第一章化工设备材料课件.ppt

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1、化工设备机械基础,2023/3/28,2,现代化企业的雄姿,2023/3/28,3,现代化企业的雄姿,2023/3/28,4,现代化企业的雄姿,2023/3/28,5,教材：高等学校理工科规划教材“化工设备机械基础”，刁玉玮主编大连理工大学出版社,2023/3/28,6,绪 言,一、目的和意义合理设备可以简化流程，降低成本设备的结构和材质具备基本工程力学知识，了解化工设备常用材料特性，掌握典型化工设备的设计计算。,2023/3/28,7,二、主要内容及学时安排,第一篇 化工设备材料 6 学时第二篇 化工容器设计 24 学时第三篇 典型化工设备机械设计 14学时,2023/3/28,8,参考书目

2、,1、理论力学上册，哈尔滨工业大学理论力学教研室，高等教育出版社2、材料力学上册，刘鸿文主编，高等教育出版社3、工程力学，朱熙然主编，上海交通大学出版社4、金属材料及热处理，史美堂主编，上海科学技术出版社5、金属工业学上册，范全福主编，高等教育出版社6、化工机械制造，第八章、第九章，姚慧珠、郑海泉编，化学工业出版社,2023/3/28,9,第一篇 材料与焊接,第一章 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压力与温度蠕变、氢腐蚀、低温脆性等,2023/3/28,10,第二节 材料的性能,力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等一、力学性能决定许用应力强度、硬度、弹性、塑

3、性、韧性等,2023/3/28,11,1、强度是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力,抵抗外力的静强度按所抵抗外作用形式可分为 抵抗冲击外力的冲击强度抵抗交变外力的疲劳强度,常温下抵抗外力的常温强度 按环境温度可分为 高温下抵抗外力的高温强度低温下抵抗外力的低温强度,2023/3/28,12,常温强度指标：屈服强度s和抗拉(压)强度b(y)屈强比s/b适当蠕变强度n：在高温时，材料抵抗发生缓慢塑性变形的能力持久强度D：在给定温度下，促使试样经 过一定时间发生断裂的应力疲劳强度-1：-1,以106-107次不被破坏的应力,2023/3/28,13,2、硬度,局部抵抗能力弹性、强度与塑性的综合性

4、能指标压入硬度：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,2023/3/28,14,3、塑性,延伸率,断面收缩率,化工设备材料一般要求5=10%-20%,2023/3/28,15,4、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/cm2,2023/3/28,16,二、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。,2023/3/28,17,三、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

5、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,2023/3/28,18,四、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,2023/3/28,19,第三节 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；一般含碳量0.022称为钢；大于2称为铸铁；当含碳量小于0.02时称纯铁(工业纯铁)；含碳量大于4.3的铸铁极脆,2023/3/28,20,一、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,2023/3/28,21,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；

6、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。,2023/3/28,22,铸铁一般碳以石墨形式存在，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。,2023/3/28,23,2、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。,2023/3/28,24,3、碳钢的基本组织,碳

7、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的物体 这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。,2023/3/28,25,（1）铁素体,碳溶解在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），强度和硬度低，但塑性和韧性很好。低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。,2023/3/28,26,（2）奥氏体,碳溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。g-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比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

8、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。,2023/3/28,27,（3）渗碳体,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。含碳量大于2时，部分碳以石墨形式存在，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。,2023/3/28,28,（4）珠光体,铁素体与渗碳体的机械混合物。力学性能介于铁素体和渗碳体之间，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。,2023/3/28,29,（5）莱氏体,珠光体和初次渗碳体的共晶混合

9、物。具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。,2023/3/28,30,（6）马氏体,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。,2023/3/28,31,二、铁碳合金状态图,2023/3/28,32,钢在加热时形成单一的奥氏体组织。,2023/3/28,33,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。,2023/3/28,34,三、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。,2023/3/2

10、8,35,1、退火和正火,退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却。目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分内应力，防止工件变形。正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。,2023/3/28,36,2、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。淬火剂有空气、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。,2023/3/28,37,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

11、。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。,2023/3/28,38,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。,2023/3/28,39,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

