化工設備材料及其選用

化工設備機械基礎A

（32學時）

化工設備機械基礎A第一章：化工設備材料及其選用第二章：化工容器設計概述第三章：內壓薄壁容器的應力分析第四章：內壓薄壁圓筒與封頭的強度設計第五章：外壓圓筒與封頭的設計第六章：容器零部件第七章：管殼式換熱器的機械設計第八章：塔設備的機械設計第九章：攪拌器的機械設計第1章化工設備材料及其選擇第一節(jié)慨述第二節(jié)材料的性能第三節(jié)金屬材料的分類及牌號第四節(jié)碳鋼與鑄鐵第五節(jié)低合金鋼及化工設備用特種鋼第六節(jié)有色金屬材料第七節(jié)非金屬材料第八節(jié)化工設備的腐蝕及防腐措施第九節(jié)化工設備材料的選擇4第一節(jié)概述

化工設備的種類：按操作壓力分為：真空、常壓、低壓、中壓以至高壓和超高壓；

按操作溫度分為：低溫、常溫、中溫和高溫。

處理的介質大多數又有腐蝕性，或為易燃、易爆、有毒、劇毒等。

有時具體設備既有溫度、壓力要求，又有耐腐蝕要求，而且這些要求有時還互相矛盾，某些條件又經常變化。第1章化工設備材料及其選擇5選用材料的一般要求是：(1)材料品種應符合我國資源和供應情況；(2)材質可靠，能保證使用壽命；(3)要有足夠的強度，良好的塑性和韌性，對腐蝕性介質能耐腐蝕；(4)便于制造加工，焊接性能良好；(5)經濟。第一節(jié)概述第1章化工設備材料及其選擇6壓力容器用鋼材：

中、低壓和高壓容器：常處于有腐蝕性介質的條件下工作，除承受較高的介質內壓(或外壓)外有時還會受到沖擊和疲勞載荷的作用；在制造過程中，要經過各種冷、熱加工使之成型；

對鋼板的要求：除隨介質的不同要有耐腐蝕的要求以外，應有較高的強度、良好的塑性、韌性和冷彎性能，缺口敏感性要低，加工和焊接性能良好。對低合金鋼板材要注意是否有分層、夾渣、白點和裂紋等缺陷。中、高溫容器：鋼材在中、高溫的長期作用下，金相組織和機械性能等將發(fā)生明顯的變化，并要承受一定的介質壓力，選擇設備用鋼時，需考慮材料的組織穩(wěn)定性和中、高溫的機械性能。低溫設備：著重考慮設備在低溫下的脆性破裂問題。第一節(jié)概述第1章化工設備材料及其選擇第二節(jié)

材料的性能金屬材料的性能工藝性能使用性能切削加工性能焊接性能鍛造性能鑄造性能化學性能物理性能力學性能第1章化工設備材料及其選擇第二節(jié)：材料的性能金屬材料的力學性能硬度彈性強度塑性沖擊韌性第1章化工設備材料及其選擇拉伸試驗拉伸試驗機第二節(jié)：材料的性能一、強度指標

材料強度：在外力作用下，材料抵抗變形和斷裂的能力。

第二節(jié)：材料的性能一、強度指標

1、彈性強度（彈性極限）

彈性強度：材料保持完全彈性變形時的最大應力。

彈性變形：外力解除后變形全部消除恢復原狀的變形。第二節(jié)：材料的性能一、強度指標

2、屈服強度（屈服極限）材料產生屈服現象時的最小應力。沒有明顯屈服的材料，用發(fā)生0.2%塑性變形時的應力值σ0.2代表其屈服強度。第二節(jié)：材料的性能一、強度指標

3、抗拉強度（強度極限）

材料抗拉伸斷裂前承受的最大應力。設計時塑性材料多用σs；脆性材料多用σb作為極限應力。

σs/σb之比叫“屈強比”。屈強比越小，可靠性越大；但比值太小，材料利用率太低。第二節(jié)：材料的性能抗彎強度一、強度指標

4、高溫性能：蠕變：金屬在高溫長時間應力作用下，所加應力遠小于σs逐漸產生明顯的塑性變形的現象。導致零件尺寸變化，甚至斷裂造成事故。

應力松弛：承受彈性變形的零件，在工作過程中總變形量不變，但隨時間的延長，工作應力逐漸衰減的現象。原因是零件的彈性變形逐漸變?yōu)榱怂苄宰冃巍?/p>

蠕變強度：高溫長時間載荷作用下，在給定溫度下和規(guī)定時間內，使試樣產生一定蠕變量的應力值。在500℃溫度下，工作1×105h后變形量為1%的蠕變強度為100Mpa。

第二節(jié)：材料的性能一、強度指標第二節(jié)：材料的性能持久強度(σD)

在給定溫度下，促使試樣或工件經過一定時間發(fā)生斷裂的應力叫做持久強度。

在化工容器用鋼中，設備的設計壽命一般為十萬小時，以σ105表示試件經十萬小時斷裂的應力。

持久強度是一定溫度和一定應力下材料抵抗斷裂的能力。在相同的條件下，能支持的時間越久，則該材料抵抗斷裂的能力越大。第二節(jié)：材料的性能疲勞強度

疲勞：在多次重復或交變應力作用下，使金屬材料在遠小于金屬的屈服強度時發(fā)生斷裂的現象。疲勞強度：材料經交變應力無數次循環(huán)作用而不發(fā)生斷裂的最大應力σ-1。第二節(jié)：材料的性能疲勞強度

疲勞曲線:鋼鐵所受重復或交變應力σ與其斷裂前所受的應力循環(huán)次數N之間有關系。兩者之間的關系曲線叫。鋼的疲勞強度σ-1≈σb(40～50%），循環(huán)次數為107；有色金屬的疲勞強度σ-1≈σb(25～50%），循環(huán)次數為10８。第二節(jié)：材料的性能疲勞強度影響因素(1)材料本質：材料的成分、組織以及純度和夾雜物對疲勞強度有顯著影響。(2)零件表面狀況：疲勞裂紋源大多起始于零件的表面。零件表面的加工缺陷大大降低了疲勞強度。(3)載荷類型：載荷類型不同，疲勞強度不同。(4)工作溫度：溫度升高，裂紋易產生和擴展，疲勞強度降低。(5)腐蝕介質：零件在腐蝕環(huán)境中，疲勞強度明顯降低。第二節(jié)：材料的性能二、塑性

金屬在斷裂前產生永久變形而不破壞的能力。

1、伸長（延伸）率

試樣拉斷后標距增長量ΔL與原長L。之比。第二節(jié)：材料的性能二、塑性

2、斷面收縮率試樣拉斷后斷口處橫截面積的改變量與原始橫截積之比。

第二節(jié)：材料的性能二、塑性

3、冷彎(角)

