化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)

1、上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)Fundamental Chemical Process Fundamental Chemical Process EquipmentEquipment主講：譚志偉2008年 春2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回化工生產(chǎn)和化工機(jī)械 化工生產(chǎn)是以流體（氣體、液體、粉體）為原料，以化學(xué)處理和物理處理為手段，以獲得設(shè)計(jì)規(guī)定的產(chǎn)品為目的的工業(yè)生產(chǎn)。化工生產(chǎn)過程不僅取決于化學(xué)工藝過程，而且與化工機(jī)械裝備密切相關(guān)，化工機(jī)械是化工生產(chǎn)得以進(jìn)行的外部條件，所以先進(jìn)的化工機(jī)械，一方面為化學(xué)工藝服務(wù)，另一方面又促進(jìn)化學(xué)工藝過程的發(fā)展?；?/p>

2、工機(jī)械通常分為：化工設(shè)備和化工機(jī)器2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回化工設(shè)備：2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回化工生產(chǎn)自身的特點(diǎn)：1、生產(chǎn)的連續(xù)性強(qiáng)2、生產(chǎn)的條件苛刻 介質(zhì)的腐蝕性強(qiáng) ；溫度和壓力變化大 介質(zhì)大多易燃易爆有毒性 生產(chǎn)原理的多樣性 生產(chǎn)技術(shù)含量高2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回本課程主要內(nèi)容：1、化工設(shè)備材料及其選擇2、化工容器的設(shè)計(jì) 1）內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的應(yīng)力分析及強(qiáng)度設(shè)計(jì)； 2）外壓圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)； 3）容器的零部件（

3、法蘭 支座 開孔補(bǔ)強(qiáng) 附件：接口管 凸緣 人、手孔 視鏡）。3、典型化工設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì) 1）換熱器； 2）塔設(shè)備； 3）攪拌器。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：材料的力學(xué)性能及化工設(shè)備材料 的選擇本章難點(diǎn)：本章難點(diǎn)：材料的性能計(jì)劃學(xué)時(shí)：計(jì)劃學(xué)時(shí)： 8學(xué)時(shí)第第1 1章章 化工設(shè)備材料及其選擇化工設(shè)備材料及其選擇2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1 1.1 概概 述述1.1.1 化工設(shè)備選材的重要性和復(fù)雜性1、操作條件的限制 壓力：從高真空到幾千大氣壓,故有強(qiáng)度要求 溫度：-2502000，材料受冷、熱 介質(zhì)：酸堿（腐蝕）、易燃、易爆、毒性

4、以及核反應(yīng)堆中子照射（變脆)2、制造條件的限制 設(shè)備在制造過程中，要經(jīng)過各種冷、熱加工使它成型，例如下料、卷板、焊接、熱處理等，要求材料的加工性能要好。3、材料自身性能的限制2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1 1.1 概概 述述1.1.2 選用材料的一般要求選用材料的一般要求 （1）材料品種應(yīng)符合我國(guó)資源和供應(yīng)情況； （2）材質(zhì)可靠，能保證使用壽命； （3）足夠的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，對(duì)腐蝕性介質(zhì)能耐腐蝕； （4）便于制造加工，焊接性能良好； （5）成本低，經(jīng)濟(jì)上合算。 選材要抓住主要矛盾，遵循適用、安全和經(jīng)濟(jì)的原則。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1

5、.2 1.2 材料的性能材料的性能1.2.1、力學(xué)性能 材料抵抗外力而不產(chǎn)生超過允許的變形或不被破壞的能力，叫做材料的力學(xué)性能。主要特征指標(biāo)包括強(qiáng)度、塑性、韌性和硬度，這是設(shè)計(jì)時(shí)選用材料的重要依據(jù)。1、強(qiáng)度 強(qiáng)度是固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。常用的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度等。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能 金屬材料的變形和破壞過程： （1）彈性變形階段 （2）彈塑性變形階段 （3）斷裂 斷裂的兩種形式： 脆性斷裂：斷裂之前沒有明顯塑性變形階 段的。（更危險(xiǎn)） 韌性斷裂：經(jīng)過大量塑性變形之后才發(fā)生 斷裂的。2021-

