金属材料的基本性能.ppt
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ReL,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c,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-AF Q235-A Q235-B Q235-C,Q“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 08 10 15 20 25中碳钢 30 35 40 45 50 55 60高碳钢 60 65 70 80 85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510%,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1.52.49%“2”平均合金含量2.53.49%“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p1.6MPa钢板使用温度为0350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p2.5MPa钢板使用温度为0400用于壳体时，钢板厚度不大于30mm20R,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,28,低合金钢钢板,16MnR15MnVR15MnNbR18MnMoNbR13MnNiMoNbR07MnCrMoVR,16MnDR07MnNiCrMoVDR15MnNiDR09MnNiDR15CrMoR14Cr1MoR,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,29,高合金钢钢板,0Cr13Al0Cr130Cr18Ni90Cr18Ni10Ti0Cr17Ni12Mo20Cr18Ni12Mo2Ti,0Cr19Ni13Mo300Cr19Ni1000Cr17Ni14Mo200Cr19Ni13Mo300Cr18Ni5Mo3Si2,7-4 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,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0250；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-10350。,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 HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350球墨铸铁 QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2 QT800-2 QT900-2,7-5 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 KTH300-06 KTH330-08 KTH350-10 KTH370-12 KTZ450-06 KTZ550-04 KTZ650-02 KTZ700-02,7-5 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 T1 T2 T3无氧铜 TU1 TU2磷脱氧铜 TP1 TP2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 H96 H90 H85 H80 H70 H68 H65 H63 H62 H59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），也用于食品和制药工业中要求耐腐蚀而不要求强度的用品。1060(L2)1050A(L3)1035(L4),纯铝,化工设备设计基础第七章 化工设备常用材料,44,防绣铝（铝、锰、镁合金）可制造各式容器、换热器，代替铜制造深冷设备 5A05(LF5)5A12(LF12)硬铝（铝、铜、镁合金），耐腐蚀性好，强度高，常以硬铝棒料制作受力零件，如深冷设备上的螺栓等 2A04(LY4)2A12(LY12)铝及铝合金用于压力容器受压元件应符合下列要求设计压力不应大于8MPa，设计温度范围为-269200设计温度大于65时，一般不选用含镁量大于3%的铝合金,纯铝,化工设备设计基础第七章 化工设备常用材料,45,强度低，硬度低，密度大，再结晶温度低，熔点低，导热性差在硫酸、大气中有很高的耐腐蚀性有毒，价格高在生产上多被非金属材料代替,铅及铅合金,化工设备设计基础第七章 化工设备常用材料,46,纯铅铅不耐磨，非常软，不宜单独作化工设备，只能作衬里耐硫酸、亚硫酸、浓度小于85%的磷酸、铬酸、氢氟酸等介质腐蚀，不耐蚁酸、醋酸、硝酸和碱溶液等介质的腐蚀Pb4用作设备衬里Pb6用于管道接头,铅及铅合金,化工设备设计基础第七章 化工设备常用材料,47,铅中加锑，可增加铅的硬度、强度和在硫酸中的稳定性铅锑合金称为硬铅，可制作硫酸工业用的泵、阀门、管道等常用牌号：PbSb4 PbSb6 PbSb8,铅合金,化工设备设计基础第七章 化工设备常用材料,48,强度高，塑性、冷韧性好在许多介质中有很好的耐腐蚀性：各种温度、任何浓度的碱溶液和各种熔碱干燥或潮湿的大气氨气和氨的稀溶液氯化物、硫酸盐、硝酸盐的溶液大多数有机酸染料、皂液、糖等介质在含硫气体、浓氨水和强烈充气氨溶液、含氧酸和盐酸等介质中不耐腐蚀,镍及镍合金,化工设备设计基础第七章 化工设备常用材料,49,纯镍镍很稀贵，在化工上主要用于制造碱性介质设备（如苛性碱的蒸发设备），以及铁离子在反应过程中会发生催化影响而不能采用不锈钢的那些过程设备（如有机合成设备等）常用牌号：N6,镍及镍合金,化工设备设计基础第七章 化工设备常用材料,50,镍合金（耐蚀合金）镍铜合金（蒙乃尔合金系列）NCu40-2-2NCu28-2.5-1.5在大气、淡水和流动海水、强碱中均有优良的耐蚀性能在非氧化型无机酸和大多数有机酸中有一定的耐蚀能力在强氧化性溶剂和静止海水中不耐蚀,镍及镍合金,化工设备设计基础第七章 化工设备常用材料,51,Ni65Mo28FeV（Hastelloy B）Ni70Mo28（Hastelloy B-2）在大气和淡水中耐蚀，海水中易产生点蚀，对还原性介质有良好的耐蚀性在磷酸、硫酸、氢氟酸中有良好的耐蚀性，对盐酸亦耐蚀镍铬钼合金Ni60Cr15Mo16W4（Hastelloy C-276）在氧化性气氛中可工作到1040，在还原性介质中亦有良好的耐蚀性,镍钼合金,化工设备设计基础第七章 化工设备常用材料,52,非金属材料具有优良的耐腐蚀性能单独作结构材料金属设备的涂层、衬里密封材料,7-7 非金属材料,化工设备设计基础第七章 化工设备常用材料,53,聚氯乙稀塑料耐酸酚醛塑料聚乙烯塑料聚四氟乙烯塑料玻璃钢涂料,有机非金属材料,化工设备设计基础第七章 化工设备常用材料,54,化工陶瓷化工搪瓷砖板衬里耐热玻璃不透性石墨,无机非金属材料,
