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1、7 过程设备常用材料 7.1 过程设备用材的基本要求 7.2 过程设备常用材料 7.3 钢材的热处理 7.4 金属材料的腐蚀与防护 7.5 过程设备材料的选择DateDate1 1 7.1.1 基本要求1. 材料来源可靠,性能稳定,保证使用寿命2. 力学性能满足使用要求3. 介质有腐蚀性时的耐蚀要求4. 良好的加工性能,如焊接性5. 经济6. 供货方便,稳定持续性7.1 过程设备用材的基本要求DateDate2 27.1 过程设备用材的基本要求7.1.2 力学性能1. 强度：确定许用应力的依据，S ( 0.2)，b2. 塑性：反映材料可塑性指标，5=1020%3. 韧性：抵抗缺陷扩展能力指标，
2、K=4060J/cm24. 硬度：抵抗外物侵入的能力5. 材料在高温和低温下的力学性能DateDate3 37.1.2 力学性能1. 强度 屈服强度 抗拉/压强度 屈强比 蠕变强度 持久极限DateDate4 4屈强比DateDate5 52塑性 延伸率,圆截面试样: L=10d, 10 或 L=5d, 5 5 =1.2 10 压力容器用钢要求5=16% 塑性过低会导致构件开裂,脆断7.1 过程设备用材的基本要求2018/8/142018/8/146 63韧性脆性表征: 冲击值:缺口:梅氏U,V影响因素:化学成分,热处理,轧制方向,加工历史, 实验方法,母材厚度;要求: 50J/cm2试样:
3、10x10mm其他: 低温下韧性降低（30J/cm2）7.1 过程设备用材的基本要求DateDate7 74硬度 抵抗外物侵入的能力 表征: 用压痕的面积或深度，如布氏硬度 ，洛氏硬度等 5. 温度对性能的影响7.1 过程设备用材的基本要求DateDate8 8碳钢力学性能随温度的变化DateDate9 96蠕变性能 (高温静载条件下),应力超过某一定值时, 应力保持不变的情况下应变或塑性变形随着 时间的延长而不断增加的现象. 常温下,钛材也会发生类似的现象 三个阶段： 过渡蠕变阶段、稳定蠕变阶段、破坏阶段7.1 过程设备用材的基本要求DateDate10107.1.3 耐腐 蚀性 抵抗腐蚀性
4、介质侵蚀的能力。表海水；钛盐酸；涂层抗氧化性表面处理：电镀，磷化，发黑，发蓝等DateDate1111常用金属材料耐腐蚀性DateDate12127.1.4 加工工艺性1.可焊性：少的焊接缺陷2. 可锻性：不发生热脆3. 可塑性：优良的塑性加工性能4. 机械加工性能：保证好的切削性DateDate13137.1.4 材料的物理性能导热系数：设备要求传热线膨胀系数：防止热应力密度：决定设备的重量熔点和导电性：7.1.5 材料的经济性-价格表DateDate14147.2 过程设备常用材料7.2.1 碳钢碳钢：碳含量在0.022之间的铁碳合金;铸铁：碳含量大于2的铁合金。1 、碳及常存杂质/微量元
5、素对钢材性能的影响硫(S):锰(Mn):硅(Si):碳(C)磷(P)DateDate1515碳含量对材料机械性能影响DateDate16162、 碳钢分类 普通碳素钢： 保证机械性能或化学成分甲类：保证机械性能，A1A7乙类：保证化学成分，B1B7Q235AGB700-1988国标号产品等级为A，共分A、B、C、D四级材料屈服限的保证值，(厚度小于16mm)DateDate1717普通碳素钢 特点 质量分级，D质量最好，A质量最次； 主要杂质为磷，P=0.6%；强度硬度均较高，塑性差，常 用于制造弹簧，刀具及耐磨零件。分类优质碳素结构钢DateDate1919屈服强度强度限锅炉和压力容器用钢有