6、12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能（1）屈服點(diǎn)（s） 金屬材料承受載荷作用，當(dāng)載荷不再增加或緩慢增加時(shí)，仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象，習(xí)慣上稱為“屈服”。發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力即開始出現(xiàn)塑性變形時(shí)的應(yīng)力，稱為“屈服點(diǎn)”，用s (MPa)表示。它即代表材料抵抗產(chǎn)生塑性變形的能力。0ssPF載荷不再增加，甚至有所降低時(shí)，試件還在繼續(xù)伸長(zhǎng)的最小載荷，N試件的原始橫截面積，m22021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能 無(wú)明顯屈服點(diǎn)的材料，工程中規(guī)定發(fā)生0.2殘余伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力，作為“條件屈服點(diǎn)” 。（2）抗拉強(qiáng)度

7、（ b ） 金屬材料在拉伸條件下，從開始加載到發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力值，叫做抗拉強(qiáng)度。 0.20.20PF0bbPF2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能 由于外力形式的不同，有抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等?？估瓘?qiáng)度是壓力容器設(shè)計(jì)常用的性能指標(biāo)。 屈強(qiáng)比（ s / b ）： 屈強(qiáng)比越小，材料的塑性儲(chǔ)備越大，越不容易發(fā)生危險(xiǎn)的脆性破壞； 屈強(qiáng)比越大，材料的強(qiáng)度水平發(fā)揮好，但塑性儲(chǔ)備越小。 (3) 蠕變極限（ n ）2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能 高溫（比如：碳素鋼420，合金鋼

8、450） 一定應(yīng)力聯(lián)合作用下金屬將逐漸產(chǎn)生塑性變形2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能蠕變：在高溫時(shí)，在一定的應(yīng)力下，應(yīng)變隨時(shí)間而增加的現(xiàn)象，或者金屬在高溫和應(yīng)力作用下逐漸產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。蠕變極限：材料在高溫條件下抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力。表現(xiàn)為兩種： a 在工作溫度下引起規(guī)定變形速度的應(yīng) 力值； b 在一定工作溫度下，在規(guī)定的使用時(shí)間 內(nèi)，使試件發(fā)生一定量的總變形的應(yīng)力 值。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能（4）持久強(qiáng)度（ D或105 ）（5）疲勞 強(qiáng)度（ 1 ）2、塑性 塑性是指金

9、屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。塑性指標(biāo)是指金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。常用的塑性指標(biāo)是延伸率（）和斷面收縮率（）。（1）延伸率（ ）000100%100%kklllll2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能 手冊(cè)中常見的是10和5。 越大，材料的塑性越好。（2）斷面收縮率（）00100%KFFF斷面收縮率與尺寸無(wú)關(guān)。延伸率和斷面收縮率越大，表示金屬材料的塑性越好。（3）冷彎角 對(duì)焊接工藝試板和產(chǎn)品，必須做冷彎實(shí)驗(yàn)。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能3、硬度 衡量材料軟

10、硬的一個(gè)指標(biāo)，一般用： 布氏硬度（HBS、HBW），較軟； 洛氏硬度-HRC，較硬； 維氏硬度-HV，另有顯微硬度。4、沖擊韌性 韌性是表示材料彈塑性變形為斷裂全過程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。我們常用沖擊韌性來(lái)表示材料承受動(dòng)載荷時(shí)抗裂紋的能力，用缺口敏感性表示材料承受靜載荷時(shí)抗裂紋擴(kuò)展的能力。 2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能（1）沖擊韌性 材料在沖擊載荷下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。用沖擊吸收功AK或沖擊韌度K表示。沖擊功 AK=GH1-GH2，沖擊韌度 K= AK/F（F為面積）2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容

