1化工設(shè)備材料及其選用A

1、（32學(xué)時(shí)） 教師： 熊建軍Email: Tel:846878578第一章：化工設(shè)備材料及其選用第二章：化工容器設(shè)計(jì)概述第三章：內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析第四章：內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)第五章：外壓圓筒與封頭的設(shè)計(jì)第六章：容器零部件第七章：管殼式換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)第八章：塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)第九章：攪拌器的機(jī)械設(shè)計(jì)第一節(jié)第一節(jié) 慨慨 述述第二節(jié)第二節(jié) 材料的性能材料的性能第三節(jié)第三節(jié) 金屬材料的分類及牌號(hào)金屬材料的分類及牌號(hào)第四節(jié)第四節(jié) 碳鋼與鑄鐵碳鋼與鑄鐵第五節(jié)第五節(jié) 低合金鋼及化工設(shè)備用特種鋼低合金鋼及化工設(shè)備用特種鋼第六節(jié)第六節(jié) 有色金屬材料有色金屬材料 第七節(jié)第七節(jié)

2、 非金屬材料非金屬材料第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施 第九節(jié)第九節(jié) 化工設(shè)備材料的選擇化工設(shè)備材料的選擇4 化工設(shè)備的種類：化工設(shè)備的種類： 按操作壓力分為：真空、常壓、低壓、中壓以至高按操作壓力分為：真空、常壓、低壓、中壓以至高壓和超高壓；壓和超高壓； 按操作溫度分為：低溫、常溫、中溫和高溫。按操作溫度分為：低溫、常溫、中溫和高溫。 處理的介質(zhì)大多數(shù)又有腐蝕性，或?yàn)橐兹肌⒁滋幚淼慕橘|(zhì)大多數(shù)又有腐蝕性，或?yàn)橐兹肌⒁?爆、爆、有毒、劇毒等。有毒、劇毒等。 有時(shí)具體設(shè)備既有溫度、壓力要求，又有耐腐蝕要求，有時(shí)具體設(shè)備既有溫度、壓力要求，又有耐腐蝕要求，而且而且 這些

3、要求有時(shí)還互相矛盾，某些條件又經(jīng)常變化。這些要求有時(shí)還互相矛盾，某些條件又經(jīng)常變化。5選用材料的一般要求是選用材料的一般要求是：(1)(1)材料品種應(yīng)符合我國(guó)資源和供應(yīng)情況；材料品種應(yīng)符合我國(guó)資源和供應(yīng)情況；(2)(2)材質(zhì)可靠，能保證使用壽命；材質(zhì)可靠，能保證使用壽命；(3)(3)要有足夠的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，對(duì)腐要有足夠的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，對(duì)腐蝕性介質(zhì)能耐腐蝕；蝕性介質(zhì)能耐腐蝕；(4)(4)便于制造加工，焊接性能良好；便于制造加工，焊接性能良好；(5)(5)經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)。 6 壓力容器用鋼材：壓力容器用鋼材： 中、低壓和高壓容器中、低壓和高壓容器：常處于有腐蝕性介質(zhì)的條件：常處于有

4、腐蝕性介質(zhì)的條件 下工作，除下工作，除承受較高的介質(zhì)內(nèi)壓承受較高的介質(zhì)內(nèi)壓 (或外壓或外壓) 外有時(shí)還會(huì)受到?jīng)_擊和疲勞載荷的作外有時(shí)還會(huì)受到?jīng)_擊和疲勞載荷的作用；在用；在 制造過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)各種冷、熱加工使之成型；制造過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)各種冷、熱加工使之成型； 對(duì)對(duì)鋼板的要求鋼板的要求：除隨介質(zhì)的不同要有耐腐蝕的要求以外，應(yīng)有：除隨介質(zhì)的不同要有耐腐蝕的要求以外，應(yīng)有較高的強(qiáng)度、良較高的強(qiáng)度、良 好的塑性、韌性和冷彎性能，缺口敏感性要低，加好的塑性、韌性和冷彎性能，缺口敏感性要低，加工和焊接性能良好。對(duì)低合金鋼板材要注意工和焊接性能良好。對(duì)低合金鋼板材要注意 是否有分層、夾渣、白是否有分層、夾渣、