12、寸，它与回火作用相类似。,2023/3/28,40,3、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。,2023/3/28,41,4、化学热处理,有渗碳、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。,2023/3/28,42,四、碳钢,1、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

13、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。,2023/3/28,43,（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%。,2023/3/28,44,（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。

14、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%。,2023/3/28,45,（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。,2023/3/28,46,（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。,2023/3/28,47,（6）氮

15、,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。,2023/3/28,48,（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,2023/3/28,49,2、分类与编号,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,2023/3/28,50,（1）普通碳素钢,Q235-A，屈服强度数值（MPa）质量等级A

16、，B，C，D。脱氧方法为F，b，Z，TZ。化工压力容器用钢一般选用镇静钢。普通碳素钢有 Q195、Q215、Q235、Q255及 Q275五个钢种。,2023/3/28,51,（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。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。,2023/3/28,52,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、4

17、5、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。,2023/3/28,53,（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。,2023/3/28,54,3、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）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。,2023

18、/3/28,55,（2）钢管,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。有缝管、水煤气管，分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。,2023/3/28,56,（3）型钢,有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不等边）、工字钢和槽钢。圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；扁钢常用作各种桨叶；角钢、工字钢及槽钢可做各种设备的支架、塔盘支承及各种加强结构。,2023/3/28,57,（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

19、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。,2023/3/28,58,五、铸铁,含碳量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。,2023/3/28,59,1、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

20、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。,2023/3/28,60,2、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%。,2023/3/28,61,3、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：STSi11Cu2

21、CrR、STSi15R、TSi15Mo3R等。,2023/3/28,62,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,2023/3/28,63,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,2023/3/28,64,一种是汉字牌号，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三十五(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

22、2、3、4。如36Mn2Si。,2023/3/28,65,二、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。,2023/3/28,66,1、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。,2023/3/28,67,2、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

23、被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。,2023/3/28,68,4、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。,2023/3/28,69,6、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，能改善钢的塑性。,2023/3/28,70,8、钛,强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒，提高韧性，减小铸锭缩孔

24、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。,2023/3/28,71,三、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。,2023/3/28,72,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

25、于船舶、车轴、压力容器、锅炉、输送管线等的焊接结构件。,2023/3/28,73,2、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。,2023/3/28,74,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,2023/3/28,75,四、专业用钢,锅炉用钢，压力容器用钢、焊接气瓶用钢。在钢号后面分别加注 g、R或HP等，如20g、16MnR和15MnVHP等。质地

26、均匀、杂质含量低，能满足某些力学性能的特殊检验项目要求。,2023/3/28,76,五、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。,2023/3/28,77,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-铁素体双相不锈钢和马氏体不锈钢等,2023/3/28,78,（1）铁素体不锈钢,含碳0.15，铬量在1230。有些钢种还含有钼、钛等元素。不锈纲中的含碳量都较低，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

27、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,2023/3/28,79,（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。,2023/3/28,80,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

28、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。,2023/3/28,81,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。,2023/3/28,82,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

29、冷（固熔）：1100度左右加热后淬火，单相奥氏体,2023/3/28,83,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,2023/3/28,84,2、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。,2023/3/28,85,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

30、、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。,2023/3/28,86,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。,2023/3/28,87,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在700以下，含有相当高的铬、镍成分和其他强化元素。

31、镍基耐热合金是目前在700900范围内使用得最广泛的一种高温合金。这类合金的镍含量通常在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。,2023/3/28,88,3、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,2023/3/28,89,第五节 有色金属,铜 T 黄铜H 青铜Q 铝L 铅Pb 铸造合金 Z轴承合金Ch,2023/3/28,90

32、,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,2023/3/28,91,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）工业纯铝工业高纯铝1A85、1A90，抗硫腐蚀，浓硝酸设备，高压釜、槽车、贮槽、阀门、泵。工业纯铝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。,2023/3/28,92,（2）防锈铝,由铝锰系或铝镁组成的铝合

33、金，5A02、5A03、5A05、5A06等。强度比纯铝高5A02、5A03用于中等强度的零件或设备；5A05制造油箱、管道、低压容器、铆钉5A06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。,2023/3/28,93,2、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；,2023/3

