第1章 化工設(shè)備材料

第1篇化工設(shè)備材料1、概述2、材料的性能3、金屬材料的分類及牌號(hào)4、碳鋼與鑄鐵5、低合金鋼及化工設(shè)備用特種鋼6、有色金屬材料7、非金屬材料8、化工設(shè)備的腐蝕與防腐措施9、化工設(shè)備材料選擇1.1概述化工生產(chǎn)的特點(diǎn)壓力、溫度、腐蝕、易燃、易爆設(shè)備的多樣性

為完成相應(yīng)的化工過程，需要用到各種類型的化工設(shè)備，需要滿足操作、壓力、腐蝕等各方面的要求。選用材料的一般要求

1、品種2、材質(zhì)3、物理性能4、加工5、經(jīng)濟(jì)1.2材料的性能力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能、加工性能1.2.1力學(xué)性能

包括:強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、缺口敏感性幾個(gè)方面。材料在外力作用下抵抗外力所表現(xiàn)的行為，即在外力作用下不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。變形和破壞的階段： 1、彈性變形 2、塑性變形 3、斷裂1、強(qiáng)度

指固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性形變和斷裂的特性。

(1)屈服點(diǎn)ReL

材料發(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ReL

（MPa）表示。ReL

=Ps/So工程中規(guī)定發(fā)生0.2%殘余伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力為“條件屈服點(diǎn)”，稱為屈服強(qiáng)度，以Rp0.2（MpPa）表示。Rp0.2=P0.2/So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”。其是壓力容器設(shè)計(jì)常用的性能指標(biāo)，是試件拉斷前最大載荷下的應(yīng)力，以Rm（MPa）表示。Rm=Pb/So曲強(qiáng)比（ReL/Rm）曲強(qiáng)比大，材料強(qiáng)度大，塑性較??；曲強(qiáng)比小，強(qiáng)度不能滿足要求。

(2)抗拉強(qiáng)度Rm

金屬材料在一定應(yīng)力下高溫下長(zhǎng)期工作或金屬在高溫和存在應(yīng)力的情況下，產(chǎn)生的緩慢的塑性變形現(xiàn)象。

材料在高溫下抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力，用Rnt

（MPa）表示，常用的蠕變極限有兩種：工作溫度下引起規(guī)定變形速度；工作溫度下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使試件發(fā)生一定量的總變形的應(yīng)力值。(3)蠕變極限Rnt表1-10Cr18Ni9Ti的蠕變極限蠕變速度蠕變極限/MPamm/(mm·h)425℃475℃520℃560℃10-61769133610-7-8819-(4)持久強(qiáng)度&(5)疲勞強(qiáng)度持久強(qiáng)度RDt

在給定溫度下，促使試樣或工件經(jīng)過一定時(shí)間發(fā)生斷裂的應(yīng)力叫做持久強(qiáng)度，以RD（MPa）表示。用RDt

表示試件經(jīng)過10萬h發(fā)生斷裂的強(qiáng)度。疲勞強(qiáng)度R1

金屬材料在106～108交變載荷作用下不致引起斷裂的最大應(yīng)力稱為“疲勞極限”，又稱疲勞強(qiáng)度，用以R-1（MPa）表示。與合金成分、表面狀態(tài)、組織結(jié)構(gòu)、夾雜物的多少與分布以及應(yīng)力集中情況有關(guān)。2.塑性延伸率A斷面收縮率Z化工設(shè)備材料一般要求δ5=10%-20%冷彎

室溫下對(duì)金屬材料或焊接接頭在一定內(nèi)半徑進(jìn)行彎曲，考察裂紋產(chǎn)生情況。

金屬材料表面上不大體積內(nèi)抵抗其他更硬物體壓入表面發(fā)生變形或破裂的能力；或稱在外力作用下，材料抵抗局部變形，尤其是抵抗塑性變形、壓痕或劃痕的能力。是反映材料彈性、強(qiáng)度、塑性和韌性等的綜合指標(biāo)。 壓入硬度：布氏硬度(HBS、HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)、維氏硬度(HV)和肖氏硬度（HS）。3.硬度HB-布氏硬度