衡量金屬材料和焊縫塑性的指標，由冷彎試驗測定的。

冷彎試驗：金屬材料和焊接接頭在室溫下以一定的內半徑進行彎曲，在試樣被彎曲受拉面出現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(α＝120°或180°)是否出現裂紋為評定標準。第二節(jié)：材料的性能二、塑性

伸長率、斷面收縮率和冷彎(角)都是材料塑性的力學性能指標，金屬材料只有具備足夠的塑性才能承受各種變形加工。塑性的存在可以提高構件的可靠性，但在一般情況下提高材料的塑性要犧牲材料強度。第二節(jié)：材料的性能三、硬度

硬度：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力）。

測試方法：壓入法、劃痕法、彈跳法。

分類：

1、布氏硬度（HBS、HBW）；

2、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）；

3、維氏硬度（Hv）；

4、肖氏硬度（HS）。第二節(jié)：材料的性能（一）布氏硬度

在布氏硬度計上進行測量。其方法是用直徑D為（10mm、5mm、2.5mm）的淬火鋼球（HBS）或硬質合金球（HBW）。在規(guī)定的試驗力P作用下壓入被測試的金屬表面停留一定時間后卸除試驗力。用讀數顯微鏡測量出壓痕直徑d，由此計算壓痕的球缺面積F，然后再求出壓痕單位面積所承受的平均壓力（P／F），以此作為布氏硬度值。第二節(jié)：材料的性能（一）布氏硬度

布氏硬度標注方法：

如：120HBS10／1000／30，表示采用直徑為10mm淬火鋼球在9.81KN試驗力作用下，持續(xù)時間為30s的試驗條件下被測材料的布氏硬度值為120。

優(yōu)點：測量誤差小，數據穩(wěn)定，重復性強。

缺點：費時，壓痕較大，不適宜測量成品零件或薄壁件。

低碳鋼σb≈3.6HBS；高碳鋼σb≈3.4HBS

；調質合金鋼σb≈3.25HBS;灰鑄鐵σb≈1HBS。

第二節(jié)：材料的性能（一）布氏硬度第二節(jié)：材料的性能（二）洛氏硬度

洛氏硬度：以壓頭壓入金屬材料的壓痕深度來表征材料的硬度。壓痕深度直接用百分表測出來，硬度值可以直接從洛氏硬度計的表盤上讀出，不需另外測量和計算，它是一個相對值，沒有量綱。用于較高硬度的測量。第二節(jié)：材料的性能（二）洛氏硬度

測量方法：實驗時先加預載荷98.1N，使壓頭緊密接觸試件表面，再加主載荷使壓頭壓入工件，然后去掉主載荷。由于金屬的彈性變形的恢復，壓頭回升，深度h就是主載荷作用下金屬表面的塑性變形深度。

標注方法：50HRC

優(yōu)點：操作方便、壓痕較小、可測成品；測量范圍大。

缺點：穩(wěn)定性差、硬度數據波動較大。第二節(jié)：材料的性能四、沖擊韌性

沖擊載荷：以很大的速度作用于零件上的載荷。沖擊韌性：金屬材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力。

沖擊韌性值：一次沖斷試樣，缺口處單位截面積所消耗的功。

第二節(jié)：材料的性能材料的沖擊韌度第二節(jié)：材料的性能五．缺口敏感性第二節(jié)：材料的性能

帶有一定應力集中的缺口條件下，材料抵抗裂紋擴展的能力。是材料在靜載荷下抵抗裂紋擴展的能力，沖擊韌性是材料在動載荷下抵抗裂紋擴展的能力。材料的高溫和低溫性能

2、低溫性能：

隨溫度下降，多數材料會出現脆性增加的現象，甚至發(fā)生脆斷。通過材料吸收的沖擊功AK與溫度的變化關系來確定材料的韌、脆狀態(tài)轉化。冷脆轉化溫度：材料由韌性狀態(tài)轉變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的溫度TK。第二節(jié)：材料的性能2023/9/2834二、物理性能

密度、熔點、比熱容、熱導率、線膨脹系數、導電性、磁性、彈性模量與泊松比等。第二節(jié)：材料的性能2023/9/2835二、物理性能1、熱膨脹性線膨脹系數第二節(jié)：材料的性能2023/9/2836二、物理性能2、彈性模量與泊松比

材料在彈性范圍內，應力和應變成正比：金屬材料對彈性變形抗力的指標，隨溫度的升高而降低。

泊松比：拉伸試驗中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長之比。鋼材泊松比μ=0.3。

第二節(jié)：材料的性能彈性模量2023/9/2837第二節(jié)：材料的性能2023/9/2838三、化學性能1、耐腐蝕性金屬和合金對周圍介質侵蝕的抵抗能力2、抗氧化性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度選耐熱材料第二節(jié)：材料的性能2023/9/28392023/9/2840四、加工工藝性能1、可鑄性：收縮與偏析2、可鍛性：塑性與變形抗力3、焊接性：焊接接頭質量4、可切削加工性：加工的難易程度第二節(jié)：材料的性能2023/9/2841第三節(jié)金屬材料的分類及牌號一、分類：黑色金屬和有色金屬一、分類——黑色金屬Wc＜0.02%；0.02≤wc<0.77%Wc＝0.77%0.77≤wc<2.11%2.11≤wc<4.3%wc＝4.3%4.3≤wc<6.69%鐵碳合金工業(yè)純鐵鋼白口鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼亞共晶鐵共晶鐵過共晶鐵第三節(jié)金屬材料的分類及牌號

按冶煉方法分類按脫氧方法分類平爐鋼轉爐鋼電爐鋼沸騰鋼F鎮(zhèn)靜鋼Z半鎮(zhèn)靜鋼b一、分類——黑色金屬第三節(jié)金屬材料的分類及牌號在澆注前用Si、Al等元素對鋼液進行完全脫氧所得到的鋼種。在冶煉時只用弱脫氧劑Mn脫氧，脫氧不完全的鋼。Wc≤0.25％Wc在0.25％～0.6％之間Wc≥0.6％按鋼中含碳量分類低碳鋼中碳鋼高碳鋼一、分類——黑色金屬第三節(jié)金屬材料的分類及牌號Ws≤0.055％Wp≤0.045％Ws≤0.040％Wp≤0.040％Ws≤0.030％Wp≤0.035％

按鋼的質量分類

普通碳素鋼

優(yōu)質碳素鋼高級優(yōu)質碳素鋼一、分類——黑色金屬第三節(jié)金屬材料的分類及牌號制造各種構件和機器零件制造各種刀具、量具、模具

按鋼的用途分類

碳素結構鋼

碳素工具鋼一、分類——黑色金屬第三節(jié)金屬材料的分類及牌號一、分類——有色金屬第三節(jié)金屬材料的分類及牌號二、鋼鐵牌號與表示方法第三節(jié)金屬材料的分類及牌號二、鋼鐵牌號與表示方法第三節(jié)金屬材料的分類及牌號二、鋼鐵牌號與表示方法第三節(jié)金屬材料的分類及牌號二、鋼鐵牌號與表示方法第三節(jié)金屬材料的分類及牌號二、鋼鐵牌號與表示方法第三節(jié)金屬材料的分類及牌號二、鋼鐵牌號與表示方法第三節(jié)金屬材料的分類及牌號2023/9/2854第四節(jié)碳鋼與鑄鐵

