《设备材料及》PPT课件.ppt

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1、第三章 设备材料及防腐蚀,Materials of equipment and anticorrosion,GMP的要求,凡是水、气系统中的管路、管件、过滤器、喷咀等都应采用优质奥氏不锈钢材料。选用其它材料必须耐腐蚀、不生锈。,设备材料,通常设备材料可分为金属材料和非金属材料金属材料有碳钢、铸铁、不锈钢、铝、铅和铜等。具有良好的物理和机械性能，且传热传质优良非金属材料来源广泛，如聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PV）、聚四氟乙烯（PTF）等。具有价格低廉，易于生产等优点，且耐腐蚀性能好,材料的性能,材料的性能包括力学性能物理性能化学性能加工工艺性能,力学性能,力学性能：是指材料在外力作用下抵抗变形或

2、破坏的能力，有强度、硬度、弹性、塑性、韧性等这些性能是进行设备材料选择及计算时决定许用应力的依据材料在常温、静载作用下的宏观力学性能。是确定各种工程设计参数的主要依据。这些力学性能均需用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程序测定，并可同时测定材料的应力-应变曲线。,材料强度,材料强度是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力。不破坏的要求，称为强度要求。作用形式分为，抵抗外力的静强度，抵抗冲击外力的冲击强度，抵抗交变外力的疲劳强度常温强度、高温强度、低温强度常温条件下的屈服强度和抗拉强度,屈服,所谓屈服，是指达到一定的变形应力之后，金属开始从弹性状态非均匀的向塑性状态过度，它标志着宏观塑

3、性变形的开始。材料的变形分为弹性变形（外力撤销后可以恢复原来形状）和塑性变形（外力撤销后不能恢复原来形状，形状发生变化，伸长或缩短）,屈服强度,当应力超过弹性极限后，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，应力应变出现微小波动，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。,屈服强度,屈服强度：材料抵抗开始产生大量塑性变形的应力抗拉强度：材料抵抗外力而不致断裂的最大应力屈强比：屈服强度与抗拉强度的比值屈强比小的材料制造的零件，具有高的安全可靠性，在超载的情况下塑性变形使金属的强度增高，不会立刻断裂；太

4、低材料利用率过低。,屈服强度,有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度（yield strength）,蠕变现象,蠕变现象：材料长期在不变的温度和不变的应力作用下，发生缓慢的塑性变形的现象 疲劳破坏：指金属材料在小于屈服强度极限的循环荷载长期作用下发生破坏的现象静荷载：指不随时间变化的荷载。如设备自重，构件本身自重 静荷载下的断裂与疲劳破坏不同，前者有一外塑性变形的过程，后者没有，所以更具破坏性,硬度,硬度：材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力，是比较各种材料软硬的指标。由于规定

5、了不同的测试方法，所以有不同的硬度标准 硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力,硬度,试验钢铁硬度的最普通方法是用锉刀在工件边缘上锉擦,由其表面所呈现的擦痕深浅以判定其硬度的高低。现代试验硬度常用的方法。常用的硬度测定方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等测试方法,硬度,布氏硬度以HBN(kgf/mm2)表示（HBSHBW）（参照GB/T2311984），生产中常用布氏硬度法测定经退火、正火和调质的钢件，以及铸铁、有色金属、低合金结构钢等毛胚或半成品的硬度。洛氏硬度可分为HRA、HRB、HRC

6、、HRD四种，它们的测量范围和应用范围也不同。一般生产中HRC用得最多。压痕较小，可测较薄的材料和硬的材料和成品件的硬度。维氏硬度以HV表示（参照GB/T4340-1999），测量极薄试样。,塑性(plastic),塑性：指材料受力时。当应力超过屈服点后，能产生显著变形而不即行断裂的性质。利用金属材料的塑性性质加工，使之具有所需形状的过程。金属材料经成形过程后，其组织、性能获得改善和提高。凡受交变载荷作用或受力条件恶劣的构件，一般都要通过塑性成形过程，才能达到使用要求。,塑性,塑性成形是无切屑成形方法，因而能使工件获得良好的流线形状及合理的材料利用率。用塑性成形方法可使工件尺寸达到较高精度，具

7、有很高的生产效率。塑性成形分冷成形、温成形和热成形。温成形要考虑温度对材料性质的影响，热成形还要考虑材料的蠕变效应。,冲击韧性,冲击韧性（冲击值）ak工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak，单位为焦耳（J）。而用试样缺口处的截面积F去除Ak，可得到材料的冲击韧度（冲击值）指标，即ak=Ak/F，其单位为kJ/m2或J/cm2。因此，冲击韧度ak表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。ak值的大小表示材料的韧性好坏。,冲击韧性,材料的ak值随温度的降低而减小，且在某一温度范围内，ak值发生急剧降低，这种现象称为冷脆，此温度范围

