第一章化工設(shè)備材料

及選擇§1概述§2材料的性能§3金屬材料的分類§4碳鋼與鑄鐵§5普低鋼與設(shè)備鋼§6有色金屬材料§7非金屬材料§8設(shè)備的腐蝕及防護(hù)第一節(jié)概述一、化工設(shè)備的分類：

1、按操作壓力：真空、常壓、中低壓（0.1--10MP）、高壓（10--100MP）和超高壓(大于100MP)2、按操作溫度：低溫(-20℃)、常溫(-20---200℃)、中溫和高溫（400℃以上）

3、按處理的介質(zhì)：腐蝕性、易燃、易爆、劇毒

二、選材的一般要求：

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、要有足夠的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性和耐腐蝕性

4、便于制造加工，焊接性能良好

5、經(jīng)濟(jì)上合算

第二節(jié)材料的性能材料的性能包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能和工藝性能等。

一、力學(xué)性能把材料抵抗外力而不產(chǎn)生超過(guò)允許的變形或不被破壞的能力，稱為材料的機(jī)械性能。衡量材料機(jī)械性能的特性指標(biāo)有：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、缺口敏感性金屬材料在外力的作用下所引起的變形和破壞過(guò)程，大致可分為三個(gè)階段：（1）彈性變形階段;

（2）彈-塑性變形階段；（3）斷裂；

一般的斷裂有兩種形式：

1）脆性斷裂：斷裂之前沒(méi)有明顯塑性變形的階段

2）韌性斷裂：經(jīng)過(guò)大量塑性變形之后才發(fā)生斷裂

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

（1）屈服點(diǎn)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)生明顯的塑性變形的現(xiàn)象稱為

“屈服”。發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力，即開(kāi)始出現(xiàn)塑性變形時(shí)的應(yīng)力，稱為“屈服點(diǎn)”，用σs（MPa）表示。它代表材料抵抗產(chǎn)生塑性變形的能力。

σs=ps/F。

ps——負(fù)荷不增加，甚至有所降低時(shí)，試件還有所伸長(zhǎng)的最小負(fù)荷（N）。

F。——試件的橫截面積（m2）。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)”，以σ0.2（MPa）表示。

σ0.2=p0.2/F。

p0.2——產(chǎn)生0.2%殘余伸長(zhǎng)的負(fù)荷（N）。

（2）抗拉強(qiáng)度（σb）金屬材料在受力過(guò)程中，從開(kāi)始加載到開(kāi)始斷裂所能達(dá)到的最大應(yīng)力值，叫做抗拉強(qiáng)度按外力形式的不同，分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等。

抗拉強(qiáng)度是壓力容器設(shè)計(jì)常用的性能指標(biāo)，它是試件拉斷前最大負(fù)荷下的應(yīng)力，以σb（MPa）表示。

σb=pb/F。

pb——拉斷前試件所承受的最大負(fù)荷（N）?？箯潖?qiáng)度是鑄鐵等低塑性和脆性材料的強(qiáng)度指標(biāo)之一，以σbb（MPa）表示。

σbb=M/WM——彎距，N·mW——標(biāo)準(zhǔn)試件的抗彎斷面模數(shù)，m3。

工程上所用金屬材料，不僅希望具有高的σs值，而且還希望具有一定的屈強(qiáng)比（σs/σb）。屈強(qiáng)比愈小，就具有較大的塑性儲(chǔ)備，愈不容易發(fā)生危險(xiǎn)和脆性破壞，但是，屈強(qiáng)比太低，材料的強(qiáng)度水平就不能充分發(fā)揮。反之，屈強(qiáng)比愈大，材料的強(qiáng)度水平就能得到充分發(fā)揮，但塑性儲(chǔ)備較小。實(shí)際上，還是希望屈強(qiáng)比高一些。

（3）蠕變強(qiáng)度（σn）蠕變：是指高溫時(shí)，在一定應(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。材料在高溫條件下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力，用蠕變強(qiáng)度σn（MPa）表示。

（4）持久強(qiáng)度（σD）在給定溫度下，促使試樣或工件經(jīng)過(guò)應(yīng)定時(shí)間發(fā)生斷裂的應(yīng)力叫做持久強(qiáng)度，以σD（MPa）表示。

（5）疲勞強(qiáng)度構(gòu)件與零件，受到大小及方向變化的交變載荷而使金屬材料的應(yīng)力遠(yuǎn)低于屈服點(diǎn)時(shí)即發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為“疲勞”。金屬在無(wú)數(shù)次交變載荷作用下，而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，稱為“疲勞極限”。實(shí)際上把經(jīng)106次～108次循環(huán)試驗(yàn)作為疲勞強(qiáng)度，用σ-1（MPa）表示。

2、塑性金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力稱為塑性。常用的塑性指標(biāo)是延伸率和斷面收縮率。

（1）延伸率（δ）試件受拉力拉斷后，總伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與原始長(zhǎng)度之比的百分率，稱為延伸率，以δ（%）表示。

δ=Δlk/l0×100%=（lk-l0）/l0×100%lk——試件斷裂后的標(biāo)距長(zhǎng)度，mm;L0——試件的原始標(biāo)距長(zhǎng)度，mm;?lk——斷裂后時(shí)間的絕對(duì)伸長(zhǎng)，mm。?lk=?lB+?lU其中，?lB為均勻伸長(zhǎng)，?lU為縮頸處的集中伸長(zhǎng)變形。