6、特殊性，在钢号后 分别冠以“g” “R”如 20g，20R铸钢： ZG200400命名：含碳量的万分之几，如08，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60 DateDate2020 7.2.2 合金钢 1 、合金结构钢压力容器用(低碳)低合金钢：含碳量0.10.25%主要牌号：16MnR,15MnVR,18MnMoNiR数字元素名称数字合金元素含量 (!11.7%，13% 含碳量低, 1Cr13，2Cr13等 腐蚀介质：弱腐蚀介质，低温30 硫酸，盐酸，热硝酸，熔融碱液 用途：轴，活塞杆，阀体，螺栓和浮阀DateDate24242 耐热钢抗氧化钢：1Cr13Si3，1C
7、r23Ni13热强钢：15CrMo,12Cr2Mo1,1Cr5Mo, 0Cr19Ni9,0Cr17Ni12Mo2等可分为：抗氧化钢和热强钢耐热要求化学稳定性：抗氧化性热强性：蠕变过程缓慢DateDate25253. 低温用钢 普通碳钢低温下塑性降低，冲击韧性差 ； 常用合金元素：Mn，Al，Ti，Nb，Cu， V 主要材料： 国外：高Cr，Ni钢，Cu, Al 国内：无CrNi钢，Mn,Al,Ti,Nb,Cu,V 特点：合金元素少，含碳量低，正火供 货DateDate26267.2.3 铸 铁1 灰口铸铁：HT150330 2 球墨铸铁：QT40015强度、塑性、韧性好，可替代铸钢，石 墨成球
8、状抗拉强度低，挤压强度高，用于制造耐 压件，石墨成片状抗弯强度，MPa 抗拉强度，MPa抗拉强度，MPa延伸率DateDate27277.2.3 铸 铁3 可锻铸铁：KT30006具有一定强度和塑性用于有振动和冲击的场合石墨成团球状4 合金铸铁：如高硅铸铁，用于耐酸泵DateDate2828DateDate2929DateDate30307.2.4 有色金属及合 金紫铜 ：T1，T2，T3，TU（P）锌/黄铜：H80，H68，H62锡铅铝/青铜：ZQSn6-6-3，ZQSn10-1铝：L1,L2,L6硬铝：Al-Cu-Mg的合金,LY-1,LY-2防锈铝：AI-Mg的合金，LF21铸铝：AI-
9、Si的合金，ZL107铜及铜合金铝及铝合金DateDate3131作耐磨件：蒙乃尔合金作腐蚀件：Inconel合金和哈氏合金镍及镍合金铅及铅合金：铅锑合金，PbSb4,7.2.4 有色金属及合金钛及钛合金：TA0，TA1TA8，TB，TC 合金元素：Al，Mn，Cr，VDateDate3232DateDate33337.2.5 非金属材料化工陶瓷：化学稳定性好玻璃：表面光洁、耐腐蚀（搪玻璃设备水泥：价廉天然耐酸材料：石墨、石棉等 耐酸酚醛塑料聚氯乙烯塑料聚乙烯聚四氟乙烯玻璃钢，人造石墨，无机材料有机材料DateDate3434 用途 耐蚀材料，化工搪瓷，耐酸陶瓷，四氟乙 烯 保温材料，石棉 耐
10、火材料，耐火砖 密封材料，橡胶，塑料，碳纤维等 强度材料，玻璃钢，纤维缠绕7.2.5 非金属材料DateDate35357.3 钢材的热处理 将钢材通过适当的加热和冷却过程，使钢材的组织按一定的规律变化，以获得预期的机械性能，称钢的热处理。定义目的 获得预期的机械性能和加工性能DateDate3636一、 金属的结晶组 织DateDate3737 钢的结晶过 程DateDate3838 Fe变 成Fe铁的同素异构转变 渗碳体 ：硬度高 ，强度低 ，塑性差 珠光体 ：铁素体 与渗碳体 的混合物DateDate3939碳在铁中形成 固溶体 钢的冷却曲线DateDate4040 铁碳合金状态 图Da