5、白點(diǎn)和裂紋等缺陷。點(diǎn)和裂紋等缺陷。 中、高溫容器中、高溫容器：鋼材在：鋼材在 中、高溫的長(zhǎng)期作用下，金相組織和機(jī)中、高溫的長(zhǎng)期作用下，金相組織和機(jī)械性能等將發(fā)生明顯的變化，并要承受一定的介質(zhì)壓力，選擇設(shè)備械性能等將發(fā)生明顯的變化，并要承受一定的介質(zhì)壓力，選擇設(shè)備用鋼時(shí)，需考慮材料的組用鋼時(shí)，需考慮材料的組 織穩(wěn)定性和中、高溫的機(jī)械性能?？椃€(wěn)定性和中、高溫的機(jī)械性能。 低溫設(shè)備低溫設(shè)備：著重考慮設(shè)備在低溫下的脆性破：著重考慮設(shè)備在低溫下的脆性破 裂問(wèn)題。裂問(wèn)題。第二節(jié)第二節(jié) 材料的性能材料的性能金屬材料的性能金屬材料的性能工藝性能工藝性能使用性能使用性能切削加工性能切削加工性能焊接性能焊接性能鍛

6、造性能鍛造性能鑄造性能鑄造性能化學(xué)性能化學(xué)性能物理性能物理性能力學(xué)性能力學(xué)性能第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能硬硬 度度彈彈 性性強(qiáng)強(qiáng) 度度塑塑 性性沖擊韌性沖擊韌性拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī)第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能一、強(qiáng)度指標(biāo)一、強(qiáng)度指標(biāo) 材料強(qiáng)度材料強(qiáng)度：在外力作用下，材料抵抗變：在外力作用下，材料抵抗變形和斷裂的能力。形和斷裂的能力。0/()P F MPa第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能一、強(qiáng)度指標(biāo)一、強(qiáng)度指標(biāo) 1 1、彈性、彈性強(qiáng)度（彈性極限）強(qiáng)度（彈性極限）彈性強(qiáng)度彈性強(qiáng)度：材料保持完全彈性變形時(shí)的：材料保持完全彈性變

7、形時(shí)的最大應(yīng)力。最大應(yīng)力。彈性變形彈性變形：外力解除后變形全部消除恢：外力解除后變形全部消除恢復(fù)原狀的變形。復(fù)原狀的變形。 0/()eeP F MPa第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能一、強(qiáng)度指標(biāo)一、強(qiáng)度指標(biāo) 2 2、屈服強(qiáng)度（屈服極限）、屈服強(qiáng)度（屈服極限）材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力。材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力。 沒(méi)有明顯屈服的材料，用發(fā)生沒(méi)有明顯屈服的材料，用發(fā)生0.2%0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力值塑性變形時(shí)的應(yīng)力值0.20.2代表其代表其屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度。)(/0MPaFPss第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能一、強(qiáng)度指標(biāo)一、強(qiáng)度指標(biāo) 3 3、抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度極限）、抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度

8、極限）材料抗拉伸斷裂前承受的最大應(yīng)力。材料抗拉伸斷裂前承受的最大應(yīng)力。設(shè)計(jì)時(shí)塑性材料多用設(shè)計(jì)時(shí)塑性材料多用s s；脆性材料多用；脆性材料多用b b作為極限應(yīng)力。作為極限應(yīng)力。 s s/b b之比叫之比叫“屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比”。屈強(qiáng)比越小，可靠性越大；。屈強(qiáng)比越小，可靠性越大；但比值太小，材料利用率太低。但比值太小，材料利用率太低。)(/0MPaFPbb第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度一、強(qiáng)度指標(biāo)一、強(qiáng)度指標(biāo) 4、高溫性能高溫性能： 蠕變?nèi)渥儯航饘僭诟邷亻L(zhǎng)時(shí)間應(yīng)力作用下，所加應(yīng)力遠(yuǎn)小：金屬在高溫長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)力作用下，所加應(yīng)力遠(yuǎn)小于于s s 逐漸產(chǎn)生明顯的塑性變形的現(xiàn)象。導(dǎo)致零件尺寸變逐

