容器设计的基本知识云南大学版

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1、绪绪 论论一、问题的提出一、问题的提出二、课程内容二、课程内容（一）设备是工艺的基础（一）设备是工艺的基础（二）材料是设备的基础（二）材料是设备的基础（一）基础篇（一）基础篇材料材料材料的性能材料的性能碳钢碳钢特殊性能钢特殊性能钢合金钢合金钢常用三类钢常用三类钢内压容器内压容器外压容器的失稳外压容器的失稳（二）理论篇（二）理论篇中低压容器设计（内压和外压）中低压容器设计（内压和外压）换热器换热器搅拌器搅拌器塔设备塔设备（三）实践篇（三）实践篇典型设备（换热器、塔设备、搅拌器）典型设备（换热器、塔设备、搅拌器）第一章第一章 化工设备材料及其选择化工设备材料及其选择第一节第一节 概述概述 一、化工

2、设备选材的重要性和复杂性一、化工设备选材的重要性和复杂性1.1.操作条件的限制操作条件的限制压力：真空压力：真空低压低压中压中压 高压高压超高压超高压温度：低温温度：低温中温中温高温高温介质：有毒介质：有毒易燃易燃剧毒剧毒2.2.制造条件的限制制造条件的限制3.3.材料自身性能的限制材料自身性能的限制选材的原则选材的原则材料品种应符合我国资源和供应情况材料品种应符合我国资源和供应情况材质可靠，能保证使用寿命材质可靠，能保证使用寿命要有足够的强度，良好的塑性和韧性要有足够的强度，良好的塑性和韧性对腐蚀性介质能耐腐蚀对腐蚀性介质能耐腐蚀便于制造加工，焊接性能良好便于制造加工，焊接性能良好成本低成本

3、低第二节第二节 材料的性能材料的性能一、力学性能一、力学性能材料在外力材料在外力(或外加能量或外加能量)作用下抵抗外力所表现的行作用下抵抗外力所表现的行为，包括变形和抗力，即为，包括变形和抗力，即在外力作用下不产生超过允在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力许的变形或不被破坏的能力。 金属材料的变形和破坏过程金属材料的变形和破坏过程（1 1）弹性变形阶段）弹性变形阶段（2 2）弹塑变形阶段）弹塑变形阶段（3 3）断裂）断裂 A A、韧性断裂、韧性断裂 B B、脆性断裂、脆性断裂金属材料承受载荷作用，金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加或缓慢当载荷不再增加或缓慢增加时，仍继续发生明增加

4、时，仍继续发生明显的塑性变形，这种现显的塑性变形，这种现象就称为屈服。象就称为屈服。 1、强强度度：固固体体材材料料在在外外力力作作用用下下抵抵抗抗产产生生塑塑性性变变形和断裂的特性。形和断裂的特性。 持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n例如例如:容器爆裂；容器爆裂；管道破裂管道破裂; 地脚螺栓拉断地脚螺栓拉断; 炉管爆炉管爆裂；裂；. 强度不够！拉伸试验拉伸试验（屈服点和抗拉强度屈服点和抗拉强度）拉伸试样拉伸试样拉伸试验拉伸试验机机拉拉伸伸试试样样的的颈颈缩缩现现象象常温拉应力下常温拉应力下20号钢的拉抻试验号钢的拉抻试验 l0

5、=10d0l0= 5d0或或从开始加载到发生断裂所能从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值，叫做抗达到的最大应力值，叫做抗拉强度。拉强度。 开始出现塑性变形时的应开始出现塑性变形时的应力，称为力，称为“屈服点屈服点”s ss s sb材料的拉伸曲线材料的拉伸曲线1 1、oeoe段段：直线、弹性变性直线、弹性变性4 4、b b点点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。拉伸力达到最大值，试样即将断裂。2 2、eses段段：水平线（略有波动）明显的水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的

6、力基本不变，塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。试样连续伸长。3 3、sbsb曲线曲线：弹性变形弹性变形+ +均匀塑性变形均匀塑性变形屈屈服服现现象象：金金属属材材料料承承受受载载荷荷作作用用，当当载载荷荷不不再再增增加加时时，仍仍继续发生明显的塑性变形。继续发生明显的塑性变形。屈服点屈服点： （ s）材料发生屈服时的应力材料发生屈服时的应力 。 单位：单位：MPa。一一些些合合金金没没有有明明显显的的屈屈服服点点,规规定定发发生生0.2%残残余余变变形形时时的的应应力，作为力，作为“条件屈服点条件屈服点”。 记作记作0.2 。其他塑性材料拉伸时的力学性能其他塑性材料拉伸时的力学

7、性能脆性材料脆性材料铸铁的拉伸应力应变曲线铸铁的拉伸应力应变曲线1、强强度度：固固体体材材料料在在外外力力作作用用下下抵抵抗抗产产生生塑塑性性变变形和断裂的特性。形和断裂的特性。 持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n金属在拉伸条件下，金属在拉伸条件下，从开始加载到发生从开始加载到发生断裂所能承受的最断裂所能承受的最大应力值，叫作抗大应力值，叫作抗拉强度。拉强度。 定义定义：金属材料在受力过程中，：金属材料在受力过程中， 发生断裂所达到的最大应力值发生断裂所达到的最大应力值， 以以b 表示，单位表示，单位MPaMPa。 是压力容器设

8、计是压力容器设计常用的性能指标常用的性能指标。屈强比：屈强比： s s/ b b 屈强比小，表明材料具有较大屈强比小，表明材料具有较大的的塑性储备塑性储备。1 1、强强度度：固固体体材材料料在在外外力力作作用用下下抵抵抗抗产产生生塑塑性性变变形和断裂的特性。形和断裂的特性。 持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n材料在材料在高温高温下，在下，在一定的应力一定的应力下，抵下，抵抗发生缓慢塑性变抗发生缓慢塑性变形的能力。形的能力。“蠕变蠕变”现象：现象： 高温高压的蒸汽管道下挠变形；高温高压下法兰及螺栓蠕变变形而泄漏；“蠕变极限（蠕变极

9、限（ n n ）”： 材料在材料在高温高温下，抵抗发生下，抵抗发生缓慢塑性变形的缓慢塑性变形的能力能力，以，以 n n 表示，单位表示，单位MPaMPa 。 材料在材料在给定温度给定温度下，下，抵抗发生断裂的能力。抵抗发生断裂的能力。 1 1、强强度度：固固体体材材料料在在外外力力作作用用下下抵抵抗抗产产生生塑塑性性变变形和断裂的特性。形和断裂的特性。 持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n定义定义：在：在一定温度一定温度下，经过下，经过一定时一定时间间断裂时的应力，以断裂时的应力，以 D D 表示，单表示，单位位MPa MPa 。

10、-是是一定温度和一定载荷一定温度和一定载荷下，材料下，材料抵抗断裂的能力。抵抗断裂的能力。 材料抵抗断裂的能力越大，在相同材料抵抗断裂的能力越大，在相同的条件下，能支持的时间越久。的条件下，能支持的时间越久。规定规定：化工设备设计寿命一般为十化工设备设计寿命一般为十万小时，所以用万小时，所以用试件在十万小时断试件在十万小时断裂时的应力作为持久强度裂时的应力作为持久强度。材料在材料在交变载荷交变载荷作用下，作用下，会在远低于材料本身的屈会在远低于材料本身的屈服点时就已经断裂了，这服点时就已经断裂了，这种现象就是疲劳。我们把种现象就是疲劳。我们把经过经过106108次次循环试验循环试验而不发生断裂

11、的最大应力，而不发生断裂的最大应力，作为疲劳强度。作为疲劳强度。1 1、强强度度：固固体体材材料料在在外外力力作作用用下下抵抵抗抗产产生生塑塑性性变变形和断裂的特性。形和断裂的特性。 持久强度持久强度D蠕变强度蠕变强度n屈服强度屈服强度s(0.2)抗拉强度抗拉强度b疲劳极限疲劳极限n构件或零件受到大小和方向变化的交变载荷作用，应构件或零件受到大小和方向变化的交变载荷作用，应力远小于屈服点就断裂力远小于屈服点就断裂 疲劳疲劳。“疲劳极限疲劳极限”构件构件或零件或零件在交变载荷作用下不致断在交变载荷作用下不致断裂的最大应力裂的最大应力。表示符号：。表示符号：-1 ( (MPaMPa) )。例如例如

12、： 频繁开、停车容器内压力或温度波动； 活塞式压缩机压缩气体容器及管道内压力波动； 离心泵频繁开停机或震动泵轴受力成交变式。 载荷作周期性变化载荷作周期性变化交变应力与疲劳破坏交变应力与疲劳破坏交变应力与疲劳破坏交变应力与疲劳破坏材料的疲劳极限及其测定材料的疲劳极限及其测定材料的疲劳极限及其测定材料的疲劳极限及其测定2、塑性塑性：金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。能力。因塑性不足引起材料破坏的例子：因塑性不足引起材料破坏的例子： 锻件裂纹; 卷板裂纹; 焊缝热影响区裂纹主要指标主要指标：(1) 延伸率（延伸率（）如：纯铁的延伸率为如：纯铁的延伸率为5

13、0% 20R的的 5不小于不小于25% 16MnR的的 5不小于不小于21% 1Cr18Ni9Ti的5不小于40%。（2）断面收缩率（）断面收缩率（y y）（3）冷弯性能）冷弯性能 室温下对试板以一定的内半径（室温下对试板以一定的内半径（R=0.53板板厚厚）进行弯曲，进行弯曲， =120=1200 0或或1801800 0 ，是否出现裂纹是否出现裂纹或起层或起层。-是钢材塑性指标和冶金质量的综合指标是钢材塑性指标和冶金质量的综合指标。塑性指标的实际意义：塑性指标的实际意义：便于成型加工和焊接。如弯卷、锻压、冷冲、焊接等；使构件在承载后由于变形而避免发生断裂。压力容器及其零件都需要具备这压力容

14、器及其零件都需要具备这个性质个性质！3、韧性：韧性： 表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。承受承受静静载荷抗裂纹扩展的能力载荷抗裂纹扩展的能力 缺口敏感性缺口敏感性承受承受动动载荷时抗裂纹的能力载荷时抗裂纹的能力 冲击韧性冲击韧性（1） 冲击韧性及指标（冲击韧性及指标（A Ak k） 材料在外加动载荷作用下的一种吸收机械能，迅速材料在外加动载荷作用下的一种吸收机械能，迅速塑性变形，抵抗断裂的能力。塑性变形，抵抗断裂的能力。冲击试验机冲击试验机冲击试样和冲击试验示意图冲击试样和冲击