（2）斷面收縮率（ψ）試件受拉力拉斷后，斷面縮小的面積同原始截面面積比值得百分率，叫做斷面收縮率，以ψ（%）表示。ψ=（F0-Fk）/F0×100%

FK——斷裂后試件的最小截面積，mm2

;

F0——試件的原始截面積，mm2。斷面收縮率ψ與試件尺寸無(wú)關(guān)，它能更可靠、更靈敏的反映材料塑性的變化。延伸率和斷面收縮率，都是用來(lái)度量金屬材料塑性大小的，延伸率和斷面收縮率愈大，表示金屬材料的塑性愈好。（3）冷彎（角）試件被彎曲，受拉面出現(xiàn)裂紋時(shí)的彎曲角度。3、硬度硬度是指金屬材料抵抗其它硬物體壓入其表面的能力。硬度不是一個(gè)單純的物理量，而是反映材料彈性、強(qiáng)度與塑性等的綜合性能指標(biāo)。常用的硬度指標(biāo)可分為布氏硬度（HB）洛氏硬度（HR）維氏硬度（HV）4、沖擊韌性（αK）沖擊韌性是衡量材料韌性的一個(gè)指標(biāo)。它反映材料在外來(lái)沖擊力作用下的抵抗力。工程上常用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定金屬受沖擊載荷的能力。低溫容器在制造前的材料實(shí)驗(yàn)中必須做低溫沖擊韌性實(shí)驗(yàn)5、缺口敏感性缺口敏感性是指在帶有一定應(yīng)力集中的缺口條件下，材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，屬于材料的韌性范疇。二、物理性能金屬材料的物理性能有相對(duì)密度、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、熱膨脹性金屬及合金受熱時(shí)，一般來(lái)說(shuō)體積都要脹大（即幾何尺寸要伸長(zhǎng)），這一特性稱為熱膨脹性。通常應(yīng)用的線膨脹系數(shù)，以α表示。

2、彈性模數(shù)（E）與泊桑比（）材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，這個(gè)比例系數(shù)稱為彈性模數(shù)，以E（MPa）表示。金屬的彈性模數(shù)主要取決于金屬原子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶點(diǎn)陣和溫度等因素，而合金化、熱處理和冷熱加工等因素對(duì)它的影響很小，因此它是金屬材料最穩(wěn)定的性能之一。E值隨溫度的升高而逐漸降低。泊桑比是試件單位橫向收縮與單位縱向伸長(zhǎng)之比，以表示。

三、化學(xué)性能金屬的化學(xué)性能是指材料在所處的介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性，即材料是否會(huì)與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)作用而引起腐蝕。金屬的化學(xué)性能主要是耐腐蝕性和抗氧化性。

四、工藝性能金屬和合金的工藝性能包括：

鑄造性、可鍛性、可焊性、切削加工性、熱處理性能和冷彎性能。

五、其他性能1、組織穩(wěn)定性2、抗松弛性3、應(yīng)變時(shí)效敏感性第三節(jié)金屬材料的分類及牌號(hào)一、分類1、黑色金屬（1）生鐵——可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵（簡(jiǎn)稱鑄鐵）和合金生鐵。（2）鋼

平爐鋼酸性鋼沸騰鋼按煉制方法分類轉(zhuǎn)爐鋼及和鎮(zhèn)靜鋼電爐鋼堿性鋼半鎮(zhèn)靜鋼低碳鋼（含碳量<0.25%）碳素鋼中碳鋼（含碳量0.25%~0.6%）高碳鋼（含碳量>0.6%）按化學(xué)成分低合金鋼（合金元素含量<5%）合金鋼中合金鋼（合金元素含量5~10%）高合金鋼（合金元素含量>10%）普通鋼按質(zhì)量分類優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼建筑鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼按用途分類合金結(jié)構(gòu)鋼彈簧鋼軸承鋼工具鋼

特殊性能鋼（如不銹鋼、耐熱鋼等）

（3）鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼與沸騰鋼按煉鋼時(shí)脫氧情況和錠模形式的不同，鋼又分為:鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼。

純銅（紫銅）銅鋅合金（黃銅）銅錫合金（錫青銅）無(wú)錫青銅（鋁青銅）鋁及鋁合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金鉛、錫及合金鋅及合金鎳、鈷及合金銅及其合金輕金屬及合金其他有色金屬及合金按合金成分1。3。2鋼鐵牌號(hào)及表示方法1牌號(hào)的表示原則：牌號(hào)中的化學(xué)元素用化學(xué)符號(hào)或漢字表示，煉制方法用漢字表示。2鋼號(hào)的表示法：見(jiàn)P13---表1—5**特別注意以下問(wèn)題：

1）不同類別鋼材合金元素的表示規(guī)則。

2）不銹鋼中含碳量的表示原則。3鑄鐵、鑄鋼的牌號(hào)表示方法：見(jiàn)P16---表1—11第四節(jié)碳鋼與鑄鐵鋼和鑄鐵是由95%以上的鐵和0.05%~4%的碳及1%左右的其他雜質(zhì)元素所組成的，因此鋼和鑄鐵又稱為“鐵碳合金”。

一般含碳量在0.02%--2%的又稱為鋼.