9、漸產(chǎn)生明顯的塑性變形的現(xiàn)象。導(dǎo)致零件尺寸變化，甚至斷裂造成事故?；踔翑嗔言斐墒鹿?。 應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛：承受彈性變形的零件，在工作過(guò)程中總變：承受彈性變形的零件，在工作過(guò)程中總變形量不變，但隨時(shí)間的延長(zhǎng)，工作應(yīng)力逐漸衰減的現(xiàn)象。形量不變，但隨時(shí)間的延長(zhǎng)，工作應(yīng)力逐漸衰減的現(xiàn)象。原因是零件的彈性變形逐漸變?yōu)榱怂苄宰冃巍Ｔ蚴橇慵膹椥宰冃沃饾u變?yōu)榱怂苄宰冃巍?蠕變強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度：高溫長(zhǎng)時(shí)間載荷作用下，在給定溫度下和：高溫長(zhǎng)時(shí)間載荷作用下，在給定溫度下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，使試樣產(chǎn)生一定蠕變量的應(yīng)力值。規(guī)定時(shí)間內(nèi)，使試樣產(chǎn)生一定蠕變量的應(yīng)力值。 在在500500溫度下，工作溫度下，工作1 110105 5

10、h h后變形量為后變形量為1%1%的蠕變強(qiáng)的蠕變強(qiáng)度為度為100Mpa100Mpa。 MPa1005001015第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能一、強(qiáng)度指標(biāo)一、強(qiáng)度指標(biāo)第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能持久強(qiáng)度(D)在給定溫度下，促使試樣或工件經(jīng)過(guò)一定時(shí)間發(fā)生斷裂的應(yīng)力叫做持久強(qiáng)度。在化工容器用鋼中，設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命一般為十萬(wàn)小時(shí)，以105表示試件經(jīng)十萬(wàn)小時(shí)斷裂的應(yīng)力。 持久強(qiáng)度是一定溫度和一定應(yīng)力下材料抵抗斷裂的能力。在相同的條件下，能支持的時(shí) 間越久，則該材料抵抗斷裂的能力越大。第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度疲勞疲勞：在多次重復(fù)或交變應(yīng)力作用：在多次重復(fù)或交變應(yīng)力

11、作用下，使金屬材料在遠(yuǎn)小于金屬的屈服強(qiáng)下，使金屬材料在遠(yuǎn)小于金屬的屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。度時(shí)發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度：材料經(jīng)交變應(yīng)力無(wú)數(shù)次：材料經(jīng)交變應(yīng)力無(wú)數(shù)次循環(huán)作用而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力循環(huán)作用而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力-1-1。第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度疲勞曲線疲勞曲線: :鋼鐵所受重復(fù)或交變應(yīng)力鋼鐵所受重復(fù)或交變應(yīng)力與其斷裂前所受的與其斷裂前所受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N之間有關(guān)系。兩者之間的關(guān)系曲線叫。之間有關(guān)系。兩者之間的關(guān)系曲線叫。 鋼的疲勞強(qiáng)度鋼的疲勞強(qiáng)度-1 -1 b b(40(4050%50%），循環(huán)次數(shù)為），循環(huán)次數(shù)為10107

12、7；有；有色金屬的疲勞強(qiáng)度色金屬的疲勞強(qiáng)度-1 -1 b b(25(2550%50%），循環(huán)次數(shù)為），循環(huán)次數(shù)為1010 。第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度影響因素影響因素第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能二、塑性二、塑性 金屬在斷裂前產(chǎn)金屬在斷裂前產(chǎn)生永久變形而不破壞生永久變形而不破壞的能力。的能力。 1 1、伸長(zhǎng)（延伸）、伸長(zhǎng)（延伸）率率 試樣拉斷后標(biāo)距試樣拉斷后標(biāo)距增長(zhǎng)量增長(zhǎng)量LL與原長(zhǎng)與原長(zhǎng)L L。之比。之比。%100%1000010LLLLL第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能二、塑性二、塑性 2 2、斷面收縮率、斷面收縮率試樣拉斷后斷口處橫截面積的改變?cè)嚇永瓟?/p>

13、后斷口處橫截面積的改變量與原始橫截積之比。量與原始橫截積之比。%100%1000100FFFFF第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能二、塑性二、塑性3 3、冷彎、冷彎( (角角) ) 衡量金屬材料和焊縫塑性的指標(biāo)，由冷彎試驗(yàn)測(cè)定的。冷彎試驗(yàn)：金屬材料和焊接接頭在室溫下以一定的內(nèi)半徑進(jìn)行彎曲，在試樣被彎曲受拉面出現(xiàn)第一條裂紋前的變形越大，材料的塑性就越好。常以一定的彎曲角度下(120或 180)是否出現(xiàn)裂紋為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。 第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能二、塑性二、塑性伸長(zhǎng)率、斷面收縮率和伸長(zhǎng)率、斷面收縮率和冷彎冷彎( (角角) )都是材料塑性的力學(xué)性能指標(biāo)，金屬都是材料塑性的力學(xué)性能指標(biāo)，金