11、回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能斷裂機(jī)理： 沖擊試樣在受到擺錘突然打擊發(fā)生斷裂時(shí)，它的斷裂過程是一個(gè)裂紋發(fā)生和擴(kuò)展的過程。在裂紋向前發(fā)展的道路中，如果塑性變形能發(fā)生在它的前面，就可以制止裂紋的長(zhǎng)驅(qū)直入。它要繼續(xù)發(fā)展，就需另找途徑，這樣就能消耗更多的能量。因此，沖擊吸收功的高低，決定于材料有無(wú)迅速塑性變形的能力。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能（2）缺口敏感性 在帶有一定應(yīng)力集中的缺口條件下，材料抵抗裂紋擴(kuò)張的能力，是在靜載荷下抵抗裂紋擴(kuò)張的能力，這一點(diǎn)與沖擊韌性不同。兩者都屬于材料的韌性范疇。 （也是通過試驗(yàn)方法獲得，一般

12、在油壓機(jī)上進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，測(cè)定材料的缺口敏感性。）2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能韌性與塑性： 韌性是材料在外加動(dòng)載荷突然襲擊時(shí)的一種及時(shí)和迅速塑性變形的能力。韌性高的材料，一般都有較高的塑性指標(biāo)；但塑性較高的材料，卻不一定都有高的韌性。其所以如此，就是因?yàn)殪o載荷下能夠緩慢塑性變形的材料在動(dòng)載荷下不一定能迅速塑性變形。 在材料的力學(xué)性能所包括的強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度四個(gè)指標(biāo)中，強(qiáng)度和塑性占主導(dǎo)地位，但使用時(shí)要考慮溫度的變化。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能1.2.2 物理性能 主要有相對(duì)密

13、度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性、彈性模數(shù)與泊桑比等。1、彈性模數(shù)E =E,這個(gè)比例系數(shù)E稱為彈性模數(shù)，彈性模數(shù)是金屬材料對(duì)彈性變形抗力的指標(biāo)，是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的，材料的彈性模數(shù)越大使它產(chǎn)生一定量的彈性變形的應(yīng)力也越大。對(duì)同一種材料，彈性模數(shù)隨溫度的升高而降低。2、泊桑比 泊桑比是拉伸試驗(yàn)中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長(zhǎng)之比。 2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能1ddddd 1lllll 對(duì)于各種鋼材它近乎為一個(gè)常數(shù)，即 0.3。3、線膨脹系數(shù)l1/()1/llmmmmlt，簡(jiǎn)作式中， l試件原始長(zhǎng)度，mm； l試件伸長(zhǎng)

14、量，mm； t溫度差，。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能1.2.3 化學(xué)性能 （主要指耐腐蝕性和抗氧化性）1、耐腐蝕性： 金屬和合金對(duì)周圍介質(zhì)，如大氣、水汽、各種電解液侵蝕的抵抗能力。2、抗氧化性： 在高溫工作條件下，設(shè)備不僅有自由氧的氧化腐蝕過程，還有其他氣體介質(zhì)（如水蒸氣，CO2、SO2等）的氧化腐蝕作用。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.2 1.2 材料的性能材料的性能1.2.4 加工工藝性能 金屬和合金的加工工藝性能是指鑄造性、

15、可鍛性、可焊性、切削加工性、熱處理性能等。對(duì)于設(shè)計(jì)壓力容器最重要的兩個(gè)性能是： 1、良好的冷熱加工性能 例A：用鋼板卷制筒體，如果不好會(huì)發(fā)生裂紋，存在事故的隱患。 例B：沖壓封頭，微裂紋或宏觀裂紋，都會(huì)使以后的生產(chǎn)造成事故。2、良好的焊接性能 例：容器焊縫裂紋擴(kuò)展，易造成事故。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.3 3 金屬材料的分類及牌號(hào)金屬材料的分類及牌號(hào)鑄造生鐵金 屬黑色金屬有色金屬生鐵 鋼煉鋼生鐵合金生鐵銅及其合金輕金屬及其合金其它有色及其合金純銅（紫銅）銅鋅合金（黃銅）銅錫合金（錫青銅）無(wú)錫合金（鋁青銅等）鋁及鋁合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金鉛、錫及其合金鋅及其合金鎳