11、teDate4141 退火 正火 淬火 回火常用热处理方法DateDate4242退 火 目的：消除组织缺陷、 降低硬度、 消除内应力。常用热处理方法方法：把钢材加热到一定温度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却的过程。DateDate4343高速钢的退火曲线DateDate4444 正火 把钢材加热到一定温度，保温一段时 间后，在空气中冷却的过程。 目的 时间短，晶粒细化 改善组织结构 力学综合性能较好 最终热处理DateDate4545淬 火目的：细化晶粒、提高表面硬度、提高强度和耐磨性。组织：淬火马氏体方法：把钢材加热到一定温度，保温一段时间后，快速冷却的过程。DateDate464640Cr
12、钢的淬火曲线DateDate4747 回火 低温回火：150250：回火马氏体 中温回火：350450 高温回火: 450650 调质处理: 淬火+高温回火 调质钢含碳量较高,适合作调质处理DateDate4848表面淬火提高零件表面硬度和耐磨性方法：火焰加热，（高频）感应 加热特点：处理过程短，不易氧化和 变形DateDate4949新唐-复兴 第一部： 起点 第一卷 第六章：科技之光（中）李复点点头，道：“这就是要大家将所掌握的技 法和经验进行充分交流的原因。”顿了一下，继续 道：“再说淬火之技，一直以来，大家一般都是用 水来淬火，可是诸位师傅想过没有，用不同的水 来淬火，可以得到不同性能
13、的刀？”有人应道：“听说过不用水而用马尿的，淬出的 刀会更硬些。”李复道：“不错，用动物尿来淬火，钢会更为坚 硬，但这是为何？”看无人能答，继续道：“这是因 为动物尿中含有盐分，冷却速度比水快，用它作 淬火冷却，淬火后的钢比用水淬火的钢就更坚硬 。相反，若是用动物油脂来淬火，其冷却速度则 比水慢，淬火后的钢则比用水淬火的钢更有韧性 。”众人这才明白，不禁纷纷点头，都道原来如此 。DateDate5050 其他 时效 化学热处理 在化学介质中加热，同时改变表面化学成 分和组织性能，以满足构件的特殊性能。 方法：渗碳，氮化，氰化（碳氮共渗）DateDate5151 腐蚀分类 全面腐蚀均匀腐蚀 局部
14、腐蚀 区域腐蚀 点腐蚀 晶间腐蚀 缝隙腐蚀 应力腐蚀7.4 金属材料的腐蚀与防护DateDate52527.4 金属材料的腐蚀与防护7.4.1 金属材料的化学腐蚀与电化学腐蚀 化学腐蚀： 定义：金属在干燥的气体和非电解质溶液中发 生的化学作用所引起的腐蚀。 特点：化学反应，材料表面，无电流 钝化作用：致密的反应物阻止反应的进一步进 行，保护基体遭受腐蚀 活化作用：反应物易损坏，有利于腐蚀的进一 步扩展，促进基体腐蚀速度。DateDate5353 常见化学腐蚀 高温脱碳和氧化 氨合成塔，硫酸氧化炉，石油裂解炉 氢腐蚀 石油裂解炉 存在起始压力和温度，表7-2 防止措施 降低含碳量，加入合金元素。
15、DateDate5454 电化学腐蚀 电化学腐蚀概念: 金属与电解质溶液之间 发生电化学作用而引起的腐蚀，破坏 原电池作用 微电池和电化学腐蚀原理 电化学腐蚀三个环节： 阳极的氧化反应，电子流动和阴极反应；DateDate5555 电化学腐蚀条件 同一构件上有电位不同的金属 阴极与阳极相连 阴极与阳极同处于电解质溶液中DateDate56567.4.2 影响腐蚀的因素 合金元素的影响与n/8定律 腐蚀介质酸碱性的影响 温度和压力的影响 应力对腐蚀的影响DateDate57577.4.3 腐蚀评定与防护 7.4.3.1 金属腐蚀的评定方法 1 根据金属质量的变化-称重法2 根据腐蚀深度-减薄量 DateDate58587.4.3.2金属腐蚀破坏的形式，图7.7均匀腐蚀局部腐蚀点腐蚀晶间腐蚀缝隙腐蚀表面下腐蚀DateDate59597.4.3.3 防腐蚀措施涂覆保护层电化学防护：阴极保护，阳极保 护添加缓蚀剂：延缓腐蚀速度合理的结构设计：应力集中，焊 接消除应力处理：退火，时效DateDate60607.5 过程设备材料选择1 根据要求的工况按