8、称为“韧脆转变温度（Tk）”。,韧性（toughness）,韧性：指材料在外加动荷载突然袭击时的一种及时并迅速塑性变形的能力韧性高的材料均具有好的塑性指标，但塑性指标高的材料，却不一定具有好的韧性。在静载下能够缓慢变形的材料，在动载下不一定能迅速地塑性变形,物理性能,金属材料的物理性能有密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量、泊松比,比热容,比热容(specific heat capacity)又称比热容量，简称比热(specific heat)，是单位质量物质的热容量，即使单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。通常用符号c表示。比热容的主单位为J/(kgK)，

9、读作“焦耳每千克开”。物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常用的有定压比热容Cp、定容比热容Cv和饱和状态比热容三种,热导率,或称“导热系数”。是物质导热能力的量度。符号为或K。其定义为：在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米，面积为1米2的平行平面，若两个平面的温度相差1K，则在1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率其单位为瓦特米-1开-1（Wm-1K-1）如没有热能损失，对于一个对边平行的块形材料，则有E/t=A（T2-T1）/式中E是在时间t内所传递的能量，A为截面积，为长度，T2和T1分别为两个截面的温度。,线膨胀系数,线膨胀系数温度每变化1度材料长度变化

10、的百分率。亦称线胀系数。固体物质的温度每改变1摄氏度时，其长度的变化和它在O时长度之比，叫做“线膨胀系数”。单位为1/开。符号为l。其定义式是由于物质的不同，线膨胀系数亦不相同，其数值也与实际温度和确定长度1时所选定的参考温度有关，但由于固体的线膨胀系数变化不大，通常可以忽略，而将a当作与温度无关的常数,导电性,导电性（electric conductivity）金属传导电流的能力叫做导电性。各种金属的导电性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和铝。电导率的物理意义是表示物质导电的性能。电导率越大则导电性能越强，反之越小。电导是电阻的倒数，电导率是电阻率的倒数。=1/电导率的单位是西门子/米

11、（S/m），其它单位有：s/cm，s/cm。1S/m=0.01s/cm=10000s/cm。,磁性,磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作用。在相同的不均匀磁场中，由单位质量的物质所受到的磁力方向和强度，来确定物质磁性的强弱。因为任何物质都具有磁性，所以任何物质在不均匀磁场中都会受到磁力的作用。物质的磁性可以分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。,弹性模量,材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。弹性模量的单位是达因每平方厘米,或牛/米2表示。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的

12、指标，相当于普通弹簧中的刚度。,弹性模量,对一根细杆施加一个拉力F，这个拉力除以杆的截面积S，称为“线应力”，杆的伸长量dL除以原长L，称为“线应变”。线应力除以线应变就等于杨氏模量E=(F/S)/(dL/L)对一块弹性体施加一个侧向的力f（通常是摩擦力），弹性体会由方形变成菱形，这个形变的角度a称为“剪切应变”，相应的力f除以受力面积S称为“剪切应力”。剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=(f/S)/a对弹性体施加一个整体的压强p，这个压强称为“体积应力”，弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”，体积应力除以体积应变就等于体积模量:K=P/(-dV/V),泊松比,法国

13、数学家 Simeom Denis Poisson 为名 定义为材料受拉伸或压缩力时，材料会发生变形，横向应变与纵向应变之比值称为泊松比 Poissons ratio 是一无量纲的物理量。剪切模量G、杨氏模量E 和泊松比三个量中只有两个是独立的，它们之间存在以下关系：,泊松比,空气的泊松比为0，水的泊松比为0.5，中间的可以推出 名 称 弹性模量 E 切变模量 G 泊松比 GPa GPa 镍铬钢 206 79.38 0.25-0.30 合金钢 206 79.38 0.25-0.30 碳钢 196-206 79 0.24-0.28 铸钢 172-202 0.3 球墨铸铁 140-154 73-76

14、 0.23-0.27 灰铸铁 113-157 44 0.23-0.27 白口铸铁 113-157 44 0.23-0.27,化学性能,化学性能是指材料在所处介质中的化学稳定性，即材料是否会与周围介质发生化学或电化学作用引起腐蚀金属的化学性能指标主要有耐腐蚀性和抗氧化性,耐腐蚀性,耐腐蚀性是指金属材料抵抗周围介质(大气、水蒸气、有害气体、酸、碱、盐等)腐蚀作用的能力。金属的耐腐蚀性与许多因素有关，如金属的化学成分、加工性质、热处理条件、组织状态以及介质和温度等,耐腐蚀性,化学腐蚀是金属与周围介质直接起化学作用的结果。它包括气体腐蚀和金属在非电解质中的腐蚀两种形式。其特点是：腐蚀过程不产生电流；且