含碳量大于2%的稱為鑄鐵。當(dāng)含碳量小于0.02%時(shí)，稱為工程純鐵，極少使用；當(dāng)含碳量大于4.3%時(shí)，鑄鐵太脆，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值

一、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)

1、金屬的組織與結(jié)構(gòu)在低于1500倍的顯微鏡下觀察到的金屬晶粒，稱為金屬的顯微組織，簡(jiǎn)稱組織；用X光和顯微鏡觀察到金屬原子的各種規(guī)則排列，稱為金屬的晶體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱結(jié)構(gòu)。金屬的顯微組織球狀石墨：強(qiáng)度最好細(xì)片狀石墨：次之粗片狀石墨：差2、鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變體心立方晶格的純鐵稱為α-Fe，而面心立方晶格的純鐵稱為γ-Fe。

γ-Feα-Fe固態(tài)下晶體構(gòu)造隨溫度發(fā)生改變的現(xiàn)象，稱為“同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變”。

910℃有磁性溫度降到910度以下3、鐵與碳的相互關(guān)系和碳鋼的基本組織

鐵的同素異構(gòu)體在不同的溫度下互相轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化改變了材料的性能，也為人們有意識(shí)改變材料性能提供了熱處理手段。幾種常見(jiàn)的碳鋼基本組織：（1）鐵素體

碳溶解在α-Fe所形成的固溶體叫做鐵素體，以F表示塑性好，強(qiáng)度低（2）奧氏體

碳溶解在γ-Fe所形成的固溶體叫做奧氏體，以A表示。

韌性好，強(qiáng)度高（3）滲碳體鐵和碳以化合物形態(tài)出現(xiàn)的碳化鐵，稱為滲碳體(C)性能特點(diǎn):.硬，脆；.在一定條件下可以分解（4）珠光體鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，稱為珠光體(P)游離石墨+鐵。（5）萊氏體珠光體和初次滲碳體的共晶混合物，稱為萊氏體(L)（6）馬氏體鋼和鐵從高溫奧氏體狀態(tài)急冷下來(lái)得到一種碳原子在α-Fe中過(guò)飽和的固溶體，稱為馬氏體(M)。

鐵碳合金中含碳量﹥2%時(shí)，部分碳以石墨形式存在于其中，即所謂鑄鐵。組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——性能特點(diǎn)：石墨性軟、強(qiáng)度極低，相當(dāng)于鑄鐵中存在許多孔洞。

二、鐵---碳合金狀態(tài)圖

鐵碳合金狀態(tài)圖是描繪鐵碳合金內(nèi)部組織、成分（含碳量）與溫度關(guān)系的相圖，它能顯示出不同含碳量的鋼和鑄鐵在緩慢加熱或冷卻過(guò)程中組織變化的規(guī)律。圖中的“3點(diǎn)”、“3線”具有重要意義。0.77%2.11%4.3A1-727線A3線Acm線幾個(gè)重要概念：共析鋼：含碳量等于0.77%亞共析鋼：含碳量低于0.77%過(guò)共析鋼：含碳量高于0.77%---小于2.11%臨界點(diǎn)（臨界溫度）----材料組織開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度。A1線----727℃線A3線---Acm線---1148℃線---問(wèn)題１找一下：常見(jiàn)的壓力容器用鋼在圖中什么位置？如16MnR\20g問(wèn)題２含碳量對(duì)性能的影響？三、碳鋼碳鋼是目前化工設(shè)備中使用最為廣泛的鋼材，其主要成分為鐵和碳，在冶煉過(guò)程中人們沒(méi)有有意加入合金元素。

實(shí)際上，普通碳素鋼中除碳以外還含有少量錳、硅、硫、磷、氧、氮、氫等元素。這些元素往往并非為改善鋼材質(zhì)量而有意加入的，而是由于礦石及煉制等原因進(jìn)入鋼的，統(tǒng)稱為雜質(zhì)。

雖然人們沒(méi)有有意加入合金元素，但存在的合金元素對(duì)鋼材的性能還是有一定影響。對(duì)鋼鋼材性能有利的元素稱為“有益元素”，如Mn,Si,

對(duì)鋼鋼材性能不利的元素稱為“有害元素”，如S,P.O.N.H等1.碳鋼中雜質(zhì)對(duì)其性能的影響1）.錳(Mn)

來(lái)源——在冶煉過(guò)程中加入錳鐵。作用——鋼材中錳含量高于0.8%時(shí)，即為合金元素存在——提高強(qiáng)度。是有益元素。

2）.硫(S)來(lái)源——礦石和焦炭。存在形式：FeS。作用——FeS的熔點(diǎn)低于鋼材熱加工開(kāi)始溫度，它過(guò)早熔化，導(dǎo)致工件開(kāi)裂，稱為熱脆性。有害元素！

3).磷(P)來(lái)源——礦石。作用——溶于鐵素體，使鋼材常溫下脆性增加，塑性、韌性下降，即所謂“冷脆性”。有害元素！

4）氫(H)

來(lái)源——鋼由高溫奧氏體冷至常溫時(shí)，氫的溶解度降低，來(lái)不及到鋼的表面逸出而積聚，并產(chǎn)生高壓力，在鋼材內(nèi)產(chǎn)生“白點(diǎn)”?！鞍c(diǎn)”——裂紋源有害元素！２碳鋼的分類和牌號(hào)：1）普通碳素鋼：含P、S等有害雜質(zhì)較多（S≤0.055%P≤0.045%)常用有：Q215-A,Q235-A,Q235-A.F