15、试验示意图冲击韧性冲击韧性( notch toughness ): 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。的能力。摆锤冲断试样所失去的位能为摆锤冲断试样所失去的位能为冲击功冲击功（试件所吸收的功）：（试件所吸收的功）： Ak =G(H1-H2) 焦耳焦耳！吸收功的高低取决于！吸收功的高低取决于 材料能否迅速塑性变形的能力。材料能否迅速塑性变形的能力。 冲击韧性值的试验确定冲击韧性值的试验确定注意！韧性是材料在外加动载荷注意！韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。韧性高的材料，一般变形的能力。韧性高的材料，一般都有

16、较高的塑性指标；但塑性较高都有较高的塑性指标；但塑性较高的材料，却不一定都有高的韧性。的材料，却不一定都有高的韧性。其所以如此，就是因为静载菏下能其所以如此，就是因为静载菏下能够缓慢塑性变形的材料在动载荷够缓慢塑性变形的材料在动载荷下不一定能迅速塑性变形。下不一定能迅速塑性变形。 （2）缺口敏感性）缺口敏感性指在带有一定应力集中的缺口条件下，并且指在带有一定应力集中的缺口条件下，并且在静载荷作用条件在静载荷作用条件下，抵抗裂纹扩展的能力。下，抵抗裂纹扩展的能力。图图1-3 冲击试验的标准试样冲击试验的标准试样冲击韧性？冲击韧性？ 是动载荷作用下抵抗是动载荷作用下抵抗裂纹扩展的能力。裂纹扩展的能

17、力。 4、硬度硬度：金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。金属材料抵抗其它更硬的物体压入其内的能力。 硬度高材料强度也高，耐磨性较好硬度高材料强度也高，耐磨性较好! 表示金属材料表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗在一个小的体积范围内抵抗 弹性变形、塑性变形或破断的能力弹性变形、塑性变形或破断的能力。布布氏氏硬硬度度HB（一一般般在在HB650以以上上就就不不能能使使用用) 、 洛洛氏氏硬硬度度HR (可可以以用用于于硬硬度度很很高高的的材材料料) 、 维维氏氏硬硬度度HV ( 比比洛洛氏氏硬硬度度更更适适合合于于测测定极薄试样的硬度定极薄试样的硬度) ，显微硬度。，显微硬度。(1)布氏硬

18、度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度计布氏硬度计 适用范围适用范围:v 450HBS;布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 符号符号HBS或或HBW之前的数字表示硬度之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。如直径、载荷及载荷保持时间。如: :120HBS10/1000/30表示表示直径为直径为10mm的钢的钢球球在在1000kgf（9.807kN）载荷载荷作用下作用下保持保持30s测得的测得的布氏硬度值为布氏硬度值为120。(2)洛氏硬度洛氏硬度 HR ( Ro

19、ckwll hardness )h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛洛氏氏硬硬度度计计(3)维氏硬度维氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness )适用范围适用范围: 测量薄板类测量薄板类 ; HVHBS ;材材料料的的力力学学性性能能所所包包括括的的强强度度、塑塑性性、韧韧性性、硬硬度度四四个个指指标标中中，强强度度和和塑塑性性占占主主导导地地位位，但使用时要考虑温度的变化。但使用时要考虑温度的变化。T T 小小 结结二、二、物理性能物理性能相对密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、相对密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性、弹性模数与泊桑比等。

20、磁性、弹性模数与泊桑比等。金金属属及及合合金金受受热热时时，体体积积一一般般都都要要膨膨胀胀（即即几几何何尺尺寸寸要要伸伸长长），这这一一特特性性称称为为热热膨膨胀胀性性。通通常常用用线线膨膨胀胀系系数数来来定定量量，以以 L表示。表示。1.线膨胀系数线膨胀系数例如：例如：异种钢焊接异种钢焊接收缩率不同，引起变形或收缩率不同，引起变形或损坏；损坏； 复合钢板（如不锈钢与碳钢复合钢板（如不锈钢与碳钢)热变性不同热变性不同,容器壳体将会？容器壳体将会？ 设备衬里（如碳钢壳体内喷涂铝）设备衬里（如碳钢壳体内喷涂铝）热变热变性不同时？性不同时？ 固定管板式换热器的管子与壳体固定管板式换热器的管子与壳体

21、线膨胀线膨胀量相差过大，将会？量相差过大，将会？ 碳钢表面电镀一层铜碳钢表面电镀一层铜升温后会？升温后会？2、弹性模量、弹性模量E材材料料在在弹弹性性范范围围内内，应应力力和和应应变变成成正正比比，即即E，这这个个比比例例系系数数E称称为为弹弹性性模模量量，表表示示金金属材料在弹性变形阶段的应力和应变关系。属材料在弹性变形阶段的应力和应变关系。对对不不同同材材料料，材材料料的的弹弹性性模模量量越越大大使使它它产产生生一一定定量量的的弹弹性性变变形形的的应应力力也也越越大大。对对同同一一种材料，弹性模数种材料，弹性模数E随温度的升高而随温度的升高而降低降低。3.泊桑比泊桑比泊桑比是拉伸试验中试件

22、泊桑比是拉伸试验中试件单位横向收缩与单位单位横向收缩与单位纵向伸长之比纵向伸长之比，以，以表示。表示。对于各种钢材它近对于各种钢材它近乎为一个常数，即乎为一个常数，即0.3。 1.2.3 化学性能化学性能化学性能化学性能指金属材料与周围介质接触时抵抗指金属材料与周围介质接触时抵抗发生化学或电化学反应的性能。发生化学或电化学反应的性能。1.耐腐蚀性耐腐蚀性指金属材料抵抗各种介质指金属材料抵抗各种介质如大气、水汽、如大气、水汽、各种电解液侵蚀各种电解液侵蚀侵蚀的能力。侵蚀的能力。2. 抗抗氧氧化化性性指指金金属属材材料料在在高高温温下下，抵抵抗抗气气体体介介质质如如水水蒸蒸气，气，COCO2 2、

23、SOSO2 2等的等的氧化腐蚀氧化腐蚀的能力。的能力。耐腐蚀性材料如：不锈钢、塑料、陶瓷、钛及其合金等等耐腐蚀性材料如：不锈钢、塑料、陶瓷、钛及其合金等等抗氧化材料如：耐热钢、铬镍合金、铁铬合金等等抗氧化材料如：耐热钢、铬镍合金、铁铬合金等等表表1-1 几种材料在不同温度和浓度的酸、碱和盐类介质中的耐腐蚀性几种材料在不同温度和浓度的酸、碱和盐类介质中的耐腐蚀性 1.2.4.金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。指材料承受各种加工、处理的能力的那些性能。工艺性能工艺性能1.铸造性能铸造性能指金属或合金是否适合铸造的一些工艺性能，指金属或合金是否适合铸造的一

24、些工艺性能， 包括：流动性能、收缩性、偏析等。包括：流动性能、收缩性、偏析等。含碳量越高，铸造性越好。含碳量越高，铸造性越好。2.焊接性能焊接性能指材料焊接时其工艺方法的难易程度及接口指材料焊接时其工艺方法的难易程度及接口 处是否能满足使用目的的特性。处是否能满足使用目的的特性。3.锻造性能锻造性能金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不金属材料在锻压加工中能承受塑性变形而不 破裂的能力。破裂的能力。含碳量越高，焊接性越差。含碳量越高，焊接性越差。含碳量越高，锻造性越差。含碳量越高，锻造性越差。4.切削加工性切削加工性：指材料被切削加工成合格零件的难易程度。：指材料被切削加工成合格零件的难易程度

25、。包含：包含：刀具耐用度较高；切削力较小，切削温度较低。刀具耐用度较高；切削力较小，切削温度较低。 容易获得良好的表面加工质量。容易获得良好的表面加工质量。容易控制切屑的形状或容易断屑。容易控制切屑的形状或容易断屑。 5.冲压性能冲压性能：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。：金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。 含碳量太高，切削性差。含碳量太低，切削性也差。含碳量太高，切削性差。含碳量太低，切削性也差。含碳量越高，冲压性越差。含碳量越高，冲压性越差。6.热处理工艺性热处理工艺性：指材料被热处理时达到性能等要求的难易程度。：指材料被热处理时达到性能等要求的难易程度。 如：淬硬性、淬透性

26、。如：淬硬性、淬透性。 第三节金属材料的分类及牌号第三节金属材料的分类及牌号一、分类一、分类1、金属的分类、金属的分类铸造生铁铸造生铁金属金属黑色金属黑色金属有色金属有色金属生铁生铁钢钢炼钢生铁炼钢生铁合金生铁合金生铁铜及其合金铜及其合金轻金属及其合金轻金属及其合金其它有色及其合金其它有色及其合金纯铜（紫铜）纯铜（紫铜）铜锌合金（黄铜）铜锌合金（黄铜）铜锡合金（锡青铜）铜锡合金（锡青铜）无锡合金（铝青铜等）无锡合金（铝青铜等）铝及铝合金铝及铝合金钛及钛合金钛及钛合金镁及镁合金镁及镁合金铅、锡及其合金铅、锡及其合金锌及其合金锌及其合金镍、钴及其合金镍、钴及其合金2、钢的分类钢的分类 镇静钢镇静钢

27、 在在浇浇注注前前用用SiSi、AlAl等等把把钢钢液液完完全全脱脱氧氧，把把FeOFeO中中的的氧氧还还原原出出来来，生生成成SiOSiO2 2和和A1A12 2O O3 3，使使得得钢钢中中含含氧氧量量不不超超过过0.010.01，( (通通常常是是0.0020.0020.0030.003) )。成成材材率率较较低低，成成本本较较高高，重重要要用用途途的的优优质质碳碳钢钢和和合合金金钢钢大大都都是镇静钢。是镇静钢。 沸腾钢沸腾钢 冶冶炼炼时时只只用用弱弱脱脱氧氧剂剂脱脱氧氧，是是脱脱氧氧不不完完全全的的钢钢，含含氧氧量量为为0.030.030.070.07，其其锭锭模模上上小小下下大大，浇

28、浇注注后后钢钢液液在在锭锭模模中中发发生生 FeO+CFeO+C CO+FeCO+Fe 的的自自脱脱氧氧反反应应，放放出出大大量量的的COCO气气体体，造造成成沸沸腾腾现现象象。沸沸腾腾钢钢锭锭中中没没有有缩缩孔孔，凝凝固固收收缩缩后后气气体体分分散散为为很很多多形形状状不不同同的的气气泡泡，布布满满全全锭锭之之中中，因因而而内内部部结结构构疏疏松松。成成材材率率高高，成成本本低。低。 半镇静钢半镇静钢 介于镇静钢与沸腾钢之间介于镇静钢与沸腾钢之间1.3.2 钢铁牌号及表示方法钢铁牌号及表示方法一、钢号表示方法概述一、钢号表示方法概述 钢钢的的牌牌号号简简称称钢钢号号，是是对对每每一一种种具具