16、、鈷及其合金1.3.1 分類1、金屬的分類2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.3 3 金屬材料的分類及牌號(hào)金屬材料的分類及牌號(hào)2、鋼的分類2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.3 3 金屬材料的分類及牌號(hào)金屬材料的分類及牌號(hào)1.3.2 鋼鐵牌號(hào)及表示方法 1、牌號(hào)表示原則（GB/T 221-2000） 牌號(hào)中化學(xué)元素用化學(xué)符號(hào)或漢字表示； （ 如：1鉻13或1Cr13） 產(chǎn)品用途、治煉和澆注方法采用漢字或拼 音字母并用的原則。 （如：Q235F F-沸騰鋼） （表14） 2、鋼號(hào)表示法 目前制造壓力容器所用鋼材，一般有三大類別：碳鋼、合金鋼、和特殊性能

17、鋼，其中碳鋼又分為普通碳素鋼與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.3 3 金屬材料的分類及牌號(hào)金屬材料的分類及牌號(hào)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 GB700-88規(guī)定，其牌號(hào)由代表鋼材屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)的數(shù)值、材料質(zhì)量等級(jí)符號(hào)和脫氧方法符號(hào)四部分組成。如Q235AF。其鋼號(hào)和化學(xué)成分、力學(xué)性能見表16、17。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)表示方法如表15，其鋼號(hào)和化學(xué)成分見附錄2，P297。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.3 3 金屬材料的分類及牌號(hào)金屬材料的分類及牌號(hào)低合金鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼 鋼號(hào)的表示方法有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)： GB159188，見表15 GB/T

18、159194，見表19 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照見表110 合金鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素，比如Si，Mn，Cu，Ti，V，Nb，P等，從而提高鋼的強(qiáng)度、耐腐蝕性、低溫性能，如大型化工容器常用16MnR，15MnVR，15MnTi 來(lái)代替碳素鋼制造容器，可以在保證強(qiáng)度的情況下，使容器壁厚減少，從而節(jié)省鋼材30% 45%左右。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.3 3 金屬材料的分類及牌號(hào)金屬材料的分類及牌號(hào)特殊性能鋼 鋼號(hào)表示法見表15。特殊性能鋼主要指不銹耐酸鋼； 不銹：指耐大氣腐蝕； 耐酸：抗酸和其它強(qiáng)腐蝕介質(zhì)。 不銹耐酸鋼根據(jù)合金元素的不同，分為三個(gè)大類。 第一類

19、鉻不銹鋼（常用的：1Cr13，2Cr13） 第二類 鉻鎳不銹鋼 （典型的：188） 第三類 節(jié)鎳不銹鋼 2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.3 3 金屬材料的分類及牌號(hào)金屬材料的分類及牌號(hào)3、鑄鐵、鑄鋼牌號(hào)表示法 鑄鐵GB561285 鑄鋼GB/T 56131995 表示方法見表111。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵 鋼和鑄鐵統(tǒng)稱為鐵碳合金 鋼 含碳量為0.022.0 鑄鐵含碳量大于2.0 純鐵含碳量小于0.021.4.1 鐵碳合金的組織與結(jié)構(gòu)1、金屬的組織與結(jié)構(gòu) 晶體：原子按一定規(guī)律排列很整齊非晶體：原子排列雜亂無(wú)

20、章 鐵碳合金內(nèi)部的區(qū)別，用金相顯微鏡來(lái)觀察： 組織金屬的晶粒 結(jié)構(gòu)金屬原子的排列 金屬內(nèi)部的組織和結(jié)構(gòu)不同，金屬材料的性能也不同。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵鐵原子在空間排列的方式： 面心立方晶格八個(gè)原子構(gòu)成立方體，在立方體的每一面的中心還有一個(gè)原子，塑性好。 體心立方晶格在立方體的體積中心還有一個(gè)原子，強(qiáng)度高。 密排六方晶格由12個(gè)原子構(gòu)成簡(jiǎn)單六方體，且在上下兩個(gè)六方面的中心各有一個(gè)原子，在上、下兩個(gè)六方面的中間還有三個(gè)原子。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵2、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

