化工设备机械基础第六版教案课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,化工设备机械基础第六版教案课件,2,本课程将学些什么,看看再说,3,化工设备,储罐,换热设备,塔设备,反应釜,4,所有的设备都有一个外壳，这个外壳我们把它叫做,容器,。,化工中，这些外壳容器都需要承受一定的压力，我们把它叫做,压力容器,。,5,压力容器一般由,筒体、封头、支座,（基本件）,接管、法兰,（对外连接件）,人孔、手孔、液面计,（附件）,以及,一些内构件等零部件,组成。,7,.,这些设备要满足什么样的工艺要求？结构如何？,.,用什么材料？如何制作？,.,抵抗压力和温度的能力如何？,安全性如何？,.,经济性如何？,8,一.主要内容：,简介化工设备常用材料性能,、,分类、热处理方法；,2.,中、低压化工容器设计,薄膜理论；内、外压容器设计方法、容器零部件设计；,列管式换热器、塔设备以及反应釜的结构及机械设计方法。,9,：,1.化工设备机械基础(第五版）,刁玉玮 王立业编著；,2. 压力容器安全技术监察规程,1999；,3. 钢制压力容器,GB150-1998；,4.,管壳式换热器, GB151-1999 ；,5. 钢制塔式容器, JB4710-2002 ；,学时：学时,期末成绩：平时,1,，期中，期末。,10,11,第一篇 化工设备材料,第一章 化工设备材料及其选择,1.1,概述,1）.化工设备的,使用环境,：,压力：真空,低压,中压,高压,超高压,温度：低温,中温,高温,介质：腐蚀性；易燃；易爆；有毒；剧毒。,12,1.2 金属材料的性能,1.2.1,力学性能,在外力作用下不产生超过允许的变形或不被破坏的能力。,补充材料力学基础知识,13,14,1.,强度,及其主要指标,.,固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形或断裂的特性。,例如： 容器爆裂； 管道破裂;,地脚螺栓拉断; 炉管爆裂；,.,强度不够！,15,（1）.,屈服点,屈服现象：,金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加时，,仍继续发生明显的塑性变形。,屈服点： （,s,）,材料发生屈服时的应力 。,单位：,MPa,。,一些合金没有明显的屈服点,规定,发生,0.2%,残余变形时的应力，作为“条件屈服点”,。,记作,0.2,。,16,（2）.抗拉强度,(,s,b,),定义：金属材料在受力过程中，,发生断裂所达到的最大应力值,，,以,b,表示，单位,MPa。,是压力容器设计,常用的性能指标,。,屈强比：,s,/,s,b,屈强比小，表明材料具有较大的,塑性储备,。,(,希望屈强比大一些,),17,（3）. 蠕变强度（,s,n,）,“,蠕变,”,现象：,高温高压的蒸汽管道下挠变形；,高温高压下法兰及螺栓蠕变变形而泄漏；,铅丝在常温下受重力作用而变长变细。,18,“,蠕变,”,现象：在高温时,在一定的应力下,应变随时间而增加的现象,或金属在高温和存在内应力情况下逐渐产生塑性变形的现象,.,“,蠕变强度,”,：,材料在,高温,下，抵抗发生缓慢塑性变形的,能力,，以,s,n,表示，单位,MPa 。,19,（4）.持久强度（,s,D,）,定义：在一定温度下，经过一定时间断裂时的应力，以,s,D,表示，单位,MPa 。,材料抵抗断裂的能力越大，在相同的条件下，能支持的时间越久。,规定,：,化工设备设计寿命一般为十万小时，所以用试件在十万小时断裂时的应力作为持久强度。,设备的,设计寿命！,20,（,5,）疲劳强度,构件或零件受到大小和方向变化的交变载荷作用，应力远小于屈服点就断裂,疲劳。,“,疲劳极限”,构件或零件在交变载荷作用下不致断裂的最大应力。表示符号：,-1,(MPa),。,例如：,频繁开、停车,容器内压力或温度波动；,活塞式压缩机压缩气体,容器及管道内压力波动；,离心泵频繁开停机或震动,泵轴受力成交变式。