#Q235-B,#Q235-C,Q275（參見(jiàn)表1-6）式中Q—普通碳鋼，“屈服”的拼音首位字母。

235——材料屈服點(diǎn)（MPa)A,B,C,D——鋼材質(zhì)量等級(jí)，越后越高。

F——沸騰鋼

#—GB150-98規(guī)定使用材料2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼：特點(diǎn)：含硫、磷等雜質(zhì)較少，均≤0.04%，雜質(zhì)少，組織均勻，表面質(zhì)量好。常用有：08,10,15,20,20g,20R,30Mn,40Mn等。式中數(shù)字--含c量的萬(wàn)分?jǐn)?shù);g--鍋爐鋼；

R--容器鋼；

Mn---含錳元素約1%。3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：含S、P等有害元素最少，性能最好。

P,s含量≤0.03%。表示法：如20AGB150-98規(guī)定使用材料！四、鋼的熱處理

鋼鐵在固態(tài)下通過(guò)加熱、保溫和不同的冷卻方式，以改變其組織，滿足所要求的物理、化學(xué)與機(jī)械性能，這樣的加工工藝稱為熱處理。經(jīng)過(guò)熱處理的設(shè)備和零件可使其材料各種性能按所需要求得到改善和提高，充分發(fā)揮合金元素的作用和材料潛力，延長(zhǎng)使用壽命和節(jié)約金屬材料的消耗。普通廉價(jià)的碳素鋼，經(jīng)過(guò)專門的熱處理以后，其性能有時(shí)并不比合金鋼差。熱處理工藝實(shí)例：※縫紉用鋼針在火上燒，再慢慢冷下來(lái)后變軟；※建筑用鐵線用火燒軟；※泵軸調(diào)質(zhì)—內(nèi)韌外硬；※扁鏟淬火—提高硬度和韌性；※容器焊后退火—消除內(nèi)應(yīng)力；……

鋼的熱處理工藝一般分為退火、正火、淬火和回火等

。

1、退火與正火退火是把工件加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后隨爐一起緩慢冷卻下來(lái)，已得到接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理方法。退火和正火不同之處，在于正火是將加熱后的工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來(lái)，它的冷卻速度要比退火快一些，因而晶粒細(xì)化。退火和正火相似點(diǎn)：可降低溫度，提高塑性；調(diào)整組織，部分改善機(jī)械性能；使組織均勻化，消除部分內(nèi)應(yīng)力。

2、淬火與回火淬火是將鋼加熱至淬火溫度(臨界點(diǎn)以上30℃～50℃)并保溫一段時(shí)間，然后在淬火劑中冷卻以得到馬氏體組織的一種熱處理工藝。

淬火劑的冷卻能力：空氣<油<水<鹽水。淬火可增加工件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。

回火是在零件淬火后來(lái)進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻處理工藝?；鼗鹂梢越档突蛳ぜ慊鸷蟮膬?nèi)應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定，并獲得技術(shù)上所需要的性能。回火處理有以下幾種：（1）低溫回火零件經(jīng)淬火后再加熱至150℃～250℃，保溫1～3小時(shí)，然后在空氣中冷卻，得到一種叫做回火馬氏體的組織。特點(diǎn)：硬度比淬火馬氏體稍低，但脆性有所降低。對(duì)需要硬度高、強(qiáng)度大、耐磨的零件進(jìn)行低溫回火處理。（2）中溫回火要求零件具有較高硬度、彈性和一定韌性時(shí)可采用中溫回火中溫回火溫度在300℃～400℃。

（3）高溫回火要求零件的強(qiáng)度、韌性、塑性都較好的綜合性能時(shí)，采用高溫回火。高溫回火的溫度為500℃～680℃。

調(diào)質(zhì)處理：工程中把淬火加高溫回火的操作，習(xí)慣上稱為“調(diào)質(zhì)處理”。它可以大大改善零件的機(jī)械性能。調(diào)質(zhì)處理應(yīng)用廣泛。3、化學(xué)熱處理將零件放在某種化學(xué)介質(zhì)中，通過(guò)加熱、保溫、冷卻等過(guò)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)，從而使零件表面具有某些性能的過(guò)程?；瘜W(xué)熱處理有：滲碳、滲氮、滲鉻、滲硅、滲鋁、氰化等，其中滲碳或碳與氮共滲（氰化）可提高零件的耐磨性；滲鋁可提高耐熱抗氧化性；滲氮、滲鉻可顯著提高耐腐蝕性；滲硅可以提高耐腐蝕性，等等。

五、鑄鐵組成：含碳2.5%～4.0%以及Si,Mn,S,P等雜質(zhì)。特點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度低，耐磨性、鑄造性、減震性和切削加工性以及耐腐蝕性能好，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。分類：灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、高硅鑄鐵及合金鑄鐵等。第五節(jié)普通低合金鋼及特種用鋼

一、合金元素對(duì)鋼的影響錳（Mn）:可提高鋼的強(qiáng)度以及低溫沖擊韌性。鎳（Ni）:改進(jìn)鋼鐵性能，提高淬透性、強(qiáng)度，耐腐蝕性和低溫沖擊韌性，保持良好的塑性和韌性。鎳基合金具有更高的熱強(qiáng)性能。鎳被廣泛應(yīng)用于不銹鋼和耐熱鋼中。硅（Si）:提高強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度、耐熱性及耐腐蝕性。降低鋼的塑性和沖擊韌性。鋁（Al）:為強(qiáng)脫氧劑，顯著細(xì)化晶粒，提高鋼的沖擊韌性、抗氧化性、耐熱性、抗H2S腐蝕性，降低冷脆性。價(jià)格便宜。

