2023/7/201化工設(shè)備材料第一節(jié)概述根據(jù)物料與適宜工作條件選材物料腐蝕性：鑄鐵抗硫化氫壓力與溫度蠕變、氫腐蝕、低溫脆性等-2023/7/202第二節(jié)材料的性能力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能和加工性能一、力學(xué)性能決定許用應(yīng)力強度、硬度、彈性、塑性、韌性等-2023/7/2031、強度是指材料抵抗外加載荷而不致失效破壞的能力按所抵抗外力作用的形式可分為： 抵抗外力的靜強度 抵抗沖擊外力的沖擊強度 抵抗交變外力的疲勞強度-2023/7/204按環(huán)境溫度可分為： 常溫下抵抗外力的常溫強度 高溫下抵抗外力的高溫強度 低溫下抵抗外力的低溫強度-2023/7/205常溫強度指標(biāo)：屈服強度和抗拉(壓)強度屈強比適當(dāng)蠕變極限σn疲勞極限σr,σr=

σmin/

σmax,應(yīng)力循環(huán)系數(shù)或應(yīng)力比σ-1,以106-107次不被破壞的應(yīng)力-2023/7/2062、硬度局部抵抗能力彈性、強度與塑性的綜合性能指標(biāo)壓入硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和維氏硬度(HV)低碳鋼σb=0.36

HB高碳鋼σb=0.34

HB灰鑄鐵σb=0.1

HB-2023/7/2073、塑性延伸率δ斷面收縮率ψ化工設(shè)備材料一般要求δ5=10%-20%-2023/7/2084、沖擊韌性沖擊韌度αk，使其破壞所消耗的功或吸收的能除以試件的截面面積低溫容器所用鋼板αk值不得低于30J/cm2-2023/7/209二、物理性能密度、熔點、比熱容、熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)、導(dǎo)電性、磁性、彈性模量與泊松比等。-2023/7/2010三、化學(xué)性能1、耐腐蝕性金屬和合金對周圍介質(zhì)侵蝕的抵抗能力2、抗氧化性高溫氧化，降低表面硬度和抗疲勞強度選耐熱材料-2023/7/2011四、加工工藝性能1、可鑄性：收縮與偏析2、可鍛性3、焊接性4、可切削加工性-2023/7/2012第三節(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(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％時稱純鐵(工業(yè)純鐵)；含碳量大于4.3％的鑄鐵極脆-2023/7/2013一、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，簡稱組織-2023/7/2014電子顯微鏡觀察到金屬原子各種規(guī)則排列，稱金屬的晶體結(jié)構(gòu)，簡稱結(jié)構(gòu)不同溫度下純鐵體心立方與面心立方晶格體心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的強度高于前者。-2023/7/2015鑄鐵一般碳以石墨形式存在，有不同的組織形貌。球墨鑄鐵強度最高；細(xì)片狀石墨次之；粗片狀石墨最差。-2023/7/20162、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g-Fe。a-Fe加熱可變?yōu)間-Fe，反之高溫下的g-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)。-2023/7/20173、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。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的物體這三種不同的存在形式，形成了不同的碳鋼組織。-2023/7/2018二、鐵碳合金狀態(tài)圖-2023/7/2019三、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。普通熱處理：退火、正火、淬火、回火表面熱處理：表面淬火、化學(xué)熱處理-2023/7/2020四、碳鋼1、常存雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響硫、磷、錳、硅、氧、氮、氫等（1）硫有害元素。FeS和Fe形成低熔點(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%～0.7%以下。-2023/7/2021（2）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，高級優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.025%；優(yōu)質(zhì)鋼：P＜0.04%；普通鋼：P＜0.085%。-2023/7/2022（3）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，提高強度和硬度。在0.5%～0.8%以下時看成常存雜質(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%。-2023/7/2023（4）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。-2023/7/2024（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，使強度、塑性降低。尤其是對疲勞強度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。-2023/7/2025（6）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(jìn)行固氮處理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除時效傾向。-2023/7/2026（7）氫氫脆、白點等缺陷。變脆：氫化物變形小白點：組織缺陷處擴散氫，時間長-2023/7/20272、分類與編號按用途：建筑及工程用鋼、結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼和特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼）按含碳量：低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼按脫氧方式：鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼按品質(zhì)：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼-2023/7/2028（1）普通碳素鋼Q235-A，屈服強度數(shù)值（MPa）質(zhì)量等級A，B，C，D。脫氧方法為F，b，Z，TZ?；毫θ萜饔娩撘话氵x用鎮(zhèn)靜鋼。普通碳素鋼有Q195、Q215、Q235、Q255及Q275五個鋼種。-2023/7/2029（2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼S＜0.03%～0.045%；P＜0.04%08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、…80等。平均含碳量的萬分之幾。45號鋼中含碳量平均為0.45%(0.42%～0.50%)。45Mn，錳含量較高的優(yōu)質(zhì)非合金鋼。-2023/7/2030優(yōu)質(zhì)低碳鋼（含C＜0.25%），如08、10、15、20、25；塑性好，焊接性能好，殼體、接管。優(yōu)質(zhì)中碳鋼（含C量0.3%～0.60%）,如30、35、40、45、50與55；45號鋼攪拌軸優(yōu)質(zhì)高碳鋼（含C＞0.6%），如60、65、70、80。60、65鋼主要用來制造彈簧，70、80鋼用來制造鋼絲繩等。-2023/7/2031（3）高級優(yōu)質(zhì)鋼S＜0.02%～0.03%；P＜0.025%，均＜0.03%。它的表示方法是在優(yōu)質(zhì)鋼號后面加一個A字，如20A。-2023/7/20323、碳鋼的品種及規(guī)格品種：鋼板、鋼管、型鋼、鑄鋼和鍛鋼（1）鋼板（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。-2023/7/2033（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。-2023/7/2034（3）型鋼有圓鋼、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結(jié)構(gòu)。-2023/7/2035（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。石油化工容器用20、25等制作管板、法蘭、頂蓋等。-2023/7/2036五、鑄鐵含碳量2%以上，含有S、P、Si、Mn等雜質(zhì)。脆性材料，抗拉強度較低，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、蠕墨鑄鐵和特殊性能鑄鐵等。-2023/7/20371、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和抗拉強度sb值表示，如HT100，其中100表示sb＝100MPa。常用灰鑄鐵牌號有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。-2023/7/20382、球墨鑄鐵簡稱球鐵。在強度、塑性和韌性方面大大超過灰鑄鐵，甚至接近鋼材。用QT、抗拉強度值、延伸率表示，如QT400-18，其中400表示sb＝400MPa，18表示d=18%。-2023/7/20393、高硅鑄鐵有高耐蝕性能，含硅量增加耐蝕性增加。強度低、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有：STSi11Cu2CrR、STSi15R、STSi15Mo3R等。-2023/7/2040第四節(jié)合金鋼在碳鋼中添加適量的一種或多種合金元素，得到或改善某些性能。