29、体体钢钢产产品品所所取取的的名名称称，是是人人们们了了解解钢钢的的一一种种共共同同语语言言。我我国国的的钢钢号号表表示示方方法法，采采用用汉汉语语拼拼音音字字母母、化化学学元元素素符符号号和和阿阿拉拉伯伯数数字字相相结结合合的的方方法法表表示示。即：即：钢钢号号中中化化学学元元素素采采用用国国际际化化学学符符号号表表示示，例例如如：Si,Mn,CrSi,Mn,Cr等。混合稀土元素用等。混合稀土元素用“RE”RE”（或（或“XtXt”）表示。）表示。产产品品名名称称、用用途途、冶冶炼炼和和浇浇注注方方法法等等，一一般般采采用用汉汉语语拼拼音音的的缩缩写字母表示写字母表示，见，见表表1 14 4。

30、钢中钢中主要化学元素含量（）采用阿拉伯数字表示主要化学元素含量（）采用阿拉伯数字表示。牌号的表示原则牌号的表示原则依据国家标准依据国家标准GB221-2000,牌号中牌号中 化学元素化学元素化学符号或汉字表示化学符号或汉字表示（如：（如：1 1铬铬1313或或1Cr13)1Cr13)； 产品用途、冶炼和浇铸方法产品用途、冶炼和浇铸方法汉字或汉语汉字或汉语拼音字母表示拼音字母表示（如：（如：Q235F F-Q235F F-沸腾钢）沸腾钢）。例如：沸腾钢例如：沸腾钢F或沸或沸 灰口铸铁灰口铸铁HT或灰铁或灰铁 铸钢铸钢ZG 锅炉钢锅炉钢g或锅或锅 容器钢容器钢R或容或容二、钢铁牌号及表示方法（二、

31、钢铁牌号及表示方法（GB/T221-2000GB/T221-2000） 1、碳素结构钢：、碳素结构钢：1）普通碳素结构钢（）普通碳素结构钢（GB700-88）代表钢材屈服点的字母代表钢材屈服点的字母 屈服点的数值屈服点的数值 材料质量等级符号材料质量等级符号 脱氧方法符号，脱氧方法符号，常用常用Q235B，Q235C，Q235AF2 2）优质碳素结构钢（）优质碳素结构钢（GB711-88GB711-88） 较较普普通通碳碳素素结结构构含含S S、P P量量较较少少，表表面面质质量量较较好好。常常用用1010、15 15 、20g20g、20R20R和和2020等。等。钢钢号号开开头头的的两两位

32、位数数字字表表示示钢钢的的碳碳含含量量，以以平平均均碳碳含含量量的的万万分之几表示，例如平均碳含量为分之几表示，例如平均碳含量为0.450.45的钢，钢号为的钢，钢号为4545。锰锰含含量量较较高高的的优优质质碳碳素素结结构构钢钢，应应将将锰锰元元素素标标出出，例例如如50Mn50Mn。沸沸腾腾钢钢、半半镇镇静静钢钢及及专专门门用用途途的的优优质质碳碳素素结结构构钢钢应应在在钢钢号号最最后后特特别别标标出出，例例如如平平均均碳碳含含量量为为 0.10.1的的半半镇镇静静钢钢，其钢号为其钢号为10b10b。例：优质碳素钢08F 20 R 沸腾钢含碳量为0.08%；容器钢含碳量为0.2%普通碳素钢

33、Q235-A,F沸腾钢类别为A钢材屈服点(MPa)屈服点屈字的拼音首位字母表表1-2 压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表压力容器用碳素钢镇静钢板的适用范围表钢板钢板牌号牌号 使用温使用温度度 设计设计压力压力MPa 壳体钢壳体钢板厚度板厚度mm 其它限制其它限制 Q235-B 0350 1.6 20 不得用于毒不得用于毒性程度为高性程度为高度或极度危度或极度危害介质的压害介质的压力容器力容器 Q235-C 0400 2.5 30 二、钢铁牌号及表示方法二、钢铁牌号及表示方法（GB/T221-2000） 2、合金（高强度）钢、合金（高强度）钢合合金金钢钢是是在在碳碳素素钢钢的的基基础础上上加加

34、入入少少量量合合金金元元素素，比比如如SiSi，MnMn，CuCu，TiTi，V V，NbNb，B B等等，从从而而提提高高钢钢的的强强度度、耐耐腐腐蚀蚀性性、低低温温性性能能，如如大大型型化化工工容容器器常常用用16MnR16MnR，15MnVR15MnVR，15MnTi 15MnTi 来来代代替替碳碳素素钢钢制制造造容容器器，可可以以在在保保证证强强度度的的情情况况下下，使使容容器器壁壁厚厚减减少少，从从而而节节省省钢钢材材30%30%45%45%左左右右，主主要要用用于于壳壳体体或锅炉承压元件。或锅炉承压元件。如如16MnR16MnR，15MnVR15MnVR，18MnMoNb18MnM

35、oNb等。等。合金钢的表示方法合金钢的表示方法钢钢号号开开头头的的两两位位数数字字表表示示钢钢的的碳碳含含量量，以以平平均均碳碳含含量量的的万万分之几分之几表示，如表示，如40Cr40Cr。钢钢中中主主要要合合金金元元素素，一一般般以以百百分分之之几几表表示示。 当当平平均均合合金金含含量量1.5%1.5%时时，钢钢号号中中一一般般只只标标出出元元素素符符号号，而而不不标标明明含含量量，但但在在特特殊殊情情况况下下易易致致混混淆淆者者，在在元元素素符符号号后后亦亦可可标标以以数数字字“1”1”，例例如如钢钢号号“12CrMoV”12CrMoV”和和“12Cr1MoV”12Cr1MoV”，前前者

36、者铬铬含含量量为为0.4-0.6%0.4-0.6%，后后者者为为0.9-1.2%0.9-1.2%，其其余余成成分分全全部部相相同同。当当合合金金元元素素平平均均含含量量1.5%1.5%、2.5%2.5%、3.5%3.5%时时，在在元元素素符符号号后后面面应应标标明明含含量量，可可相相应应表表示示为为2 2、3 3、44等等。例如例如18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA。钢钢中中的的钒钒V V、钛钛TiTi、铝铝ALAL、硼硼B B、稀稀土土RERE等等合合金金元元素素，均均属属微微合合金金元元素素，虽虽然然含含量量很很低低，仍仍应应在在钢钢号号中中标标出出。例例如如20MnVB20MnVB

37、钢中钒为钢中钒为0.07-0.12%0.07-0.12%，硼为，硼为0.001-0.005%0.001-0.005%。高级优质钢应在钢号最后加高级优质钢应在钢号最后加“A”A”，以区别于一般优质钢。，以区别于一般优质钢。二、钢铁牌号及表示方法：二、钢铁牌号及表示方法： 3、特殊性能钢、特殊性能钢主要指不锈耐酸钢主要指不锈耐酸钢铬不锈钢，如铬不锈钢，如1Cr13铬镍不锈钢，如铬镍不锈钢，如0Cr18Ni9节镍不锈钢节镍不锈钢特殊性能钢表示方法特殊性能钢表示方法钢钢 号号 中中 碳碳 含含 量量 以以 千千 分分 之之 几几 表表 示示 。 例例 如如“2Cr13”2Cr13”钢钢的的平平均均碳碳

38、含含量量为为0.20.2，若若钢钢中中含含碳碳量量0.030.03或或0.080.08者者，钢钢号号前前分分别别冠冠以以“ “ 00”00”及及“0”0”表表示示之之，例例如如00Cr17Ni14Mo200Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni90Cr18Ni9等。等。对对钢钢中中主主要要合合金金元元素素以以百百分分之之几几表表示示， 而而钛钛、铌铌、锆锆、氮氮等等则则按按上上述述合合金金结结构构钢钢对对微微合合金元素的表示方法标出。金元素的表示方法标出。 低合金钢低合金钢16MnR 16含碳量0.16%（万分数）； Mn合金元素； R 容器钢。 特殊性能钢特殊性能钢1Cr18Ni9 1含碳量

39、0.1%（千分数）； Cr,Ni主要合金元素； 18含铬量18%； 9 含镍量9%。1.41.4 碳钢与铸铁碳钢与铸铁钢铁的组成钢铁的组成=95=95以上铁以上铁+ +（0.050.054 4）碳）碳+1+1杂质杂质 铁碳合金铁碳合金含碳量含碳量0.020.022 2为钢；为钢；含碳量含碳量2 2为铸铁；为铸铁；含碳量含碳量0.020.02为工业纯铁；为工业纯铁；含碳量含碳量4.34.3极脆，无实用价值。极脆，无实用价值。1.4.1 1.4.1 铁碳合金的组织结构铁碳合金的组织结构1、金属的组织与结构在在1500倍显微镜倍显微镜下观察到的显微下观察到的显微组织，即金属的组织，即金属的金相组织。

40、金相组织。1.纯铁在不同温度下的晶体结构：纯铁在不同温度下的晶体结构：电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称为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不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格面心立方晶格塑性比体心立方晶格的好，而后面心立方晶格塑性比体心立方晶格的好，而后者的强度高于前者。者的强度高于前者。2. 纯铁的同素异构转变：纯铁的同素异构转变：-Fe -Fe 910（体心立方晶格）（面心立方晶格）固态下铁原子重新排列固态下铁原子重新排列在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称在固态下晶体构造随温度发生变

41、化的现象，称“同同素异构转变素异构转变”。纯铁的同素异构转变是在纯铁的同素异构转变是在910恒温下完成的。在恒温下完成的。在固态下重新排列、结晶过程。是钢进行热处理的依固态下重新排列、结晶过程。是钢进行热处理的依据。据。3 3、碳钢的基本组织、碳钢的基本组织碳在铁中的存在形式有碳在铁中的存在形式有固溶体、化合固溶体、化合物和混合物物和混合物三种。三种。 固溶体：两种或两种以上的元素在固固溶体：两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体。格原来形式的物体。这三种不同的存在形式，形成了不同这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。的碳钢组

42、织。 （1 1）铁素体）铁素体(F)(F)碳溶解在碳溶解在 -Fe中形成固溶体称铁素体中形成固溶体称铁素体。 -Fe原原子子间间隙隙小小，溶溶碳碳能能力力低低（室室温温下下0.006），强度和硬度低，但塑性和韧性很好强度和硬度低，但塑性和韧性很好。低碳钢是含铁素体的钢，低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能具有软而韧的性能。（2 2）奥氏体）奥氏体(A)(A)碳溶解在碳溶解在 -Fe-Fe铁中形成固溶体称奥氏体铁中形成固溶体称奥氏体。 -Fe-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比原子间隙较大，碳的溶解度比a-Fea-Fe中大得多中大得多，如在如在723723时可溶解时可溶解0.80.8，在，在114