鉬（Mo）:能提高鋼的高溫強(qiáng)度、硬度、細(xì)化晶粒、防止回火脆性。含量小于0.6%時(shí)可提高塑性。能抗氫腐蝕。釩（V）:可提高鋼的高溫強(qiáng)度，細(xì)化晶粒，提高淬透性。鉻鋼中加一點(diǎn)釩，在保持鋼的強(qiáng)度的情況下，能改善鋼的塑性。鈦（Ti）:強(qiáng)脫氧劑，可提高強(qiáng)度、細(xì)化晶粒，提高韌性，減小鑄錠縮孔和焊縫裂紋等傾向。在不銹鋼中起穩(wěn)定碳的作用，減少鉻與碳化合的機(jī)會(huì)，防止晶間腐蝕，還可提高耐熱性。稀土元素：可提高強(qiáng)度，改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性及焊接性能。

二、普通低合金鋼普低鋼（普低鋼）是在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量Si,Mn,Cu,Ti,V,Nb,P等合金元素構(gòu)成的，含碳量較低（小于0.2%），多為鐵素體和珠光體組織。普低鋼可軋制成各種鋼材，如板材、管材、棒材和型材等。普低鋼廣泛應(yīng)用于制造遠(yuǎn)洋輪船、大跨度橋梁、高壓鍋爐、大型容器、汽車、礦山機(jī)械及農(nóng)業(yè)機(jī)械等。

大型化工容器采用16MnR后，重量比碳鋼可減輕1/3，用15MnV制造球形貯罐與碳鋼相比可節(jié)省鋼材45%，用15MnTi代20g制造的氨合成塔，每臺(tái)可節(jié)省30噸～40噸鋼材。普低鋼具有耐低溫的性能，這對(duì)北方高寒地區(qū)使用的車輛、橋梁、容器等具有十分重要的意義。

三、鍋爐鋼鍋爐鋼有鍋爐鋼管和鍋爐鋼板鍋爐鋼板制造要求：①較高的強(qiáng)度，包括常溫和中溫強(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良好的加工工藝性能和焊接性能；⑤對(duì)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、氣孔、疏松等缺陷盡可能少。不允許有白點(diǎn)及裂紋；⑦當(dāng)鍋爐鋼板用作壓力容器時(shí)，如工作溫度超過(guò)400℃，則必須考慮鋼的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。常見(jiàn)鍋爐鋼板用材：20g22g16Mng

四、容器鋼目前對(duì)壓力容器用厚鋼板的技術(shù)條件、經(jīng)驗(yàn)方法、驗(yàn)收等方面均按GB6654-1996《壓力容器用碳素鋼和低合金厚鋼板》與《YB(T)40-87壓力容器用碳素鋼和低合金鋼板》所規(guī)定的要求執(zhí)行。常見(jiàn)容器用鋼：

普通低碳鋼：Q235—B,Q235—B

優(yōu)質(zhì)低碳鋼：20R

低合金高強(qiáng)度鋼：16MnR,15MnVR,15MnVNbR等

五、不銹耐酸鋼不銹耐酸鋼是不銹鋼與耐酸鋼的總稱。不銹鋼是指耐大氣腐蝕的鋼；耐酸鋼是指能抵抗酸和強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)的鋼。而耐酸鋼一般都具有不銹的性能。根據(jù)所含主要合金元素的不同，不銹鋼常分為:

以鉻為主的鉻不銹鋼：13Cr

以鉻、鎳為主的鉻鎳不銹鋼:1Cr18Ni9Ti節(jié)鎳（無(wú)鎳）不銹鋼:關(guān)于不銹鋼的幾個(gè)特殊問(wèn)題1）不銹鋼的耐腐蝕性與其含碳量有直接關(guān)系，含碳量越低（結(jié)構(gòu)為奧氏體），耐腐蝕性越強(qiáng)，但強(qiáng)度同時(shí)降低。2）不銹鋼不是萬(wàn)能的，抵抗常、中溫的普通酸較好，但抵抗氯離子能力低，在海水中的耐腐蝕性較差。3）不銹鋼的耐腐蝕性與其含Cr的量有關(guān)，當(dāng)含量大于11.7%時(shí)，開(kāi)始表現(xiàn)出較好的耐腐蝕性能，含量大于13%時(shí)，耐腐蝕性能穩(wěn)定。4）不銹鋼有一種特殊的腐蝕現(xiàn)象----“晶間腐蝕”現(xiàn)象當(dāng)不銹鋼加熱到400—850℃冷卻下來(lái)時(shí)，鋼中含的碳會(huì)以Cr23C6的形式沿金屬晶格的邊緣發(fā)生滲透，這種現(xiàn)象叫“滲碳現(xiàn)象”，這種現(xiàn)象使?jié)B碳區(qū)原來(lái)起防腐作用的Cr嚴(yán)重不足，而這種不足首先發(fā)生在晶體的晶界上，當(dāng)此時(shí)遇到腐蝕介質(zhì)時(shí)，在晶間上首先出現(xiàn)腐蝕，這種現(xiàn)象叫“晶間腐蝕”晶間腐蝕的防止辦法：1）降低碳含量，減緩“滲碳”。2）重新進(jìn)行淬火處理，使?jié)B出的Cr重新在溶入。3）在鋼種加入與碳的親合力比Cr更強(qiáng)的元素Ti,Nb等，與碳形成更穩(wěn)定的化合物TiC,NbC，穩(wěn)定住碳，以免形成Cr23C6。