,21,2.,塑性及其主要指标,金属的塑性：外力作用下产生塑性变形，而不破坏的性质。,因塑性不足引起材料破坏的例子：,锻件裂纹; 卷板裂纹; 焊缝热影响区裂纹,22,主要指标,：,(1),延伸率（,）,23,（2）断面收缩率（,y,）,如：,纯铁的延伸率为50%，,20,R,的,d,5,不小于25,%,；,16,MnR,的,d,5,不小于21%；,1,Cr18Ni9Ti,的,d,5,不小于40%。,24,（3）冷弯性能,-,是钢材塑性指标和冶金质量的综合指标,。,室温下对试板以一定的内半径（3板厚,）,进行弯曲,，,是否出现裂纹或起层,。,在试样被弯曲受拉伸面出现第一条裂纹前,金属材料的变形越大,塑性越好,25,塑性指标的实际意义：,便于成型加工和焊接。如弯卷、锻压、冷冲、焊接等；,使构件在承载后由于变形而避免发生断裂。,压力容器及其零件都需要具备这个性质,。,26,3. 硬度的概念,金属材料表面抵抗其它硬物压入的能力。,硬度高材料强度也高，耐磨性较好,；,综合性能指标,。,布氏硬度试验示意图,27,常用硬度指标：,布氏硬度（,HBS);,洛氏硬度,（,HRA、HRB、HRC);,维氏硬度,（,HV),等。,硬度和强度间有一定关系：,如：低碳钢,s,b,36HBS;,用硬度计测量！,28,4. 冲击韧性及指标（,A,k,）,材料在外加动载荷作用下的一种吸收机械能，迅速塑性变形，抵抗断裂的能力。,29,摆锤冲断试样所失去的位能为,冲击功,（试件所吸收的功）：,A,k,=G(H1-H2),焦耳,！吸收功的高低取决于,材料能否迅速塑性变形的能力。,冲击韧性值的试验确定,冲击韧性,: ,K,=A,K,/F(J/cm,2,),30,31,材料的冲击韧性高，其塑性也高；反之，材料塑性高，其冲击韧性不一定高。,静载荷下能够缓慢塑性变形的材料，在动载荷下不一定能迅速塑性变形。,冲击韧性与塑性区别何在？,32,5,缺口敏感性,在带有一定应力集中的,缺口,条件下，材料抵抗裂纹扩展的能力,。,韧性范畴,静载荷下抵抗裂纹扩展的性能,。,冲击韧性？,是动载荷作用下抵抗裂纹扩展的能力。,33,1.2.2,物理性能,密度，熔点，线膨胀系数，导热系数，比热容，电阻率，磁导率，弹性模量，泊桑比等。,化工设备设计与制造主要考虑的物理性能,：,1.,线膨胀系数,异种钢焊接,收缩率不同，引起变形或损坏；,复合钢板（如不锈钢与碳钢,),热变性不同,容器壳体将会？,设备衬里（如碳钢壳体内喷涂铝）,热变性不同时？,固定管板式换热器的管子与壳体,线膨胀量相差过大，将会？,碳钢表面电镀一层铜,升温后会？,34,2.,弹性模量,E,与,泊桑比,弹性模量,E,：金属材料对弹性变形抗力的指标，,是衡量材料产生弹性变形难易程度的。,(,随着温度升高而降低,),泊桑比,：拉伸试件的单位横向收缩与单位纵向伸长之比。,各种钢材近乎为,。,35,1.2.3,化学性能,金属材料所处介质中的化学稳定性，即是否会与介质发生化学或电化学反应，产生腐蚀。,主要考虑的化学性能：,1.,耐腐蚀性,对介质侵蚀的抵抗能力；,2.,抗氧化性,在热加工的高温条件下抵抗氧化性介质氧化的能力。,氧化性介质,如,水蒸气、,CO2 、SO2,等。,热加工,如热卷，锻造，焊接，热处理，热冲压，铸造等等。,36,1.2.,4.,金属材料的工艺性能,指在保证加工质量的前提下,加工过程的难易程度,.,可焊性能,母材及焊剂熔融状态的流动性、凝固收缩率、热塑性等；,铸造性能,流动性、凝固收缩率等；,可锻性能,抗热裂性、抗氧化性、热塑性等；,切削加工性能,热处理性能,37,1.3 金属材料的分类及牌号,1.3.1 分类,1.,黑色金属,1,）生铁,2,）钢,钢,普通钢,优质钢,高级优质钢,按质量分：,38,钢,碳素钢,合金钢,低碳钢,中碳钢,高碳钢,低合金钢,中合金钢,高合金钢,按化学成分：,39,钢,沸腾钢,镇静钢,半镇静钢,按冶炼方法分：,40,按用途分：,钢,建筑钢,结构钢,弹簧钢,轴承钢,工具钢,特殊性能钢,41,2,.,有色金属,铜及其合金,：,纯（紫）铜,黄铜,（铜锌合金）,锡青铜,（铜锡合金）,铝青铜,（无锡青铜）,轻金属及其合金,铝及铝合金,钛及钛合金,镁及镁合金,42,1.3.,2,钢铁牌号及表示方法,1.,牌号的表示原则,依据国家标准,GB221-2000,牌号中,化学元素,化学符号或汉字表示；,产品用途、冶炼和浇铸方法,汉字或汉语拼音字母表示。