一、分類與編號按合金元素總含量分：合金含量<5%，低合金鋼合金含量5%-10%，中合金鋼合金含量>10%，高合金鋼-2023/7/2041按用途分：合金結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼、表面硬化鋼低碳馬氏體鋼、非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼不銹鋼和耐熱鋼等

-2023/7/2042一種是漢字牌號，如35鉻鉬；另一種是用國際化學(xué)符號，如35CrMo。表示含碳量平均為萬分之三十五(或0.35%)，含Cr、Mo在1%左右。當(dāng)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.5%、≥2.5%，≥3.5%時，在元素符號后面應(yīng)標(biāo)明含量，可相應(yīng)表示為2、3、4。如36Mn2Si。-2023/7/2043二、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。-2023/7/20441、鉻提高耐腐蝕性能和抗氧化性能。含量達(dá)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。-2023/7/20452、錳提高強度和提高低溫沖擊韌性。3、鎳提高淬透性，有很高的強度，而又保持良好的塑性和韌性。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(yīng)用于不銹耐酸鋼和耐熱鋼中。-2023/7/20464、硅提高強度、高溫疲勞強度、耐熱性及耐H2S等介質(zhì)的腐蝕性。硅含量增高會降低鋼的塑性和沖擊韌性。

5、鋁強脫氧劑，顯著細(xì)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(zhì)腐蝕有良好作用。價格便宜，在耐熱鋼中常以它來代替鉻。-2023/7/20476、鉬提高高溫強度、硬度、細(xì)化晶粒、防止回火脆性。鉬能抗氫腐蝕。7、釩于固溶體中提高高溫強度，細(xì)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。-2023/7/20488、鈦強脫氧劑，可提高強度、細(xì)化晶粒，提高韌性，減小鑄錠縮孔和焊縫裂紋等傾向。在不銹鋼中穩(wěn)定碳，防止晶間腐蝕提高耐熱性。

