a-Fe,(2)奥氏体(Austenite),C溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。 g-Fe原子间隙较大,C的溶解度比a-Fe中大得多,如在723时可溶解0.8,在1147时可达最大值2.06。 奥氏体组织是在a-Fe发生同素异构转变时产生的。由于奥氏体有较大的溶解度,故塑性、韧性较好,且无磁性。,9/27/2022,25,(2)奥氏体(Austenite) C溶解在g-Fe铁中,(3)渗碳体(Cementite),碳和铁形成一种化合物(Fe3C)称渗碳体。 熔点约1600,硬度高,塑性几乎等于零。 铁碳合金含碳量小于2时,其组织是在铁素体中散布着渗碳体,是碳素钢。 含C量大于2时,部分C以石墨形式存在,称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具有一定消震能力。,9/27/2022,26,(3)渗碳体(Cementite) 碳和铁形成一种,(4)珠光体(Pearite),铁素体与渗碳体的机械混合物 (FFe3C )用符号P表示 。 力学性能介于铁素体和渗碳体之间,综合了铁素体和渗碳体优点,即其强度、硬度比铁素体显著提高;塑性、韧性比铁素体差,但比渗碳体要好得多。其组织为层片状结构,其综合力学性能好。,9/27/2022,27,(4)珠光体(Pearite) 铁素体与渗碳体的机械,(5)莱氏体(Ledeburite),莱氏体是由AFe3C组成的一种机械混合物,用符号Ld表示,其组织结构为渗碳体基体上分布的奥氏体,主要体现了渗碳体特点,硬度很高,塑性极差,几乎为零 。是一种较粗而硬的金相组织,存在于白口铸铁、高碳钢中。,9/27/2022,28,(5)莱氏体(Ledeburite) 莱氏体是由A,(6)马氏体(白色),钢和铁从高温急冷下来的组织,是碳原子在a-Fe中过饱和的固溶体。 具有很高的硬度,但很脆,延伸性低,几乎不能承受冲击载荷。,9/27/2022,29,(6)马氏体(白色) 钢和铁从高温急冷下来的组织,是,二、铁碳合金状态图,9/27/2022,30,二、铁碳合金状态图9/27/202230,钢在加热时形成单一的奥氏体组织。,按组织不同: 含C量0.77%过共析钢 含C量=0.77%共析钢,9/27/2022,31,钢在加热时形成单一的奥氏体组织。按组织不同:9/27/202,所有生铁组织中都有莱氏体,多数碳以石墨状存在,用作铸件的生铁称为铸铁。,9/27/2022,32,所有生铁组织中都有莱氏体,多数碳以石墨状存在,用作,三、钢的热处理,钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式,改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能,称为热处理。,9/27/2022,33,三、钢的热处理 钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方,1、退火和正火铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。,退火的功能是:退火可消除冷作硬化,恢复材料的良好塑性;细化铸焊工件的粗大晶粒,改善工件的机械性能;消除残余应力,防止工件变形;可使高碳钢中的网状渗碳体球化,降低材料硬度,提高塑性,便于切削加工。,(1)退火:是将工件加热至某一温度(临界点以上),保温一段时间,然后随炉或埋入沙中缓慢冷却下来,以得到接近平衡状态组织的一种热处理方法。,1、退火和正火退火的功能是:退火可消除冷作硬化,恢复材料的良,(2)正火:正火与退火的不同之处是在空气中冷却,冷却速度较快。经过正火处理的工件较退火处理硬度和强度要高。,正火和退火主要有四个区别:(1)正火的温度较高,退火的温度较低. (2)正火的冷却速度比退火的冷却速度快. (3)使用效果不同,在渗碳处理以后,正火能消除网状渗碳体,退火则不能.对含碳量在0.25%以下的, 正火后可提高硬度,改善切削加工性能,退火却做不到。 (4)正火的周期短,操作方便;退火的周期长,操作较麻烦(指需要控制一定的冷却速度)。,(2)正火:正火与退火的不同之处是在空气中冷却,冷却速度较快,2、淬火和回火,加热至淬火温度(临界点以上3050),并保温一段时间,后投入淬火剂中冷却。 淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。 淬火剂:空气、油、水、盐水,冷却能力递增。 碳钢在水和盐水中淬火,合金钢在油中淬火。,9/27/2022,36,2、淬火和回火 加热至淬火温度(临界点以上305,回火是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。 回火可以降低或消除零件淬火后的内应力,提高韧性。 在150250范围内的回火称“低温回火”。回火马氏体有较高的硬度和耐磨性,内应力和脆性有所降低。刃具、量具,要进行低温回火处理。,9/27/2022,37,回火是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。9,中温回火温度是300450。有一定的弹性和韧性,并有较高硬度。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。 高温回火温度为500680。综合性能:强度、韧性、塑性等都较好 淬火加高温回火习惯上称为“调质处理”。用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。,9/27/2022,38,中温回火温度是300450。9/27/2022,时效热处理:材料经固溶处理或冷塑变形后,在室温或高于室温条件下,其组织和性能随时间而变化的过程。 时效可进一步消除内应力,稳定零件尺寸,它与回火作用相类似。,9/27/2022,39,时效热处理:材料经固溶处理或冷塑变形后,在室温或高于室温,3、表面淬火,使零件表面层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度,而心部则具有一定的韧性。,9/27/2022,40,3、表面淬火 使零件表面层比心部具有更高的强度、硬,4、化学热处理,渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰化(碳与氮共渗)等。 渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性; 渗铝可提高耐热、抗氧化性; 氮化与渗铬的零件,表面比较硬,可显著提高耐磨和耐腐蚀性; 渗硅可提高耐酸性等。,9/27/2022,41,4、化学热处理 渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝,第三节 碳素钢,一、常存杂质元素对钢材性能的影响 硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等 1 硫 有害元素。FeS和 Fe形成低熔点(985)化合物。钢材热加工11501200,过早熔化而导致工件开裂,称“热脆”。 高级优质钢:S0.02%0.03%; 优质钢:S0.03%0.045%; 普通钢:S0.055%0.7%以下。,9/27/2022,42,第三节 碳素钢一、常存杂质元素对钢材性能的影响9/27/2,2 磷,有害元素。虽能使强度、硬度增高,但塑性、冲击韧性显著降低。 特别是在低温时,使钢材显著变脆,称“冷脆”。 使冷加工及焊接性变坏, 高级优质钢: P0.025%; 优质钢: P0.04%; 普通钢: P0.085%。,9/27/2022,43,2 磷 有害元素。虽能使强度、硬度增高,但塑性、冲,3 锰,脱氧剂。有益元素。 MnS(1600),部分消除硫的有害作用。 锰具有很好的脱氧能力,与FeO成为MnO进入炉渣,从而改善钢的品质,特别是降低脆性,提高强度和硬度。 在0.5%0.8%以下时,看成是常存杂质。 优质碳素结构钢中,正常含锰量是0.5%0.8%;高锰结构钢可达0.7%1.2%。,9/27/2022,44,3 锰 脱氧剂。有益元素。