43、71147时可达最大时可达最大值值2.062.06。奥氏体组织是在奥氏体组织是在a-Fea-Fe发生同素异构转变时产生的。发生同素异构转变时产生的。奥氏体的特点是奥氏体的特点是强度、硬度高，塑性低、韧性较强度、硬度高，塑性低、韧性较好好，且无磁性。，且无磁性。（3 3）渗碳体）渗碳体(C)(C)碳碳和和铁铁形形成成一一种种化化合合物物（FeFe3 3C C）称称渗渗碳碳体体。熔熔点点约约16001600，硬度高，塑性几乎等于零硬度高，塑性几乎等于零。渗渗碳碳体体的的作作用用：少量渗碳体散布在铁素铁中（总含c量2%）成为碳碳素素钢钢。提高了强度和硬度，可轧制成钢材。铁铁碳碳合合金金含含碳碳量量小

44、小于于2 2时时，其其组组织织是是在在铁铁素素体体中中散散布布着渗碳体着渗碳体，是碳素钢是碳素钢。含含碳碳量量大大于于2 2时时，部部分分碳碳可可分分解解为为游离石墨+铁，称称铸铸铁铁。抗抗拉拉强强度度和和塑塑性性都都比比碳碳钢钢低低。但但铸铸铁铁具具有有一一定消震能力。定消震能力。 铁碳合金中铁碳合金中含碳量含碳量2%时，时，部分碳以石墨形式存在部分碳以石墨形式存在于其中，于其中，即所谓即所谓铸铁铸铁。组织结构特点组织结构特点性能特点：性能特点：石墨性软、强石墨性软、强度极低，相当于铸铁中度极低，相当于铸铁中存在许多孔洞。存在许多孔洞。（4 4）珠光体）珠光体(P)(P) 铁素体与渗碳体铁素

45、体与渗碳体的机械混合物。的机械混合物。 力力学学性性能能介介于于铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体之之间间，即即其其强强度度、硬硬度度比比铁铁素素体体显显著著提提高高；塑塑性性、韧韧性性比比铁铁素素体体差差，但但比比渗渗碳碳体要好得多。体要好得多。 （5 5）莱氏体）莱氏体(L)(L) 珠光体和初次渗碳体珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。的共晶混合物。 具具有有较较高高的的硬硬度度，是是一一种种较较粗粗而而硬硬的的金金相相组组织织，存存在在于于白白口口铸铸铁铁、高高碳碳钢中。钢中。 （6 6）马氏体）马氏体(M)(M)钢钢和和铁铁从从高高温温急急冷冷下下来来的的组组织织，是是碳碳原子在原子在a-Fea

46、-Fe中过饱和的固溶体中过饱和的固溶体。具具有有很很高高的的硬硬度度，但但很很脆脆，延延伸伸性性低低，几乎不能承受冲击载荷。几乎不能承受冲击载荷。1.4.2 铁碳合金状态图略1.4.3 1.4.3 碳钢碳钢1 1、常存杂质元素对钢材性能的影响、常存杂质元素对钢材性能的影响（1 1）硫）硫FeSFeS和和FeFe形形成成低低熔熔点点(985)(985)化化合合物物。钢钢材材热热加加工工1150115012001200，过过早早熔熔化化而而导致工件开裂，称导致工件开裂，称“热脆热脆”。高级优质钢：高级优质钢：S S0.02%0.02%0.03%0.03%；优质钢：优质钢：S S0.03%0.03%

47、0.045%0.045%；普通钢：普通钢：S S0.055%0.055%0.7%0.7%以下。以下。有害元素有害元素！（2 2）磷）磷虽虽能能使使强强度度、硬硬度度增增高高，但但塑塑性性、冲冲击击韧性显著降低韧性显著降低。特特别别是是在在低低温温时时，使使钢钢材材显显著著变变脆脆，称称“冷脆冷脆”。 使冷加工及焊接性变坏，使冷加工及焊接性变坏，高级优质钢：高级优质钢： P P0.025%0.025%；优质钢：优质钢： P P0.04%0.04%；普通钢：普通钢： P P0.085%0.085%。 有害元素有害元素！（3 3）锰）锰形成形成MnS(1600)MnS(1600)，部分消除硫的有害作

48、，部分消除硫的有害作用。用。锰具有很好的脱氧能力，与锰具有很好的脱氧能力，与FeOFeO成为成为MnOMnO进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低脆性，提高强度和硬度降低脆性，提高强度和硬度。在在0.5%0.5%0.8%0.8%以以下下时时，看看成成是是常常存存杂杂质质。优优质质碳碳素素结结构构钢钢中中，正正常常含含锰锰量量是是0.5%0.5%0.8%0.8%；高锰结构钢可达；高锰结构钢可达0.7%0.7%1.2%1.2%。有益元素有益元素！（4 4）硅）硅脱脱氧氧剂剂, ,硅硅与与FeOFeO能能结结成成密密度度较较小小的的硅硅酸盐炉渣而被除去。酸盐炉渣而被

49、除去。硅硅在在钢钢中中溶溶于于铁铁素素体体内内使使强强度度、硬硬度度增加，塑性、韧性降低增加，塑性、韧性降低。镇镇静静钢钢中中的的含含硅硅量量常常在在0.1%0.1%0.37%0.37%，沸腾钢中只含有沸腾钢中只含有0.03%0.03%0.07%0.07%。由由于于钢钢中中硅硅含含量量一一般般不不超超过过0.5%0.5%，对对钢性能影响不大。钢性能影响不大。有益元素有益元素！（5 5）氧）氧在在炼炼钢钢末末期期要要加加入入锰锰、硅硅、铁铁和和铝铝进进行脱氧，但不可能除尽。行脱氧，但不可能除尽。FeOFeO、MnOMnO、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3，使使强强度度、塑塑性性降降

50、低低。尤尤其其是是对对疲疲劳劳强强度度、冲冲击击韧性等有严重影响。韧性等有严重影响。 有害元素有害元素！（6）氮）氮长长时时间间放放置置或或在在200200300300加加热热氮氮以以氮氮化化物物形形式式的的析析出出，硬硬度度、强强度度提提高高，塑塑性性下下降降，发发生生时时效效( (即即氮氮化化物物析出）。析出）。钢钢液液中中加加入入AlAl、TiTi或或V V进进行行固固氮氮处处理理，使使氮氮固固定定在在AlNAlN、TiNTiN或或VNVN中中，可可消消除时效倾向。除时效倾向。 有害元素！有害元素！（7 7）氢）氢来源来源钢由钢由高温高温奥氏体奥氏体冷至常温时，氢冷至常温时，氢的溶解度降

51、低的溶解度降低，来不及到钢的表面逸出，来不及到钢的表面逸出而而积聚，并产生高压力积聚，并产生高压力，在钢材内产生，在钢材内产生“白点白点”。 “白点白点”裂纹源裂纹源 有害元素！有害元素！1.4.4 钢的热处理钢的热处理 钢钢、铁铁固固态态下下加加热热、保保温温和和不不同同的的冷冷却却方方式式，改改变变金金相相组组织织以以满满足足所所要要求求的的物物理理、化学与力学性能，称为热处理化学与力学性能，称为热处理。热处理工艺实例：缝纫用钢针在火上烧，再慢慢冷下来后变软；建筑用铁线用火烧软；泵轴调质内韧外硬；扁铲淬火提高硬度和韧性 ；容器焊后退火消除内应力；热处理工艺曲线：（1 1）常用热处理工艺）常

52、用热处理工艺退退火火：缓缓慢慢加加热热到到临临界界点点以以上上的的某某一一温温度度，保保温一段时间，温一段时间，随炉缓慢冷却随炉缓慢冷却。目目的的：细细化化晶晶粒粒，提提高高力力学学性性能能；降降低低硬硬度度、提提高高塑塑性性、便便于于冷冷加加工工；消消除除部部分分内内应应力力，防止工件变形。防止工件变形。正正火火:置置于于空空气气中中冷冷却却，晶晶粒粒变变细细，韧韧性性可可显显著著提高。提高。铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。缓慢加热，保温一定时间后缓慢加热，保温一定时间后 随炉冷却（曲线随炉冷却（曲线1 1） - - 退火；退火； 空气中冷却（曲线

53、空气中冷却（曲线2 2）-正火正火 ； 作用：作用：降低硬度，增加塑性，改降低硬度，增加塑性，改善机械性能；善机械性能； 使组织均匀化，消除内应力。使组织均匀化，消除内应力。【注】加热温度为临界点（钢的内部【注】加热温度为临界点（钢的内部组织发生转变的温度组织发生转变的温度) ) 以上以上30305050。淬淬火火是是加加热热至至淬淬火火温温度度( (临临界界点点以以上上303050)50)，并并保保温温一一段段时时间间，后后投投入入淬淬火剂中冷却。火剂中冷却。淬淬火火后后得得到到的的组组织织是是马马氏氏体体。增增加加硬硬度度、强度和耐磨性。强度和耐磨性。 淬淬火火剂剂有有空空气气、油油、水水

54、、盐盐水水，冷冷却却能能力递增。力递增。碳碳钢钢在在水水和和盐盐水水中中淬淬火火，合合金金钢钢在在油油中中淬火。淬火。 缓慢加热，保温一定时间缓慢加热，保温一定时间 淬淬火剂火剂中冷却（曲线中冷却（曲线3 3）；）； 淬火剂: 水，盐水水，盐水-用于用于 碳钢；碳钢； 油油-用于合金钢。用于合金钢。作用：提高硬度、强度和耐磨性。 淬火淬火回回火火是是淬淬火火后后进进行行的的一一种种较较低低温温度度的的加热与冷却热处理工艺加热与冷却热处理工艺。回回火火可可以以降降低低或或消消除除零零件件淬淬火火后后的的内内应力，提高韧性。应力，提高韧性。在在150150250250范范围围内内的的回回火火称称“

55、低低温温回回火火”。回回火火马马氏氏体体有有较较高高的的硬硬度度和和耐耐磨磨性性，内内应应力力和和脆脆性性有有所所降降低低。刃刃具具、量量具具，要要进进行行低低温温回回火火处理。处理。 回火回火中温回火中温回火温度是温度是300300450450。有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。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。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。高温回火高温回火温度为温度为500500680680。综合性能：强度、韧性、塑性等都较好综合性能：强度、韧性、塑性等都较好淬淬火火加加高高温温回回火火习习惯惯上上称称为为“调调质质处处理理”。用用于于各各种种轴轴类类零零

56、件件、连连杆杆、齿齿轮轮、受受力力螺栓等。螺栓等。4 4、化学热处理、化学热处理有有渗渗碳碳、渗渗氮氮( (氮氮化化) )、渗渗铬铬、渗渗硅硅、渗渗铝、氰化铝、氰化( (碳与氮共渗碳与氮共渗) )等。等。渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性；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；渗铝可提高耐热、抗氧化性；氮氮化化与与渗渗铬铬的的零零件件，表表面面比比较较硬硬，可可显显著提高耐磨和耐腐蚀性；著提高耐磨和耐腐蚀性；渗硅可提高耐酸性等。渗硅可提高耐酸性等。1.4.4 碳钢的分类碳钢的分类 （1）.普通碳钢普通碳钢含含P、S等等有害杂质较多有害杂质较多（S0.055% P0.04