15、腐蚀产物沉积在金属表面电化学腐蚀是金属与酸、碱、盐等电解质溶液接触时发生作用而引起的腐蚀，称为电化学腐蚀。它的特点是腐蚀过程中有电流产生，其腐蚀产物(铁锈)不覆盖在作为阳极的金属表面上，而是在距离阳极金属的一定距离处,耐腐蚀性,一般腐蚀：是均匀地分布在整个金属内外表面上，使截面不断减小，最终使受力件破坏 晶间腐蚀：在金属内部沿晶粒边缘进行.通常不引起金属外形的任何变化，往往使设备或机件突然破坏 点腐蚀：在金属表面不大的区域内.并迅速向深处发展，最后穿透金属，是一种危害较大的腐蚀破坏,抗氧化性,金属材料在室温或高温下抵抗氧化的能力。金属的氧化过程实际上是属于化学腐蚀的一种形式。它可直接用一定时间

16、内，金属表面经腐蚀之后重量损失的大小，即用金属减重的速度表示热稳定性：金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称。金属材料在高温下的化学稳定性,加工工艺性能,指金属材料可铸造性能（可铸性）、可锻造性能（可锻性）、可焊性（焊接性）和可切削加工性能这些性能直接影响到设备和零部件的制造工艺方法和质量,可铸性,可铸性：指液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向偏析：合金凝固时化学成分的不均匀析出合金钢和高碳钢比低碳钢的偏析倾向大，铸造后要用热处理的办法消除偏析。,可锻性,指金属承受压力加工（锻造）而变形的能力，塑性好的材料，锻压所需的外力小，可锻性好低碳钢的可锻性比中碳及高碳钢好，碳钢比合金钢可锻性好，铸

17、铁是脆性材料，不能进行锻压加工,焊接性,指能用焊接方法使两块金属牢固地连接，且不发生裂纹，具有与母体材料相当的或更高的强度，这种能熔焊的性能称为焊接性,可切销加工性,指金属易于切削。切销性能好的材料刀具寿命长，切销易于折断脱落，灰铸铁（HT150、HT200）、碳钢都具有较好的切割性不锈钢的切削加工性比中碳钢差得多。以普通45号钢的切削加工性作为100%，奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的相对切削加工性为40%；铁素体不锈钢1Cr28为48%；马氏体不锈钢2Cr13为55%。其中，以奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢的切削加工性最差。,黑色金属材料,黑色金属材料主要指铁和钢，多数化工机械设备是用铸铁

18、和碳钢制成的。黑色金属材料是铁和以铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）。黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90以上的工业纯铁，含碳24的铸铁，含碳小于2的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。,碳钢,主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。碳钢也叫碳素钢，指含炭量WC小于2%的铁碳合金。碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。,碳钢的分类,按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类，碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种；按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉

19、钢；按脱氧方法可分为沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和特殊镇静钢（TZ）；按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC 0.25%）,中碳钢（WC0.25%0.6%）和高碳钢（WC0.6%）；按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）和特级优质钢。一般碳钢中含碳量较高则硬度越大，强度也越高，但塑性较低,普通碳素钢,普通碳素钢是普通碳素结构钢的简称，按其屈服强度等级分为五种牌号，钢结构常用的牌号为Q235钢。钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。如Q235AF，其中“Q，是钢材屈

20、服点“屈”字汉语拼音的首位字母；235为该牌号钢的屈服点数值，表明该钢材的屈服强度为“235N/MM;A为钢材的质量等级符号，共分为A,B,C,D四个等级；A级为最低等级，D级为最高等级；F 是沸腾钢“沸”字汉语拼音的首位字母，表明该钢材为沸腾钢。,普通碳素钢,钢材牌号尾部若标明“B字母，则表明该钢材为半镇静钢，“B”为半镇静钢“半”字汉语拼音的首位字母；“Z”字母是镇静钢“镇”字汉语拼音的首位字母，代表镇静钢；“TZ”字母是特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音的首位字母，代表特殊镇静钢。在钢的牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号予以省略，F、“B、“Z”和“TZ”四种符号表明钢锭浇铸时的脱氧程

21、度。,普通碳素钢,镇静钢是用铝、硅等充分脱氧的钢，浇铸时放出气体少，质量好，但价格贵。沸腾钢是用锰铁脱氧，由于脱氧不充分，浇铸时在钢锭中有沸腾现象，质量不够均匀，但生产率较高。介于镇静钢和沸腾钢之间的是半镇静钢。,普通碳素钢,普通碳素钢有以下五个钢种：Q195、Q215、Q235、Q255及Q275Q235A具有良好的塑性、韧性和加工工艺性，价格便宜，在化工设备制造中应用广泛，其棒材和型钢用作螺栓、螺母、支架、垫片、轴套等零部件，还可制作阀门和管件,优质碳素钢,优质碳素钢：含硫、磷有害杂质少，冶炼工艺严格，钢材组织均匀，有面质量高，同时其化学成分和力学性能均能得到保证。优质碳钢的编号仅用两位数