“鐵碳合金”由95％以上鐵和0.05％～4％碳及1％左右雜質元素所組成合金

一般含C量0.0218％～2.11％稱為鋼；大于2.11％稱為鑄鐵；當含C量小于0.0218％時稱純鐵(工業(yè)純鐵)；含C量大于4.3％的鑄鐵極脆第三節(jié)金屬材料的分類及牌號2023/9/2855一、鐵碳合金的組織結構1、金屬的組織與結構

組織：在金相顯微鏡下看到的金屬的晶粒。

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

第四節(jié)碳鋼與鑄鐵金屬晶格的常見類型

（1）體心立方晶格

晶胞是一個立方體，在晶胞的中心和每個頂角各有一個原子。

每個體心立方晶格的原子數為：（1/8）×8+1=2個。塑性較好。第四節(jié)碳鋼與鑄鐵（三）金屬晶格的常見類型

（2）面心立方晶格

晶格屬于立方晶系，在晶胞的8個頂角和6個面的中心各有一個原子。

每個面心立方晶格的原子數為：（1/8）×8+（1/2）×6=4個。塑性優(yōu)于體心立方晶格的金屬。

第四節(jié)碳鋼與鑄鐵（三）金屬晶格的常見類型

（3）密排六方晶格

晶格屬于六方棱柱體，在六棱柱晶胞的12個項角上各有一個原子，兩個端面的中心各有一個原子，晶胞內部有三個原子。

每個密排六方晶胞原子數為:（1/6）×12+（1/2）×2+3＝6個較脆

第四節(jié)碳鋼與鑄鐵2023/9/2859鑄鐵中的C以石墨形式存在，有不同的組織形貌。

球墨鑄鐵強度最高；細片狀石墨次之；粗片狀石墨最差。第四節(jié)碳鋼與鑄鐵

同素異構轉變：金屬在固態(tài)下隨著溫度的變化，由一種晶格轉變?yōu)榱硪环N晶格的現象。它是鋼進行熱處理的依據。

（體心體方晶格）（面心立方晶格）（體心體方晶格）912℃1394℃1538℃純鐵的同素異構轉變2、純鐵的同素異構轉變第四節(jié)碳鋼與鑄鐵金屬的同素異構轉變遵循液體結晶的一般規(guī)律：

1、恒溫轉變；

2、轉變時有過冷現象；

3、轉變過程由生核和長大兩個基本過程組成。2、純鐵的同素異構轉變第四節(jié)碳鋼與鑄鐵2023/9/28623．鐵與碳的相互關系和碳鋼的基本組織C在鐵中的存在形式有固溶體、化合物和混合物三種。三種不同的存在形式，形成了不同的碳鋼組織。 固溶體：兩種或兩種以上的元素在固態(tài)下互相溶解，而仍然保持溶劑晶格原來形式。

第四節(jié)碳鋼與鑄鐵2023/9/2863（1）鐵素體（ferrite）

C溶解在a-Fe中形成固溶體。

a-Fe原子間隙小，溶碳能力低（室溫下0.006％），強度、硬度低，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。第四節(jié)碳鋼與鑄鐵第四節(jié)碳鋼與鑄鐵2023/9/2865（2）奧氏體（Austenite）

C溶解在g-Fe鐵中形成固溶體。

g-Fe原子間隙較大，C的溶解度比a-Fe中大得多，在727℃時可溶解0.77％，在1147℃時可達最大值2.11％。

奧氏體組織是在a-Fe發(fā)生同素異構轉變時產生的。由于奧氏體有較大的溶解度，故塑性、韌性較好，且無磁性。第四節(jié)碳鋼與鑄鐵第四節(jié)碳鋼與鑄鐵2023/9/2867（3）滲碳體（Cementite）

碳和鐵形成一種化合物（Fe3C）。熔點約1600℃，硬度高，塑性幾乎等于零。鐵碳合金含碳量小于2.11％時，其組織是在鐵素體中散布著滲碳體，是碳素鋼。含C量大于2.11％時，部分C以石墨形式存在，稱鑄鐵?？估瓘姸群退苄远急忍间摰汀５T鐵具有一定消震能力。第四節(jié)碳鋼與鑄鐵2023/9/2868（4）珠光體P（Pearite）

鐵素體與滲碳體的機械混合物

(F＋Fe3C)。力學性能介于鐵素體和滲碳體之間，綜合了鐵素體和滲碳體優(yōu)點，即其強度、硬度比鐵素體顯著提高；塑性、韌性比鐵素體差，但比滲碳體要好得多。其組織為層片狀結構，其綜合力學性能好。（4）珠光體P（Pearite）

2023/9/2870（5）萊氏體Ld

（Ledeburite）

由A（P）＋Fe3C組成的機械混合物。其組織結構為Fe3C基體上分布著A，主要體現了Fe3C特點，硬度很高，塑性極差，幾乎為零。是一種較粗而硬的金相組織，存在于白口鑄鐵、高碳鋼中。2023/9/2872（6）馬氏體（白色）

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。馬氏體2023/9/2874二、鐵碳合金狀態(tài)圖基本組織：

單相組織：F、A、Fe3C

萊氏體Ld：（A＋Fe3C

）在共晶點上得到，塑性韌性很差，是硬而脆的組織

珠光體P：（F＋Fe3C

）在共析點上得到，具有良好的力學性能

（一）Fe-Fe3c相圖的重要點、線、區(qū)二、鐵碳合金相圖ACDEFGKPSQ

（一）Fe-Fe3c相圖的重要點、線、區(qū)ACCDAEECFGSGPESPQPSK二、鐵碳合金相圖

（一）Fe-Fe3c相圖的重要點、線、區(qū)

３、Fe—Fe3C相圖中的主要相區(qū)

ACD線以上：L相；

AESG：A相；

AEC：A+L相；

DFC：Fe3C1+L相；

GSP：A+F相；

ESKF：Fe3C+A相；

PSK線以下：Fe3C+F相。LAA+LFe3C1+LA+FFe3C+AFe3C+F二、鐵碳合金相圖液相奧氏體γ高溫鐵素體δ鐵素體α727℃1148℃滲碳體二、鐵碳合金相圖共晶線共析線2023/9/28792023/9/2880三、碳鋼1、常存雜質元素對鋼材性能的影響硫、磷、錳、硅、氧、氮、氫等