14、屬材料只有具備足夠的塑性才能承受各材料只有具備足夠的塑性才能承受各種種變形加工變形加工。塑性的存在可以提高構(gòu)。塑性的存在可以提高構(gòu)件的可靠性，但在一般情況下提高材件的可靠性，但在一般情況下提高材料的塑性要犧牲材料強(qiáng)度。料的塑性要犧牲材料強(qiáng)度。第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能三、硬度三、硬度硬度硬度：金屬材料抵抗其它硬物壓入表面發(fā)：金屬材料抵抗其它硬物壓入表面發(fā)生變形和破裂的能力（材料抵抗局部變形的能生變形和破裂的能力（材料抵抗局部變形的能力）。力）。測(cè)試方法測(cè)試方法：壓入法、劃痕法、彈跳法。：壓入法、劃痕法、彈跳法。分類分類： 1 1 、布氏硬度（、布氏硬度（HBSHBS、HBWHBW）；

15、）； 2 2 、洛氏硬度（、洛氏硬度（HRAHRA、HRBHRB、HRCHRC）；）； 3 3 、維氏硬度（、維氏硬度（HvHv）；）； 4 4 、肖氏硬度（、肖氏硬度（HSHS）。）。第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能（一）布氏硬度（一）布氏硬度 在布氏硬度計(jì)上進(jìn)行測(cè)在布氏硬度計(jì)上進(jìn)行測(cè)量。其方法是用直徑量。其方法是用直徑D D為為（10mm 10mm 、5mm 5mm 、2.5mm2.5mm）的）的淬火鋼球（淬火鋼球（HBSHBS）或硬質(zhì)合）或硬質(zhì)合金球（金球（HBWHBW）。在規(guī)定的試）。在規(guī)定的試驗(yàn)力驗(yàn)力P P作用下壓入被測(cè)試的作用下壓入被測(cè)試的金屬表面停留一定時(shí)間后卸金屬表面停留一

16、定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力。用讀數(shù)顯微鏡測(cè)除試驗(yàn)力。用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量出壓痕直徑量出壓痕直徑d d，由此計(jì)算，由此計(jì)算壓痕的球缺面積壓痕的球缺面積F F，然后再，然后再求出壓痕單位面積所承受的求出壓痕單位面積所承受的平均壓力（平均壓力（P PF F），以此作），以此作為布氏硬度值。為布氏硬度值。第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能（一）布氏硬度（一）布氏硬度布氏硬度標(biāo)注方法布氏硬度標(biāo)注方法：如：如：120HBS10120HBS10100010003030，表示采用直徑為，表示采用直徑為10mm10mm淬火鋼球在淬火鋼球在9.81KN9.81KN試驗(yàn)力作用下，持續(xù)時(shí)間為試驗(yàn)力作用下，持續(xù)時(shí)間為30s30s

17、的的試驗(yàn)條件下被測(cè)材料的布氏硬度值為試驗(yàn)條件下被測(cè)材料的布氏硬度值為120120。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。：測(cè)量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性強(qiáng)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：費(fèi)時(shí)，壓痕較大，不適宜測(cè)量成品零件或：費(fèi)時(shí)，壓痕較大，不適宜測(cè)量成品零件或薄壁件。薄壁件。低碳鋼低碳鋼b b3.6HBS3.6HBS；高碳鋼；高碳鋼 b b3.4HBS3.4HBS ；調(diào)質(zhì)合金鋼調(diào)質(zhì)合金鋼b b3.25HBS;3.25HBS; 灰鑄鐵灰鑄鐵b b1HBS1HBS。 第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能（一）布氏硬度（一）布氏硬度第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度 洛氏硬度洛氏硬度：以

18、壓頭壓入金屬材料的壓痕深度來(lái)表：以壓頭壓入金屬材料的壓痕深度來(lái)表征材料的硬度。征材料的硬度。 壓痕深度直接用百分表測(cè)出來(lái)，硬度值可以直接壓痕深度直接用百分表測(cè)出來(lái)，硬度值可以直接從洛氏硬度計(jì)的表盤上讀出，不需另外測(cè)量和計(jì)算，從洛氏硬度計(jì)的表盤上讀出，不需另外測(cè)量和計(jì)算，它是一個(gè)相對(duì)值，沒(méi)有量綱。用于較高硬度的測(cè)量。它是一個(gè)相對(duì)值，沒(méi)有量綱。用于較高硬度的測(cè)量。第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度 測(cè)量方法測(cè)量方法：實(shí)驗(yàn)時(shí)先加預(yù)：實(shí)驗(yàn)時(shí)先加預(yù)載荷載荷98.1N98.1N，使壓頭緊密接觸，使壓頭緊密接觸試件表面，再加主載荷使壓頭試件表面，再加主載荷使壓頭壓入工件，然后去