34、/28,94,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。,2023/3/28,95,二、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。,2023/3/

35、28,96,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。,2023/3/28,97,2、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。铜与锡的合金称为锡青铜；铜与铝、硅、铅、铍、锰等组成的合金

36、称无锡青铜。,2023/3/28,98,（1）黄铜,铜与锌的合金称黄铜。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。,2023/3/28,99,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

37、的耐蚀性。称海军黄铜。,2023/3/28,100,（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。,2023/3/28,101,（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

38、性能好,2023/3/28,102,三、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。,2023/3/28,103,四、镍及其合金,高强度和塑性，好的延伸性和可锻性。好的耐腐蚀性，用于制造处理碱介质的化工设备。牌号为 NCu28-2.5-1.5的蒙乃尔耐蚀合金应用最广。蒙乃尔合金能在500时保持高的力学性能，能在750以下抗氧化，在非氧化性酸、盐和有机溶液中比纯镍、纯铜更具耐蚀性。,2023

39、/3/28,104,五、铅及其合金,硬度低、强度小，不宜单独作为设备材料，只适于做设备的衬里。热导率小；纯铅不耐磨，非常软。但在许多介质中，特别是在硫酸(80%的热硫酸及92%的冷硫酸)中铅具有很高的耐蚀性。铅与锑合金称为硬铅，硬度、强度都比纯铅高，在硫酸中的稳定性也比纯铅好。硬铅的主要牌号为 PbSb4、PbSb6、PbSb8和 PbSb10。,2023/3/28,105,铅和硬铅在硫酸、化肥、化纤、农药、电器设备中可用来做加料管、鼓泡器、耐酸泵和阀门等零件。由于铅具有耐辐射的特点，在工业上用作 X射线和g射线的防护材料。铅合金的自润性、磨合性和减振性好，噪音小，是良好的轴承合金。铅合金还用

40、于铅蓄电池极板、铸铁管口、电缆封头的铅封等。,2023/3/28,106,第六节 非金属材料,既可用作结构材料，又能作设备的保护衬里、涂层，还可做设备的密封材料、保温材料和耐火材料。非金属材料分为无机非金属材料（陶瓷、搪瓷、岩石、玻璃等）及有机非金属材料（塑料、涂料、橡胶等）及近2030年来发展的复合材料（玻璃钢、不透性石墨等）。,2023/3/28,107,一、无机非金属材料,1、化工陶瓷好的耐腐蚀性、耐热性和一定机械强度。导热性差，热膨胀系数较大，受碰击或温差急变而易破裂。,2023/3/28,108,2、化工搪瓷由含硅量高的瓷釉通过900左右的高温煅烧，使瓷釉密着在金属表面。具有优良的耐

41、腐蚀性能、力学性能和电绝缘性能，但易碎裂。热导率不到钢的1/4，热膨胀系数大。不能直接用火焰加热，以免损坏搪瓷表面，可以用蒸汽或油浴缓慢加热。使用温度为-30270。,2023/3/28,109,3、辉绿岩铸石用辉绿岩熔融后制成，可制成板、砖等材料作设备衬里，也可做管材。铸石除对氢氟酸和熔融碱不耐腐蚀外，对各种酸、碱、盐都具有良好的耐腐蚀性能。,2023/3/28,110,4、玻璃 化工用的玻璃不是一般的钠钙玻璃，而是硼玻璃（耐热玻璃）或高铝玻璃，它们有好的热稳定性和耐腐蚀性。有耐腐蚀性、清洁、透明、阻力小、价格低等特点，但质脆、耐温度急变性差，不耐冲击和振动。目前已成功采用在金属管内衬玻璃或

42、用玻璃钢加强玻璃管道，来弥补其不足。,2023/3/28,111,二、有机非金属材料,1、工程塑料是用高分子合成树脂为主要原料，加入添加剂以改善产品性能。热塑性材料遇热软化或熔融，冷却后又变硬，可反复多次。聚氯乙烯、聚乙烯等。热固性塑料固化后不能用加热的方法使之再软化，酚醛树脂、氨基树脂等。有良好的耐腐蚀性能、一定机械强度、良好的加工性能和电绝缘性能，价格较低,2023/3/28,112,（1）硬聚氯乙烯（PVC）塑料使用温度为-10+55。当温度在6090时，强度显著下降。（2）聚乙烯（PE）塑料在室温下，除硝酸外，对各种酸、碱盐溶液均稳定，对氢氟酸特别稳定。（3）耐酸酚醛塑料（PF）使用温