22、字表示，标示钢中平均含碳量的万分之几。如45号钢，表示钢中的含碳量平均为0.45%（0.420.50%），锰含量优质非合金钢，应将锰元素标出，如45Mn,优质碳素钢,根据含碳量不同，分为优质低碳钢（含碳量小于0.25%），如08、10、15、20、25，强度较低，塑性好，焊接性能好，用于生产设备壳体和法兰优质中碳钢（含碳量在0.30.6%），如30、35、40、45，强度较高，韧性好，焊接性能差，用于生产螺栓和螺母优质高碳钢（含碳量大于0.6%），如60、65、70、80，强度与硬度高，用于生产弹簧,高级优质纲,高级优质钢中比优质钢中含硫、磷还少（均小于0.03%），它的钢号表示方法是优质钢号

23、后加一个A，如20A,碳钢的品种和规格,碳钢的品种有钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢,钢板,钢板分为薄钢板和厚钢板两大类薄钢板厚度有0.24mm的冷轧与热轧两种，厚钢板是热轧压力容器主要用热轧厚钢板制造。依据钢板厚度的不同，厚度间隔也不同。钢板厚度在46mm时，其厚度间隔为0.5mm；厚度630mm，厚度间隔为1mm；厚度在3060mm时，厚度间隔为2mm,钢板,化工容器用钢板压力31.4Mpa，工作温度-20450，也有低于-20 的钢板厚度6100mm，最小宽度600mm,最小长度1200mm,钢管,钢管分为有缝钢管和无缝钢管两类无缝钢管分为冷轧和热轧两种，冷轧无缝钢管外径和壁厚尺寸精度均较热

24、轧为高有缝钢管分镀锌（白铁管）和不镀锌（黑铁管）两种,钢管,钢管,钢管每米的理论重量（钢的密度为7.85kg/dm3）计算公式：W=0.02466（D-S）S 式中：W-钢管每米理论重量，kg/m；D-钢管的公称外径，mm；S-钢管的公称壁厚，mm。,型钢,简单断面型钢方钢 热轧方钢、冷拉方钢；圆钢 热轧圆钢、锻制圆钢、冷拉圆钢线材；扁钢；弹簧扁钢；角钢 等边角钢、不等边角钢；三角钢六角钢；弓形钢；椭圆钢,型钢,复杂断面型钢工字钢 普通工字钢、轻型工字钢槽钢 热轧槽钢（普通槽钢、轻型槽钢）、弯曲槽钢H型钢（又称宽腿工字钢）钢轨 重轨、轻轨、起重机钢轨、其他专用钢轨窗框钢钢板桩弯曲型钢 冷弯型钢

25、、热弯型钢,槽钢,槽钢是截面为凹槽形的长条钢材。其规格表示方法，如120*53*5，表示腰高为120毫米，腿宽为53毫米的槽钢，腰厚为5毫米的槽钢，或称12#槽钢,工字钢,工字钢也称钢梁，是截面为工字形的长条钢材。其规格以腰高(h)*腿宽(b)*腰厚(d)的毫数表示，如“工160*88*6”，即表示腰高为160毫米，腿宽为88毫米，腰厚为6毫米的工字钢。工字钢的规格也可用型号表示，型号表示腰高的厘米数，如工16#。,角钢,角钢俗称角铁、是两边互相垂直成角形的长条钢材角钢可按结构的不同需要组成各种不同的受力构件，也可作构件之间的连接件。广泛地用于各种建筑结构和工程结构，如房梁、桥梁、输电塔、起重

26、运输机械、船舶、工业炉、反应塔、容器架以及仓库货架等,角钢,角钢的规格用边长和边厚的尺寸表示。目前国产角钢规格为号，以边长的厘米数为号数，同一号角钢常有种不同的边厚。进口角钢标明两边的实际尺寸及边厚并注明相关标准。一般边长.c以上的为大型角钢，.cc之间的为中型角钢，边长c以下的为小型角钢。30毫米、边厚为3毫米的等边角钢。型号是边宽的厘米数，如3#。每米重量=0.00785*（边宽+边宽-边厚）*边厚4#40 3 1.852表示的含义是4号角钢，边宽 40mm。边厚3mm、每料,铸钢,用以浇注铸件的钢。铸造合金的一种。铸钢分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢3类,铸造碳钢,铸造碳钢。以碳为