21、工業(yè)純鐵含0.100.20的雜質(zhì)，凝固點(diǎn)1538 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象。910FeFe 面心立方晶格9101390塑性好體心立方晶格910以下強(qiáng)度好2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵3、鐵與碳的相互關(guān)系和碳鋼的基本組織 在鐵中加入少了量碳，組成鐵碳合金，可獲得適于工業(yè)上應(yīng)用的各種優(yōu)良性能。碳在鐵中以固溶體、化合物和混合物的形式存在，可以形成以下幾種基本組織： 1）鐵素體F 2）奧氏體A 3）滲碳體C 4）珠光體P 5）萊氏體L 6）馬氏體M2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄

22、鐵碳鋼和鑄鐵1.4.2 鐵碳合金狀態(tài)圖 描述鐵碳合金內(nèi)部組織、成分與溫度關(guān)系的圖?？v坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示含碳量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。圖1-12 1、碳鋼在常溫下的組織 C2.1% % 鋼-亞共析鋼C C 0.77%。C2.1% 鑄鐵-亞共晶白口鐵4.3%C2.1% 共晶白口鐵 C =4.3% 過共晶白口鐵6.69%C4.3%2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵2、臨界點(diǎn)及其意義1）主要點(diǎn)點(diǎn)溫 度含碳量（%）意 義A15380純鐵熔點(diǎn)C11484.3共晶點(diǎn)，共晶反應(yīng)

23、D12276.69滲碳體的熔點(diǎn)E11482.11碳在Fe中的最大溶解度點(diǎn)G9120純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)S7270.77共析點(diǎn)，共析反應(yīng)P7270.0218碳在Fe中的最大溶解度點(diǎn)2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵2、主要線ACD -液相線AECF-固相線GS（A3）-F、A互相轉(zhuǎn)變線ES（Acm）-碳在A中的溶解度曲線ECF-共晶轉(zhuǎn)變線，形成了奧氏體與滲碳體的共晶混合物，稱萊氏體L。發(fā)生于2.11%C6.69%的鐵碳合金中。PSK（A1）-共析轉(zhuǎn)變線，冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，C0.02%。初次滲碳體C-從液體中直接結(jié)晶出來(lái)的。二次滲碳體C-

24、從A中沿晶界析出的滲碳體C。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵3、分析共析鋼的組織變化-室溫組織為珠光體，呈片狀。分析共析鋼0.77%的組織變化： 在1600時(shí)是液態(tài)，冷卻到1點(diǎn)時(shí)，開始從液體中結(jié)晶出奧氏體，從1冷卻到2點(diǎn)，液體全部結(jié)晶為奧氏體，此時(shí)合金全部由單一的奧氏體晶粒組成，繼續(xù)冷卻至S點(diǎn)時(shí)，奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，析出珠光體，轉(zhuǎn)變結(jié)束后，奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，溫度繼續(xù)下降，珠光體不再發(fā)生變化，所以共析鋼在室溫時(shí)的組織是珠光體，呈片狀。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵通過分析可知，碳鋼

25、的組織主要取決于含碳量的多少。珠光體增加，強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低；當(dāng)網(wǎng)狀滲碳體增加時(shí)，強(qiáng)度略有降低。見圖1-13。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵1.4.3 碳鋼1、碳鋼中雜質(zhì)對(duì)性能的影響 1）錳-強(qiáng)化F的作用，有益元素。 2）硅-溶于F的硅，可提高強(qiáng)度、硬度，有益元素。 3）硫-形成低熔點(diǎn)的化合物，具有熱脆性。 4）磷-塑性、韌性降低，產(chǎn)生冷脆性。 5）氧-降低力學(xué)性能。 6）氮-過量時(shí)產(chǎn)生“時(shí)效”現(xiàn)象。硬度、強(qiáng)度提高，塑性降低。 7）氫-白點(diǎn)裂紋源。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼

26、和鑄鐵2、碳鋼的分類和牌號(hào) 1）普通碳素鋼 Q235-A 2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼 20、15 3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼 20A （后加A）2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵1.4.4 鋼的熱處理 鋼的熱處理：以消除鋼材的某些缺陷或改善鋼材的某些性能為目的，將鋼材加熱到一定的溫度，在此溫度下保持一定的時(shí)間，然后以不同的速度冷卻下來(lái)的一種操作。1、退火和正火 退火：將工件加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢爐冷，以得到接近平衡狀態(tài)組織。 正火：將工件加熱到臨界點(diǎn)A3、Acm以上3050，保溫一定時(shí)間，然后出爐空冷。晶粒細(xì)化。 目的：降低硬度，提高塑性、韌性，

27、消除組織缺陷，改善力學(xué)性能。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵2、淬火和回火 淬火：將工件加熱到臨界點(diǎn)A3、A1以上3050，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻。 目的：獲得馬氏體以提高工件的硬度和耐么性。 淬火冷卻介質(zhì)： 碳鋼水和鹽水，合金鋼油 回火：將淬火后的工件加熱到低于臨界點(diǎn)A1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后空冷或油冷。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵 低溫回火：150250，降低淬火應(yīng)力，保持高硬度和耐磨性，主要用于量具、刃具。 中溫回火：350450，減少內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，提高彈性，

28、用于彈簧、發(fā)條。 高溫回火：500650，獲得較好的綜合機(jī)械性能。用于各種重要的零件。 淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)處理。3、化學(xué)熱處理 將零件放在某中化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱、保溫、冷卻等過程，使介質(zhì)中的某些元素滲入零件表面，改變表面層的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，從而使零件表面2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵 具有某些性能。滲碳、碳氮共滲，滲鋁，滲氮、滲鉻、滲硅。1.4.5 鑄鐵 1、化學(xué)組成 碳：2.5%4.0%， 硅：0.5%3%， 錳：0.5%1.5%， 磷：0.1%1.0%， 硫：0.15%組織結(jié)構(gòu)：鋼的基體+石墨性 能：耐磨性、切削加工性好，抗拉

29、強(qiáng)度低。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵2、分類 灰鑄鐵：片狀石墨，HT抗拉強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度 HT150330 球墨鑄鐵：球狀石墨，QT強(qiáng)度極限延伸率 QT400-18 可鍛鑄鐵：絮狀石墨，KTH強(qiáng)度極限延伸率 KTH300-06 高硅耐腐蝕鑄鐵：加入大量的硅等元素，在鑄鐵表面形成一層氧化膜，達(dá)到耐腐蝕效果，但只能鑄造。 2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.4 4 碳鋼和鑄鐵碳鋼和鑄鐵3、用于壓力容器的條件 灰鑄鐵：設(shè)計(jì)壓力0.8MPa，溫度0250，毒性程度為極度、高度、中度危害的介質(zhì)不易采用，牌號(hào)必需符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 球

30、墨鑄鐵、可鍛鑄鐵：設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，溫度-10350，毒性程度為極度、高度、中度危害的介質(zhì)不易采用，牌號(hào)必需符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.5 5 低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼碳鋼在使用上所受限制： 1）強(qiáng)度低，從而使零件尺寸很大，同時(shí)屈服強(qiáng)度低，材料的潛力不能充分發(fā)揮； 2）耐腐蝕性差； 3）使用范圍窄。1.5.1 合金元素對(duì)鋼的影響 合金鋼：以改善鋼材的性能為目的，在碳鋼中特意加入一些合金元素所得的鋼。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.5 5 低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼1 1、加入