9/27/202244,4 硅,脱氧剂。有益的元素。 硅与FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去。 硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度增加,塑性、韧性降低。 镇静钢中的含硅量常在0.1%0.37%,沸腾钢中只含有0.03%0.07%。 由于钢中硅含量一般不超过0.5%,对钢性能影响不大。,9/27/2022,45,4 硅 脱氧剂。有益的元素。9/27/20224,5 氧,有害元素。在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧,但不可能除尽。 FeO、MnO、SiO2、Al2O3,使强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。,9/27/2022,46,5 氧 有害元素。在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进,6 氮,长时间放置或在200300加热氮以氮化物形式的析出,硬度、强度提高,塑性下降,发生时效。 钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理,使氮固定在AlN、TiN或VN中,可消除时效倾向。,9/27/2022,47,6 氮 长时间放置或在200300加热氮以氮,7 氢,氢脆、白点等缺陷。变脆:氢化物变形小 白点:组织缺陷处扩散氢,时间长,9/27/2022,48,7 氢 氢脆、白点等缺陷。9/27/202248,二、分类与牌号,按用途:建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢和特殊性能钢(不锈钢、耐热钢)按含碳量:低碳钢、中碳钢和高碳钢按脱氧方式:镇静钢和沸腾钢按品质:普通钢、优质钢和高级优质钢,9/27/2022,49,二、分类与牌号按用途:建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢,(一)按钢中碳含量 (1)低碳钢 (C 0.6%):强度、硬度较高,塑性差,用来制作弹簧、钢丝绳等。,(一)按钢中碳含量,(1)普通碳素钢,质量等级A,B,C,D。A 最差,D 最好 脱氧方法为F,b,Z,TZ(后两者标注可省略)。 化工压力容器用钢一般选用镇静钢Z。 普通碳素钢有 Q235-A,屈服强度数值(MPa)还包括:Q195、 Q215、Q255及Q275,共5个钢种。,(二)按钢的质量,碳钢有普通与优质两种。区别?,硫S 磷P,Q195、 Q275不分级;Q215、Q255分为A、B两个等级。Q235分为A、B、C、D四个等级,(1)普通碳素钢 质量等级A,B,C,D。A 最差,,(2)优质碳素钢,S0.03%0.045% ;P0.04% 08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、80等。平均含碳量的万分之几。 牌号含义:45号钢中含碳量平均为0.45%(0.42%0.50%)。 45Mn,锰含量较高的优质非合金钢。,9/27/2022,52,(2)优质碳素钢 S0.03%0.045% ;,优质低碳钢(含C0.25%),如08、10、 15、20、25;塑性好,焊接性能好,壳体、接管。 优质中碳钢(含C量0.3%0.60%),如30、35、40、45、50与55; 45号钢搅拌轴 优质高碳钢(含C0.6%),如60、65、70、80。60、65钢主要用来制造弹簧,70、80钢用来制造钢丝绳等。,9/27/2022,53,优质低碳钢(含C0.25%),如08、10、 1,(3)高级优质钢,S0.02%0.03%; P0.025%,均0.03%。 它的表示方法是在优质钢号后面加一个A字,如20A。,9/27/2022,54,(3)高级优质钢 S0.02%0.03%; P0,化工设备常用材料,化工设备常用材料,碳素工具钢如T8表示平均碳含量为0.8的优质碳素工具钢。