19、掉主載荷。壓入工件，然后去掉主載荷。由于金屬的彈性變形的恢復(fù)，由于金屬的彈性變形的恢復(fù)，壓頭回升，深度壓頭回升，深度h h就是主載荷就是主載荷作用下金屬表面的塑性變形深作用下金屬表面的塑性變形深度。度。標(biāo)注方法標(biāo)注方法：50HRC50HRC優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：操作方便、壓痕較：操作方便、壓痕較小、可測(cè)成品；測(cè)量范圍大。小、可測(cè)成品；測(cè)量范圍大。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：穩(wěn)定性差、硬度數(shù)：穩(wěn)定性差、硬度數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。據(jù)波動(dòng)較大。第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能四、沖擊韌性四、沖擊韌性 沖擊載荷沖擊載荷：以很大：以很大的速度作用于零件上的的速度作用于零件上的載荷。載荷。 沖擊韌性沖擊韌性：金屬材：金屬材料抵抗沖擊載荷

20、而不破料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力。壞的能力。()()KV UKV UAF 沖擊韌性值沖擊韌性值：一次：一次沖斷試樣，缺口處單位沖斷試樣，缺口處單位截面積所消耗的功。截面積所消耗的功。第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能材料的沖擊韌度材料的沖擊韌度221221/)(cmJFhhmgcmJFhhGaK第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能五缺口敏感性五缺口敏感性第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能 帶有一定應(yīng)力集中的缺口條件下，帶有一定應(yīng)力集中的缺口條件下，材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。是材料在材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。是材料在靜載荷下抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，沖擊靜載荷下抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，沖擊韌性是材料在動(dòng)

21、載荷下抵抗裂紋擴(kuò)展韌性是材料在動(dòng)載荷下抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。的能力。材料材料的高溫和低溫性能的高溫和低溫性能 2 2、低溫性能低溫性能： 隨溫度下降，多數(shù)材料會(huì)出現(xiàn)脆性增加的隨溫度下降，多數(shù)材料會(huì)出現(xiàn)脆性增加的現(xiàn)象，甚至發(fā)生脆斷?，F(xiàn)象，甚至發(fā)生脆斷。 通過(guò)材料吸收的沖擊功通過(guò)材料吸收的沖擊功A AK K與溫度的變化關(guān)與溫度的變化關(guān)系來(lái)確定材料的韌、脆狀態(tài)轉(zhuǎn)化。系來(lái)確定材料的韌、脆狀態(tài)轉(zhuǎn)化。 冷脆轉(zhuǎn)化溫度：冷脆轉(zhuǎn)化溫度：材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嗖牧嫌身g性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的溫度性狀態(tài)的溫度T TK K。第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能2022-5-1734二、物理性能二、物理性能 密度、熔點(diǎn)、比

22、熱容、熱導(dǎo)率、密度、熔點(diǎn)、比熱容、熱導(dǎo)率、線膨線膨脹系數(shù)脹系數(shù)、導(dǎo)電性、磁性、導(dǎo)電性、磁性、彈性模量與泊松彈性模量與泊松比比等。等。第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能2022-5-1735二、物理性能二、物理性能1 1、熱膨脹性、熱膨脹性線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能2022-5-1736二、物理性能二、物理性能2 2、彈性模量與泊松比、彈性模量與泊松比 材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比： 金屬材料對(duì)彈性變形抗力的指標(biāo)，隨溫度的升高而降低。 泊松比：拉伸試驗(yàn)中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長(zhǎng)之比。鋼 材泊松比=0.3。 第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能/E 彈性