31、的元素、加入的元素1）鉻 主加元素，可提高金屬的耐腐蝕性、抗氧化性、淬透性、強(qiáng)度、硬度，降低塑性和韌性。2）錳 可提高強(qiáng)度。3）鎳 可改善鋼的性能。4）硅 提高強(qiáng)度、耐熱性、但降低了塑性和韌性。5）鋁 提高韌性，降低冷脆性，且價(jià)廉。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.5 5 低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼6）鉬 提高強(qiáng)度、硬度，可防止回火脆性。7）釩 提高強(qiáng)度、淬透性、塑性。8）鈦 提高強(qiáng)度、韌性、耐熱性。9）稀土元素 提高強(qiáng)度，改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性及焊接性能。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.5 5 低合金鋼及化工設(shè)備特

32、種鋼低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼3、加入的元素對(duì)鋼性能的影響 1）降低鋼材的臨界淬火速度 2）提高鐵素體的強(qiáng)度 3）減少馬氏體的脆性 4）提高鋼材的高溫強(qiáng)度及抗氧化性 5）增強(qiáng)鋼材的耐腐蝕性1.5.2 低合金鋼 合金元素：5%， 含碳量：0.2%， 組 織：鐵素體和珠光體。 有良好的焊接性能，較高的強(qiáng)度，耐腐蝕性和低溫性能。廣泛用于橋梁、車輛、鍋爐、化工容器和輸油管等。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.5 5 低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼1.5.3 鍋爐鋼和容器鋼 鍋爐鋼（g ）、容器鋼（R）： 優(yōu)質(zhì)碳素鋼、低碳鎮(zhèn)靜鋼、板材、管材、中溫、高壓、沖擊要求如

33、下： 1）較高的強(qiáng)度； 2）良好的塑性、韌性和冷彎性能； 3）較低的缺口敏感性； 4）良好的焊接性、加工工藝性。推薦的材料：Q235-B Q235-C 20R 16MnR 15MnVR2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.5 5 低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼1.5.4 不銹耐酸鋼1、主要合金元素 鉻：耐腐蝕性。含量12% 鎳：可擴(kuò)大不銹鋼的耐腐蝕范圍，特別是提高耐堿能力。 錳：提高強(qiáng)度和硬度。 鉬：提高對(duì)氯離子的抗蝕能力、耐熱強(qiáng)度。 鈦：防止焊接用不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕。2、分類 鉻不銹鋼： 1Cr13 . 2Cr13 鉻鎳不銹鋼： 0Cr18Ni9（晶間腐

34、蝕）2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.5 5 低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼1.5.5 耐熱鋼1、耐熱鋼：在高溫條件下仍能保持足夠強(qiáng)度和抗氧化性而不起皮的鋼。主要用于熱工動(dòng)力機(jī)械（汽輪機(jī)、鍋爐）、化工機(jī)械、加熱爐等高溫條件工作的構(gòu)件。2、分類 抗氧化鋼：在高溫下有一定強(qiáng)度，有較好的抗氧化性，用于長(zhǎng)期燃燒環(huán)境。如加熱爐底板、滲碳箱等。 熱強(qiáng)鋼：高溫下有一定抗氧化性和較高強(qiáng)度以及良好組織穩(wěn)定性。3、提高鋼的熱強(qiáng)性的方法：強(qiáng)化固溶體，穩(wěn)定金相組織，提高鋼的再結(jié)晶溫度。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.5 5 低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼低

35、合金鋼及化工設(shè)備特種鋼1.5.6 低溫用鋼低溫用鋼的基本要求： 良好的韌性、加工工藝性，可焊性。 含c量低（0.08%0.18%），以形成單相鐵素體。但在深冷時(shí)，只要單相奧氏體可滿足該要求。 我國(guó)研制的產(chǎn)品：15Mn26Al4； 國(guó)外：高鉻鎳鋼。1.5.7 鋼材的品種和規(guī)格 1、鋼板冷軋-尺寸精度高熱軋-薄鋼板t4mm，厚鋼板t4mm。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.5 5 低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼低合金鋼及化工設(shè)備特種鋼2、無(wú)縫鋼管 有冷軋和熱軋的，如10、15、16Mn。3、型材 圓鋼、方鋼、扁鋼、等邊角鋼等。4、鑄鋼和鍛鋼 有ZG200400等，用于制造泵殼、閥

