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1、,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,1. 概述 化工设备广泛使用的材料是金属材料，如普通碳钢、合金钢、铸铁及各种有色金属。随着近代工业的不断发展，化工生产的工艺条件十分复杂。在不同的情况下，对材料的要求不同，塑料、陶瓷等材料应用也较多。本章学习金属材料的基本性能。化工设备材料品种繁多。主要分类如下：,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,黑色金属 黑色金属就是钢铁，是制造化工设备的主要材料，也是本章所授重点。,有色金属：铜、铝、铅、钛、镍等 铜特性：耐磨性较好，耐腐蚀性能较好，铜合金加工切削性较好。 铝特性：密度低，耐腐蚀性好，强度低。 二者价格较贵。 铅特性：强度小，硬度低，
2、导热性差。 钛特性：耐腐蚀性能优。,非金属材料 特性：优点：耐腐蚀性好，品种多，资源丰富，适于因地制宜，就地取材。 缺点：（1）导热性小（石墨除外） （2）耐热性不高，对温度波动敏感 （3）与金属相比，强度低（玻璃钢除外）,钛及其钛合金 TA0,TA1,TA2,TA3,力学性能见表6-32,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,2. 金属材料的一般性能 化工设备常用材料是金属材料，故本章讨论金属材料的一般性能。它包括：物理性能、机械性能、化学性能、工艺性能。,(1) 材料的物理性能 材料的主要物理指标指：密度、导热系数、比热、熔点、线膨胀系数、弹性模量E等，材料在不同的使用场合中，对其物
3、理性能有不同的要求。,(2) 材料的机械性能 材料的机械性能是最重要的性能，主要指材料的弹性、塑性和强度。,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,弹性：材料在外力作用下变形，除去外力后，恢复原来形状的性能。材料弹性常用弹性模量E表示。,脆性：与塑性相对应的特性。如果材料还未发生相当的的塑性变形即发生破坏，我们称之为脆性，工程上将 的材料为塑性材料，如碳钢、黄铜、铝合金，而把 的材料称为脆性材料，如灰铸铁、玻璃、陶瓷。,塑性：材料的塑性变形超过一定限度，材料就会出现裂纹或断裂。在不断裂或不出现裂纹的条件下，材料能经受的最大塑性变形，叫做材料的塑性。 材料的塑性用延伸率和断面收缩率 表示 。
4、,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,强度：材料的强度是指它抵抗外力破坏的能力。,HB,工程中，对材料机械性能的要求：,高合金钢强度和韧性都很好。,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,(3)材料的化学性能 材料的化学性能主要指它的耐腐蚀性。 耐腐蚀性：材料抵抗周围介质对其腐蚀破坏的能力叫材料的耐蚀性。 化工生产中，腐蚀普遍存在。因此，在选用材料时，视工作条件（介质、温度、压力）不同的情况下，分别选材。下面列举几个小例：,a.铁在干燥空气中耐蚀性能优于潮湿空气。 b.碳钢在浓硫酸中耐蚀，在稀硫酸中不耐蚀。 c.不锈钢（耐酸钢）耐蚀，在盐酸中耐蚀差。 d.铜在大气中耐蚀，在氨溶液中
5、不耐腐蚀。 e.铝、铅非金属材料耐蚀性好。,在确定零件或设备尺寸时，应考虑工作条件下被介质腐蚀掉的金属厚度事先加上去。即设计时加上腐蚀裕量，化工设备中即指C2值。,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,(4) 材料的工艺性能 又名加工性能，材料在加工方面的物理、化学和机械性能的综合表现构成了材料的工艺性能。 材料的工艺性能主要指铸造性、可焊性、可锻性、切削加工性和热处理性能。,3.碳钢与铸铁 碳钢与铸铁是常用的二种金属材料。 (1) 碳钢 合金：将一种元素与别的金属元素混合所组成的混合物。 碳钢与铸铁都是铁与硫所组成的合金。所不同的是二者含碳量不同。铸铁的含碳量比碳钢的含碳量高。含碳量小
6、于2.11为碳钢，大于2.11为铸铁。,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,碳钢中的强度随着C含量的增加而增加（ 、 ），而塑性（ 、 ）随着C含量的增加而下降。,铸铁中的碳超过了铁所能溶解的限度，多余的部分以石墨的形式存在。石墨是种良好的润滑剂，但是非常脆，强度小。因而，铸铁强度低，脆性大，由于石墨的存在，耐磨性能好，切削性好，铸造性好，消振性能好。它适用于制造机器的支座等大而笨的零件。,1）碳钢的分类、牌号 按含碳量分类： 低碳钢：C0.6%,强度及硬度高，塑性较差，用来制作弹簧、钢丝绳等,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,按钢的质量（有害杂质）来分类： a.碳素结构钢：