1

硫有害元素。S和Fe形成低熔點(985℃)化合物。鋼材熱加工1150～1200℃，過早熔化而導致工件開裂，稱“熱脆”。2023/9/28812磷

有害元素。雖能使強度、硬度增高，但塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時，使鋼材顯著變脆，稱“冷脆”。使冷加工及焊接性變壞。三、碳鋼2023/9/28823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進入爐渣，從而改善鋼的品質，特別是降低脆性，提高強度和硬度。在0.5%～0.8%以下時，看成是常存雜質。優(yōu)質碳素結構鋼中，正常含錳量是0.5%～0.8%；高錳結構鋼可達0.7%～1.2%。三、碳鋼2023/9/28834硅

脫氧劑。有益的元素。硅與FeO能結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使強度、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%，對鋼性能影響不大。三、碳鋼2023/9/28845氧

有害元素。在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進行脫氧，但不可能除盡。

FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使強度、塑性降低。尤其是對疲勞強度、沖擊韌性等有嚴重影響。

三、碳鋼2023/9/28856氮

長時間放置或在200～300℃加熱氮以氮化物形式的析出，硬度、強度提高，塑性下降，發(fā)生時效。鋼液中加入Al、Ti或V進行固氮處理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除時效傾向。

三、碳鋼2023/9/28867氫

有害元素，氫脆、白點冷裂等缺陷。變脆：氫化物變形小白點：組織缺陷處擴散氫。三、碳鋼我國合金鋼牌號的表示方法字母+數字+元素符號+數字+字母表示某些專門用途鋼。如G為滾動軸承鋼，Y為易切削鋼。表示含碳量。合金結構鋼為兩位數字，表示萬分之一。合金工具鋼為一位數字表示千分之一，如含碳量大于1%可省略。表示所含合金元素及其含量。數字表示百分之一，小于1.5%可省略。表示冶金質量。A為高級優(yōu)質鋼，E為特級優(yōu)質鋼。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼鋼的熱處理

改變鋼性能的主要途徑：一是合金化，加入合金元素、改變含碳量，調整鋼的化學成分；二是通過冷、熱加工改變其結構和性能；三是熱處理。熱處理工藝曲線加熱速度；加熱溫度；保溫時間；冷卻速度。熱處理工藝參數：時間

鋼的熱處理將鋼在固態(tài)下、在一定的介質中施以不同的加熱、保溫和冷卻來改變鋼的組織，從而獲得所需性能的一種工藝。四、鋼的熱處理鋼熱處理的目的１、充分發(fā)揮材料的潛力，提高零件使用性能，延長使用壽命。２、改善材料的加工性能。

原理——同素異構轉變，使鋼在加熱和冷卻過程中，內部發(fā)生組織與結構變化。

四、鋼的熱處理鋼熱處理的分類熱處理普通熱處理表面熱處理其他熱處理淬火、回火退火、正火表面淬火化學熱處理激光熱處理可控氣氛熱處理真空熱處理變形熱處理感應淬火火焰淬火等滲碳、滲氮滲金屬等四、鋼的熱處理退火與正火

一、退火

將金屬或合金加熱到適當溫度，保溫一定時間，隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。組織為F+S。

四、鋼的熱處理1、退火的目的

（1）降低鋼的硬度，使其易于切削加工；（2）提高鋼的塑性和韌性，以易于切削和冷變形加工；（3）消除鋼中的組織缺陷，為熱鍛、熱軋或熱處理作好組織準備；（4）消除前一工序中所產生的內應力，以防變形或開裂。四、鋼的熱處理２、常用的退火方法四、鋼的熱處理完全退火球化退火等溫退火擴散退火去應力退火再結晶退火A3線以上30-50°CA1線以上20-40°CA3線以上30-50°CA3線以上150-250°CA1線以下600-650°C再結晶以上150°C緩慢冷卻緩冷至600°C空冷快冷至A1線下保溫緩慢冷卻緩慢冷卻緩慢冷卻消除粗晶和不均勻組織將片狀P變?yōu)榍驙頟獲得均勻組織消除偏析消除殘余應力消除加工硬化亞共析鋼過共析鋼合金鋼高合金鋼合金鋼鑄錠鑄件鑄、鍛、焊件冷塑性變形件退火分類加熱溫度冷卻方式主要目的適用范圍２、常用的退火方法四、鋼的熱處理2、正火

將鋼件加熱至Ac3或Accm以上30～50℃，保溫使之完全A化后在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火的冷卻速度比退火稍快，過冷度稍大。組織較細，強度、硬度較高，一般為S組織。四、鋼的熱處理2、正火

目的：１、對要求不高的結構件，正火可作為最終熱處理，細化組織，提高力學性能；２、低碳鋼正火可提高其硬度，改善切削加工性能；３、消除共析鋼和過共析鋼中的網狀Fe3CⅡ

。四、鋼的熱處理正火與退火的選擇

（1）從切削加工性方面考慮低碳鋼用正火提高硬度，而高碳鋼用退火降低硬度，以便于切削加工。

（2）從使用性能上考慮

對零件性能要求不高，可用正火作為最終熱處理；當零件形狀復雜、厚薄不均時，采用退火；對中、低碳鋼，正火比退火力學性能好。

（3）從經濟上考慮正火操作簡便，生產周期短，能耗少，故在可能條件下，應優(yōu)先考慮正火處理。四、鋼的熱處理淬火與回火

1、淬火將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫后急冷，以獲得M、下B的非平衡組織的熱處理工藝。

目的：提高鋼的強度、硬度和耐磨性。

四、鋼的熱處理淬火與回火

（１）淬火加熱溫度的選擇

原則：淬火后得到均勻細小的M或B下。四、鋼的熱處理（２）淬火冷卻

選擇原則：既要保證工件獲得M，又要減少變形和避免開裂。

兩慢一快

措施：選擇合適的淬火介質；改進淬火方法。四、鋼的熱處理淬火介質的冷卻能力四、鋼的熱處理淬火方法溫度溫度溫度溫度內部內部正在轉變正在轉變正在轉變正在轉變貝氏體馬氏體馬氏體馬氏體單液淬火雙液淬火分級淬火等溫淬火鹽浴保溫后空冷，目的：減少內應力鹽浴保溫，目的：獲得下B四、鋼的熱處理2、回火

淬火鋼重新加熱至A1線以下某一溫度，保溫后冷卻的熱處理工藝。目的：

（1）降低脆性；（2）消除或減少內應力，防止變形和開裂。（3）獲得工件所要求的力學性能；（4）穩(wěn)定工件尺寸；四、鋼的熱處理回火組織轉變

回火的實質：淬火M分解以及殘余A分解、聚集、長大的過程，是由非平衡態(tài)組織趨向平衡態(tài)組織的轉變?；鼗鸾M織是粒狀的，淬火組織是片狀的。四、鋼的熱處理

轉變過程

（1）M分解（20～200℃），得到低飽和M與碳化物的混合組織——回火M。（2）殘余A分解（200～300℃），得到回火M。（3）F形成（300～400℃），得到極細的粒狀Fe3C和F的機械混合物-回火T。（4）Fe3C長大（400℃以上），得到細小的粒狀Fe3C和F的機械混合物-回火S。四、鋼的熱處理回火的種類和應用