9、稀土元素提高強度，改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性及焊接性能。-2023/7/2049三、可焊接的低合金高強度鋼碳含量通常小于0.25%。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。-2023/7/2050低合金高強度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(jié)構(gòu)件。-2023/7/20512、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(shè)備。-2023/7/2052大型化工容器16MnR，質(zhì)量比碳鋼輕l/3；與碳鋼相比，用15MnV制造球形貯罐可節(jié)省鋼材約45%。根據(jù)容器的具體操作條件(溫度、壓力)和制造加工(卷板、焊接)要求，選用-2023/7/2053四、專業(yè)用鋼鍋爐用鋼，壓力容器用鋼、焊接氣瓶用鋼等。在鋼號后面分別加注g、R或HP等，如20g、16MnR和15MnVHP等。質(zhì)地均勻、雜質(zhì)含量低，能滿足某些力學(xué)性能的特殊檢驗項目要求。-2023/7/2054五、特殊性能鋼不銹鋼、耐熱鋼和高溫合金及低溫用鋼1、不銹鋼不銹鋼和耐酸鋼的統(tǒng)稱，也稱不銹耐酸鋼一般稱耐空氣、蒸汽和水等弱腐蝕介質(zhì)的鋼為不銹鋼，稱耐酸、堿、鹽等強烈腐蝕性介質(zhì)的鋼為耐酸鋼。-2023/7/2055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-鐵素體雙相不銹鋼和馬氏體不銹鋼等-2023/7/2056（1）鐵素體不銹鋼含碳≤0.15％，鉻量在12～30％。有些鋼種還含有鉬、鈦等元素。不銹綱中的含碳量都較低，Cr23C6而消耗了鉻。都在13％以上。對晶間腐蝕比較敏感；鉻含量高時，脆性轉(zhuǎn)變溫度高，可焊性較差。

lCr13、2Cr13、受沖擊載荷較大零件0Cr13、0Cr17Ti耐氧化性酸和硫化氫氣體腐蝕，部分代替高鉻鎳型不銹鋼-2023/7/2057（2）奧氏體不銹鋼優(yōu)異的綜合性能，包括優(yōu)良的力學(xué)性能，冷、熱加工和成型性，可焊性和在許多介質(zhì)中的良好耐蝕性。含氯離子，發(fā)生晶間腐蝕的傾向。錳和氮代替不銹鋼中的鎳，發(fā)展出了鉻錳鎳氮系和鉻錳氮系不銹鋼。例如Cr18Mn8Ni5、Cr18Mn10Ni5Mo3N。-2023/7/2058在400℃～800℃的溫度范圍內(nèi)，碳從奧氏體中以碳化鉻（Cr23C6）形式沿晶界析出，使晶界附近的合金元素（鉻與鎳）含鉻量降低到耐腐蝕所需的最低含量（12%）以下，腐蝕就在此貧鉻區(qū)產(chǎn)生。這種沿晶界的腐蝕稱為晶間腐蝕。-2023/7/2059防止晶間腐蝕的方法：1）降低含碳量<0.06%時不易產(chǎn)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、0Cr18NillNb3）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(nèi)，阻斷腐蝕通路。-2023/7/2060加入Mo提高對氯離子Cl-的耐蝕能力，lCr18Nil2Mo3Ti。0Cr18Nil8Mo2Cu2Ti。同時加入Mo、Cu，則在室溫、濃度為50%以下的硫酸中也具有較高的耐蝕性，也可提高在低濃度鹽酸中的抗腐蝕性-2023/7/2061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?jǐn)U散高溫淬火水冷（固熔）：1100度左右加熱后淬火，單相奧氏體-2023/7/20622、耐熱鋼和高溫合金例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，溫度往往達(dá)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。-2023/7/2063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，可以顯著提高鋼材的抗氧化性，并改善其熱塑性。-2023/7/2064耐熱鋼按特性和用途可分為抗氧化鋼（又稱高溫不起皮鋼）和熱強鋼?？寡趸撌侵父邷叵戮哂休^好的抗氧化性，并有適當(dāng)強度的鋼種。熱強鋼高溫下有較好的抗氧化性和耐腐蝕能力，且有較高的強度。常用來高溫工作下的汽缸、螺栓及鍋爐的過熱器等。-2023/7/2065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700℃以下，含相當(dāng)高的鉻、鎳和其他強化元素。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。鎳含量通常在50%以上。鈷基耐熱合金的高溫強度主要靠固溶強化獲得。鈷價格昂貴，應(yīng)用受到很大限制，一般在1000℃以上才用。

-2023/7/20663、低溫用鋼深冷分離、空氣分離等。（溫度≤-20℃）目前國外低溫設(shè)備用鋼材主要是以高鉻鎳鋼為主，也使用鎳鋼、銅和鋁等。我國無鉻鎳的低溫鋼材系列。16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR-2023/7/2067第六節(jié)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非金屬材料（陶瓷、搪瓷、巖石、玻璃等）及有機非金屬材料（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