若牌号末尾加“A”,表示钢中硫、磷含量较少,为高级优质钢,如T10A。,碳素工具钢,优质铸造碳钢如ZG200 400表示。S200 MPa,b400 MPa的铸钢。,优质铸造碳钢,(1)容器专用钢板,如20R,16MnR。R 容,(三)专用钢材,碳钢有普通与优质两种。区别?,(2)锅炉专用钢板钢管,如20g,20G。g,G 锅,小写板,大写管,(3)焊接气瓶专用钢板,如HP245HP365。数字表示屈服极限,(1)容器专用钢板如20R,16MnR。R 容(三)专用钢,三、碳钢的品种及规格,品种:钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢(1)钢板(压力容器用热扎厚钢板)(P109) 4mm6mm厚度间隔为0.5mm 6mm30mm厚度间隔为 lmm 30mm60mm厚度间隔为2mm 一般碳素钢板材有 Q235-A、 Q235-AF、08、10、15、20等。,9/27/2022,60,三、碳钢的品种及规格品种:钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢9/2,(2)钢管 (P111),无缝钢管和有缝钢管。 无缝钢管有冷轧和热轧。 普通无缝钢管常用材料有10、15、20等。 专门用途的无缝钢管,如热交换器用钢管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。有缝管、水煤气管,分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。,9/27/2022,61,(2)钢管 (P111) 无缝钢管和有缝钢管。,(3)型钢,(1)圆钢和方钢 Q235AF、20、25、45及合金钢,主要用来制造各种轴件;,(2)扁钢 Q235A、Q235AF、20及16Mn等,常用作各类桨叶。,(3)角钢、工字钢及槽钢 Q235A、Q235AF、及16Mn等,可做各类设备的支架、塔盘支承及各类加强结构。,9/27/2022,62,(3)型钢(1)圆钢和方钢 Q235AF、20、25,(4)铸钢和锻钢,铸钢用 ZG表示, ZG25、 ZG35等,用于制造各种承受重载荷的复杂零件,如泵壳、阀门、泵叶轮等。 锻钢有08、10、15、50等牌号。石油化工容器用20、25等制作管板、法兰、顶盖等。,9/27/2022,63,(4)铸钢和锻钢 铸钢用 ZG表示, ZG25、,五、铸铁,含C量2%以上,含有S、P、Si、Mn等杂质。 脆性材料,抗拉强度较低,但有良好铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。 在一些介质(浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等)中有相当好的耐腐蚀性能。 铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。,9/27/2022,64,五、铸铁 含C量2%以上,含有S、P、Si、Mn等杂,1、灰铸铁,2.7%4.0%,片状石墨形式,断面暗灰色。 有优良的铸造性、减振性能,支架、阀体、泵体(机座、管路附件等)。 在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、联碱生产中的碳化塔及淡盐水泵等。 HT和抗拉强度sb值表示,如 HT100,其中100表示sb100MPa。 常用灰铸铁牌号有HT100、 HT150、 HT200、 HT250、 HT300、 HT350。,9/27/2022,65,1、灰铸铁 2.7%4.0%,片状石墨形式,断面暗,2、球墨铸铁,简称球铁。 在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁,甚至接近钢材。 用QT、抗拉强度值、延伸率表示,如QT400-18,其中400表示sb400MPa,18表示d=18%。,9/27/2022,66,2、球墨铸铁 简称球铁。9/27/202266,3、高硅铸铁,有高的耐蚀性能,含硅量增加耐蚀性增加。 