7、主要是钢中的S、P控制较松。S（热脆）、P（冷脆）是钢中的有害成分，含量高则不好，一般控制在 、 。其钢号如：Q235-A，有时A后面还跟脱氧程度。 质量等级按C、S、P含量的控制范围、脱氧程度等分为A、B、C、D四个等级。以D级最高。 脱氧程度以沸腾钢F最差，半镇静钢b次之，镇静钢Z和特殊镇静钢TZ最完全。,、,b.优质碳素结构钢 S、P含量控制较严， ， ，按含锰量又分为普通含锰量与较高含锰量两种。钢号为0.8、10、15、20、2580、85(普通含锰量)，一般作钢管、圆钢、方钢。 钢号15Mn、20Mn70Mn(较高含锰量)一般作为锻件，如法兰、管板。 （钢号前数字表示含C的万分数,
8、20号钢为含C：0.2。,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,、,2）碳钢的规格及品种 上述介绍的是钢号，钢必须以钢的规格和品种供货。 a.铸钢：（GB979-67） 用于制造法兰、筒体、端盖等。铸钢牌号“ZG”，如ZG15、ZG25等，数字为碳的万分数, ZG15 含C0.15%,c.钢板（GB708-65，GB709-65） GB708-65轧制薄钢板品种，厚度0.24mm，有冷轧和热轧二种。 GB709-65热轧厚钢板品种，厚度4.560mm，均为热轧。 钢板牌号：Q235-A、Q235-A.F、20R、16MnR、16MnDR(后二者是低合金钢),b.锻钢（JB755-85 Q
9、/ZB60-73） 用于制造法兰、管板、顶盖、盲板等。牌号20、25、35、45、16Mn、16MnD、35CrMo、15CrMo,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,、,专用钢板 容器用钢板“R” , 20R、16MnR 锅炉用钢板“g” , 20g 焊接气瓶专用钢板“HP” 高压容器板“gc”,17gc 低温钢板 “D” , 16MnDR等 这些专用钢板的要求比同等钢号的普通钢板高。例如16MnR与16Mn相比，有S、P含量要求高，钢板表面质量好，冲击韧性及强度、等保证。低温钢板，主要保证冲击韧性。 化工设备钢板，主要用于制造壳体、封头等。,碳素钢板力学性能见表6-2,CHAP.
10、6 压力容器和化工设备常用材料,、,d. 钢管 钢管分无缝钢管和有缝钢管两大类 无缝钢管 （GB8136-1999） 材质：10、15、20、25 尺寸：无缝钢管的尺寸系列有2个，一个是按钢管外径d0建立的，另一个是按钢管公称直径DN建立的。,a. 钢管的外径系列尺寸 以管子的外径为基准制定的，每一种外径的管子有多种不同壁厚的管子。 见表6-4。 b.钢管的公称直径系列DN 钢管往往要和法兰、管件等相连接，要实现两者连接，两个零件就必须具有可以相配合的表面。人们约定：凡是能够实现连接的管子与法兰、管子与管件等，就规定此两连接件具有相同的公称直径。 钢管的公称直径系列是根据法兰的公称直径系列规定
11、的， 比其外径规格少，见表6-4。,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,、,有缝钢管 （GB3092-93） 最常见的有缝钢管是水、煤气输送管，这类管子的公称直径习惯以英寸为单位，壁厚只有“普通”与“加厚” 、“薄壁”三种规格。适用压力,e. 型钢 有圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等 热管换热器外壳部分均以此件制作。,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材料,、,3）碳钢的性能 a. 碳钢的力学性能 强度、硬度较高，塑性、韧性较好。 碳钢机械性能与钢的含碳量、热处理条件、零件的尺寸及其适用温度有关。,碳含量的增多, 强度、硬度提高, 塑性下降; 温度升高, 强度下降, 塑性提高; 退火处理 硬度下降, 塑性提高。,b. 碳钢的制造工艺性能 由于其力学性能较好，具有较好的制造工艺性能，可进行铸造、锻压、焊接及切削等各种形式的冷热加工。,c. 碳钢的耐蚀性 耐蚀性较差，在盐酸、硝酸、浓碱、稀硫酸等中腐蚀情况较为严重。,CHAP. 6 压力容器和化工设备常用材