57、5%)化工压力容器用钢一般选用镇静钢化工压力容器用钢一般选用镇静钢。 普普通通碳碳素素钢钢有有 Q195Q195、 Q215Q215、 Q235Q235、 Q255Q255及及 Q275Q275五五个钢种。个钢种。式中式中 Q普通碳钢，普通碳钢，“屈服屈服”的拼音首位字母。的拼音首位字母。 235材料屈服点（材料屈服点（MPa) A,B,C,D钢材质量等级，越后越高。钢材质量等级，越后越高。 F沸腾钢沸腾钢 （2 2）. .优质碳素钢优质碳素钢 特点：特点：含硫含硫、磷等杂质较少磷等杂质较少，均，均0.04%，杂质杂质少，组织均匀，表面质量好。少，组织均匀，表面质量好。 常用有：常用有：08,

58、08,10,15,20,2010,15,20,20g,g,2020R,30Mn,40MnR,30Mn,40Mn等。等。式中式中 数字数字-含含c c量的万分数量的万分数; ; g - g -锅炉钢；锅炉钢； R - R -容器钢；容器钢； MnMn - -含锰元素约含锰元素约1%1%。 （3 3）. .高级优质钢高级优质钢 磷硫杂质极少磷硫杂质极少 P,P,s s含量含量0.03%0.03%。 表示法：如表示法：如2020A A 1.4.5 1.4.5 铸铁铸铁含含碳碳量量2%2%以以上上，含含有有 S S、 P P、 SiSi、 MnMn等等杂杂质。质。脆脆性性材材料料，抗抗拉拉强强度度较较

59、低低，但但有有良良好好铸铸造造性性、耐磨性、减振性及切削加工性耐磨性、减振性及切削加工性。在在一一些些介介质质( (浓浓硫硫酸酸、醋醋酸酸、盐盐溶溶液液、有有机机溶溶剂等剂等) )中有相当好的耐腐蚀性能。中有相当好的耐腐蚀性能。铸铸铁铁可可分分为为灰灰铸铸铁铁、可可锻锻铸铸铁铁、球球墨墨铸铸铁铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。1 1、灰铸铁、灰铸铁2.7%2.7%4.0%4.0%，片状石墨形式，断面暗灰色。，片状石墨形式，断面暗灰色。有有优优良良的的铸铸造造性性、减减振振性性能能，支支架架、阀阀体体、泵泵体体( (机机座座、管路附件等管路附件等) )。在在化化工工生生产产

60、中中可可做做烧烧碱碱生生产产中中的的熬熬碱碱锅锅、联联碱碱生生产产中中的碳化塔及淡盐水泵等。的碳化塔及淡盐水泵等。HTHT和和抗抗拉拉强强度度 b b值值表表示示，如如 HT100HT100，其其中中100100表表示示 b b100MPa100MPa。常常用用灰灰铸铸铁铁牌牌号号有有HT100HT100、 HT150HT150、 HT200HT200、 HT250HT250、 HT300HT300、 HT350HT350。2 2、球墨铸铁、球墨铸铁简称球铁。简称球铁。在在强强度度、塑塑性性和和韧韧性性方方面面大大大大超超过过灰灰铸铁，甚至接近钢材。铸铁，甚至接近钢材。用用QTQT、抗抗拉拉强

61、强度度值值、延延伸伸率率表表示示，如如QT400-18QT400-18，其其中中400400表表示示 b b400MPa400MPa，1818表示表示 =18%=18%。3 3、高硅铸铁、高硅铸铁有高的耐蚀性能，含硅量增加耐蚀性增加。有高的耐蚀性能，含硅量增加耐蚀性增加。特点：特点：耐腐蚀性好；耐腐蚀性好； 质硬、脆，较难机加工，一般采用铸造；质硬、脆，较难机加工，一般采用铸造； 导热性能差，膨胀系数大，受热易裂。导热性能差，膨胀系数大，受热易裂。常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器牌号有：牌号有：STSi11Cu2CrRSTSi11Cu2CrR、STSi1

62、5RSTSi15R、STSi15Mo3RSTSi15Mo3R等。等。式中式中 ST-高硅耐蚀铸铁，高硅耐蚀铸铁， Si15-含硅含硅15%左右，左右， Cu2-含铜含铜2%左右左右 R -混合稀土元素混合稀土元素（0.1%） 性能指标性能指标材料材料 b(MPa) s(MPa) (%)(%) k(N.m/cm2) HBS(MPa) 45(正火）正火）61036016 5024.1 球墨铸铁球墨铸铁40090025060021815301336 灰铸铁灰铸铁150400 1427 4545号钢、球墨铸铁、灰铸铁的机械性能比较号钢、球墨铸铁、灰铸铁的机械性能比较1.5 1.5 合金钢合金钢在碳钢中

63、添加适量的一种或多种合金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。元素，得到或改善某些性能。 按合金元素总含量分：按合金元素总含量分： 合金含量合金含量5%10%10%，高合金钢，高合金钢表示方法：表示方法：一种是一种是汉字牌号汉字牌号，如，如3535铬钼；铬钼；另一种是用另一种是用国际化学符号国际化学符号，如，如35CrMo35CrMo。表表示示含含碳碳量量平平均均为为万万分分之之三三十十五五( (或或0.35%)0.35%)，含，含 CrCr、MoMo在在1%1%左右。左右。当当平平均均质质量量分分数数1.5%1.5%、2.5%2.5%，3.5%3.5%时时，在在元元素素符

64、符号号后后面面应应标标明明含含量量，可可相相应应表表示示为为2 2、3 3、4 4。如如36Mn2Si36Mn2Si。1.5.1 1.5.1 合金元素对钢的影响合金元素对钢的影响 为为改改善善钢钢材材性性能能特特意意加加入入合合金金元元素素，以改变钢材性质。以改变钢材性质。目目前前常常用用的的合合金金元元素素有有：铬铬(Cr)(Cr)，锰锰( (MnMn) )，镍镍(Ni)(Ni)，硅硅(Si)(Si)，硼硼(B)(B)，钨钨(W)(W)，钼钼(Mo)(Mo)，钒钒(V)(V)，钛钛(Ti)(Ti)和和稀稀土元素土元素(Re)(Re)等。等。1 1、铬、铬提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。提高耐腐蚀

65、性能和抗氧化性能。含含量量达达到到1313时时，能能使使钢钢的的耐耐腐腐蚀蚀能能力力显著提高，并增加钢的热强性。显著提高，并增加钢的热强性。提提高高钢钢的的淬淬透透性性，显显著著提提高高钢钢的的强强度度、硬度和耐磨性，但使塑性和韧性降低。硬度和耐磨性，但使塑性和韧性降低。2 2、锰、锰提高强度和提高低温冲击韧性。提高强度和提高低温冲击韧性。3 3、镍、镍提提高高淬淬透透性性，有有很很高高的的强强度度，而而又又保保持持良好的塑性和韧性。良好的塑性和韧性。提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。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

66、中。镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。4 4、硅、硅提提高高强强度度、高高温温疲疲劳劳强强度度、耐耐热热性性及及耐耐H H2 2S S等介质的腐蚀性。等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。 5 5、铝、铝强强脱脱氧氧剂剂，显显著著细细化化晶晶粒粒，提提高高冲冲击击韧韧性，降低冷脆性。性，降低冷脆性。提提高高抗抗氧氧化化性性和和耐耐热热性性，对对抵抵抗抗H H2 2S S介介质腐蚀有良好作用。质腐蚀有良好作用。价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。 6 6、钼、钼提高高温强度、硬度、细化晶粒、防止提高高温强度、

67、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。钼能抗氢腐蚀。回火脆性。钼能抗氢腐蚀。 7 7、钒、钒于固溶体中提高高温强度，细化晶粒，于固溶体中提高高温强度，细化晶粒，提高淬透性。提高淬透性。铬钢中加少量钒，在保持钢的强度情况铬钢中加少量钒，在保持钢的强度情况下，能改善钢的塑性。下，能改善钢的塑性。8 8、钛、钛强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒，提强脱氧剂，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高韧性，减小铸锭缩孔和焊缝裂纹等倾向。倾向。在不锈钢中稳定碳，防止晶间腐蚀在不锈钢中稳定碳，防止晶间腐蚀提高耐热性。提高耐热性。 9 9、稀土元素、稀土元素提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐提高强度，改

68、善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。蚀性及焊接性能。 1.1. 成分特点：成分特点：由碳素钢由碳素钢+ +SiSi、MnMn、CuCu、 TiTi、V V、NbNb等等元素组成；元素组成；含碳量均较低，含碳量均较低，0.2%0.2%；合金元素总含量合金元素总含量5%5% 。2. 2. 相对于碳素钢，其性能特点：相对于碳素钢，其性能特点：强度提高；强度提高；耐腐蚀性能提高；耐腐蚀性能提高；低温性能提高。低温性能提高。1.5.2 低合金钢低合金钢 碳素钢与低合金钢比较碳素钢与低合金钢比较 类别类别 品种品种 b (MPa) s(MPa) S/b使用温度使用温度 （）碳素钢碳素钢Q235-A 20

69、 400 400 240 250 0.6 0.630350-19475低合金钢低合金钢 16Mn 15MnV 520 540 360 400 0.69 0.74-40475-454503.常用材料常用材料：板，管，圆钢等型材。：板，管，圆钢等型材。4.用途：用途： 广泛用于造船，压力容器，桥梁，高广泛用于造船，压力容器，桥梁，高压锅炉，汽车，矿山机械，农业机械等。压锅炉，汽车，矿山机械，农业机械等。5.常用材料：常用材料： 16MnR，15MnVR,18MnMoNbR, 16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR.大大型型化化工工容容器器16MnR16MnR，质质量量比比碳碳钢钢轻轻 l/

70、3l/3；与与碳碳钢钢相相比比，用用15MnV15MnV制制造造球球形形贮贮罐罐可可节节省钢材约省钢材约45%45%。根根据据容容器器的的具具体体操操作作条条件件( (温温度度、压压力力) )和制造加工和制造加工( (卷板、焊接卷板、焊接) )要求，选用要求，选用1.5.3 锅炉钢和容器钢锅炉钢和容器钢1.1.工作环境：工作环境：锅炉：中温或高温；中压或高压。锅炉：中温或高温；中压或高压。容器：压力；温度；介质腐蚀；操作特点。容器：压力；温度；介质腐蚀；操作特点。2.2.对材质要求：对材质要求：1 1）较高的强度；）较高的强度；2 2）良好的塑性、韧性和冷弯性能；）良好的塑性、韧性和冷弯性能；