,例如：沸腾钢,F,或沸,灰口铸铁,HT,或灰铁,铸钢,ZG,锅炉钢,g,或锅,容器钢,R,或容,43,2.,钢号表示法,例：,优质碳素钢,08F 20 R,沸腾钢,含碳量为,0.08%,；,容器钢,含碳量为,0.2%,普通碳素钢,Q235-A,F,沸腾钢,类别为,A,钢材屈服点,(MPa),屈服点屈字的拼音首位字母,44,低合金钢,16MnR 16,含碳量,0.16%,；,Mn,合金元素；,R,容器钢。,特殊性能钢,1Cr18Ni9 1,含碳量,0.1%,（千分数）；,Cr,Ni,主要合金元素；,18,含铬量,18%,；,9,含镍量,9%,。,45,碳钢与铸铁,钢铁的组成=95%以上铁,+（0.054%）,碳+1%杂质,铁碳合金,含碳量,0.022%,为钢；,含碳量,2%,为铸铁；,含碳量,0.02%,为工业纯铁；,含碳量,4.3%,无实用价值。,铁碳合金！,46,1.,铁碳合金的组织结构,1.,金属的组织与结构,在,1500,倍显微镜下观察到的显微组织，即金属的金相组织。,金相组织结构直接影响金属材料的性质,。,如，铸铁中的石墨形式不同，其性质也不同。,细片状石墨：次之,粗片状石墨：差,球状石墨：强度最好,用,X,光和电子显微镜可以观察到金属原子的各种规则排列,称为金属的晶体结构,简称结构,.,47,48,纯铁在不同温度下的晶体结构：,49,50,2.,纯铁的同素异构转变：,-Fe -Fe,910,（面心立方晶格）,（体心立方晶格）,固态下铁原子重新排列,51,3.,铁与碳的相互关系和碳钢的基本组织,铁碳关系：,固溶态，化合态，混合态,固溶：元素于固态下相互溶解，保持溶剂晶格原来形式。,（,1,）铁素体（,F,）,体心立方晶格（,-Fe,）+,C,铁素体,（固溶体）,塑性好，强度低,。,52,（,2,）奥氏体（,A,）,面心立方晶格+,C,奥氏体,（固溶体）,塑性低,，强度高,。,53,铁碳关系之二：,化合态,C+Fe,Fe3C Fe3C,称为,渗碳体,。,性能特点:,.硬，脆,塑性几乎为,0,；,.在一定条件下可以分解,（,3,）渗碳体（,C,）,碳+铁。,渗碳体的作用,：少量渗碳体散布在铁素铁中（总含,c,量,2%）,成为碳素钢。提高了强度和硬度，可轧制成钢材。,54,铁碳合金中含碳量2%时，部分碳以石墨形式存在于其中，即所谓,铸铁,。,组织结构特点,性能特点：,石墨性软、强度极低，相当于铸铁中存在许多孔洞。,铁碳关系之三,游离态,55,（,4,）珠光体（,P,）,铁素体和渗碳体两者的机械混合物,性能特点:,介于两者之间,强度和硬度比,F,高,塑性和韧性比,F,差,但比,C,好；,56,性能特点:,具有较高的硬度,（,5,）莱氏体（,L,）,珠光体和初次渗碳体的共晶混合物,57,(6),马氏体,(M),从高温奥氏体急冷下来,得到碳原子在,-Fe,中过饱和的固溶体,.,性能特点:,硬度高,很脆,不能承受冲击载荷,.,58,1.4.2,铁碳合金状态图,图,1-12,1.,碳钢在常温下的组织,2.,临界点及其意义,(1)A1,线,(2)A3,线,(3) Acm,线,(4),ACD,线,(5)AECF,线,常温下碳钢的性能分析,(,如图,1-13):,塑性、韧性逐渐减小；,硬度逐渐增大；,强度先增后减,60,61,1.4.3,碳钢,1.,碳钢中杂质对其性能的影响,1）.,锰(,Mn),来源,在冶炼过程中加入锰铁。