六、耐熱鋼一般碳鋼大多只能用于400℃以下的溫度。1、高溫設(shè)備對(duì)鋼材的要求主要是：良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性。（1）化學(xué)穩(wěn)定性：指鋼材抵抗高溫氣體腐蝕的能力，耐熱鋼的熱穩(wěn)定性主要是抗氧化性。在鋼中加入合金元素，被氧化后生成致密的氧化膜，保護(hù)鋼表面，提高鋼的熱穩(wěn)定性。（2）熱強(qiáng)性：在熱穩(wěn)定性一定的時(shí)，鋼材的高溫強(qiáng)度愈高，蠕變過(guò)程愈緩慢，其熱強(qiáng)性愈好。提高鋼的熱強(qiáng)性的方法有：

①?gòu)?qiáng)化固溶體。在高溫時(shí)可固溶強(qiáng)化鐵素體與奧氏體。②穩(wěn)定金相組織。加入Cr,Mo,V,Ti,可在高溫時(shí)抑制珠光體中滲碳體的球化、聚集、石墨化等。③提高鋼的再結(jié)晶溫度。提高結(jié)晶溫度提高熱強(qiáng)性。加入Mo和Cr，W可顯著提高再結(jié)晶溫度;加入多量Ni,Mn和少量氮，得到單一奧氏體組織，從而提高再結(jié)晶溫度。2、常用耐熱鋼常用耐熱鋼按耐熱要求分為：抗氧化鋼——抗高溫氧化，用作直接受火但受力不大的零件。熱強(qiáng)鋼——抗蠕變，有一定抗氧化能力，用作高溫下受力零件。七、低溫用鋼①低溫概念：根據(jù)GB150-88規(guī)定，溫度低于零下20℃稱為低溫。

②低溫對(duì)材料的要求：具有良好的韌性（包括低溫韌性），良好的加工工藝性和可焊性。③常見(jiàn)低溫材料：國(guó)外以高鎳鎘鋼為主，其次是鎳鋼、銅、鋁等。④低溫特殊要求：低溫韌性αk——沖擊韌性實(shí)驗(yàn)⑤我國(guó)研制的無(wú)鉻鎳低溫用鋼的共同點(diǎn)：i）綜合利用我國(guó)富有的合金元素(如：Mn,Nb,V,Al,Ti,Cu等)ii）合金元素少，加工工藝簡(jiǎn)單iii）含碳量較低，可焊性良好iv）一般為正火供貨和使用，價(jià)廉。

八、鋼材的品種和規(guī)格當(dāng)鋼材的厚度S>10mm，每2mm為一級(jí)，10，12，14...當(dāng)鋼材的厚度S<10mm，每1mm為一級(jí)，4，5，6，...10。鋼材的品種有鋼板、鋼管、型鋼、鑄鋼和段鋼等。1、鋼板鋼板分冷軋與熱軋薄鋼板（厚度≤4mm）和熱軋厚鋼板（厚度>4mm）兩種。－－－1）鋼板[P32２附錄十]2、無(wú)縫鋼管無(wú)縫鋼管分冷軋和熱軋兩種。冷軋無(wú)縫鋼管外徑和壁厚的尺寸精度均較熱軋管高。鋼管[P30９附錄七]※無(wú)縫鋼管表示法：如f219×10其中219-鋼管的外徑,mm；

10-鋼管名義壁厚,mm。

※有縫鋼管由板卷焊接而成。用于水管，蒸汽管等。如1吋,1/4吋,3/4吋等.

3、型鋼型鋼包括圓鋼和方鋼（GB702-86）、扁鋼（GB704-83），等邊角鋼（GB9787-88），不等邊角鋼（GB9788-88），工字鋼（GB706-88）及槽鋼（GB707-88）。

4、鑄鋼和鍛鋼碳素鋼有ZG25，ZG35等，用于制作泵殼、閥門、葉輪、齒輪等。第六節(jié)有色金屬材料介紹常用的有色金屬材料有鋁、銅、鉛、鈦及其合金。一、鋁及其合金

Al的特性：輕金屬，密度小，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，低溫韌性好，塑性高，強(qiáng)度低，加工性能良好。純鋁分為:①高純鋁：L01、L02—制造濃硝酸設(shè)備②工業(yè)純鋁：L2、L3、L4—制造換熱器、塔器鋁合金分為：①鑄造鋁合金—泵、閥、離心機(jī)②防銹鋁：LF3、LF5、LF11—耐腐蝕性能好，塑性好，強(qiáng)度較高

二、銅及其合金

1、純銅（又稱紫銅）特性：塑性好，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，低溫沖擊韌性好。抗腐蝕性：耐不濃的硫酸、亞硫酸、稀的和中等濃度的鹽酸、醋酸、氫氟酸，不耐各種濃度的硝酸。代號(hào)：T2，T3，T4，TUP（用磷脫氧的無(wú)氧純銅）