强度低、脆性大及内应力大,易于脆裂 热导率小,线膨胀系数大,不适于制造温差较大的设备,否则容易产生裂纹。 常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器牌号有:STSi11Cu2CrR、STSi15R、STSi15Mo3R等。,9/27/2022,67,3、高硅铸铁 有高的耐蚀性能,含硅量增加耐蚀性增加。,第四节 合金钢,在碳钢中添加适量的一种或多种合金元素,得到或改善某些性能。 一、分类与编号 按合金元素总含量分: 合金含量10%,高合金钢,9/27/2022,68,第四节 合金钢 在碳钢中添加适量的一种或多种合金,按用途分: 合金结构钢 调质结构钢、表面硬化钢 低碳马氏体钢、非调质结构钢 合金工具钢 特殊性能钢 不锈钢和耐热钢等,9/27/2022,69,按用途分:9/27/202269,一种是汉字牌号,如35铬钼; 另一种是用国际化学符号,如35CrMo。 表示含碳量平均为万分之35(或0.35%),含 Cr、Mo在1%左右。 当平均质量分数1.5%、2.5%,3.5%时,在元素符号后面应标明含量,可相应表示为2、3、4。如36Mn2Si。,9/27/2022,70,一种是汉字牌号,如35铬钼;9/27/20227,二、合金元素对钢的影响,目前常用的合金元素有:铬(Cr),锰(Mn),镍(Ni),硅(Si),硼(B),钨(W),钼(Mo),钒(V),钛(Ti)和稀土元素(Re)等。,9/27/2022,71,二、合金元素对钢的影响 目前常用的合金元素有:铬(,1、铬,提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。 含量达到13时,能使钢的耐腐蚀能力显著提高,并增加钢的热强性。 提高钢的淬透性,显著提高钢的强度、硬度和耐磨性,但使塑性和韧性降低。,9/27/2022,72,1、铬 提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。9/27/202,2、锰,提高强度和提高低温冲击韧性。3、镍 提高淬透性,有很高的强度,而又保持良好的塑性和韧性。 提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。 镍基合金具有更高的热强性能。 镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。,9/27/2022,73,2、锰 提高强度和提高低温冲击韧性。9/27/2022,4、硅,提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。 硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。 5、铝 强脱氧剂,显著细化晶粒,提高冲击韧性,降低冷脆性。 提高抗氧化性和耐热性,对抵抗H2S介质腐蚀有良好作用。 价格便宜,在耐热钢中常以它来代替铬。,9/27/2022,74,4、硅 提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介,6、钼,提高高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。钼能抗氢腐蚀。 7、钒 于固溶体中提高高温强度,细化晶粒,提高淬透性。 铬钢中加少量钒,在保持钢的强度情况下,能改善钢的塑性。,9/27/2022,75,6、钼 提高高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。,8、钛,强脱氧剂,可提高强度、细化晶粒,提高韧性,减小铸锭缩孔和焊缝裂纹等倾向。 在不锈钢中稳定碳,防止晶间腐蚀提高耐热性。 9、稀土元素 提高强度,改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。,9/27/2022,76,8、钛 强脱氧剂,可提高强度、细化晶粒,提高韧性,减,三、可焊接的低合金高强度钢,碳含量通常小于0.25%。 