,作用,钢材中锰含量高于0.8%时，即为合金元素存在，可溶于,F,中,提高强度。是,有益元素,。,2）,.硫(,S),来源,矿石和焦炭。,存在形式：,FeS,。,作用,FeS,的熔点低于钢材热加工开始温度，,它过早熔化，导致工件开裂，称为,热脆性,。,有害元素,！,3,）,.硅(,Si),来源,冶炼。,作用,以脱氧化物,SiO2,的形式存在,可溶于,F,中，提高强度、硬度，是,有益元素,。,62,63,4,). 磷(,P),来源,矿石,。,作用,溶于铁素体，使钢材常温下脆性增加，塑性、韧性下降，即所谓,“,冷脆性,”,。,有害元素！,5,）.氢(,H),来源,钢由高温奥氏体冷至常温时，氢的溶解度降低，来不及到钢的表面逸出而积聚，并产生高压力，在钢材内产生,“,白点,”,。,“,白点,”,裂纹源,有害元素！,（,6,）氮（,N,）,钢中有过量的氮，加热到一定的温度时会析出，称为“时效”,作用,硬度、强度提高，塑性下降。,处理,加入,Al,，,Ti,进行固氮处理，形成,AlN,和,TiN,64,（,7,）氧（,O,）,以夹杂物、颗粒状形式存在。,作用,破坏连续性，降低冲击性能，疲劳强度等。,65,66,2,.,碳钢的分类、牌号,（1）.,普通碳钢,含,P、S,等,有害杂质较多,（,S0.055% P0.045%),常用有：,#Q235-B, # Q235-C, Q275 (,参见表1-6）,式中,Q,普通碳钢，,“,屈服,”,的拼音首位字母。,235,材料屈服点（,MPa),A,B,C,D,钢材质量等级，越后越高。,F,沸腾钢,#,GB150-98,规定使用材料,67,（2）.,优质碳素钢,特点：,含硫,、,磷等杂质较少,，均,0.04%，,杂质少，组织均匀，表面质量好。,常用有：08,10,15,20,20,g,20,R,30Mn,40Mn,等。,式中 数字-含,c,量的万分数;,g -,锅炉钢；,R -,容器钢；,Mn -,含锰元素约1%。,（3）.高级优质钢,磷硫杂质极少,P,s,含量0.03%。,表示法：如20,A,68,1.4.,4.,钢的热处理,热处理工艺实例：,缝纫用钢针在火上烧，再慢慢冷下来后变软；,建筑用铁线用火烧软；,泵轴调质,内韧外硬；,扁铲淬火,提高硬度和韧性 ；,容器焊后退火,消除内应力；,热处理工艺曲线：,金属材料中的,金相,组织发生变化,！,69,（1）常用热处理工艺,缓慢加热，保温一定时间后, 随,炉冷却（曲线1） -,退火；, 空气中冷却（曲线2）-,正火 ；,作用：降低硬度，增加塑性，改善机械性能；,使组织均匀化，消除内应力。,【注】加热温度为临界点（钢的内部组织发生转变的温度) 以上30,50,。,70,缓慢加热，保温一定时间,淬火剂,中冷却（曲线3）；,淬火剂:,水，盐水-用于 碳钢；,油-用于合金钢。,作用：提高硬度、强度和耐磨性。,淬火,71,淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却。,作用：消除内应力，稳定组织，满足技术要求。,回火又分为：,低温回火（150250 ）；,中温回火（300450 ）；,高温回火（500680）。,淬火+高温回火 称为,调质处理。,效果：强度、塑性、韧性均提高 。,回火,72,（2）化学热处理,-将零件放在化学介质中进行,加热-保温-冷却,的过程。,使零件表面改性。,方式：渗碳，渗氮，渗铬，氰化等。,73,1.4.5.,铸铁,铁+ (2.54.0%)碳+,Si、Mn、P、S,等杂质,铸铁,1）,灰铸铁 如,HT150-330, HT200-400,HT-,灰铸铁,第一个数字-抗拉强度（,MPa),第二个数字-抗弯强度（,MPa),特点：断口呈灰色，石墨呈片状；,质脆，耐磨，抗压不抗拉，可铸性好，易切削；,吸音减振，某些介质中耐腐蚀性好。,用来制作机床的床身，压缩机机身如何？