2、純銅+Zn—黃銅黃銅特性：鑄造性好，機(jī)械強(qiáng)度高，價(jià)格便宜。代號(hào)：H80、H62、H68等，用于法蘭、螺母等。

3、純銅+元素（除Zn）—青銅常見(jiàn)：Cu+錫—錫青銅特點(diǎn)：耐腐蝕性、耐磨性良好用于制作抗腐蝕的泵殼、軸承、閥門等

三、鉛及其和金鉛的特性：在硫酸中抗腐蝕性良好，密度大，強(qiáng)度、硬度低，質(zhì)地軟，不耐磨。防輻射性良好?？垢g性：耐亞硫酸、磷酸、氫氟酸等介質(zhì)腐蝕，不耐蟻酸、醋酸、硝酸和堿溶液的腐蝕。鉛+銻—硬鉛特點(diǎn)：強(qiáng)度、硬度高用于制作料管、鼓泡器、耐酸泵和閥門等四、鈦及合金鈦的特性：相對(duì)密度不大（僅4.5）,比鋼輕43%,強(qiáng)度高（比鐵高一倍，比純鋁高5倍），耐腐蝕性良好，隔熱性好?？膳c錳、鉻、釩等構(gòu)成性能優(yōu)良的合金。用途：航空工業(yè)和化學(xué)工業(yè)

第七節(jié)非金屬材料介紹

特點(diǎn)：具有良好的耐腐蝕性。分類：①無(wú)機(jī)材料如：陶瓷、搪瓷、巖石、玻璃等②有機(jī)材料如：塑料、涂料、不透性石墨等一、無(wú)機(jī)非金屬材料

1、化工陶瓷：耐腐蝕性良好，不透性、耐熱性和機(jī)械性能較好。但導(dǎo)熱性差，易脆裂。成分：粘土用途：有腐蝕出的管道、閥門等2、搪瓷：由含硅量高的瓷釉經(jīng)900℃高溫煅燒得到，具有良好的防腐性。使用溫度：-30~270℃缺點(diǎn)：易碎裂，不能急冷急熱

3、輝綠巖鑄石

4、玻璃二、有機(jī)非金屬材料

1、工程材料：以高分子合成樹(shù)脂為主。加入適量的添加劑以改善性能。幾中典型代表：1）硬聚氯乙烯塑料（PVC）具有良好的強(qiáng)度及耐酸、堿、鹽等的腐蝕性。。缺點(diǎn)：耐熱性差使用溫度：-15~60℃

用途：廣泛應(yīng)用于管件、法蘭、閥門等

2）聚乙烯塑料：乙烯的高分子聚合物耐腐蝕性：除硝酸外均可以用途：設(shè)備襯里及涂料。

3）耐酸酚醛塑料酚醛樹(shù)脂+石棉等組成可做襯里使用溫度-30~130℃4）聚四氟乙烯耐強(qiáng)腐蝕（硝酸、濃硫酸、王水、鹽酸、苛性堿），有塑料王之稱。使用溫度：-100~250℃5）玻璃鋼用玻璃鋼纖維增強(qiáng)的塑料又稱玻璃鋼。是玻璃纖維同合成樹(shù)脂粘結(jié)而成。合成樹(shù)脂不同，玻璃鋼性能差異很大。常見(jiàn)：環(huán)氧玻璃鋼，酚醛玻璃鋼，呋喃玻璃鋼，聚酯玻璃鋼

2、涂料是一種高分子膠體混合物溶液，涂在物體表面，固化形成薄涂層以保護(hù)物體耐腐蝕。

涂料防腐的特點(diǎn)：品種多，選擇范圍廣，價(jià)格低，適于現(xiàn)場(chǎng)施工，但涂層易脫落。

3、不透性石墨由各種樹(shù)脂浸漬石墨消除孔隙得到。特點(diǎn)：化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)小，不污染介質(zhì)，相對(duì)密度小，加工性能好，但機(jī)械強(qiáng)度差，性脆

第八節(jié)化工設(shè)備的腐蝕及防護(hù)措施①背景知識(shí)：發(fā)達(dá)國(guó)家的腐蝕損失為國(guó)民生產(chǎn)總值的4%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅1995年的腐蝕損失：美國(guó)：3000億美元，合1100美元/人·年

中國(guó)：1500億元，合4億元/天，120元/人·天腐蝕影響：尿素的生產(chǎn)能力為1600噸/天的大型合成氨廠因腐蝕而停車。

1995年，我國(guó)年腐蝕掉鋼1000萬(wàn)噸，相當(dāng)于寶鋼一年的產(chǎn)量。

②幾大典型事故事故1：1998年3月5日，西安某液化石油站2個(gè)400立方的儲(chǔ)罐發(fā)生爆炸，原因：連接管道的法蘭被腐蝕，連接處出現(xiàn)泄露。同樣事故2004年在重慶發(fā)生。事故2：1994年，某采油廠發(fā)生爆炸。原因：采油中假如熱熔蒸汽與管道材料發(fā)生氫腐蝕。事故3：1984年7月，美國(guó)Lemon化工煉油廠發(fā)生爆炸。原因：乙醇胺H2S吸收塔出現(xiàn)硫腐蝕，18.8m的吸收塔被炸出14m長(zhǎng)的爆破口，塔體一部分被炸出1000m遠(yuǎn)。