27、主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。含碳小于0.2的为铸造低碳钢，含碳0.20.5的为铸造中碳钢，含碳大于0.5的为铸造高碳钢。随着含碳量的增加，铸造碳钢的强度增大，硬度提高。铸造碳钢具有较高的强度、塑性和韧性，成本较低，用于制造阀门、泵壳等,铸造碳钢,一般工程用铸造碳钢的牌号和化学成分,铸造碳钢,一般工程用铸造碳钢的力学性能,铸造碳钢,铸造低合金钢,铸造低合金钢主要包括锰系、铬系和镍系三个系列。这些系列钢种是在铸造碳钢的成分基础上进行合金化，并通过相就的热处理，以获得比铸造钢更高的常温机械性能的。,铸造低合金钢,锰系低合金钢：以锰作为主要合金化元素，而以硅、钼等作为辅助强化元素，构成锰钢、

28、锰硅钢、锰硅铬钢和锰钼钢。铬系低合金钢：以铬作为主要合金化元素，而以钼、镍等作辅助强化元素，构成铬钢，铬镍钢。镍系低合金钢：以镍作为主要合金化元素，而以铬或与作辅化元素构成镍钢、镍铬钢、镍铬钼系钢种。,铸造特种钢,为适应特殊需要而炼制的合金铸钢，品种繁多，通常含有一种或多种的高量合金元素，以获得某种特殊性能。例如，含锰1114的高锰钢能耐冲击磨损，多用于矿山机械、工程机械的耐磨零件；以铬或铬镍为主要合金元素的各种不锈钢，用于在有腐蚀或650以上高温条件下工作的零件，如化工用阀体、泵、容器或大容量电站的汽轮机壳体等。,锻钢,锻钢是指采用锻造方法而生产出来的各种锻材和锻件。是将整块钢材直接在炽热状

29、态下煅打，使之成形。锻钢件的质量比铸钢件高，能承受非常大的冲击力。塑性、韧性和其他方面的力学性能也都比铸钢件高，所以凡是一些重要的机器零件都采用锻钢件,锻钢法兰,锻钢法兰盘，执行美标 ANSI B16.5、德标DIN、日标JIS B2220、B2210、英标BS4504等和国家标准。主要品种有：焊径、搭接、承窝、活套、螺纹、盲板、平板等 7个品种，1/280等30余种规格,铸铁,含碳量在2以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为24。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有13的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响

30、铸铁显微组织和性能的主要元素,灰口铸铁,灰口铸铁。含碳量较高（2.74.0），碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点低（11451250），凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。,可锻铸铁,可锻铸铁。由白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。白口铸铁。碳、硅含量较低，碳主要以渗碳体形态存在，断口呈银白色。凝固时收缩大，易产生缩孔、裂纹。硬度高，脆性大，不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件,球墨铸铁,球墨铸铁。将灰

31、口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等,高硅铸铁,高硅铸铁是往灰铸铁或球墨铸铁中加入一定量的合金元素硅等熔炼而成。是一种耐腐蚀性很好的材料，适用于除氢氟酸、苛性碱、亚硫酸钠以外的各种强腐蚀介质。适用温度为0100，主要用于制作各种泵、塔、阀、反应锅、冷却器、储槽、管件和管道等设备,高镍铸铁,一般作为焊条使用,奥氏体不锈钢,奥氏体不锈钢：在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增

32、加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。,奥氏体不锈钢,碳溶解到铁中形成的固溶体则称奥氏体，它的溶碳能力较高，最高可达2%。奥氏体是铁碳合金的高温相。不锈钢的耐蚀性主要来源于铬。实验证明，只有含铬量超过12%时钢的耐蚀性能才会大大提高,奥氏体不锈钢,铬镍不锈钢具有氧化铬薄膜，同时镍能使钢形成单一奥氏体组织而得到强化，使得在很多介质中比铬不锈钢更具耐蚀性浓度在65%以下，温度低于70，浓度60%以下，温度在100以下的硝酸苛性碱、硫酸盐、硝酸盐、硫化氢、酸酸等对于盐酸，和含氯离子的溶液可发生晶间腐蚀的倾向，严重时可引起钢板穿孔,奥氏体不锈钢,在钢中加

33、入与碳亲和力比铬更强的钛、铌等元素，而形成TiC、NbC等，将碳固定在化合物中，大大减少产生晶间腐蚀的倾向，如0Cr18Ni10Ti,0Cr18Ni11Nb，它们具有较高的抗晶间腐蚀能力减少不锈钢中含碳量以防止产生晶间腐蚀，当钢中的含碳量降低后，铬的析出将减少，0Cr18Ni9，00Cr19Ni10,奥氏体不锈钢,有色金属,铁以外的金属称为非铁金属，也称为有色金属，常用的有铝、铜、铅、钛有色金属有很多优越的特殊性能，包括导电性、导热性、密度小、熔点高，有低温韧性价格昂贵,铝及其合金,纯铝的特点是密度小，为2.72g/cm3,导电、导热性能好,化学性质很活泼,在空气和水中有较好的耐蚀性，但不能耐