有较高的屈服强度(3001000MPa)和屈强比(ss/sb=0.650.95), 较好的冷热加工性能、良好的焊接性能,较低的冷脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀能力。,9/27/2022,77,三、可焊接的低合金高强度钢 碳含量通常小于0.25%,低合金高强度钢按性能和用途分,高强度钢、低温钢和耐蚀钢1、高强度钢350MPa强度级,典型牌号为16Mn;400MPa强度级,典型钢号为14MnMoV500MPa强度级,典型12MnNiCrMoVCu 用于船舶、车轴、压力容器、锅炉、输送管线等的焊接结构件。,9/27/2022,78,低合金高强度钢按性能和用途分高强度钢、低温钢和耐蚀钢9/27,2、低温钢 主要有09Mn2V(-70)、06MnNb(-90)3、耐蚀钢 10MnPNbRE钢耐海洋大气及海水腐蚀, 12MnAlV钢制造炼油厂耐高温硫化氢设备。,9/27/2022,79,2、低温钢9/27/202279,大型化工容器16MnR,质量比碳钢轻 l/3; 与碳钢相比,用15MnV制造球形贮罐可节省钢材约45%。 根据容器的具体操作条件(温度、压力)和制造加工(卷板、焊接)要求,选用,9/27/2022,80,大型化工容器16MnR,质量比碳钢轻 l/3;9/,四、特殊性能钢,不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢1、不锈钢 不锈钢和耐酸钢的统称,也称不锈耐酸钢 一般称耐空气、蒸汽和水等弱腐蚀介质的钢为不锈钢,称耐酸、碱、盐等强烈腐蚀性介质的钢为耐酸钢。,9/27/2022,81,四、特殊性能钢 不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢9/2,通常按钢的金相组织分为: 铁素体不锈钢 奥氏体不锈钢 奥氏体-铁素体双相不锈钢 马氏体不锈钢等,9/27/2022,82,通常按钢的金相组织分为:9/27/202282,(1)铁素体不锈钢,含C0.15,铬量在1230。有些钢种还含有钼、钛等元素。 不锈纲中的含C量都较低, Cr23C6而消耗了铬。都在13以上。 对晶间腐蚀比较敏感;铬含量高时,脆性转变温度高,可焊性较差。 lCr13、2Cr13、受冲击载荷较大的零件 0Cr13、0Cr17Ti耐氧化性酸和硫化氢气体的腐蚀,部分代替高铬镍型不锈钢,9/27/2022,83,(1)铁素体不锈钢 含C0.15,铬量在1230,(2)奥氏体不锈钢,优异的综合性能,包括优良的力学性能,冷、热加工和成型性,可焊性和在许多介质中的良好耐蚀性。 含氯离子,发生晶间腐蚀的倾向。 锰和氮代替不锈钢中的镍,发展出了铬锰镍氮系和铬锰氮系不锈钢。例如 Cr18Mn8Ni5、 Cr18Mn10Ni5Mo3N。,9/27/2022,84,(2)奥氏体不锈钢 优异的综合性能,包括优良的力学,在400800的温度范围内,碳从奥氏体中以碳化铬(Cr23C6)形式沿晶界析出,使晶界附近的合金元素(铬与镍)含铬量降低到耐腐蚀所需的最低含量(12%)以下,腐蚀就在此贫铬区产生。这种沿晶界的腐蚀称为晶间腐蚀。,9/27/2022,85,在400800的温度范围内,碳从奥氏体中以,防止晶间腐蚀的方法:,1)降低含碳量 0.06%时不易产生,0.03%时可靠地克服,超低碳不锈钢,如00Cr19Nil0 2)稳定碳原子,加入Ti,Nb,V,Mo稳定剂,广泛用,0Cr18Nil0Ti、 0Cr18NillNb 3)形成双相组织,加入铁素体促成元素Ti,Al,Si,Mo,铁素体含铬高、补充快,5%以内,阻断腐蚀通路。,9/27/2022,86,防止晶间腐蚀的方法:1)降低含碳量 0.06%时不易产生,,防止晶间腐蚀的方法:,4)控制热规范,快速加热和冷却,或非常缓慢。5)补充热处理 稳定化退火(免疫处理):850度保温2小时,充分扩散 高温淬火水冷(固熔) :1100度左右加热后淬火,单相奥氏体,9/27/2022,87,防止晶间腐蚀的方法:4)控制热规范,快速加热和冷却,或非常缓,加入Mo提高对氯离子 Cl-的耐蚀能力,lCr18Nil2Mo3Ti。 