低溫回火：150～

250℃。組織——回火馬氏體。高硬耐磨。刃具，軸承，冷作磨具等。

中溫回火：350～

500℃。組織——回火屈氏體。高的屈服極限，彈性極限和韌性。彈簧，熱作磨具。

高溫回火

（淬火+高溫回火=調質）

：500～

650℃。組織——回火索氏體。較好的綜合機械性能。連桿，軸，齒輪等四、鋼的熱處理

3.化學熱處理將鋼置于一定活性介質中加熱保溫，使介質中的活性原子滲入工件表面，以改變工件表面的化學成分、組織和性能的熱處理工藝。

特點：鋼件表面層組織和成分均發(fā)生改變。目的：強化工件表面，提高硬度、耐磨性和疲勞強度；改善工件表面的物理和化學性能，提高工件的抗蝕性和耐熱性。四、鋼的熱處理化學熱處理基本過程：（１）介質分解：形成活性原子；（２）吸收：形成固溶體和化合物；（３）擴散。

四、鋼的熱處理3、化學熱處理四、鋼的熱處理3、化學熱處理四、鋼的熱處理鑄鐵的性能 鑄鐵含碳量大于2.11%及Si、Mn、S、P等雜質。石墨的存在，使鑄鐵具有鑄鋼所不具備的性能。鑄鐵的優(yōu)點

良好的鑄造性能，如流動性好、收縮小;

良好的切削加工性能；

高的耐磨性；

良好的吸振緩沖性能；

低的缺口敏感性能。五、鑄鐵鑄鐵的分類

1、灰口鑄鐵第一階段石墨化過程充分進行而得到的鑄鐵，碳主要以石墨形式存在，斷口呈灰暗色?；铱阼T鐵灰鑄鐵可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵球墨鑄鐵五、鑄鐵2、合金鑄鐵Cr、Mo、Cu通過激冷Al、Si、CrAl、Si、Cr氣缸、活塞環(huán)軋輥、凸輪軸爐底、換熱器、坩鍋等化工設備的管道、閥門、泵體、反應釜、盛儲器等分類耐磨鑄鐵耐熱鑄鐵（RT）耐蝕鑄鐵(ST)耐磨灰鑄鐵(MT)冷硬鑄鐵(LT)五、鑄鐵五、鑄鐵第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼碳鋼的特點：（１）淬透性低，整個截面性能分布不均；（２）力學性能欠佳。存在硬度、強度與塑性、韌性之間的矛盾，屈強比低；（３）不能具備耐高溫、耐腐蝕、高耐磨等特殊性能。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼

合金元素在鋼中的作用

（１）固溶強化

合金元素固溶于F、A、M中引起晶格畸變，增加位錯運動阻力，產生固溶強化。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼合金元素在鋼中的作用

（２）第二相強化

某些合金元素可以固溶于Fe3C中，形成合金Fe3C或特殊碳化物，提高鋼的強度和硬度。

（３）細晶強化使A、F晶粒及M針條細化，增加位錯運動阻力，達到強化的目的。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼合金元素在鋼中的作用

（４）提高淬透性

合金元素固溶于A中，增加A的穩(wěn)定性，減慢過冷A的分解速度，使C曲線右移，降低鋼淬火時的臨界冷卻速度，提高淬透性。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼合金元素在鋼中的作用

（５）提高回火穩(wěn)定性

回火穩(wěn)定性：淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力。合金元素固溶于M中減緩C的擴散，阻礙碳化物的析出，推遲M的分解，抵抗硬度下降。

第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼合金元素在鋼中的作用

（６）使鋼獲得特殊性能*

形成穩(wěn)定的單相組織：使A3線降至室溫，得到具備耐腐蝕、耐高溫、抗磨損的A鋼。**形成致密氧化膜和金屬間化合物，提高鋼的耐腐蝕性和高溫抗氧化性；金屬間化合物阻礙位錯在高溫下運動，提高鋼的蠕變抗力，提高鋼的高溫強度。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼合金鋼的分類

１）按合金元素的含量分

低合金鋼：合金元素總的質量分數＜５％；

中合金鋼：合金元素總的質量分數為５～１０％；

高合金鋼：合金元素總的質量分數＞１０％。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/28123按用途分：

合金結構鋼調質結構鋼、表面硬化鋼低碳馬氏體鋼、非調質結構鋼

合金工具鋼

特殊性能鋼不銹鋼和耐熱鋼等

第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/28124二、合金元素對鋼的影響

目前常用的合金元素有：鉻(Cr)，錳(Mn)，鎳(Ni)，硅(Si)，硼(B)，鎢(W)，鉬(Mo)，釩(V)，鈦(Ti)和稀土元素(Re)等。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/281251、鉻

提高耐腐蝕性能和抗氧化性能。含量達到13％時，能使鋼的耐腐蝕能力顯著提高，并增加鋼的熱強性。提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強度、硬度和耐磨性，但使塑性和韌性降低。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/281262、錳Mn

提高強度和提高低溫沖擊韌性。3、鎳Ni提高淬透性，有很高的強度及良好的塑性和韌性。提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性。鎳基合金具有更高的熱強性能。鎳被廣泛應用于不銹耐酸鋼和耐熱鋼中。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/281274、硅Si

提高強度、高溫疲勞強度、耐熱性及耐H2S等介質的腐蝕性。硅含量增高會降低鋼的塑性和沖擊韌性。5、鋁Al強脫氧劑，顯著細化晶粒，提高沖擊韌性，降低冷脆性。提高抗氧化性和耐熱性，對抵抗H2S介質腐蝕有良好作用。價格便宜，在耐熱鋼中常以它來代替鉻。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/281286、鉬Mo

提高高溫強度、硬度、細化晶粒、防止回火脆性。鉬能抗氫腐蝕。7、釩V于固溶體中提高高溫強度，細化晶粒，提高淬透性。鉻鋼中加少量釩，在保持鋼的強度情況下，能改善鋼的塑性。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/281298、鈦Ti

強脫氧劑，可提高強度、細化晶粒，提高韌性，減小鑄錠縮孔和焊縫裂紋等傾向。在不銹鋼中穩(wěn)定碳，防止晶間腐蝕提高耐熱性。9、稀土元素Re提高強度，改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性及焊接性能。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼130二、低合金鋼

在碳素鋼的基礎上加入少量Si，Mn，CU，Ti、V，Nb，P等合金元素構成，它的含碳量較低，多數均小于0.2％，其組織多數仍為鐵素體和珠光體組織。

由于少量合金元素的加入可以大大提高鋼材的強度，并改善了鋼材的耐腐蝕性能和低溫性能。

廣泛用于制造遠洋輪船、大跨度橋梁、高壓鍋爐、大型容器、汽車、礦山機械及農業(yè)機械等。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/28131二、低合金鋼