23、模量彈性模量2022-5-1737第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能2022-5-1738三、化學(xué)性能三、化學(xué)性能 金屬和合金對(duì)周圍介質(zhì)侵蝕的抵抗能力金屬和合金對(duì)周圍介質(zhì)侵蝕的抵抗能力 金屬和合金抵抗氧化的性能金屬和合金抵抗氧化的性能 高溫氧化，降低表面硬度和抗疲勞強(qiáng)度高溫氧化，降低表面硬度和抗疲勞強(qiáng)度 選耐熱材料選耐熱材料第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能2022-5-17392022-5-1740第二節(jié)：材料的性能第二節(jié)：材料的性能2022-5-1741第三節(jié) 金屬材料的分類及牌號(hào) 一、分類一、分類黑色金屬黑色金屬W Wc c0.02%0.02%；0.02wc0.77%Wc0.77%0

24、.77wc2.11%2.11wc4.3%wc4.3%4.3wc400，需考慮蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。第五節(jié)第五節(jié) 低合金鋼及化工設(shè)備用的特種鋼低合金鋼及化工設(shè)備用的特種鋼135三、 鍋 爐 鍋 第五節(jié)第五節(jié) 低合金鋼及化工設(shè)備用的特種鋼低合金鋼及化工設(shè)備用的特種鋼136四、 容 器 鋼第五節(jié)第五節(jié) 低合金鋼及化工設(shè)備用的特種鋼低合金鋼及化工設(shè)備用的特種鋼化工生產(chǎn)所用容器與設(shè)備的操作條化工生產(chǎn)所用容器與設(shè)備的操作條件件(壓力、溫度、介質(zhì)的腐蝕性等壓力、溫度、介質(zhì)的腐蝕性等)比較復(fù)比較復(fù)雜，再加上制造技術(shù)要求比較嚴(yán)格。目前雜，再加上制造技術(shù)要求比較嚴(yán)格。目前對(duì)壓力容器用對(duì)壓力容器用 厚鋼板在技術(shù)條件、

25、檢驗(yàn)方厚鋼板在技術(shù)條件、檢驗(yàn)方法、驗(yàn)收等方而均按法、驗(yàn)收等方而均按GB66541996壓力壓力容器用鋼板與容器用鋼板與YB(T) 40一一87壓力容器用碳?jí)毫θ萜饔锰妓劁摵偷秃辖鸷皲摪馑?guī)定的要求執(zhí)行。素鋼和低合金厚鋼扳所規(guī)定的要求執(zhí)行。2022-5-17137五、不銹耐酸鋼 不銹鋼和耐酸鋼的統(tǒng)稱不銹鋼和耐酸鋼的統(tǒng)稱 一般稱耐空氣、蒸汽和水等弱腐蝕介質(zhì)的一般稱耐空氣、蒸汽和水等弱腐蝕介質(zhì)的鋼為不銹鋼，稱耐酸、堿、鹽等強(qiáng)烈腐蝕性介鋼為不銹鋼，稱耐酸、堿、鹽等強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)的鋼為耐酸鋼。質(zhì)的鋼為耐酸鋼。第五節(jié)第五節(jié) 低合金鋼及化工設(shè)備用的特種鋼低合金鋼及化工設(shè)備用的特種鋼 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼

26、 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼 奧氏體奧氏體- -鐵素體雙相不銹鋼鐵素體雙相不銹鋼 馬氏體不銹鋼等馬氏體不銹鋼等2022-5-171381 1）降低含碳量降低含碳量 0.06%0.06%時(shí)不易產(chǎn)生，時(shí)不易產(chǎn)生，0.03%200，5.0MPa)下對(duì)普通碳鋼及低合金鋼產(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。第一階段為氫脆階段。氫與鋼材直接接觸時(shí)被鋼材吸附，并以原子狀態(tài)向鋼材內(nèi)部擴(kuò)散，溶解在鐵索體中形成固溶體。在此階段，溶在鋼中的氫未與鋼材發(fā)生化學(xué)作用，鋼材的組織末改變，在顯微鏡下觀察不到裂紋，抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)無(wú)大改變。但它使鋼材顯著變脆，塑性減小，這種脆性與氫在鋼中的溶解度成正比。