一般用于材料較軟的時(shí)候，如有色金屬、熱處理之前或退火后的鋼鐵。布式硬度(HB)是以一定大小的試驗(yàn)載荷，將一定直徑的淬硬鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測(cè)金屬表面，保持規(guī)定時(shí)間，然后卸荷，測(cè)量被測(cè)表面壓痕直徑。布式硬度值是載荷除以壓痕球形表面積所得的商。一般為：以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時(shí)間，去載后，負(fù)荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值(HB)，單位為公斤力/mm2(N/mm2)。洛氏硬度

以壓痕塑性變形深度來確定硬度值指標(biāo)。以0.002毫米作為一個(gè)硬度單位。當(dāng)HB>450或者試樣過小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。它是用一個(gè)頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測(cè)材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。

HRA：60kg載荷鉆石錐硬度極高的材料HRB：100kg載荷直徑1.58mm淬硬鋼球硬度較低的材料HRC：150kg載荷鉆石錐硬度很高的材料維氏硬度原

4、沖擊韌性

材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功KV2表示。沖擊韌度用ak表示。沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試樣5、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)展的能力，屬于材料韌性的范疇（靜載荷）。通過試驗(yàn)方法獲得，一般在油壓機(jī)上進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，測(cè)定材料的缺口敏感性。實(shí)驗(yàn)條件：與平面垂直、60?缺口、支點(diǎn)40mm、油壓實(shí)驗(yàn)，求載荷F與撓度f的關(guān)系曲線。1.2.2物理性能

密度ρr、熔點(diǎn)tm、比熱容c、熱導(dǎo)率λ、線膨脹系數(shù)al、電導(dǎo)率ρ、磁導(dǎo)率μ、彈性模量E與泊松比μ等。1.線膨脹系數(shù)al

金屬及合金受熱時(shí)，體積一般都要膨脹，此特性稱為熱膨脹性，應(yīng)用線膨脹系數(shù)來定量，以al表示。2.彈性模量E與泊桑比μ在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比：比例系數(shù)E稱為彈性模量。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。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。對(duì)于各種鋼材它近乎為一個(gè)常數(shù)，即0.3。

1.2.3化學(xué)性能1、耐腐蝕性 金屬和合金對(duì)周圍介質(zhì)侵蝕的抵抗能力見表1-5。2、抗氧化性 高溫氧化，降低表面硬度和抗疲勞強(qiáng)度選耐熱材料1.2.4、加工工藝性能區(qū)分為冷加工與熱加工1、可鑄性：收縮與偏析2、可鍛性3、焊接性4、可切削加工性5、熱處理性能1.3金屬材料的分類及牌號(hào)1.3.1分類工業(yè)上將金屬材料一般分為黑色金屬與有色金屬兩大類。1、黑色金屬（1）生鐵

煉鋼生鐵、鑄造生鐵（鑄鐵）、合金生鐵。（2）鋼

a.品質(zhì)：普通、優(yōu)質(zhì)、高優(yōu)、特優(yōu) b.化學(xué)成分：碳素、合金 c.成型方法：鍛、鑄、軋、拉 d.金相組織：退伙、正火、無相變e.用途：建筑、結(jié)構(gòu)、工具、特殊、專業(yè)f.綜合：普通、優(yōu)質(zhì)g.冶煉方法：按爐種分、按脫氧和澆鑄分（圖1-5，沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼）2.有色金屬

有色金屬按其性質(zhì)、用途、產(chǎn)量及其在地殼中的儲(chǔ)量狀況一般分為有色輕金屬、有色重金屬、貴金屬、稀有金屬和半金屬五大類。

按合金成分分類

銅及其合金：純銅（紫銅）、銅鋅合金（黃銅）、銅錫合金（錫青銅）、無錫青銅（鋁青銅）。

輕金屬及其合金：鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、鎂及鎂合金。

其他有色金屬合金：鉛、錫及其合金、鋅及其合金、鎳、鈷及其合金。1.3.2鋼鐵牌號(hào)及表示方法1.牌號(hào)表示原則 根據(jù)國標(biāo)GB/T221-2000的規(guī)定，牌號(hào)中化學(xué)元素用化學(xué)符號(hào)或漢字表示，產(chǎn)品用途、冶煉和澆注方法采用漢字或拼音字母并用的原則，例如：Q235-A·F

Q345R。 表1-6鋼材產(chǎn)品用途、特性和工藝方法表示符號(hào)（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼

四部分組成：前綴符號(hào)+強(qiáng)度值+脫氧方式+產(chǎn)品用途、特性和工藝方法（2）合金結(jié)構(gòu)鋼和合金彈簧鋼

四部分組成：平均含碳量+合金元素含量+冶金質(zhì)量+產(chǎn)品用途、特性和工藝方法（3）不銹鋼和耐熱鋼

兩部分組成：碳含量+合金元素含量 碳含量：萬分之含量、十萬分之含量 合金元素含量：百分之含量 06Cr19Ni10—≤0.08%，16.00~19.00%，8.00~11.00%； 20Cr125Ni20—≤0.25%,24.00~26.00%,19.00~22.02.鋼號(hào)表示法 根據(jù)GB700-88，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表鋼材屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)的數(shù)值、材料質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方式符號(hào)等四部分組成。 表1-7碳素鋼和低合金鋼牌號(hào)示例 表1-8碳素鋼和低合金鋼牌號(hào)新舊對(duì)照表 表1-9高合金鋼的牌號(hào)新舊對(duì)照表 表1-10鑄鐵、鑄鋼牌號(hào)表示法1.4碳鋼與鑄鐵

鋼和鑄鐵又稱“鐵碳合金”，由95％以上鐵和0.05％～4％碳及1％左右雜質(zhì)元素所組成合金

一般含碳量0.02％～2％稱為鋼；

大于2％稱為鑄鐵；

當(dāng)含碳量小于0.02％時(shí)稱純鐵(工業(yè)純鐵)；

含碳量大于4.3％的鑄鐵極脆1.4.1鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)1、金屬的組織與結(jié)構(gòu) 在金相顯微鏡下看到的金屬的晶粒，簡(jiǎn)稱組織。

電子顯微鏡觀察到金屬原子各種規(guī)則排列，稱為金屬的晶體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱結(jié)構(gòu)。

球墨鑄鐵強(qiáng)度最高；細(xì)片狀石墨次之；粗片狀石墨最差。

鑄鐵一般碳以石墨形式存在，有不同的組織形貌。不同溫度下純鐵的面心立方晶格與體心立方晶格。純鐵的晶體結(jié)構(gòu)γ-Fea-Fe2、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變體心立方晶格的純鐵稱a-Fe，面心立方晶格的鐵稱為γ-Fe。

a-Fe加熱可變?yōu)棣?Fe，γ-Fe冷卻可變?yōu)閍-Fe。在固態(tài)下晶體構(gòu)造隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱“同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變”。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是在910℃恒溫下完成的。在固態(tài)下重新排列、結(jié)晶過程，是鋼進(jìn)行熱處理的依據(jù)。3.鐵與碳的相互關(guān)系和碳鋼的基本組織 碳在鐵中的存在形式有固溶體、化合物和混合物三種。這三種不同的存在形式，形成不同的碳鋼組織。

碳溶解在a-Fe中形成固溶體稱鐵素體。 a-Fe原子間隙小，溶碳能力低（室溫下0.006％），強(qiáng)度和硬度低，但塑性和韌性很好。 低碳鋼是含鐵素體的鋼，具有軟而韌的性能。（1）鐵素體（F）

鐵素體晶胞示意圖（2）奧氏體（A）

碳溶解在γ-Fe鐵中形成固溶體稱奧氏體。

γ-Fe原子間隙較大，碳的溶解度比a-Fe中大得多，如在723℃時(shí)可溶解0.8％，在1147℃時(shí)可達(dá)最大值2.06％。

奧氏體組織是在a-Fe發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的。由于奧氏體有較大的溶解度，故塑性、韌性較好，且無磁性。

奧氏體晶胞示意圖（3）滲碳體（C）

滲碳體是鐵與碳形成的具有復(fù)雜斜方結(jié)構(gòu)的間隙化合物，含碳量為6.69%，硬度很高（784HBW），塑性和韌性幾乎為零。主要作為鐵碳合金中的強(qiáng)化相存在。 顯微鏡下觀察，滲碳體呈銀白色光澤，并在一定條件下可以分解出石墨。