0Cr18Nil8Mo2Cu2Ti。同时加入 Mo、Cu,则在室温、浓度为50%以下的硫酸中也具有较高的耐蚀性,也可提高在低浓度盐酸中的抗腐蚀性,9/27/2022,88,加入Mo提高对氯离子 Cl-的耐蚀能力,lCr18,2、耐热钢和高温合金,例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等,温度往往达到1000以上。 300350即需选用耐热钢,一般耐热钢工作温度都在700以下,7001000用高温合金。,9/27/2022,89,2、耐热钢和高温合金 例如石油化工的乙烯裂解、氨的合,耐热钢,Cr、Al、Si铁素体形成元素,被高温气体氧化后生成一种致密的氧化膜。 Ni、Mn奥氏体形成元素, 提高高温强度和改善抗渗碳性。 V、Nb、Ti形成强碳化物提高高温强度。 C和N扩大和稳定奥氏体提高高温强度 B和Re均为耐热钢中添加的微量元素,可以显著提高钢材的抗氧化性,并改善其热塑性。,9/27/2022,90,耐热钢 Cr、Al、Si铁素体形成元素,被高温气体,耐热钢,按特性和用途可分为抗氧化钢(又称高温不起皮钢)和热强钢。 抗氧化钢是指高温下具有较好的抗氧化性,并有适当强度的钢种。 热强钢高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力,且有较高的强度。常用来高温工作下的汽缸、螺栓及锅炉的过热器等。,9/27/2022,91,耐热钢 按特性和用途可分为抗氧化钢(又称高温不起皮钢,高温合金,铁基合金、镍基合金、钴基合金。 铁基耐热合金工作温度700,含有相当高的Cr、Ni成分和其他强化元素。 镍基耐热合金是目前在700900,使用最广泛的一种高温合金。这类合金的Ni含量通常在50%以上。 钴基耐热合金的高温强度主要靠固溶强化获得。钴价格昂贵,应用受到很大的限制,一般在1000以上才用。,9/27/2022,92,高温合金 铁基合金、镍基合金、钴基合金。9/27/2,9/27/2022,93,9/27/202293,3、低温用钢,深冷分离、空气分离等。 (温度-20) 目前国外低温设备用的钢材主要是以高铬镍钢为主,也有使用镍钢、铜和铝等。 我国无铬镍的低温钢材系列。 16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR,9/27/2022,94,3、低温用钢 深冷分离、空气分离等。 (温度-20,第五节 有色金属,9/27/2022,95,第五节 有色金属9/27/202295,一、铝及其合金,浓硝酸以及干氯化氢、氨气中耐腐蚀 卤素离子的盐类、氢氟酸以及碱溶液都会破坏铝表面的氧化膜。 铝不会产生火花,常用于制作含易挥发性介质的容器; 铝不会使食物中毒,不沾污物品,不改变物品颜色,在食品工业中代替不锈钢。铝的导热性能好,适合于作换热设备,9/27/2022,96,一、铝及其合金 浓硝酸以及干氯化氢、氨气中耐腐蚀 9,变形铝合金(工业纯铝和防锈铝)和铸造铝合金1、变形铝合金(1)工业纯铝 L+序号,序号大纯度低。 工业高纯铝LG1(1A85)、LG2(1A90),抗硫腐蚀,浓硝酸设备,高压釜、槽车、贮槽、阀门、泵。 工业纯铝L6(8A06),耐硫腐蚀、防污染而不要求强度的设备,例如:反应器、热交换器、深冷设备、塔器等。,9/27/2022,97,变形铝合金(工业纯铝和防锈铝)和铸造铝合金9/27/2022,(2)防锈铝,由铝锰系或铝镁组成的铝合金,LF2,LF3,LF5等。强度比纯铝高 LF2、LF3用于中等强度的零件或设备; LF5制造油箱、管道、低压容器、铆钉 LF6用于受力零件及焊制容器。 由于熔焊的铝材在低温(0-196)下冲击韧性不下降,很适合做低温设备。,9/27/2022,98,(2)防锈铝 由铝锰系或铝镁组成的铝合金,LF2,L,2、铸造铝合金,是铝、硅合金。 Al-Si系,俗称硅铝明,典型牌号ZAlSi7Mg,合金号为ZL101; Al-Cu系,应用最早,热强性高,300,耐腐蚀性较差。典型牌号ZAlCu5Mn,合金号为ZL201; Al-Mg系,室温力学性能高,耐腐蚀性能好,但热强性低。