27、第二階段為氫侵蝕階段。溶解在鋼材中的氫氣與鋼中的滲碳體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成甲烷氣，改變鋼材的組織。第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2022-5-17182(2) 氫腐蝕 這一化學(xué)反應(yīng)常在晶界處發(fā)生，生成甲烷氣，聚集在晶界原有的微觀孔隙內(nèi)、形成局部高壓，引起應(yīng)力集中，使晶界變寬，發(fā)生更大的裂紋，或在鋼材表層夾雜等缺陷中聚集形成鼓池，使鋼材機(jī)械性能降低。又由于滲碳體還原為鐵索體時(shí)，體積減小，由此而產(chǎn)生的組織應(yīng)力與前述內(nèi)應(yīng)力疊加在一起使裂紋擴(kuò)展，而裂紋的擴(kuò)展又為氫和碳的擴(kuò)散提供了有利條件。這樣反復(fù)不斷進(jìn)行下去，最后使鋼材完全脫碳，裂紋形成網(wǎng)格，嚴(yán)重地降低了鋼材的機(jī)械性能，

28、甚至破壞。鐵碳合金的氫腐蝕隨著壓力和溫度的升高而加?。ǜ邏河欣跉錃庠阡撝械娜芙?，高溫則增加氫氣在鋼中的擴(kuò)散速度及脫碳反應(yīng)的速度）。第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2022-5-17183(2) 氫腐蝕 為了防止氫腐蝕的發(fā)生，可以降低鋼中的含碳量，使其沒(méi)有碳化物(Fe3O)折出，此外在 鋼中加入合金元素如鉻、鈦、鉬、鎢、釩等，形成穩(wěn)定的碳化物，不易與氫作用，可避免 氫腐蝕。第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2022-5-17184一、金屬的腐蝕 3、電化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕是指金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起的破壞。特點(diǎn)：在腐蝕 過(guò)

29、程中有電流產(chǎn)生。原理：金屬在電解質(zhì)溶液中，在水分子作用下，使金屬本身離子化，當(dāng)金屬離子與水分子的結(jié)合能力大于金屬離子與電子的結(jié)合能力時(shí)，一部分金屬離子就從金屬表面跑到電解液中形成了電化學(xué)腐蝕。第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2022-5-17185一、金屬的腐蝕 3、電化學(xué)腐蝕 (1)原電池作用 金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕過(guò)程，與電池中的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程完全類同。鐵的電位較銅為負(fù)成為陽(yáng)極鐵溶解，陽(yáng)極放出電子經(jīng)外部導(dǎo)線移動(dòng)到陰極。在陰極銅上，流來(lái)的電子被溶液中的陽(yáng)離子H+吸收，陰極上放出氫氣。在實(shí)際腐蝕中，有的設(shè)備可能就由兩種金屬材料制成，或者 同一材料由于不同的相存在

30、或物理、機(jī)械性能不同，受力不均等也能產(chǎn)生這類腐蝕電池。第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2022-5-17186一、金屬的腐蝕 3、電化學(xué)腐蝕 (2)微電池和電化學(xué)腐蝕原理電化學(xué)腐蝕的三個(gè)環(huán)節(jié)電化學(xué)腐蝕的三個(gè)環(huán)節(jié) 第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2022-5-17187一、金屬的腐蝕 3、電化學(xué)腐蝕 (3)濃差電池與大電池 在金屬容器中不同部位接觸的溶液的濃度不同時(shí)，因電極電位差形成腐蝕電池濃差電池。與濃度較小的溶液相接觸的部分為陽(yáng)極，反之為陰極。 兩種金屬在同一種電解質(zhì)溶液中形成的腐蝕電他稱為腐蝕大電池。第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及

31、防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2022-5-17188一、金屬的腐蝕 3、電化學(xué)腐蝕 (4)電化學(xué)腐蝕的條件電化學(xué)腐蝕過(guò)程是由陽(yáng)極過(guò)程、電子流動(dòng)及陰極過(guò)程三個(gè)環(huán)節(jié)組成。其條件為： (a) 存在電位差 (b)陰極和陽(yáng)極互相連接； (c)陽(yáng)極和陰極處在互相聯(lián)通的電解質(zhì)溶液中。 第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施189二 、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕 1、晶間腐蝕：在敏化溫度內(nèi)，奧氏體不銹鋼中的碳很快向晶界處擴(kuò)散，并優(yōu)先與鉻化合成碳化鉻析出。由于鉻擴(kuò)散速度比較饅，碳化物中的鉻主要從晶界附近獲取，形成晶界附近一帶貧鉻。如果鉻含量降低至鈍化所需的極限以下，則貧鉻帶便處于 活化狀態(tài)，