碳和鐵形成一種化合物（Fe3C）稱滲碳體。熔點(diǎn)約1600℃，硬度高，塑性幾乎等于零。

含碳量大于2％時(shí)，部分碳以石墨形式存在，稱鑄鐵?？估瓘?qiáng)度和塑性都比碳鋼低。但鑄鐵具有一定消震能力。（4）珠光體（P）

珠光體是鐵素體和滲碳體組成的共析體（機(jī)械混合物）。珠光體的平均含碳量為0.77%，在727℃以下溫度范圍內(nèi)存在。 力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，即綜合性能良好。 顯微鏡觀察，珠光體呈層片狀特征，表面具有珍珠光澤，因此得名。（5）萊氏體（L）

萊氏體是由奧氏體和滲碳體組成的共晶體。鐵碳合金中含碳量為4.3%的液體冷卻到1148℃時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，生成高溫萊氏體（Ld）。合金繼續(xù)冷卻到727℃時(shí)，其中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，故室溫時(shí)由珠光體和滲碳體組成，叫低溫萊氏體（L’d）。統(tǒng)稱萊氏體。 萊氏體中由于大量滲碳體存在，其性能與滲碳體相似，即硬度高，塑性差。（6）馬氏體（M）

鋼和鐵從高溫急冷下來的組織，是碳原子在a-Fe中過飽和的固溶體。 具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，幾乎不能承受沖擊載荷。代號(hào)C的存在方式對(duì)性能的影響鐵素體奧氏體滲碳體珠光體來氏體馬氏體1.4.2鐵碳合金狀態(tài)圖含碳量對(duì)鋼材性能的影響

有意加入和雜質(zhì)元素（1）錳脫氧劑。有益元素。MnS(1600℃)，部分消除硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力，與FeO成為MnO進(jìn)入爐渣，從而改善鋼的品質(zhì)，特別是降低脆性，提高強(qiáng)度和硬度。在0.5%～0.8%以下時(shí)，看成是常存雜質(zhì)。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中，正常含錳量是0.5%～0.8%；高錳結(jié)構(gòu)鋼可達(dá)0.7%～1.2%。（2）硅脫氧劑。有益的元素。硅與FeO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去。硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi)使強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低。鎮(zhèn)靜鋼中的含硅量常在0.1%～0.37%，沸騰鋼中只含有0.03%～0.07%。由于鋼中硅含量一般不超過0.5%，對(duì)鋼性能影響不大。1.4.3碳鋼中元素對(duì)其性能的影響（3）硫有害元素。FeS和Fe形成低熔點(diǎn)(985℃)化合物。鋼材熱加工1150～1200℃，過早熔化而導(dǎo)致工件開裂，稱“熱脆”。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.02%～0.03%；優(yōu)質(zhì)鋼：S＜0.03%～0.045%；普通鋼：S＜0.055%～0.07%以下。

（4）磷有害元素。雖能使強(qiáng)度、硬度增高，但塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時(shí)，使鋼材顯著變脆，稱“冷脆”。使冷加工及焊接性變壞，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.025%；優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.04%；普通鋼：P＜0.085%。（5）氧有害元素。在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進(jìn)行脫氧，但不可能除盡。FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使強(qiáng)度、塑性降低。尤其是對(duì)疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。（6）氮長(zhǎng)時(shí)間放置或在200～250℃加熱，氮以氮化物形式的析出，硬度、強(qiáng)度提高，塑性下降，發(fā)生時(shí)效。鋼液中加入Al、Ti或V進(jìn)行固氮處理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除時(shí)效傾向。（7）氫氫脆、白點(diǎn)等缺陷。

變脆：氫化物變形小

白點(diǎn)：組織缺陷處擴(kuò)散氫，時(shí)間長(zhǎng)1.4.4鋼的熱處理

鋼、鐵固態(tài)下加熱、保溫和不同的冷卻方式，改變金相組織以滿足所要求的物理、化學(xué)與力學(xué)性能，稱為熱處理。1、退火和正火

退火：緩慢加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，隨爐緩慢冷卻。 目的：細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形。

正火：緩慢加熱到臨界溫度以上30～50℃，保溫一段時(shí)間，置于空氣中冷卻。 目的：晶粒變細(xì)，韌性可顯著提高。

鑄、鍛件切削加工前一般進(jìn)行退火或正火。原理圖見1-14，1-152、淬火和回火

淬火：加熱至淬火溫度(臨界點(diǎn)以上30℃～50℃)，并保溫一段時(shí)間，后投入淬火劑中冷卻。淬火后得到的組織是馬氏體。增加硬度、強(qiáng)度和耐磨性。淬火劑有空氣、油、水、鹽水，冷卻能力遞增。合金鋼在油中淬火（導(dǎo)熱性較碳鋼差）.

