化工设备常用材料课件.pptx

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1、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

2、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、

3、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

4、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

5、、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9/27/202214,9/27/20

6、22,15,9/27/202215,四、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,9/27/20

7、22,18,一、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

8、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

9、： 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

10、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。,9/2

11、7/2022,26,（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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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)、

18、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：

19、 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

20、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

21、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

22、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

23、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，

24、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

25、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

26、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

27、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

28、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

29、，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

30、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

31、%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

32、、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。,9/27/2

33、022,74,4、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,

34、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

35、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

36、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。 lCr1

37、3、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（Cr23C

38、6）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

39、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

40、-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,

41、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

42、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

43、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

44、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

45、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

46、/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

47、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

48、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

49、，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

50、，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，