铸造性能差,典型牌号ZAlMg10,合金号为ZL301;,9/27/2022,99,2、铸造铝合金 是铝、硅合金。9/27/202299,Al-Zn系,Zn在Al中溶解度大,再加入硅及少量镁、铬等元素,具有良好的综合性能,典型牌号ZAlZn11Si17,合金号为ZL401。 铝的铸造性、流动性好,铸造时收缩率和生成裂纹的倾向性都很小。 耐蚀性好,且密度小,广泛用来铸造形状复杂的耐蚀零件,如管件、泵、阀门、汽缸、活塞等。,9/27/2022,100,Al-Zn系,Zn在Al中溶解度大,再加入硅及少,二、铜及其合金,半贵重金属1、纯铜(紫铜) 低温时可保持较高的塑性和冲击韧性,用于制作深冷设备和高压设备垫片。 耐稀硫酸、亚硫酸、稀的和中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸及其它非氧化性酸等介质的腐蚀,对淡水、大气、碱类溶液的耐蚀能力很好。 不耐各种浓度的硝酸、氨和铵盐溶液。,9/27/2022,101,二、铜及其合金 半贵重金属9/27/2022101,变形纯铜的牌号 Tl、T2、T3、TU1、TU2、TP1、TP2等。 T1、T2是高纯度铜,用于制造电线,配制高纯度合金。 T3杂质含量和含氧量比T1、T2高,主要用于一般材料,如垫片、铆钉等。 TU1、TU2为无氧铜,纯度高,主要用作真空器件。 TP1、TP2为磷脱氧铜,多以管材供应,主要用于冷凝器、蒸发器、换热器、热交换器的零件等。,9/27/2022,102,变形纯铜的牌号 Tl、T2、T3、TU1、TU2、,2、铜合金,黄铜:铜与锌的合金称黄铜 白铜:镍的质量分数含量低于50%的铜镍合金称为简单(普通)白铜,再加入锰、铁、锌或铝等元素的白铜称为复杂(特殊)白铜。 青铜:其它合金。铜与锡Sn的合金称为锡青铜;铜与铝、硅、铅、铍、锰等组成的合金称无锡青铜。,9/27/2022,103,2、铜合金 黄铜:铜与锌的合金称黄铜 9/27/20221,(1)黄铜,Cu与Zn的合金称黄铜。 铸造性能好,力学性能比纯铜高,耐蚀性能与纯铜相似,在大气中耐腐蚀性比纯铜好,价格便宜,应用较广。 在黄铜中加入锡、铝、硅、锰等元素,特种黄铜。 锰、铝能提高强度;铝、锰和硅提高抗蚀性和减磨性;铝能改善切削加工性。,9/27/2022,104,(1)黄铜 Cu与Zn的合金称黄铜。9/27/202,常用的黄铜牌号有H80、H68、H62等 H80大气、淡水及海水中有较高耐腐蚀性、加工性能优良,可作薄壁管和波纹管。 H68塑性好,可在常温下冲压 H62在室温下塑性较差,但机械强度较高,易焊接,价格低廉,可做深冷设备的筒体、管板、法兰及螺母等。 锡黄铜 HSn70-l含有1%的锡,能提高在海水中的耐蚀性。称海军黄铜。,9/27/2022,105,常用的黄铜牌号有H80、H68、H62等9/27/2,(2)白铜,镍含量低于50%的铜镍合金称为简单(普通)白铜,再加入锰、铁、锌或铝等元素的白铜称为复杂(特殊)白铜。 白铜是工业铜合金中耐腐蚀性能最优者,抗冲击腐蚀、应力腐蚀性能亦良好,是海水冷凝管的理想材料。,9/27/2022,106,(2)白铜 镍含量低于50%的铜镍合金称为简单(普通,(3)青铜,铜与锡的合金称为锡青铜;铜与铝、硅、铅、被、锰等组成的合金称无锡青铜。 锡青铜分铸造锡青铜和压力加工锡青铜。 锡青铜典型牌号 ZQSn10-1,有高强度和硬度,能承受冲击载荷,耐磨性很好,具有优良的铸造性,比纯铜耐腐蚀。 锡青铜用来铸造耐腐蚀和耐磨零件,如泵壳、阀门、轴承、蜗轮、齿轮、旋塞等。 无锡青铜力学性能好,9/27/2022,107,(3)青铜 铜与锡的合金称为锡青铜;铜与铝、硅、铅、,三、钛及其合金,钛的密度小(4.507g/cm3)、强度高、耐腐蚀性好、熔点高。 工业纯钛牌号有 TA0、TA2、TA3(编号愈大、杂质含量愈多)。 纯钛加工性能良好;有良好的耐蚀性。钛也是很好的耐热材料。 在钛中添加锰、铝或铬钼等元素,可获得性能优良的钛合金。,9/27/2022,108,三、钛及其合金 钛的密度小(4.507g/cm3)、,四、镍及其合金,高强度和塑性,