③科學(xué)證明：大約有1/7～1/4的總腐蝕是可以通過(guò)一定的措施避免。④腐蝕科學(xué)研究的幾個(gè)方面：

1）發(fā)展腐蝕與防護(hù)理論，研究規(guī)律及影響因素，定量評(píng)價(jià)及壽命預(yù)測(cè)。

2）推廣已有的防腐技術(shù)。一、金屬腐蝕金屬和周圍介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的破壞稱為腐蝕。金屬的腐蝕有兩種：化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。

1、評(píng)定方法

1)重量法：

K=(p0-p1)/F·t(g/m2·h)

特點(diǎn)：適用于均勻腐蝕。

2）深度法：

Ka=24×365K/1000γ=8.76K/γ(mm/a)

金屬腐蝕有三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

腐蝕性能腐蝕速度(mm/a)耐腐蝕級(jí)別耐蝕<0.11可用0.

1～1.02不可用

>1.0

3

2、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做化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕的產(chǎn)物在金屬的表面上，腐蝕過(guò)程沒(méi)有電流。鈍化作用：如果化學(xué)腐蝕生成的化合物穩(wěn)定、不易揮發(fā)和溶解，組織致密，稱為“鈍化膜”或“鈍化作用”?；罨饔茫喝绻瘜W(xué)腐蝕生成的化合物不穩(wěn)定、易揮發(fā)或溶解，產(chǎn)物一層層脫落，不能保護(hù)金屬，則稱為“活化作用”。（1）金屬的高溫氧化及脫碳高溫氧化：當(dāng)溫度在300~570℃時(shí)，鐵和鑄鐵表面出現(xiàn)氧化皮（Fe3O4和Fe2O3

），附著在鐵的表面，起保護(hù)膜的作用。當(dāng)溫度高于570℃時(shí)，氧化皮主要是FeO，疏松易脫落，屬常見(jiàn)氧化皮。防治措施：為阻止或減弱FeO的形成，在鋼里加入適量的合金元素鉻、硅或鋁是冶煉抗氧化不起皮鋼的有效方法。

脫碳：在高溫（700℃以上）氧化的同時(shí)，鋼還發(fā)生脫碳作用，反應(yīng)如下：Fe3C+O2==3Fe+CO2Fe3C+CO2==3Fe+2COFe3C+H2O==3Fe+CO+H2

影響：機(jī)械性能下降，表面硬度和抗疲勞強(qiáng)度急劇下降。

（2）氫腐蝕在高溫高壓、氫介質(zhì)下會(huì)產(chǎn)生氫腐蝕。鐵碳合金在高溫高壓下的氫腐蝕分為氫脆和氫侵蝕兩個(gè)階段。

氫脆：氫與鋼接觸時(shí)被鋼吸收，以原子狀態(tài)溶入鐵素體中形成固溶體。特點(diǎn)：不反應(yīng)，不改變機(jī)械性能，但材料變脆。

氫侵蝕：溶解在鋼中的氫與滲碳體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成甲烷氣，改變了鋼材的組織。反應(yīng)式：

Fe3C+2H==3Fe+CH4

結(jié)果：形成局部高壓，引起應(yīng)力集中。產(chǎn)生擴(kuò)展裂紋，嚴(yán)重降低材料的機(jī)械性能。壓力，T氫氣溶解力氫腐蝕

鐵碳合金腐蝕開(kāi)始溫度和壓力的關(guān)系防止方法：①降低含碳量，防止Fe3C形成和析出；②加入Cr,Ti,Mo形成穩(wěn)定化合物，不與氫反應(yīng)。

壓力Mpa3～1010～2020～3030～4040～6060～80kgf/cm230～100100～200200～300300～400400～600600～800溫度℃

300～280270～240230～220220～210210～200200～1903、電化學(xué)腐蝕

定義：金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)化學(xué)作用而引起的破壞稱電化學(xué)腐蝕。

特點(diǎn)：腐蝕中有電流產(chǎn)生。

形成過(guò)程：金屬在電解質(zhì)溶液中，在水分子作用下，使金屬本身呈離子化，當(dāng)金屬離子與水分子的結(jié)合能力大于金屬離子與其它電子的結(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，形成電化學(xué)腐蝕。

（1）原電池作用因鐵的電位較銅為負(fù)成為陽(yáng)極，陽(yáng)極反應(yīng)失電子，鐵溶解為離子，陽(yáng)極放出的電子經(jīng)導(dǎo)線到陰極（銅）。但銅本身已平衡，無(wú)法接受電子，只得從溶液中吸收H+去平衡流過(guò)來(lái)的e+。反應(yīng)：陽(yáng)極（電位較高一側(cè)）：Fe-2eFe+

陰極：2H++2e-H2鐵—銅電池示意圖

（2）微電池和電化學(xué)腐蝕原理由不同組織不同電位的結(jié)構(gòu)形成的原電池叫微電池。用微電池原理來(lái)說(shuō)明電化學(xué)腐蝕的原理分為三步：

a、陽(yáng)極反應(yīng)，金屬溶解：MeMe++e

b、電子移動(dòng)，陽(yáng)極過(guò)剩電子流向陰極：e陽(yáng)e陰

c、陰極反應(yīng)：電子在陰極被吸收：

e陰+D[De]

陰極反應(yīng)是吸收電子，分為以下幾種情況：

i當(dāng)溶液中有電位高的金屬離子存在時(shí)，這種