71、3 3）较低的缺口敏感性；）较低的缺口敏感性；4 4）良好的焊接性能和其他工艺性能；）良好的焊接性能和其他工艺性能；5 5）良好的冶金质量。）良好的冶金质量。 3.常用的材料：常用的材料：锅炉钢锅炉钢 20g；12Mng,16Mng,15MnVg,18MnMoNbg。容器钢容器钢（GB150-1998 钢制压力容器钢制压力容器推荐）推荐） Q235-B，Q235-C; 20R; 16MnR，15MnVR，15MnVNbR，18MnMoNbR。 4.标准：标准： 压力容器用钢板压力容器用钢板GB6654-1996 压力容器用碳素钢和低合金厚钢板压力容器用碳素钢和低合金厚钢板YB/T40-87 1

72、.5.4 1.5.4 不锈耐酸钢不锈耐酸钢不锈不锈-耐大气腐蚀；耐大气腐蚀；耐酸耐酸-耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀。耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀。常用品种：常用品种：1 1）铬不锈钢）铬不锈钢-如如1 1Cr13, 2Cr13, 0Cr13Cr13, 2Cr13, 0Cr13等。等。第一个数字第一个数字-含碳量的含碳量的千分数千分数 见表见表1-5(1-41-5(1-4） ； Cr13- Cr13-含铬含铬13%13%。组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中形成固溶体。组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中形成固溶体。“不锈不锈”的原因的原因： 在氧化性介质中，铬能生成一层在氧化性介质中，铬能生成一层稳定而致密的

73、稳定而致密的氧化膜氧化膜，对钢材起保，对钢材起保护作用。护作用。性能特点性能特点：n 碳碳的的作作用用-与与铬铬生生成成碳碳化化铬铬(Cr23C6)，消消耗耗大大量量的的铬铬。为为保保证证耐耐腐腐蚀蚀性性能能，不不锈锈钢钢中中碳碳含含量量越低越好。越低越好。 铬的作用：铬的作用： 能提高耐腐蚀性能能提高耐腐蚀性能。实际铬不锈。实际铬不锈钢的平均含铬量钢的平均含铬量13%。 能提高钢的淬透性，显著提高钢能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而塑性、韧的强度、硬度和耐磨性，而塑性、韧性降低。性降低。 用作受载荷大的耐蚀零件，如用作受载荷大的耐蚀零件，如轴类，活塞杆、螺栓、浮阀等轴类，活

74、塞杆、螺栓、浮阀等。2）铬镍不锈钢）铬镍不锈钢常用铬镍不锈钢型号常用铬镍不锈钢型号:0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti 式中式中 0-含碳量的含碳量的千分数千分数；（见表；（见表1-5） Cr18-含铬量含铬量18%左右；左右； Ni9-含镍量含镍量9%左右。左右。通常通常以铬镍平均含量以铬镍平均含量“18-8”标志标志这种钢。这种钢。组织特征组织特征：C、Cr、Ni固溶于奥氏体晶格中，固溶于奥氏体晶格中，是是单一的奥氏体组织单一的奥氏体组织。 性能特点: 耐腐蚀性好耐腐蚀性好 Cr含量含量13%，表面形成，表面形成氧化膜氧化膜； 组织为组织为单一的奥氏体单一的奥氏体，在电解液中不能形成

75、，在电解液中不能形成微电池，避免了电化学腐蚀。微电池，避免了电化学腐蚀。 力学性能优异力学性能优异。 见见P298P298附录五附录五 在在400850期间，碳生成碳化铬在晶界期间，碳生成碳化铬在晶界析出，使晶界附近贫铬（铬含量低于析出，使晶界附近贫铬（铬含量低于12%）导致）导致晶间腐蚀晶间腐蚀。 ！不能反复施焊，否则必须进行热处理！不能反复施焊，否则必须进行热处理。 不耐氯离子腐蚀。不耐氯离子腐蚀。 1.5.5 1.5.5 耐热钢耐热钢 高温环境高温环境-原油加热、裂解、催化等。如转化原油加热、裂解、催化等。如转化炉炉管，工作温度为炉炉管，工作温度为650650800800。 碳钢使用温度

76、一般在碳钢使用温度一般在400以下。以下。如如20钢钢 500时屈服点只有时屈服点只有50MPa，变得很软，钢，变得很软，钢中的中的Fe3C分解出石墨碳（分解出石墨碳（石墨化过程石墨化过程）；同时钢）；同时钢表面生成氧化皮，层层剥落。表面生成氧化皮，层层剥落。 碳钢在高温下强度和抗氧化性均下降。碳钢在高温下强度和抗氧化性均下降。 高温设备对材料的要求：高温设备对材料的要求：化学稳定性化学稳定性。抵抗高温气体（抵抗高温气体（O2、H2S、SO2 等）腐蚀的能力。钢的表面能生成致密的等）腐蚀的能力。钢的表面能生成致密的氧氧化膜化膜。 Cr、Al、Si抗氧化钢抗氧化钢抗高温氧化，强度不高。抗高温氧化

77、，强度不高。 Cr13SiAl， Cr25Ti， Cr25Ni12等。等。热强性热强性。抗抗高温蠕变高温蠕变能力。能力。 Cr、Mo、V、Ti热强钢热强钢抗蠕变，有一定抗氧化能力。抗蠕变，有一定抗氧化能力。 12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。等。元素元素 Cr提高提高抗氧化抗氧化性，强化并稳定金相组性，强化并稳定金相组织。织。 Mo提高提高高温强度高温强度，强化并稳定金相组，强化并稳定金相组织，提高再结晶温度。织，提高再结晶温度。 Ni形成形成奥氏体组织奥氏体组织，提高高温强度和耐，提高高温强度和耐腐蚀性。腐蚀性。 Ti稳定金相组织，不锈钢中能稳定金相组织，不

78、锈钢中能减少铬与减少铬与碳的化合。碳的化合。 Al,Si提高提高高温抗氧化性高温抗氧化性，本身生成致密，本身生成致密的氧化膜。的氧化膜。各元素的作用：各元素的作用： 1.5.6 1.5.6 低温用钢低温用钢低温环境低温环境天然气液化、空气分离、润天然气液化、空气分离、润滑油脱脂、轻烃回收等。滑油脱脂、轻烃回收等。 普通碳钢在低温下（普通碳钢在低温下（-20-20以下以下）变）变脆，冲击韧性显著下降。脆，冲击韧性显著下降。 低温用钢的组织成分特点：低温用钢的组织成分特点：一般低温（一般低温（-40-20-40-20 )钢钢含含碳量很低碳量很低（0.080.18）的铁素体）的铁素体组织，再加入适量

79、组织，再加入适量的的Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元素。等元素。 如如 16MnDR，09MnNiDR等。等。深冷（深冷（-40-40以下以下) )用钢用钢含含碳量低的奥碳量低的奥氏体氏体组织。如组织。如 15Mn26Al4。1.5.7 1.5.7 钢材的品种及规格钢材的品种及规格品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢（1 1）钢板（压力容器用热扎厚钢板）钢板（压力容器用热扎厚钢板）4mm4mm6mm6mm厚度厚度间隔为间隔为0.5mm0.5mm6mm6mm30mm30mm厚度厚度间隔为间隔为1mm1mm30mm30mm60mm60mm厚度厚度间隔为间隔为

80、2mm2mm一一般般碳碳素素钢钢板板材材有有 Q235-AQ235-A、Q235-AFQ235-AF、0808、1010、1515、2020等。等。 2 2）钢管）钢管 P306P306附录七附录七 无缝钢管无缝钢管表示法：表示法： 如如 f21910f21910其中其中 219- 219-钢管的外径钢管的外径, ,mmmm； 10- 10-钢管名义壁厚钢管名义壁厚, ,mmmm。 有缝钢管有缝钢管 由板卷焊接而由板卷焊接而成。用于水管，蒸汽管等。成。用于水管，蒸汽管等。 如如 1 1吋吋,1/4,1/4吋吋,3/4,3/4吋等。吋等。3）型钢）型钢圆钢圆钢方钢方钢扁钢扁钢等边角钢等边角钢不等

81、边角钢不等边角钢工字钢工字钢槽钢槽钢n圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；n扁钢常用作各种桨叶；扁钢常用作各种桨叶；n角钢、工字钢及槽钢可做各种设备的支架、塔角钢、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。盘支承及各种加强结构。4）铸钢和锻钢）铸钢和锻钢钢水铸造成型钢水铸造成型-铸钢。铸钢。如：如：ZG200-400 式中式中200-屈服点屈服点 400-抗拉强度。抗拉强度。钢坯锻压成型钢坯锻压成型 -锻钢锻钢用于制造各种承受重载荷的复用于制造各种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶杂零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。轮等。1.6 1.6 有色金属材料

82、有色金属材料1.6.1 1.6.1 铝及其合金铝及其合金1.1.特性：特性： 1 1）密度小，体轻；）密度小，体轻； 2 2）导电、导热性好。不产生火花；）导电、导热性好。不产生火花； 3 3）塑性高，强度低；）塑性高，强度低； 4 4）易冷加工，可焊，可铸；）易冷加工，可焊，可铸； 5 5）耐低温；）耐低温； 6 6）一定的耐腐蚀性；）一定的耐腐蚀性； 7 7）不污染食物。）不污染食物。1）纯铝：高纯铝纯铝：高纯铝L01，L02（浓硝酸设备）；（浓硝酸设备）； 工业纯铝工业纯铝L1，L2，L4（换热器，塔，储（换热器，塔，储罐，深冷设备等）。罐，深冷设备等）。2）铸造铝铸造铝ZL（泵，阀门，

83、离心机等）（泵，阀门，离心机等）由铝由铝锰系或铝镁组成的铝合金。锰系或铝镁组成的铝合金。3）防锈铝防锈铝LF（深冷设备，分离塔等）（深冷设备，分离塔等）铝、铝、硅合金。硅合金。2.常用铝材：常用铝材：1.6.2 铜及其合金铜及其合金1.纯铜（紫铜）纯铜（紫铜）特性：特性：1）塑性好，导电性好，导热好；）塑性好，导电性好，导热好； 2）低温下保持较高塑性和冲击韧性；）低温下保持较高塑性和冲击韧性； 3）耐低浓度酸。）耐低浓度酸。用场：深冷装置；密封垫片。用场：深冷装置；密封垫片。常用材料：常用材料：T2，T3，T4，TUP（用磷脱氧的无（用磷脱氧的无氧纯铜）。氧纯铜）。2.黄铜黄铜铜与锌的合金铜

84、与锌的合金。特性：铸造性能好；较高的力学性能；易特性：铸造性能好；较高的力学性能；易切削加工；可焊接；耐蚀性较好；有应切削加工；可焊接；耐蚀性较好；有应力腐蚀开裂倾向。力腐蚀开裂倾向。化工常用材料：化工常用材料：H80,H68,H62等。等。铜含量%代号3.青铜青铜常用材料：锡青铜（铜锡合金）常用材料：锡青铜（铜锡合金）铸造青铜用场较多铸造青铜用场较多。特点：良好的耐腐蚀性，耐磨性。特点：良好的耐腐蚀性，耐磨性。用场：泵壳，轴承，涡轮，阀门等。用场：泵壳，轴承，涡轮，阀门等。1.6.3 钛及其合金钛及其合金特点：特点：1）密度不大而强度高；）密度不大而强度高； 2）耐腐蚀性能近乎或超过）耐腐蚀

85、性能近乎或超过不锈钢；不锈钢； 3）耐热。）耐热。用场：航空工业，化学工业。用场：航空工业，化学工业。1.7 1.7 非金属材料非金属材料既既可可用用作作结结构构材材料料，又又能能作作设设备备的的保保护护衬衬里里、涂涂层层，还还可可做做设设备备的的密密封封材料、保温材料和耐火材料。材料、保温材料和耐火材料。非非金金属属材材料料分分为为无无机机非非金金属属材材料料（陶陶瓷瓷、搪搪瓷瓷、岩岩石石、玻玻璃璃等等）及及有有机机非非金金属属材材料料（塑塑料料、涂涂料料、橡橡胶胶等等）及及近近20203030年年来来发发展展的的复复合合材材料料（玻璃钢、不透性石墨等）。（玻璃钢、不透性石墨等）。 1.7.