43、度为-30+130。这种塑料性质较脆、冲击韧性较低。,2023/3/28,113,（4）聚四氟乙烯（PTFE）塑料耐强腐蚀性介质腐蚀。甚至超过贵重金属金和银，有塑料王之称。常用作耐腐蚀、耐高温密封元件及高温管道。有良好的自润滑性，还可以用作无油润滑压缩机的活塞环。有突出的耐热和耐寒性，使用温度范围为-200250。,2023/3/28,114,（5）玻璃钢又称玻璃纤维增强塑料。用合成树脂为粘结剂，以玻璃纤维为增强材料，按一定成型方法制成。具有优良的耐腐蚀性能，强度高和良好的工艺性能，是一种新型非金属材料。树脂不同而差异很大。环氧玻璃钢（常用）、酚醛玻璃钢（耐酸性好）、呋喃玻璃钢（耐腐蚀性好）、

44、聚酯玻璃钢（施工方便）等。,2023/3/28,115,2、涂料,品种多，选择范围广、适应性强、使用方便、价格低、适于现场施工等。涂层较薄容易脱落，应用受到了限制。防锈漆、底漆、大漆、酚醛树脂漆、环氧树脂漆以及某些塑料涂料，如聚乙烯涂料、聚氯乙烯涂料等。用静电喷涂。涂料利用率高，容易进行机械化、自动化的大型生产，减少溶剂和涂料的挥发和飞溅，涂膜质量稳定。,2023/3/28,116,3、不透性石墨,由各种树脂浸渍石墨消除孔隙后得到有较高的化学稳定性和良好的导热性，热膨胀系数小，耐温度急变性好；不污染介质，能保证产品纯度；加工性能良好。机械强度较低、性脆。常被用来作腐蚀性强介质的换热器，如氯碱生

45、产中应用的换热器和盐酸合成炉，,2023/3/28,117,第七节 化工设备的腐蚀及防腐措施,2023/3/28,118,常见的金属腐蚀破坏的形态有均匀腐蚀和局部腐蚀（区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、表面下腐蚀等）,2023/3/28,119,第八节 化工设备材料选择,从设备结构、制造工艺、使用条件和寿命等方面考虑，而且还要从设备工作条件下材料的物理性能、力学性能、耐腐蚀性能及材料价格与来源、供应等方面综合考虑。,2023/3/28,120,一、材料的物理、力学性能方面,一般中、低压设备屈服限235到345MPa级。直径较大、压力较高，最好采用普低钢，强度级别宜用400MPa级或以上。操作温度超过

46、400，还需考虑材料的蠕变强度和持久强度。压力容器用钢材，d5不得低于14%。当钢材延伸率d518%时，加工应特别注意。钢管不宜强度级别过高，弯管率很关键，要求塑性好。,2023/3/28,121,二、材料的耐腐蚀性,某磷肥厂需设计一个40m3浓硫酸贮罐，可选灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、铬镍不锈钢和碳钢用瓷砖衬里等。灰铸铁、高硅铸铁抗拉强度低、质脆，不能铸造大型设备，故不宜采用。碳钢的机械强度高、质韧，焊接性能好，但稀硫酸腐蚀严重，故也不能采用。不锈钢价格比较贵，焊接加工要求较高。碳钢做罐壳内衬非金属较合适,2023/3/28,122,三、材料的经济性,碳钢与普低钢的价格比较低廉，应优先选用。考虑国家生产与供应情况，因地制宜选取，品种应尽量少而集中，以便于采购与管理。,2023/3/28,123,四、其他方面,压力容器的材料选择应根据容器的操作条件、腐蚀情况及制造加工要求，依照国家标准GB150-1998的规定，并按GB6654-1996压力容器用钢板与JB 4726-94 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件的规定选用。为了节省材料，中、高压容器应优先选用普通低合金钢（16MnR、15MnVR）。,