回火是淬火后進(jìn)行的一種較低溫度的加熱與冷卻熱處理工藝?；鼗鹂梢越档突蛳慵慊鸷蟮膬?nèi)應(yīng)力，提高韌性。

（1）低溫回火在150℃～250℃范圍內(nèi)保溫3h，空氣中冷卻。得到回火馬氏體，其硬度較淬火馬氏體低，但無殘余應(yīng)力，有較高的硬度和耐磨性，脆性有所降低。刃具、量具，要進(jìn)行低溫回火處理。

（2）中溫回火溫度是350℃～500℃。有一定的彈性和韌性，并有較高硬度。軸類、刀桿、軸套等進(jìn)行中溫回火。（3）高溫回火溫度為500℃～650℃。綜合性能：強(qiáng)度、韌性、塑性等都較好淬火加高溫回火習(xí)慣上稱為“調(diào)質(zhì)處理”。用于各種軸類零件、連桿、齒輪、受力螺栓等。

（4）時(shí)效熱處理：材料經(jīng)固溶處理或冷塑變形后，在室溫或高于室溫條件下，其組織和性能隨時(shí)間而變化的過程。時(shí)效可進(jìn)一步消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件尺寸，它與回火作用相類似。（5）表面淬火：使零件表面層比心部具有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而心部則具有一定的韌性。3、化學(xué)熱處理

有滲碳、滲氮(氮化)、滲鉻、滲硅、滲鋁、氰化(碳與氮共滲)等。滲碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性；滲鋁可提高耐熱、抗氧化性；氮化與滲鉻的零件，表面比較硬，可顯著提高耐磨和耐腐蝕性；滲硅可提高耐酸性等。

把工件置于滲碳箱中，周圍填滿固體滲碳劑，即木碳與碳酸鹽(BaCO3或Na2CO3)的混合物，加蓋并用耐火泥密封。然后送入爐中加熱至(900～950)℃，產(chǎn)生的活性碳原子被鋼件表面吸收，形成一定深度的滲碳層1.4.5鑄鐵

含碳量2%～4%，含有S、P、Si、Mn等雜質(zhì)。脆性材料，抗拉強(qiáng)度較低，但有良好鑄造性、耐磨性、減振性及切削加工性。在一些介質(zhì)(濃硫酸、醋酸、鹽溶液、有機(jī)溶劑等)中有相當(dāng)好的耐腐蝕性能。鑄鐵可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和特殊性能鑄鐵等。

1、灰鑄鐵

2.7%～4.0%，片狀石墨形式，斷面暗灰色。有優(yōu)良的鑄造性、減振性能，支架、閥體、泵體(機(jī)座、管路附件等)。在化工生產(chǎn)中可做燒堿生產(chǎn)中的熬堿鍋、聯(lián)堿生產(chǎn)中的碳化塔及淡鹽水泵等。HT和抗拉強(qiáng)度Rm值表示，如HT100，其中100表示Rm

＝100MPa。常用灰鑄鐵牌號(hào)有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。2、球墨鑄鐵

簡(jiǎn)稱球鐵。在強(qiáng)度、塑性和韌性方面大大超過灰鑄鐵，甚至接近鋼材。用QT、抗拉強(qiáng)度值、延伸率表示，如QT400-18，其中400表示Rm

＝400MPa，18表示δ=18%。3、高硅鑄鐵有高的耐蝕性能，含硅量增加耐蝕性增加。強(qiáng)度低、脆性大及內(nèi)應(yīng)力大，易于脆裂，熱導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，不適于制造溫差較大的設(shè)備，否則容易產(chǎn)生裂紋。常用于各種耐酸泵、冷卻排管和熱交換器，牌號(hào)有：STSi11Cu2CrR、STSi15R、STSi15Mo3R等。見表1-14～表1-171.5低合金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。1、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。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。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。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-BQ235-C20R16MnR15MnVR1.5.4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(11.7%)鉻鎳不銹鋼：0Cr18Ni9（晶間腐蝕）表1-171、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、加熱爐等高溫條件工作的構(gòu)件。