34、酸、碱、盐的腐蚀。铝具有面心立方晶格，塑性好，强度不高。纯铝主要用来制作电线、电缆、散热器及要求不锈耐蚀而强度要求不高的日用品或配制合金,铝及其合金,纯铝加入合金元素，如Si、Cu、Mg、Mn等，制成铝合金。铝合金强度较高，密度小，有很高的比强度(即强度极限与密度的比值)，好的导热性及耐蚀性等。根据铝合金的成分及生产工艺特点，可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类,变形铝合金,变形铝合金是通过冲压、弯曲、轧、挤压等工艺使其组织、形状发生变化的铝合金。变形铝合金可分为两大类，第一类是热处理非强化型，第二类是可热处理强化型。,工业纯铝,工业纯铝实质上可以看作是铁、硅含量很低的铝一铁一硅系合金 工

35、业纯铝具有铝的一般特点，密度小，导电、导热性能好，抗腐蚀性能好，塑性加工性能好，可加工成板、带、箔和挤压制品等，可进行气焊、氩弧焊、点焊。工业纯铝用途非常广泛，可作电工铝，如母线、电线、电缆、电子零件；可作换热器、冷却器、化工设备,防锈铝,防锈铝：主要是Al-Mn系及Al-Mg系合金。这类合金锻造退火后是单相固溶体，故抗腐蚀性能好，塑性好，防锈铝牌号用“铝防”汉语拼音字首“LF”加顺序号表示。如LF5、LF11、LF21等。这类合金主要用于载荷不大的压延、焊接，或耐蚀结构件，如油箱、导管、线材、轻载荷骨架以及各种生活器具等。各种防锈铝合金均属不能热处理强化的铝合金，若要提高合金强度，可施以冷压

36、力加工，它可产生加工硬化。,铸造铝合金(cast aluminium alloy),铸造铝合金种类很多，其中铝硅合金具有良好的铸造性能，足够的强度，而且密度小，用得最广，约占铸造铝合金总产量的50%以上，含Si（1013）%的Al-Si合金是最典型的铝硅合金，属于共晶成分，通常称为“硅铝明”。,铸造铝合金(cast aluminium alloy),铸造铝合金的牌号由“铸”字的汉语拼音字首“Z”Al其它主要元素符号及百分含量来表示，如ZAlSi12表示含12%Si的铸造Al-Si合金。而合金的代号用“铸铝”的汉语拼音字首“ZL”加三位数字表示。第一位数字表示合金类别，第二、三位则表示合金的顺序

37、号。例ZL102表示2号Al-Si系铸造铝合金。,铸造铝合金,铝铜合金，含铜4.55.3合金强化效果最佳，适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。铝镁合金，密度最小(2.55g/cm3)，强度最高(355MPa左右)的铸造铝合金，含镁12，强化效果最佳。铝锌系合金，为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明”。在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火”。不经热处理就可使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。,纯铜,纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后呈紫色，故工业纯铜常称紫铜或电解铜。密度为8-9g/cm3，熔点1083C

38、。纯铜导电性很好，大量用于制造电线、电缆、电刷等；导热性好，常用来制造须防磁性干扰的磁学仪器、仪表，如罗盘、航空仪表等；塑性极好，易于热压和冷压力加工，可制成管、棒、线、条、带、板、箔等铜材。,铜合金,黄铜是铜与锌的合金。最简单的黄铜是铜锌二元合金，称为简单黄铜或普通黄铜。改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。黄铜中锌的含量越高，其强度也较高，塑性稍低。工业中采用的黄铜含锌量不超过45%，含锌量再高将会产生脆性，使合金性能变坏。,黄酮,铜合金,白铜以镍为主要添加元素的铜基合金呈银白色,称为白铜。铜镍二元合金称普通白铜，加锰、铁、锌和铝等元素的铜镍合金称为复杂白铜，纯铜加镍能显著提高强度

39、、耐蚀性、电阻和热电性。工业用白铜根据性能特点和用途不同分为结构用白铜和电工用白铜两种，分别满足各种耐蚀和特殊的电、热性能。,白铜,铜合金,青铜是历史上应用最早的一种合金，原指铜锡合金，因颜色呈青灰色，故称青铜。为了改善合金的工艺性能和机械性能，大部分青铜内还加入其它合金元素，如铅、锌、磷等。由于锡是一种稀缺元素，所以工业上还使用许多不含锡的无锡青铜，它们不仅价格便宜，还具有所需要的特种性能。无锡青铜主要有铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。,青铜,钛及其合金,钛的密度为克/立方厘米（20），熔点16684，熔化潜热千卡/克原子，沸点326020常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜，这层氧