有較高的屈服強度（300～1000MPa）和屈強比（ss/sb=0.65～0.95），較好的冷熱加工性能、良好的焊接性能，較低的冷脆傾向以及較好的抗大氣、海水等腐蝕能力。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/28132低合金鋼按性能和用途分高強度鋼、低溫鋼和耐蝕鋼1、高強度鋼350MPa強度級，典型牌號為16Mn；400MPa強度級，典型鋼號為14MnMoV500MPa強度級，典型12MnNiCrMoVCu

用于船舶、車軸、壓力容器、鍋爐、輸送管線等的焊接結構件。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/281332、低溫鋼主要有09Mn2V(-70℃)、06MnNb(-90℃)3、耐蝕鋼

10MnPNbRE鋼耐海洋大氣及海水腐蝕，

12MnAlV鋼制造煉油廠耐高溫硫化氫設備。

第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼134三、鍋爐鍋

對鍋爐鋼板的要求；

①較高的強度，包括常溫和中溫強度；

②良好的塑性、韌性和冷彎性能；

③較低的缺口敏感性；

④良好的加工工藝性能和焊接性能；

⑤對鋼錠要求有良好的低倍組織；

⑥要求鋼的分層、非金屬夾雜物、疏松等缺陷盡可能少。不允許有白點及裂紋；

⑦作壓力容器時，工作溫度>400℃，需考慮蠕變強度和持久強度。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼135三、鍋爐鍋第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼136四、容器鋼第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼

化工生產所用容器與設備的操作條件(壓力、溫度、介質的腐蝕性等)比較復雜，再加上制造技術要求比較嚴格。目前對壓力容器用厚鋼板在技術條件、檢驗方法、驗收等方而均按GB6654—1996壓力容器用鋼板與YB(T)40一87壓力容器用碳素鋼和低合金厚鋼扳所規(guī)定的要求執(zhí)行。2023/9/28137五、不銹耐酸鋼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的鋼為不銹鋼，稱耐酸、堿、鹽等強烈腐蝕性介質的鋼為耐酸鋼。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼

通常按鋼的金相組織分為:

鐵素體不銹鋼奧氏體不銹鋼奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼馬氏體不銹鋼等2023/9/28138防止晶間腐蝕的方法：1）降低含碳量<0.06%時不易產生，<0.03%時可靠地克服，超低碳不銹鋼，如00Cr19Nil02）穩(wěn)定碳原子，加入Ti、Nb、V、Mo穩(wěn)定劑，廣泛用，0Cr18Nil0Ti、0Cr18NillNb。3）形成雙相組織，加入鐵素體促成元素Ti、Al、Si、Mo，鐵素體含鉻高、補充快，5%以內，阻斷腐蝕通路。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/28139防止晶間腐蝕的方法：4）控制熱規(guī)范：快速加熱和冷卻，或非常緩慢。5）補充熱處理穩(wěn)定化退火（免疫處理）：850度保溫2小時，充分擴散高溫淬火水冷（固熔、水韌處理）：1100度左右加熱后淬火，單相奧氏體。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/28140六、耐熱鋼

例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，溫度往往達到1000℃以上。

300℃～350℃即需選用耐熱鋼，一般耐熱鋼工作溫度都在700℃以下，700℃～1000℃用高溫合金。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/28141高溫設備對鋼材的要求(1)化學穩(wěn)定性（Cr、Al、Si）；(2)熱強性：①強化固溶體

（Cr，Mo）；②穩(wěn)定金相組織（Cr，Mo，V，Ti）；③提高鋼的再結晶溫度（Mo、Cr、w）

。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/28142六、耐熱鋼

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，提高高溫強度和改善抗?jié)B碳性。

V、Nb、Ti形成強碳化物提高高溫強度。

C和N擴大和穩(wěn)定奧氏體，提高高溫強度。

B和Re均為耐熱鋼中添加的微量元素，可顯著提高鋼材的抗氧化性，并改善其熱塑性。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/28143七、低溫用鋼

深冷分離、空氣分離等。目前國外低溫設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。第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼2023/9/28144八、鋼材的品種和規(guī)格第五節(jié)低合金鋼及化工設備用的特種鋼自學2023/9/28145第六節(jié)有色金屬2023/9/28146一、鋁及其合金

在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破壞鋁表面的氧化膜。鋁不會產生火花，常用于制作含易揮發(fā)性介質的容器；鋁不會使食物中毒，不沾污物品，不改變物品顏色，在食品工業(yè)中代替不銹鋼。鋁的導熱性能好，適合于作換熱設備

第六節(jié)有色金屬2023/9/28147變形鋁合金（工業(yè)純鋁和防銹鋁）和鑄造鋁合金1、變形鋁合金（1）工業(yè)純鋁

L+序號，序號大純度低。工業(yè)高純鋁L01（1A85）、L02（1A90），抗硫腐蝕，濃硝酸設備，高壓釜、槽車、貯槽、閥門、泵。工業(yè)純鋁L6（8A06），耐硫腐蝕、防污染而不要求強度的設備，例如：反應器、熱交換器、深冷設備、塔器等。

第六節(jié)有色金屬2023/9/28148（2）防銹鋁

由鋁錳系或鋁鎂組成的鋁合金，LF2，LF3，LF5……等。強度比純鋁高。

LF2、LF3用于中等強度的零件或設備；

LF5制造油箱、管道、低壓容器、鉚釘；

LF6用于受力零件及焊制容器。由于熔焊的鋁材在低溫(0～-196℃)下沖擊韌性不下降，很適合做低溫設備。第六節(jié)有色金屬（3）硬鋁LY；（4）鍛鋁LD2023/9/281492、鑄造鋁合金——鋁、硅合金Al-Si系，典型牌號ZAlSi7Mg，合金號為ZL101；

Al-Cu系，應用最早，熱強性高，300℃，耐腐蝕性較差。典型牌號ZAlCu5Mn，合金號為ZL201；

Al-Mg系，室溫力學性能高，耐腐蝕性能好，但熱強性低。鑄造性能差，典型牌號ZAlMg10，合金號為ZL301；第六節(jié)有色金屬2023/9/28150Al-Zn系，Zn在Al中溶解度大，再加入硅及少量鎂、鉻等元素，具有良好的綜合性能，典型牌號ZAlZn11Si17，合金號為ZL401。鋁的鑄造性、流動性好，鑄造時收縮率和生成裂紋的傾向性都很小。耐蝕性好，且密度小，廣泛用來鑄造形狀復雜的耐蝕零件，如管件、泵、閥門、汽缸、活塞等。第六節(jié)有色金屬第六節(jié)有色金屬2023/9/28152二、銅及其合金

半貴重金屬1、純銅（紫銅）低溫時可保持較高的塑性和沖擊韌性，用于制作深冷設備和高壓設備墊片。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的腐蝕，對淡水、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。第六節(jié)有色金屬1、純銅