Cr、Al、Si鐵素體形成元素，被高溫氣體氧化后生成一種致密的氧化膜；

Ni、Mn奧氏體形成元素，提高高溫強(qiáng)度和改善抗?jié)B碳性；V、Nb、Ti形成強(qiáng)碳化物提高高溫強(qiáng)度；C和N擴(kuò)大和穩(wěn)定奧氏體提高高溫強(qiáng)度,B和Re均為耐熱鋼中添加的微量元素，可以顯著提高鋼材的抗氧化性，并改善其熱塑性。1.5.5耐熱鋼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。 表1-183、提高鋼的熱強(qiáng)性的方法：

強(qiáng)化固溶體:Cr、Mo；

穩(wěn)定金相組織：Cr、Mo、V、Ti；

提高鋼的再結(jié)晶溫度：Mo、Cr、W、Ni等。高溫合金

鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金

鐵基耐熱合金工作溫度在700℃以下，含有相當(dāng)高的鉻、鎳成分和其他強(qiáng)化元素。

鎳基耐熱合金是目前在700℃～900℃范圍內(nèi)使用得最廣泛的一種高溫合金。這類合金的鎳含量通常在50%以上。

鈷基耐熱合金的高溫強(qiáng)度主要靠固溶強(qiáng)化獲得。鈷價(jià)格昂貴，應(yīng)用受到很大的限制，一般在1000℃以上才用。

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)，只有單相奧氏體可滿足該要求。深冷分離、空氣分離等。（溫度≤-20℃） 目前國外低溫設(shè)備用的鋼材主要是以高鉻鎳鋼為主，也有使用鎳鋼、銅和鋁等。 我國無鉻鎳低溫鋼材系列:16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR國外：高鉻鎳鋼。表1－191.5.7鋼材的品種和規(guī)格

1、鋼板

冷軋----尺寸精度高

熱軋----薄鋼板t≤4mm，厚鋼板t＞4mm。壓力容器用熱扎厚鋼板4mm～6mm厚度間隔為0.5mm6mm～30mm厚度間隔為lmm30mm～60mm厚度間隔為2mm一般碳素鋼板材有Q235-A、Q235-A·F、08、10、15、20等。2、鋼管

無縫鋼管和有縫鋼管。 無縫鋼管有冷軋和熱軋。 普通無縫鋼管常用材料有10、15、20等。 專門用途的無縫鋼管，如熱交換器用鋼管、石油裂化用無縫管、鍋爐用無縫管等。有縫管、水煤氣管，分鍍鋅(白鐵管)和不鍍鋅(黑鐵管)兩種。3、型材 有圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼（等邊與不等邊）、工字鋼和槽鋼。 圓鋼與方鋼主要用來制造各類軸件； 扁鋼常用作各種槳葉； 角鋼、工字鋼及槽鋼可做各種設(shè)備的支架、塔盤支承及各種加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。4、鑄鋼和鍛鋼 鑄鋼用ZG表示，ZG25、ZG35等，用于制造各種承受重載荷的復(fù)雜零件，如泵殼、閥門、泵葉輪等。 鍛鋼有08、10、15、…、50等牌號(hào)。石油化工容器用20、25等制作管板、法蘭、頂蓋等。1.6有色金屬銅T黃銅H青銅Q鋁L鉛Pb

鑄造合金Z軸承合金Ch1.6.1鋁及其合金

1、鋁的性能 濃硝酸以及干氯化氫、氨氣中耐腐蝕

鹵素離子的鹽類、氫氟酸以及堿溶液都會(huì)破壞鋁表面的氧化膜。 鋁不會(huì)產(chǎn)生火花，常用于制作含易揮發(fā)性介質(zhì)的容器； 鋁不會(huì)使食物中毒，不沾污物品，不改變物品顏色，在食品工業(yè)中代替不銹鋼。 鋁的導(dǎo)熱性能好，適合于作換熱設(shè)備2、工業(yè)純鋁高純鋁L01、L02----制做濃硝酸設(shè)備。工業(yè)純鋁----5083、50863、鋁合金（GB/T16474-2011）1000純鋁、2000銅合金 3000錳合金、4000硅合金 5000鎂合金、6000-8000不常用1.6.2銅及其合金半貴重金屬1、純銅（紫銅）

低溫時(shí)可保持較高的塑性和沖擊韌性，用于制作深冷設(shè)備和高壓設(shè)備墊片。 耐稀硫酸、亞硫酸、稀的和中等濃度的鹽酸、醋酸、氫氟酸及其它非氧化性酸等介質(zhì)的腐蝕，對(duì)淡水、大氣、堿類溶液的耐蝕能力很好。 不耐各種濃度的硝酸、氨和銨鹽溶液。