86、1 无机非金属材料（主要成分为粘土）无机非金属材料（主要成分为粘土）1. 化工陶瓷化工陶瓷特点：特点：1 1）良好的耐腐蚀性能；）良好的耐腐蚀性能； 2 2）足够的不透性、耐热性；）足够的不透性、耐热性； 3 3）一定的机械强度；）一定的机械强度； 4 4）性脆易裂，导热性差。）性脆易裂，导热性差。用场：化工陶瓷设备及管道，管件等。用场：化工陶瓷设备及管道，管件等。2.化工搪瓷化工搪瓷含含高高硅硅的的瓷瓷釉釉经经900煅煅烧烧，密密着着在在金金属属胎胎表表面面而而成成。热热导导率率不不到到钢钢的的1/41/4，热热膨膨胀胀系系数数大大。不不能能直直接接用用火火焰焰加加热热，以以免免损损坏坏搪搪

87、瓷瓷表表面面，可可以以用用蒸蒸汽汽或或油油浴浴缓慢加热。使用温度为缓慢加热。使用温度为-30-30270270。特点：特点：1 1）优良的耐腐蚀性能；）优良的耐腐蚀性能； 2 2）优良的电绝缘性能；）优良的电绝缘性能； 3 3）易碎裂。）易碎裂。用用场场：搪搪瓷瓷设设备备，如如反反应应釜釜、储储罐罐、换换热热器、塔、阀门等。器、塔、阀门等。3 3、 辉绿岩铸石辉绿岩铸石用用辉辉绿绿岩岩熔熔融融后后制制成成，可可制制成成板板、砖砖等等材料作设备衬里材料作设备衬里，也可做管材。，也可做管材。铸铸石石除除对对氢氢氟氟酸酸和和熔熔融融碱碱不不耐耐腐腐蚀蚀外外，对对各各种种酸酸、碱碱、盐盐都都具具有有良

88、良好好的的耐耐腐腐蚀蚀性能。性能。4 4、玻璃、玻璃 化化工工用用的的玻玻璃璃不不是是一一般般的的钠钠钙钙玻玻璃璃，而而是是硼硼玻玻璃璃（耐耐热热玻玻璃璃）或或高高铝铝玻玻璃璃，它们有好的热稳定性和耐腐蚀性。它们有好的热稳定性和耐腐蚀性。有有耐耐腐腐蚀蚀性性、清清洁洁、透透明明、阻阻力力小小、价价格格低低等等特特点点，但但质质脆脆、耐耐温温度度急急变变性性差，不耐冲击和振动。差，不耐冲击和振动。目目前前已已成成功功采采用用在在金金属属管管内内衬衬玻玻璃璃或或用用玻璃钢加强玻璃管道，来弥补其不足。玻璃钢加强玻璃管道，来弥补其不足。1.7.2 有机非金属材料有机非金属材料1. 工程塑料工程塑料高分

89、子合成树脂高分子合成树脂+ 填料填料提高力学性能；提高力学性能； 增塑剂增塑剂降低硬度和脆性；降低硬度和脆性； 稳定剂稳定剂延缓老化；延缓老化； 固化剂固化剂加快固化速度。加快固化速度。特点：特点：1 1）良好的耐腐蚀性能；）良好的耐腐蚀性能； 2 2）一定的机械强度；）一定的机械强度； 3 3）密度不大；）密度不大； 4 4）价格较低。）价格较低。常用材料：常用材料：硬聚氯乙烯塑料硬聚氯乙烯塑料聚乙烯塑料聚乙烯塑料耐酸酚醛塑料耐酸酚醛塑料聚四氟乙烯塑料聚四氟乙烯塑料玻璃钢玻璃钢（1 1）硬聚氯乙烯（）硬聚氯乙烯（PVCPVC）塑料塑料使使用用温温度度为为-10-10+55+55。当当温温度度

90、在在60609090时，强度显著下降。时，强度显著下降。 （2 2）聚乙烯（）聚乙烯（PEPE）塑料塑料在在室室温温下下，除除硝硝酸酸外外，对对各各种种酸酸、碱碱盐盐溶溶液均稳定，对氢氟酸特别稳定。液均稳定，对氢氟酸特别稳定。（3 3）耐酸酚醛塑料（）耐酸酚醛塑料（PFPF）使使用用温温度度为为-30-30+130+130。这这种种塑塑料料性性质质较脆、冲击韧性较低。较脆、冲击韧性较低。 PVC棒PE棒PE罐（4 4）聚四氟乙烯（）聚四氟乙烯（PTFEPTFE）塑料塑料耐耐强强腐腐蚀蚀性性介介质质腐腐蚀蚀。甚甚至至超超过过贵贵重重金金属属金和银，有金和银，有塑料王塑料王之称。之称。常常用用作作

91、耐耐腐腐蚀蚀、耐耐高高温温密密封封元元件件及及高高温温管管道。道。有有良良好好的的自自润润滑滑性性，还还可可以以用用作作无无油油润润滑滑压缩机的活塞环。压缩机的活塞环。有有突突出出的的耐耐热热和和耐耐寒寒性性，使使用用温温度度范范围围为为- -200200250250。（5 5）玻璃钢）玻璃钢又称玻璃纤维增强塑料。又称玻璃纤维增强塑料。用用合合成成树树脂脂为为粘粘结结剂剂，以以玻玻璃璃纤纤维维为为增增强强材材料料，按一定成型方法制成。，按一定成型方法制成。具具有有优优良良的的耐耐腐腐蚀蚀性性能能，强强度度高高和和良良好好的的工工艺性能，是一种新型非金属材料。艺性能，是一种新型非金属材料。树脂不

92、同而差异很大。树脂不同而差异很大。环环氧氧玻玻璃璃钢钢（常常用用）、酚酚醛醛玻玻璃璃钢钢（耐耐酸酸性性好好）、呋呋喃喃玻玻璃璃钢钢（耐耐腐腐蚀蚀性性好好）、聚聚酯酯玻璃钢（施工方便）等。玻璃钢（施工方便）等。2 2、涂料、涂料品品种种多多，选选择择范范围围广广、适适应应性性强强、使使用用方方便便、价价格格低低、适于现场施工等。适于现场施工等。涂涂层层较较薄薄容容易易脱脱落落，应应用用受受到了限制。到了限制。用用静静电电喷喷涂涂。涂涂料料利利用用率率高高，容容易易进进行行机机械械化化、自自动动化化的的大大型型生生产产，减减少少溶溶剂剂和和涂涂料料的的挥挥发发和和飞飞溅溅，涂涂膜膜质量稳定。质量稳

93、定。常用涂料：常用涂料：防锈漆；防锈漆；底漆；底漆；大漆；大漆；环氧树脂漆；环氧树脂漆；酚醛树脂漆等酚醛树脂漆等3. 不透性石墨不透性石墨各种树脂侵汲石墨，消除孔隙而成。各种树脂侵汲石墨，消除孔隙而成。特点：特点：1 1）较高的化学稳定性和良好的导热性，）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；热膨胀系数小，耐温度急变性好； 2 2）不污染介质；）不污染介质； 3 3）加工性能好，相对密度小；）加工性能好，相对密度小； 4 4）力学性能较低，性脆。）力学性能较低，性脆。用场：腐蚀性强的换热器；泵，管道，机械密用场：腐蚀性强的换热器；泵，管道，机械密封环，爆破片等。封环，爆

94、破片等。 1.8 1.8 化工设备的腐蚀及防腐措施化工设备的腐蚀及防腐措施n腐蚀腐蚀 金属材料表面由于受到周围介质的作用金属材料表面由于受到周围介质的作用而发生状态变化，从而使金属材料遭受而发生状态变化，从而使金属材料遭受破坏的现象称为腐蚀破坏的现象称为腐蚀。如铁生锈、铜发。如铁生锈、铜发绿锈、铝生白斑点等。按照腐蚀反应进绿锈、铝生白斑点等。按照腐蚀反应进行的方式，金属的腐蚀可分为行的方式，金属的腐蚀可分为化学化学腐蚀腐蚀与与电化学腐蚀电化学腐蚀两类。两类。 1.1.金属腐蚀的评定方法：金属腐蚀的评定方法：1 1）质量变化评定法质量变化评定法 试验测定，单位表面、单位时间腐试验测定，单位表面、

95、单位时间腐蚀引起的质量变化量。蚀引起的质量变化量。2 2）腐蚀深度评定法腐蚀深度评定法用每年金属厚度的减少量表示腐蚀速用每年金属厚度的减少量表示腐蚀速度。度。 1 1根据质量变化评定金属腐蚀根据质量变化评定金属腐蚀 通过实验的方法测出试件在单位表面积、单位通过实验的方法测出试件在单位表面积、单位时间腐蚀而引起的质量变化。时间腐蚀而引起的质量变化。当测定试件在腐蚀当测定试件在腐蚀前后质量减少之后，可用下式表示腐蚀速度。前后质量减少之后，可用下式表示腐蚀速度。 式中：式中：K-腐蚀速度，腐蚀速度，g/（m2h）；）； m0-腐蚀前试件的质量，腐蚀前试件的质量，g；m1-腐蚀后试件的质量，腐蚀后试件

96、的质量，g；F-试件与腐蚀介质接触的面积，试件与腐蚀介质接触的面积，m2；t-腐蚀作用的时间，腐蚀作用的时间，h。2 2 根据腐蚀深度评定金属的腐蚀根据腐蚀深度评定金属的腐蚀 为为了了表表示示腐腐蚀蚀前前后后尺尺寸寸的的变变化化，常常用用金金属属厚厚度度的的减减少少量量，即即腐腐蚀蚀深深度度来来表表示示腐腐蚀蚀速速度度。 按按腐腐蚀蚀深深度度评评定定金金属属的的耐耐腐蚀性能有三级标准，见表腐蚀性能有三级标准，见表1-261-26。 表表1-26 金属腐蚀性能三级标准金属腐蚀性能三级标准耐腐蚀性能耐腐蚀性能腐蚀级别腐蚀级别耐腐蚀速度耐腐蚀速度 （mm/a）耐蚀耐蚀10.10耐蚀、可用耐蚀、可用2