40、化膜常温下不与绝大多数强酸、强碱反应，包括酸中之王王水。它只与氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸反应，因此钛体现了抗腐蚀性。,钛及其合金,钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）,镍及其合金,镍 近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素,它能够高度磨光和抗腐蚀。镍具有很好的耐腐蚀性，在高温的碱中和熔融碱中都很稳定，用于制碱工业镍合金 镍能与铜,铁,锰,

41、铬,硅,镁组成多种合金.其中镍铜合金是著名的孟乃尔合金,它强度高,塑性好,在750度以下的大气中,化学性能稳定,广泛用于电气工业,真空管,化学工业,医疗器材和航海船舶工业等方面,铅及其合金,铅是重金属，密度11.3kg/cm3，硬度低，张度小，不易单独作为设备的材料，只能用于设备的衬里，铅对浓硫酸具有很高的耐腐蚀性铅合金用于制作化工设备、管道等耐蚀构件时，以含锑6%左右为宜；用于制作连接构件时，以含锑8%10%为好。铅锑合金加入少量的铜、砷、银、钙、碲等，可增加强度，称为硬铅。,非金属材料,具有多样性，且耐腐蚀性能好等特点按材质分为无机非金属材料和有机非金属材料两大类按使用方法分为结构材料、衬

42、里材料、胶凝材料、涂料和浸渍材料等化工机械中常用的有搪玻璃（耐酸搪瓷）、玻璃钢、塑料、不透性石墨、陶瓷、玻璃、橡胶衬里和涂料等,无机非金属材料,化工掏瓷：由黏土、瘠性材料和助溶剂，水混合后，经干燥、焙烧，形成表面光滑，断面像细密石质一样的材料搪玻璃（搪瓷）：含硅量高的瓷釉通过900左右的高温煅烧，使瓷释密着在金属表面而成。具有优良的耐腐蚀性，电绝缘性和力学性能，但易碎。化工设备有反应罐、贮罐、换热器、蒸发器、塔和阀门等。温度范围在-30270,无机非金属材料,玻璃 常用的有硼玻璃或高铝玻璃。具有较好的热稳定性和耐腐蚀性，可用来做反应器、管路、管件，热交换器和隔膜阀等由于玻璃有易碎性，现常用玻璃

43、钢或金属管内衬玻璃来替代玻璃。,有机非金属材料,工程塑料 以高分子合成树脂为主要原料，在一定温度和压力下塑制成型材或产品的总称。其中加入添加剂，用以改变产品的性能有填料 起增强作用，提高塑料的力学性能增塑剂 降低脆性和硬度，提高树脂的可塑性和柔性润滑剂 防止塑料在制造的过程中粘在模具上稳定剂 延缓塑料老化，延长使用寿命固化剂 加快固化速度，使树脂具有良好的机械强度,工程塑料的分类,分为热塑性塑料和热固性塑料两大类热塑型塑料 可反复热软化或冷却凝固的树脂成分制成的塑料。如聚氯乙烯、聚丙烯等热固型塑料 不能反复热软化或冷却凝固的树脂成分制成的塑料，而一次成型的树脂制成的塑料。如酚醛树脂、氨基树脂,

44、聚氯乙烯（PVC）,硬聚氯乙烯塑料，具有良好的耐腐蚀性，对于一般的酸性或碱性介质都是稳定的，使用温度在-1055塔、贮罐、容器、尾气管道、离心泵、通风机、管路、管件、阀门等，可作为不锈钢、铜、铝、铅等的替代品,聚乙烯（PE）,聚乙烯 是由乙烯聚合之后制得的热塑性树脂，有优良的电绝缘性、防水性和化学稳定性，对各种酸（包括氢氟酸）或碱均具稳定性（除硝酸外）高密度聚乙烯 低压聚乙烯 可做管路、管件、阀门、泵等，可做设备的衬里,酚醛树脂bakelite,以酚醛树脂为基本成分、以耐酸材料（石棉、石墨、玻璃纤维等）为填料做成的一种热固型塑料。具有良好的耐腐蚀性和耐热性可做成管路、阀门、泵、塔、容器、贮罐、