表1-20

純銅呈紫紅色，熔點(diǎn)1083℃，密度為8.96g/cm3，面心立方晶格、無同素異晶轉(zhuǎn)變，良好的電導(dǎo)性、熱導(dǎo)性、耐蝕性、抗磁性和加工工藝性能。工業(yè)純銅的代號(hào)用“T”加順序號(hào)表示，共有T1、T2、T3、T4四個(gè)牌號(hào)。序號(hào)越大，純度越低。純銅主要用于制作電線、電纜、導(dǎo)熱材料及配置合金。

變形純銅的牌號(hào)Tl、T2、T3、TU1、TU2、TP1、TP2等。 T1、T2是高純度銅，用于制造電線，配制高純度合金。 T3雜質(zhì)含量和含氧量比T1、T2高，主要用于一般材料，如墊片、鉚釘?shù)取? TU1、TU2為無氧銅，純度高，主要用作真空器件。 TP1、TP2為磷脫氧銅，多以管材供應(yīng)，主要用于冷凝器、蒸發(fā)器、換熱器、熱交換器的零件等。（1）黃銅

銅與鋅的合金稱黃銅。 鑄造性能好，力學(xué)性能比純銅高，耐蝕性能與純銅相似，在大氣中耐腐蝕性比純銅好，價(jià)格便宜，應(yīng)用較廣。 在黃銅中加入錫、鋁、硅、錳等元素，特種黃銅。 錳、鋁能提高強(qiáng)度；鋁、錳和硅提高抗蝕性和減磨性；鋁能改善切削加工性。

壓力加工黃銅的牌號(hào)用“H+數(shù)字”表示。如H68

H80大氣、淡水及海水中有較高耐腐蝕性、加工性能優(yōu)良，可作薄壁管和波紋管。

H68塑性好，單相黃銅H68，有較高的強(qiáng)度，冷、熱變形能力，較好的耐蝕性，用于制造形狀復(fù)雜、耐蝕的零件。

H62在室溫下塑性較差，但有較高的強(qiáng)度，可進(jìn)行熱變形加工，廣泛用于制作熱軋、熱壓零件或由棒材經(jīng)機(jī)加工制造各種零件。機(jī)械強(qiáng)度較高，易焊接，價(jià)格低廉，可做深冷設(shè)備的筒體、管板、法蘭及螺母等。

HSn70-l錫黃銅,含有1%的錫，能提高在海水中的耐蝕性。稱海軍黃銅。ZCuZn38，具有鑄造性能好，組織致密，主要用于一般的結(jié)構(gòu)件和耐蝕零件。黃銅牌號(hào)(1)普通黃銅的組織和性能。當(dāng)WZn＜32％時(shí)，形成單相α固溶體，隨鋅含量增加，其強(qiáng)度增加塑性改善，適于冷熱變形加工；當(dāng)WZn＞32％時(shí)，組織中出現(xiàn)硬而脆的β相，使強(qiáng)度升高而塑性急劇下降；當(dāng)WZn＞45％時(shí)，全部為β相組織，強(qiáng)度急劇下降，合金已無使用價(jià)值。還具有較好的耐蝕性和較好的鑄造性能。（2）白銅

鎳含量低于50%的銅鎳合金稱為簡(jiǎn)單（普通）白銅， 再加入錳、鐵、鋅或鋁等元素的白銅稱為復(fù)雜（特殊）白銅。 白銅是工業(yè)銅合金中耐腐蝕性能最優(yōu)者，抗沖擊腐蝕、應(yīng)力腐蝕性能亦良好，是海水冷凝管的理想材料。（3）青銅

銅與錫的合金稱為錫青銅；銅與鋁、硅、鉛、被、錳等組成的合金稱無錫青銅。 錫青銅分鑄造錫青銅和壓力加工錫青銅(WSn＜7%)。錫青銅典型牌號(hào)ZQSn10-1，有高強(qiáng)度和硬度，能承受沖擊載荷，耐磨性很好，具有優(yōu)良的鑄造性，比純銅耐腐蝕。 錫青銅用來鑄造耐腐蝕和耐磨零件，如泵殼、閥門、軸承、蝸輪、齒輪、旋塞等以及彈簧等彈性元件。錫青銅的鑄造收縮率小，用于鑄造形狀復(fù)雜、致密性要求不高，耐磨、耐蝕的零件。無錫青銅力學(xué)性能好