物理性能：密度為8.94g/cm3，熔點為1083℃，無磁性。具有面心立方結構．無同素異構轉變。

第六節(jié)有色金屬2023/9/28154

變形純銅的牌號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雜質含量和含氧量比T1、T2高，主要用于一般材料，如墊片、鉚釘等。

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，主要用于冷凝器、蒸發(fā)器、換熱器、熱交換器的零件等。第六節(jié)有色金屬銅合金

特點：具有優(yōu)良的導電性、導熱性，很高的化學穩(wěn)定性和良好的抗蝕性能。純銅的強度不高，硬度低，塑性很好。經冷變形加工后，強度提高，但伸長率下降。工業(yè)純銅加工產品代號有T1、T2、T3、T4四種。主要用于制作電線、蒸發(fā)器等。銅合金機械性能好摩擦系數小在空氣環(huán)境下具有良好的抗蝕性。容易加工。第六節(jié)有色金屬（1）黃銅

以鋅（含量小于50%）為主要加入元素的銅合金。

HMn58-2H62分類普通黃銅（銅鋅合金）表示方法（H+銅含量）表示方法（H+主要元素符號＋銅含量＋主加元素含量）特殊黃銅Al、Mn、

Si、Pb第六節(jié)有色金屬2023/9/28157（1）黃銅

鑄造性能好，力學性能比純銅高，耐蝕性能與純銅相似，在大氣中耐腐蝕性比純銅好，價格便宜，應用較廣。

第六節(jié)有色金屬2023/9/28158

常用的黃銅牌號有H80、H68、H62等

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，可在常溫下沖壓

H62在室溫下塑性較差，但機械強度較高，易焊接，價格低廉，可做深冷設備的筒體、管板、法蘭及螺母等。

錫黃銅HSn70-l含有1%的錫，能提高在海水中的耐蝕性。稱海軍黃銅。第六節(jié)有色金屬2023/9/28159（2）白銅

鎳含量低于50%的銅鎳合金稱為簡單（普通）白銅，再加入錳、鐵、鋅或鋁等元素的白銅稱為復雜（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、應力腐蝕性能亦良好，是海水冷凝管的理想材料。第六節(jié)有色金屬

（2）白銅

以Ni為主要元素（含量小于50%）的銅合金。

BFe5-1B30分類簡單白銅（銅鎳合金）表示方法（B+鎳含量）表示方法（B+主要元素符號＋鎳含量＋主加元素含量）特殊白銅Fe、Zn、Mn、Al第六節(jié)有色金屬（3）青銅

除Ni和Zn以外的其它元素為主要合金元素的銅合金。

青銅的代號用（Q+主加元素符號+主加元素百分含量+其他元素的百分含量）表示。第六節(jié)有色金屬2023/9/28162（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。錫青銅典型牌號ZQSn10-1，有高強度和硬度，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。無錫青銅力學性能好第六節(jié)有色金屬2023/9/28163四、鈦及其合金

鈦的密度?。?.507g/cm3）、強度高、耐腐蝕性好、熔點高。工業(yè)純鈦牌號有TA0、TA2、TA3(編號愈大、雜質含量愈多)。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。第六節(jié)有色金屬第六節(jié)有色金屬2023/9/28165第七節(jié)非金屬材料

第七節(jié)非金屬材料分類無機非金屬材料有機非金屬材料2023/9/28166一、無機非金屬材料

1、化工陶瓷

具有良好的耐腐蝕性能，足夠的不透性、耐熱性和一定的機械強度。其主要原料是粘土、瘠性材料（石英）和助熔劑。用水混合后經過干燥和高溫焙燒，形成表面光滑、斷面像細密石質的材料。陶瓷性脆易裂，導熱性差。

化工陶瓷產品有塔、貯槽、容器、泵、閥門、旋塞、反應器、攪拌器和管道、管件等。第七節(jié)非金屬材料2023/9/28167一、無機非金屬材料

2、化工搪瓷

由含硅量高的瓷釉通過900℃左右的高溫燃燒，使瓷釉密著在金屬胎表面。化工搪瓷具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和電絕緣性能，但易碎裂。搪瓷的導熱系數不到鋼的1／4，熱膨脹系數較大。不能直接用火焰加熱，以免損壞搪瓷面，可以用蒸汽或油浴緩慢加熱。使用濕度為-30℃~270℃。

目前我國生產的搪瓷設備有反應釜、貯罐、換熱器、蒸發(fā)器、塔和閥門等。

第七節(jié)非金屬材料2023/9/28168一、無機非金屬材料

3、輝綠巖鑄石

用輝綠巖熔融后鑄成。

可制成板、磚等材料用來做設備襯里和管材。

鑄石除對氫氟酸和熔融堿不耐腐蝕外，對各種酸、堿、鹽具有良好的耐腐蝕性能。第七節(jié)非金屬材料2023/9/28169一、無機非金屬材料

4、玻璃

化工上用的玻璃指硼玻璃(耐熱玻璃)制成高鋁玻璃，熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性好。但質脆，耐溫度急變性差，不耐沖擊和振動。

玻璃在化工生產上用來做管道或管件，也可以做容器、反應器、泵、熱交換器、隔膜閥等。第七節(jié)非金屬材料1）組成樹脂：樹脂是塑料的主要成份，它聯系和粘結其它組分，對塑料的性能起決定性作用。填充劑：彌補或改善樹脂的性能不足，另外可以顯著地降低成本。增塑劑：增加材料塑性。固化劑：使線型高分子交聯成體型網絡結構。穩(wěn)定劑：用來抵抗老化延長塑料壽命物質。其它：諸如發(fā)泡劑，抗靜電劑，染料，潤滑劑等等.1.工程塑料一、有機非金屬材料第七節(jié)非金屬材料熱塑性塑料和熱固性塑料加熱變軟，冷卻變硬；不同材料的韌性變化范圍很大；可循環(huán)再利用；不能承受高溫。制成后永久固化；脆；不能循環(huán)再利用；可承受高溫。熱塑性塑料熱固性塑料2）分類及應用1.工程塑料

主要優(yōu)點：質輕、比強度高；良好的耐蝕性、減摩性；絕緣性、耐電弧性、隔音性、吸振性；工藝性能好。

主要缺點：強度、硬度、剛度低；耐熱性、導熱性差，熱膨脹系數大；容易燃燒，容易老化。2）分類及應用1.工程塑料1.工程塑料1.工程塑料2023/9/28175一、有機非金屬材料

2、涂料

一種高分子膠體的溫合物溶液，涂在物體表面，然后固化形成薄涂層，用來保護物體免遭大氣腐蝕及酸、堿等介質的腐蝕。多數情況下用于涂刷設備、管道的外表面，也常用作設備內壁的防腐蝕涂層。

涂料防腐特點：品種多、選擇范圍廣、適應性強、使用方便、價格低、適于現場施工等。但涂層較薄，在有沖擊、磨蝕作用以及強腐蝕介質的情況下，涂層容易脫落，限制了涂料在設備內壁防腐蝕上的應用。