45、搅拌器等，使用温度-30130这种塑料较脆、易开裂或形成孔洞。,聚四氟乙烯（PTFE）,具有优异的耐腐蚀性，能耐强腐蚀性的介质（硝酸、浓硫酸、王水、盐酸、荷性碱等），耐腐蚀性超过金银，有塑料王之称。在工业生产上常用来做耐腐蚀和耐高温的密封元件及高温管路，温度范围在-200250,玻璃钢,玻璃钢 玻璃纤维增强塑料。是以合成树脂为粘合剂，以玻璃纤维为增强材料，按一定的成型方法制成。玻璃钢具有优良的耐腐蚀性和良好的工艺性能，强度高可做成容器、贮罐、塔、鼓风机、槽车、搅拌器、泵、管路、阀门等,玻璃钢,环氧玻璃钢 酚醛玻璃钢 耐酸性好呋喃玻璃钢 耐腐蚀性能好聚酯玻璃钢 施工方便,涂料,涂料 用于防腐涂层

46、。是一种高分子胶体混合物溶液，能形成一层附着牢固的涂膜在被涂物体表面，用以保护物体不受大气或酸碱介质的腐蚀由于其涂层薄，抗冲击力差，所以其使用受到一定的限制常用的有防锈漆、底漆、大漆、酚醛树脂漆、环氧树脂漆、聚乙烯和聚氯乙烯涂料,不透性石墨,不透性石墨是由各种树脂浸渍石墨消除孔隙后得到的具有较高的化学稳定性、良好的导热性、热膨胀系数小、耐温度急变性好，不污染介质、加工性能好机械强度低、性脆用来制作腐蚀介质的换热器、泵、管路、机械密封环、安全爆破片等。,设备材料的腐蚀和防护,腐蚀是指材料在环境的作用下引起的破坏或变质制药生产中，制药设备多处于常低压状态，所以对于设备的强度要求不高，但制药生产中常

47、使用腐蚀性介质，所以材料的耐腐蚀性是一个重要的因素金属的腐蚀是由于化学或电化学的作用所引起的，有时也有机械、物理或生物的作用；非金属的腐蚀是由于物理作用或直接的化学作用引起的,金属的腐蚀,金属腐蚀:金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加转动件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故,化学腐蚀,金属与接触到的物质直接发生化学反应引起的腐蚀。这类腐蚀不普遍、只有

48、在特殊条件下发生，例如，化工厂里的氯气与铁反应生成氯化铁。化学腐蚀原理比较简单，属于一般的氧化还原反应。,高温氧化,高温氧化是金属化学腐蚀的一种特殊形式。金属氧化首先从金属表面吸附氧分子开始,即氧分子分解为氧原子被金属表面所吸附,并在金属晶格内扩散、吸附或溶解。而当金属和氧的亲和力较大,且当氧在晶格内溶解度达到饱和时,则在金属表面上进行氧化物的成核与长大，形成了氧化膜。,高温氧化,并非所有的固态氧化膜都具有保护性,其保护性的好坏取决于氧化物的高温稳定性、氧化膜的完整性、致密性、氧化膜的组织结构和厚度、膜与金属基体的相对热膨胀系数以及氧化膜的生长应力等因素。在这些因素中,氧化膜的完整性和致密性是

49、至关重要的。而这两个因素又与膜的组织结构和氧化物的高温稳定性密切相关。,钢的脱碳,钢是铁碳合金，钢液内碳氧化而被除去的反应。碳对钢的力学性能影响很大，是钢中最重要的合金元素。除了极少数钢种外，绝大多数钢中含碳量都在1以下;而生铁含碳一般在34.5范围，因此，脱碳就成为炼钢过程中最重要的反应之一。,钢的脱碳,钢中的碳以渗碳体的形式存在，与氧化膜相连的金属表面层发生渗碳体减小的现象称为脱碳。脱碳使钢中碳的含量减少，金属的表面硬度和抗疲劳强度降低；同时由于脱碳过程中气体的析出，破坏了钢表面的完整性造成表面脱碳的气氛主要是氧气、水蒸气及二氧化碳等氧化性气体,氢脆,氢脆是溶于钢中的氢，聚合为氢分子，造成

50、应力集中，超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹，又称白点。压力容器的氢脆(或称氢损伤)是指它的器壁受到氢的侵蚀，造成材料塑性和强度降低，并因此而导致的开裂或延迟性的脆性破坏。高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内，并在金属内部再结合成分子，产生很高的压力，严重时会导致表面鼓包或皱折；氢与钢中的碳结合，使钢脱碳，或使钢中的硫化物与氧化物还原。,氢脆,氢在常温常压下不会对钢产生明显的腐蚀，但当温度超过300和压力高于30MPa时，会产生氢脆这种腐蚀缺陷，尤其是在高温条件下。如合成氨生产过程中的脱硫塔、变换塔、氨合成塔；炼油过程中的一些加氢反应装置；石油化工生产过程中的甲醇合成塔