在普通黃銅中加入其他合金元素的黃銅加入的合金元素有鉛、錫、鋁、硅、錳、鐵、鎳等，以改善切削加工性、提高耐蝕性、鑄造性能和力學(xué)性能等。壓力加工特殊黃銅的牌號(hào)用“H+主加合金元素符號(hào)+銅的百分含量-合金元素的百分含量”表示，例：HPb59-1。鑄造特殊黃銅的牌號(hào)表示方法與鑄造鋁合金相同，例：ZCuZn16Si4。1.6.3鉛及其合金

硬度低、強(qiáng)度小，不宜單獨(dú)作為設(shè)備材料，只適于做設(shè)備的襯里。

熱導(dǎo)率??；純鉛不耐磨，非常軟。但在許多介質(zhì)中，特別是在硫酸(80%的熱硫酸及92%的冷硫酸)中鉛具有很高的耐蝕性。鉛與銻合金稱為硬鉛，硬度、強(qiáng)度都比純鉛高，在硫酸中的穩(wěn)定性也比純鉛好。硬鉛的主要牌號(hào)為PbSb4、PbSb6、PbSb8和PbSb10。

鉛和硬鉛在硫酸、化肥、化纖、農(nóng)藥、電器設(shè)備中可用來做加料管、鼓泡器、耐酸泵和閥門等零件。 由于鉛具有耐輻射的特點(diǎn)，在工業(yè)上用作X射線和g射線的防護(hù)材料。 鉛合金的自潤性、磨合性和減振性好，噪音小，是良好的軸承合金。 鉛合金還用于鉛蓄電池極板、鑄鐵管口、電纜封頭的鉛封等。1.6.4鈦及其合金

鈦的密度?。?.507g/cm3）、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、熔點(diǎn)高。 工業(yè)純鈦牌號(hào)有TA0、TA2、TA3(編號(hào)愈大、雜質(zhì)含量愈多)。 純鈦加工性能良好；有良好的耐蝕性。鈦也是很好的耐熱材料。 在鈦中添加錳、鋁或鉻鉬等元素，可獲得性能優(yōu)良的鈦合金。1.6.5鎳及其合金 高強(qiáng)度和塑性，好的延伸性和可鍛性。好的耐腐蝕性，用于制造處理堿介質(zhì)的化工設(shè)備。 牌號(hào)為NCu28-2.5-1.5的蒙乃爾耐蝕合金應(yīng)用最廣。蒙乃爾合金能在500℃時(shí)保持高的力學(xué)性能，能在750℃以下抗氧化，在非氧化性酸、鹽和有機(jī)溶液中比純鎳、純銅更具耐蝕性。1.7非金屬材料

既可用作結(jié)構(gòu)材料，又能作設(shè)備的保護(hù)襯里、涂層，還可做設(shè)備的密封材料、保溫材料和耐火材料。 非金屬材料分為無機(jī)非金屬材料（陶瓷、搪瓷、巖石、玻璃等）及有機(jī)非金屬材料（塑料、涂料、橡膠等）及近20～30年來發(fā)展的復(fù)合材料（玻璃鋼、不透性石墨等）。1.化工陶瓷2.化工搪瓷3.輝綠巖鑄石4.玻璃

優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)1.7.1無機(jī)非金屬材料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（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。4.橡膠1.8化工設(shè)備的腐蝕及防腐措施

金屬的腐蝕對(duì)國民經(jīng)濟(jì)帶來的損失是驚人的，據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告，全世界每年由于腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料，約相當(dāng)于金屬年產(chǎn)量的1/3。全世界每年因金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約達(dá)7000億美元，是地震、水災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害造成損失總和的６倍，至于因設(shè)備腐蝕損壞而引起的停工減產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量下降、污染環(huán)境、危害人體健康甚至造成嚴(yán)重事故的損失，就更無法估計(jì)了。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）1、金屬腐蝕的評(píng)定方法1）根據(jù)質(zhì)量腐蝕評(píng)定金屬的腐蝕

2）根據(jù)腐蝕深度評(píng)定金屬的