品種：防銹漆、底漆、大漆、酚醛樹脂漆、環(huán)氧樹脂漆等。

第七節(jié)非金屬材料2023/9/28176一、有機非金屬材料

3．不透性石墨

由各種樹脂浸漬石墨消除孔隙而得到的。

特點：1）有較高的化學穩(wěn)定性和良好的導熱性，熱膨脹系數小，耐溫度急變性好； 2）不污染介質，能保證產品純度； 3）加工性能良好、相對密度?。? 4）機械強度較低，性脆。

不透性石墨的耐腐蝕性主要決定于浸漬樹脂的耐腐蝕性。由于其耐腐蝕性強和導熱性好，常用作腐蝕性強的介質的換熱器、泵、管道和用做機械密封中的密封環(huán)和壓力容器用的安全爆破片等。

第七節(jié)非金屬材料2023/9/28177第八節(jié)化工設備的腐蝕及防腐措施

一、金屬的腐蝕

金屬與周圍介質之間發(fā)生化學或電化學作用而引起的破壞稱為腐蝕。

1．金屑腐蝕的評定方法：

(1)根據重量變化評定金屬的腐蝕

通過實驗的方法測出金屬試件在單位表面積、單位時間腐蝕而引起的重量變化。只能用于均勻腐蝕，且即能很好地除去腐蝕產物又不致損害試件主體金屬時，結果才能準確（沒有考慮金屬的相對密度）。2023/9/28178一、金屬的腐蝕

(2)根據腐蝕深度評定金屬的腐蝕

當重量損失相同時，相對密度不同的金屬其截面尺寸的減少不同。為了表示腐蝕前后尺寸的變化，常用金屬厚度的減少量，即腐蝕深度來表示腐蝕速度：

第八節(jié)化工設備的腐蝕及防腐措施2023/9/28179一、金屬的腐蝕

2、化學腐蝕

金屬遇到干燥的氣體和非電解質溶液發(fā)生化學作用所引起的腐蝕?；瘜W腐蝕的產物在金屬的表面上，腐蝕過程中沒有電流產生。

鈍化腐蝕：生成的化合物很穩(wěn)定，即不易揮發(fā)或溶解，且組織致密，與金屬本體結合牢固，這種腐蝕產物附著在金屬表面上，稱為“鈍化脂”，起保護作用，或稱鈍化作用。

活化腐蝕：生成的化合物不穩(wěn)定，即易揮發(fā)或溶解，且與金屬結合不牢固，腐蝕產物會一層層脫落，這種腐蝕產物不能保護金屬不再繼續(xù)受到腐蝕。

第八節(jié)化工設備的腐蝕及防腐措施2023/9/28180一、金屬的腐蝕

(1)金屬的高溫氧化及脫碳

金屬的高溫氧化及脫碳是一種高溫下的氣體腐蝕，是化工設備中常見的化學腐蝕之一。

當鋼和鑄鐵當溫度高于300℃時，就在表面出現可見的氧化皮，隨著溫度的升高，鋼鐵的氧化速度大為增加。

第八節(jié)化工設備的腐蝕及防腐措施181一、金屬的腐蝕

(2)氫腐蝕

氫氣在溫度和壓力(>200℃，>5.0MPa)下對普通碳鋼及低合金鋼產生腐蝕，結果使材料的機械強度和塑性顯著下降，甚至損壞。

第一階段為氫脆階段。氫與鋼材直接接觸時被鋼材吸附，并以原子狀態(tài)向鋼材內部擴散，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)生化學作用，鋼材的組織末改變，在顯微鏡下觀察不到裂紋，抗拉強度和屈服點無大改變。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。

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)生化學反應，生成甲烷氣，改變鋼材的組織。第八節(jié)化工設備的腐蝕及防腐措施2023/9/28182(2)氫腐蝕

這一化學反應常在晶界處發(fā)生，生成甲烷氣，聚集在晶界原有的微觀孔隙內、形成局部高壓，引起應力集中，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，使鋼材機械性能降低。又由于滲碳體還原為鐵索體時，體積減小，由此而產生的組織應力與前述內應力疊加在一起使裂紋擴展，而裂紋的擴展又為氫和碳的擴散提供了有利條件。這樣反復不斷進行下去，最后使鋼材完全脫碳，裂紋形成網格，嚴重地降低了鋼材的機械性能，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跉錃庠阡撝械娜芙猓邷貏t增加氫氣在鋼中的擴散速度及脫碳反應的速度）。第八節(jié)化工設備的腐蝕及防腐措施2023/9/28183(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)化工設備的腐蝕及防腐措施2023/9/28184一、金屬的腐蝕

3、電化學腐蝕

電化學腐蝕是指金屬與電解質溶液間產生電化學作用而引起的破壞。

特點：在腐蝕過程中有電流產生。

原理：金屬在電解質溶液中，在水分子作用下，使金屬本身離子化，當金屬離子與水分子的結合能力大于金屬離子與電子的結合能力時，一部分金屬離子就從金屬表面跑到電解液中——形成了電化學腐蝕。第八節(jié)化工設備的腐蝕及防腐措施2023/9/28185一、金屬的腐蝕

3、電化學腐蝕

(1)原電池作用

金屬在電解質溶液中的腐蝕過程，與電池中的電化學反應過程完全類同。鐵的電位較銅為負成為陽極——鐵溶解，陽極放出電子經外部導線移動到陰極。在陰極銅上，流來的電子被溶液中的陽離子[H+]吸收，陰極上放出氫氣。

在實際腐蝕中，有的設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或物理、機械性能不同，受力不均等也能產生這類腐蝕電池。第八節(jié)化工設備的腐蝕及防腐措施2023/9/28186一、金屬的腐蝕

3、電化學腐蝕

(2)微電池和電化學腐蝕原理

電化學腐蝕的三個環(huán)節(jié)

第八節(jié)化工設備的腐蝕及防腐措施2023/9/28187一、金屬的腐蝕

3、電化學腐蝕

(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，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極，反之為陰極。

兩種金屬在同一種電解質溶液中形成的腐蝕電他稱為腐蝕大電池。第八節(jié)化工設備的腐蝕及防腐措施2023/9/28188一、金屬的腐蝕

3、電化學腐蝕

(4)電化學腐蝕的條件

電化學腐蝕過程是由陽極過程、電子流動及陰極過程三個環(huán)節(jié)組成。其條件為：

(a)存在電位差 (b)陰極和陽極互相連接； (c)陽極和陰極處在互相聯通的電解質溶液中。

第八節(jié)化工設備的腐蝕及防腐措施189二、晶間腐蝕和應力腐蝕

1、晶間腐蝕：在敏化溫度內，奧氏體不銹鋼中的碳很快向晶界處擴散，并優(yōu)先與鉻化合成碳化鉻析出。由于鉻擴散速度比較饅，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