32、成為陽(yáng)極 區(qū)，晶粒本身為陰極，就會(huì)產(chǎn)生微電池作用，晶間腐蝕迅速進(jìn)行。第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施 為防止奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕，可在鋼中加入鈦和鈮鈦和鈮元素，固定碳的作用，使鉻的碳化物在晶間難以生成。更有效的方法是降低碳含量。2022-5-17190二 、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕 2、應(yīng)力腐蝕 腐蝕裂開(kāi)金屬在腐蝕性介質(zhì)和拉應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的一種破壞形式。一方面腐蝕減小金屬的有效截面積，形成表面缺口，產(chǎn)生應(yīng)力集中；另一方面拉應(yīng)力加速腐蝕的進(jìn)程，使表面缺口向深處 擴(kuò)展，最后導(dǎo)致斷裂。 金屬的應(yīng)力腐蝕斷裂過(guò)程的三個(gè)階段：第一階段：孕育階段第二階段：腐蝕裂紋擴(kuò)展階段第三

33、階段：最終破壞階段應(yīng)力腐蝕的斷裂與主拉應(yīng)力垂直，且只有拉應(yīng)力狀態(tài)才能發(fā)生。 第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2022-5-17191三、金屬腐蝕破壞的形式金屬腐蝕破壞分為均勻腐蝕（危險(xiǎn)性?。┡c非均勻腐蝕（局部腐蝕）（危險(xiǎn)性大）可分為區(qū)域腐蝕、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、表面下腐蝕等。第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2022-5-17192四、金屬設(shè)備的防腐措施 1、襯覆保護(hù)層 (1)金屬保護(hù)層用耐腐蝕性能較強(qiáng)的金屬或合金覆蓋在易被腐蝕的金屬上。常見(jiàn)有電鍍法(鍍鉻、鎳等)，噴鍍法及襯不銹鋼等襯里。 (2)非金屬保護(hù)層常用的有金屬設(shè)備內(nèi)部襯以非金腐

34、襯里和涂防腐涂料。第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2022-5-17193四、金屬設(shè)備的防腐措施 2、電化學(xué)保護(hù) (1)陰極保護(hù) (犧牲陽(yáng)極保護(hù)) 實(shí)質(zhì)為整個(gè)金屬設(shè)備被外加電流極化為陰極，而輔助電極為陽(yáng)極。輔助陽(yáng)極的材料必須是良好的導(dǎo)電體，在腐蝕介質(zhì)中耐腐蝕。(2)陽(yáng)極保護(hù)把被保護(hù)設(shè)備接陰極直流電源，使金屬表面生成鈍化膜起保護(hù)作用。第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2022-5-17194四、金屬設(shè)備的防腐措施 3、添加緩蝕劑在腐蝕介質(zhì)中加入少量物質(zhì)，可以使金屬的腐蝕速度降 低甚至停止，這種物質(zhì)稱為緩蝕劑。但加入的緩蝕劑不應(yīng)該影響化工工

35、藝過(guò)程的進(jìn)行及產(chǎn)品質(zhì)量。第八節(jié)第八節(jié) 化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施2022-5-17195第九節(jié) 化工設(shè)備材料的選擇 一、一、選用材料的一般原則 除考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)、制造工藝、使用條件和壽命等外，材料的耐腐蝕性能、物理、 機(jī)械性能還要適應(yīng)設(shè)備的工作條件。還需從用料少，來(lái)源豐富，價(jià)格低廉等方面綜合考慮。1、關(guān)于機(jī)械性能的幾點(diǎn)具體要求 (1)強(qiáng) 度 強(qiáng)度包括屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度及屈強(qiáng)比。正確處理強(qiáng)度與塑性和韌性之間的關(guān)系。 屈強(qiáng)比高的鋼材， 承載能力可提高但是塑性儲(chǔ)備將降低，缺口敏感性增加，抗疲勞能力下降。第九節(jié)第九節(jié) 化工設(shè)備材料的選擇化工設(shè)備材料的選擇2022-5-17196一、一、選用材料的一般原則 (2)塑 性延伸率5：對(duì)厚度低于6毫米以下的扳材也可用10 ，一般5 1.25 10 。 延伸率與制造過(guò)程中的冷加工及焊接等有密切關(guān)系，并關(guān)系到使用上的安全。延伸率過(guò)低，在冷作和焊接中可能發(fā)生裂紋，甚至導(dǎo)致脆性斷裂，在使用中，將使容器塑性儲(chǔ)備的安全性降低。壓力容器用鋼板， 5不得低于14。第九節(jié)第九節(jié) 化工設(shè)備材料的選擇化工設(shè)備材料的選擇2022-5-17