36、門、泵葉輪及齒輪等。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.6 6 有色金屬材料有色金屬材料1.6.1 鋁及其合金1、鋁的性能耐腐蝕性好；導(dǎo)熱性能好；且鋁不污染物品和不改變物品顏色。2、純鋁高純鋁L01、L02-制做濃硝酸設(shè)備。工業(yè)純鋁-L1L7序號(hào)越大，純度越低。3、鋁合金 鑄造鋁ZL-做泵、閥、離心機(jī)。 防銹鋁 LF、LF2（5A02）-分離塔等。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.6 6 有色金屬材料有色金屬材料1.6.2 銅及其合金1、純銅2、黃銅 3、青銅 1.6.3 鉛及其合金 鉛在硫酸中耐腐蝕性高，但在醋酸、硝酸、堿溶液中不耐腐蝕，只能做設(shè)

37、備的襯里。鉛與銻的合金稱為硬鉛，強(qiáng)度和硬度比純鉛高，可做加料管、閥門等零件。 2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.7 7 非金屬材料非金屬材料1.7.1 無(wú)機(jī)非金屬材料 1.化工陶瓷 2.化工搪瓷 3.輝綠巖鑄石 4.玻璃1.7.2 有機(jī)非金屬材料1.工程塑料-以合成樹脂為主，加入添加劑。（1）硬聚氯乙烯塑料（2）聚乙烯塑料（3）耐酸酚醛塑料（4）聚四氟乙烯塑料塑料王2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.7 7 非金屬材料非金屬材料（5）玻璃鋼2.涂料-高分子膠體的混合物溶液。3.不透性石墨由各種樹脂浸漬石墨消除孔隙而得。2021-12-28上一內(nèi)容下

38、一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.8 8 化工設(shè)備的腐蝕及防腐化工設(shè)備的腐蝕及防腐1.8.1 金屬的腐蝕1、定義：金屬與周圍介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起破壞的現(xiàn)象稱為腐蝕。（比如鐵生銹、鐵在酸中溶解等。）2、分類：根據(jù)腐蝕過程中有無(wú)電流產(chǎn)生金屬腐蝕化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕（如氫腐蝕）（如晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕）2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.8 8 化工設(shè)備的腐蝕及防腐化工設(shè)備的腐蝕及防腐1)化學(xué)腐蝕 金屬遇到干燥的氣體和非電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)作用所引起的腐蝕，叫化學(xué)腐蝕。特點(diǎn)：產(chǎn)物在金屬的表面；腐蝕過程中沒有電流產(chǎn)生。有兩種作用：鈍化作用和活化作用。金屬的高溫氧化和脫碳當(dāng)T300時(shí)，鋼和鑄鐵的表面出現(xiàn)可見氧化皮；當(dāng)T570時(shí)，氧化物的主要成分時(shí)FeO，活化作用。2021-12-28上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄O返回1.1.8 8 化工設(shè)備的腐蝕及防腐化工設(shè)備的腐蝕及防腐 措施：冶煉時(shí)在鋼中加入適量的合金元素Cr、Si或Al。 當(dāng)T700時(shí)，伴隨脫碳。主要是鋼中的Fe3C與O2、CO2和H2O的反應(yīng)，使鋼中的含碳量降低。氫腐蝕： 氫氣在較低溫度和壓力(200，5.0MPa)下對(duì)普通碳鋼及低合金鋼不會(huì)有明顯的腐蝕，但是在高溫高壓下則會(huì)對(duì)它們產(chǎn)生腐蝕，結(jié)果使材料的機(jī)械強(qiáng)度和塑性顯著下降，甚至損壞，這種現(xiàn)象常稱為“氫