97、11.0不耐蚀、不可用不耐蚀、不可用31.0 2.化学腐蚀化学腐蚀金属遇到干燥气体或非电解质溶液发生的金属遇到干燥气体或非电解质溶液发生的腐蚀。腐蚀。特点：特点：1）腐蚀产物在金属表面；）腐蚀产物在金属表面； 2）腐蚀过程中无电流产生。）腐蚀过程中无电流产生。腐蚀产物特性：腐蚀产物特性： 1）致密而稳定，与金属结合牢固）致密而稳定，与金属结合牢固钝化膜钝化膜钝化作用钝化作用； 2）不稳定，与金属结合不牢固）不稳定，与金属结合不牢固脱脱落落活化作用活化作用。在在化化工工生生产产中中，有有很很多多机机器器和和设设备备是是在在高高温温下下操操作作的的，如如氨氨合合成成塔塔、硫硫酸酸氧氧化化炉炉、石石

98、油油气气制制氢氢转转化化炉炉等等，金金属属在在高高温温下下受受蒸蒸汽汽和和气气体体作作用用，发发生生金金属属高高温温氧氧化化及及脱脱碳碳就就是是一一种种高高温温下下的的气气体体腐腐蚀蚀，是化工设备中常见的化学腐蚀之一。是化工设备中常见的化学腐蚀之一。 （1）金属的高温氧化及脱碳）金属的高温氧化及脱碳金属在高温下的气体腐蚀金属在高温下的气体腐蚀。解决方法：冶炼时加入铬，硅或铝解决方法：冶炼时加入铬，硅或铝 不起皮钢不起皮钢脱碳反应：脱碳反应： Fe3C+O2=3Fe+CO2 Fe3C+CO2=3Fe+CO Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2 温度温度700时时脱碳作用脱碳作用（指在高温气指在高

99、温气体作用下，钢的表面在生产氧化皮的同时，与氧化膜相体作用下，钢的表面在生产氧化皮的同时，与氧化膜相连接的金属表面层发生渗碳体减少的现象连接的金属表面层发生渗碳体减少的现象）。力学性能下降力学性能下降（脱碳使碳的含量减少，脱碳使碳的含量减少，金属的表面硬度和抗疲劳强度降低。同时金属的表面硬度和抗疲劳强度降低。同时由于气体的析出，破坏了钢表面膜的完整由于气体的析出，破坏了钢表面膜的完整性，使耐蚀性更一步降低。性，使耐蚀性更一步降低。 ）。（2）氢腐蚀）氢腐蚀铁碳合金发生氢腐蚀的开始温度和压力：铁碳合金发生氢腐蚀的开始温度和压力：压力/MPa温度/压力/MPa温度/ 310300280 30402

100、20210 1020270240 4060210200 2030230220 6080200190第一阶段：氢脆第一阶段：氢脆以原子状态侵入钢材内部，聚集，使以原子状态侵入钢材内部，聚集，使钢变脆。与氢在钢中的溶解度成正比。钢变脆。与氢在钢中的溶解度成正比。第二阶段：氢侵蚀第二阶段：氢侵蚀发生化学反应：发生化学反应： Fe3C+2H2=3Fe+CH4危害危害：1）甲烷在晶界聚集，成为裂纹源；）甲烷在晶界聚集，成为裂纹源； 2）甲烷在钢材表面鼓泡，降低力学性能；）甲烷在钢材表面鼓泡，降低力学性能； 3）渗碳体还原为铁素体，体积减小，产生）渗碳体还原为铁素体，体积减小，产生组织应力，促进裂纹扩展。

101、又提供氢和甲烷聚集条组织应力，促进裂纹扩展。又提供氢和甲烷聚集条件，加重氢侵蚀件，加重氢侵蚀钢材组织成为网格。钢材组织成为网格。防止：降低碳含量，使其没有碳化物析出，在钢中加入合防止：降低碳含量，使其没有碳化物析出，在钢中加入合金元素形成稳定碳化物，不易与氢反应。金元素形成稳定碳化物，不易与氢反应。3.电化学腐蚀电化学腐蚀金属与电解液接触发生电化学反应。三个环节：发生电化学腐蚀必备条件：发生电化学腐蚀必备条件：1）同一金属中有不同电位的组织成）同一金属中有不同电位的组织成分或存在不同电位的金属；分或存在不同电位的金属；2）阳极和阴极互相连接；）阳极和阴极互相连接；3）阳极和阴极同处在连通的电解

102、液）阳极和阴极同处在连通的电解液中。中。1.8.2 晶间腐蚀和应力腐蚀晶间腐蚀和应力腐蚀均属于电化学腐蚀。均属于电化学腐蚀。1.晶间腐蚀晶间腐蚀 腐蚀性介质沿晶粒间渗入金属深处，腐蚀破坏腐蚀性介质沿晶粒间渗入金属深处，腐蚀破坏金属晶粒间的结合力，使之强度和塑性完全丧金属晶粒间的结合力，使之强度和塑性完全丧失。失。“内部瓦解内部瓦解”作用。作用。不锈钢有晶间腐蚀可能：不锈钢有晶间腐蚀可能： 在在450850 之间，生成之间，生成(CrFe)23C6，沿晶界析沿晶界析出，晶界成为贫铬带。在电化学行为中，贫铬带成为出，晶界成为贫铬带。在电化学行为中，贫铬带成为阳极，晶粒成为阴极，形成微电池。阳极，晶

103、粒成为阴极，形成微电池。解决办法：1）钢中加入Ti和Nb元素；2）减少不锈钢中的碳含量。2.应力腐蚀应力腐蚀亦称腐蚀开裂亦称腐蚀开裂金属在腐蚀性介质和拉应力共金属在腐蚀性介质和拉应力共同作用下产生的破坏形式。同作用下产生的破坏形式。腐蚀断裂过程分三个阶段：腐蚀断裂过程分三个阶段：1 1）孕育阶段）孕育阶段机械裂纹。机械裂纹。2 2）裂纹扩展）裂纹扩展裂纹尖端为高度应力集中区，裂纹尖端为高度应力集中区，出现微电池。出现微电池。3 3）破坏阶段。）破坏阶段。裂纹扩展应力腐蚀：裂纹扩展应力腐蚀：材材料料应应力力腐腐蚀蚀对对环环境境有有高高度度选选择择性性。例例如如，奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢在在含含C

104、lCl- -的的水水中中产产生生应应力力腐腐蚀蚀，而而在在只只含含NONO3 3- -的的水水中中不不产产生生应应力力腐腐蚀蚀；反反之之，普普通通碳碳钢钢在在含含NONO3 3- -的的水水中中产产生生应应力力腐腐蚀蚀，在在含含ClCl- -的的水水中中不不产生应力腐蚀。产生应力腐蚀。在在发发生生应应力力腐腐蚀蚀的的体体系系中中必必须须存存在在拉拉应应力力。拉拉应应力力来来源源于于焊焊接接、冷冷加加工工、热热处处理理，以以及及装装配配、使使用过程中，多数破裂发生在焊接残余应力区。用过程中，多数破裂发生在焊接残余应力区。 1.8.3 金属腐蚀破坏的形式金属腐蚀破坏的形式危险性较小，壁厚有保证即可

105、。危险性较大危险性较大，隐蔽；穿孔泄漏；局部应力过大。1.8.4 金属设备的防腐措施金属设备的防腐措施1.衬覆保护层衬覆保护层1）金属保护层）金属保护层电镀，喷镀，衬里等。电镀，喷镀，衬里等。2）非金属保护层）非金属保护层非金属衬里非金属衬里瓷砖，石墨板，水玻璃胶泥；瓷砖，石墨板，水玻璃胶泥；防腐涂料防腐涂料防腐漆，环氧树脂等。防腐漆，环氧树脂等。2.电化学保护电化学保护1）阳极保护阳极保护被保护设备接直流电源阳极，被保护设备接直流电源阳极，使金属表面生成使金属表面生成“钝化膜钝化膜”。但只有当金属在。但只有当金属在介质中能钝化时才能使用。介质中能钝化时才能使用。2）阴极保护）阴极保护牺牲阳极

106、保护。牺牲阳极保护。3.添加缓蚀剂添加缓蚀剂腐蚀性介质中加入少量缓蚀剂，降低腐蚀性介质中加入少量缓蚀剂，降低或停止腐蚀作用。或停止腐蚀作用。注意！注意！ 1 1）不影响产品（介质）质量；）不影响产品（介质）质量； 2 2）符合性。）符合性。对某种介质能起缓蚀作用，其它对某种介质能起缓蚀作用，其它介质则可能无效，甚至是有害的，因此，需严格选择介质则可能无效，甚至是有害的，因此，需严格选择合适的缓蚀剂。合适的缓蚀剂。 3 3）种类和用量要经试验确定。）种类和用量要经试验确定。1.9 化工设备材料选择的化工设备材料选择的一般原则一般原则要考虑要考虑：设备的操作条件压力、温度、介质特性、操作特点；材料

107、的使用性能力学性能、物理性能、化学性能；加工工艺性能焊接性能、热处理性能、冷弯性能及其他冷热加工性能；经济合理性及设备结构材料价格、制造费用和使用寿命。 选材一般原则选材一般原则：1 1 压力容器用钢材应符合压力容器用钢材应符合GB150-1998GB150-1998钢制压力钢制压力容器的要求，设计压力不大于容器的要求，设计压力不大于3535MPaMPa。接受。接受压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程的监督。的监督。2 2 压力容器承压件用普通碳钢钢板的适用范围：压力容器承压件用普通碳钢钢板的适用范围：钢板牌号使用温度 设计压力 MPa壳体厚度 mm 其他限制Q235-B03501

108、.620不得用于高度毒性和极度危害介质Q235-C04002.5303.3.设计温度应在允许使用温度范围内设计温度应在允许使用温度范围内。见书p49表1-30。4.4.耐腐蚀耐腐蚀 ! !同时考虑正常生产、停车、空料、内填料等的实际情况。5 5.经济性好经济性好6.6.其他其他（1）高压设备应优先选用低合金高、中强度钢，从而节省钢材。（2）承受刚度控制的设备，不宜采用高强度材料。（3）1Cr18Ni9Ti 钢材使用温度不高于500时，许用应力按0Cr18Ni10Ti 选取。例：例：某磷肥厂需设计一个某磷肥厂需设计一个40m40m3 3浓硫酸贮罐，浓硫酸贮罐，可选灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、铬镍不锈钢可选灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、铬镍不锈钢和碳钢用瓷砖衬里等。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。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。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。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碳钢做罐壳内衬非金属较合适。