,74,2）,球墨铸铁,如,QT450-10.,QT-,球墨铸铁,450-,抗拉强度（,MPa),10-,延伸率（%）,特点：碳以球状石墨存在，可铸性好，易切削；,强度高，较好的塑性和韧性,。,可制作重要轴类！,75,性能指标,材料,s,b,(MPa),s,s,(MPa),d,(%),a,k,(N.m/cm,2,),HBS,(MPa),45(正火）,610,360,16,50,24.1,球墨铸铁,400900,250600,2,18,1530,1336,灰铸铁,150400,1427,45号钢、球墨铸铁、灰铸铁的机械性能比较,76,3）高硅铸铁,如：,STSi15R, STSi11Cu2CrR, STSi17R,式中,ST-,高硅耐蚀铸铁，,Si15-,含硅15%左右，,Cu2-,含铜2%左右,R -,混合稀土元素（0.1%）。,特点：耐腐蚀性好（见书表,1-15,）；,质硬、脆，较难机加工，一般采用铸造；,导热性能差，膨胀系数大，受热易裂。,用途：制造耐腐蚀泵、阀门、旋塞、冷却排管、辅助阳极、管道配件等。,77,1.,5,低合金钢及特殊性能钢,1.5.1,合金元素对钢的影响,为改善钢材性能特意加入合金元素，以改变钢材性质。例如：,铬：,耐腐蚀抗氧化；,提高了强度硬度和耐磨性；,使钢材的韧性和塑性降低。,锰：,提高强度和低温冲击韧性。,镍：,提高淬透性，保持良好塑性和韧性；,提高耐腐蚀性和低温冲击韧性；,提高热强性能,。,硅：,提高强度、高温疲劳强度、耐热性、耐,H,2,S,腐蚀；,降低了塑性和冲击韧性。,78,1.,成分特点：,由碳素钢+,Si,、,Mn,、,Cu,、,Ti,、,V,、,Nb,等元素组成；,含碳量均较低，0.2%；,合金元素总含量,5%,。,2.,相对于碳素钢，其,性能特点,：,强度提高；,耐腐蚀性能提高；,低温性能提高。,1.5.2,低合金钢,79,碳素钢与低合金钢比较,类别,品种,s,b,(MPa),s,s,(MPa),S,/,b,使用温度,（）,碳素钢,Q235-A,20,400,400,240,250,0.6,0.63,0350,-19475,低合金钢,16,Mn,15MnV,520,540,360,400,0.69,0.74,-40475,-45450,80,3.,常用材料：板，管，圆钢等型材。,4.,用途：,广泛用于造船，压力容器，桥梁，高压锅炉，汽车，矿山机械，农业机械等。,5.,常用材料：,16MnR,，,15MnVR,18MnMoNbR,16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR,.,81,1.5.3,锅炉钢和容器钢,1.,工作环境：,锅炉：中温或高温；中压或高压。,容器：压力；温度；介质腐蚀；操作特点。,2.,对材质要求：,1,）较高的强度；,2,）良好的塑性、韧性和冷弯性能；,3,）较低的缺口敏感性；,4,）良好的焊接性能和其他工艺性能；,5,）良好的冶金质量。,82,3.,常用的材料：,锅炉钢,20g,；,12Mng,16Mng,15MnVg,18MnMoNbg,。,容器钢,（,GB150-1998 ,钢制压力容器,推荐）,Q235-B,，,Q235-C;,20R;,16MnR,，,15MnVR,，,15MnVNbR,，,18MnMoNbR,。,4.,标准：,压力容器用钢板,GB6654-1996,压力容器用碳素钢和低合金厚钢板,YB/T40-87,83,1.5.4,不锈耐酸钢,不锈,-耐大气腐蚀；,耐酸,-耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀。,常用品种：,1）铬不锈钢-如1,Cr13, 2Cr13, 0Cr13,等。,第一个数字-含碳量的,千分数,见表,1-5(1-4,）；,Cr13-,含铬13%。,组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中形成固溶体,。,84,“,不锈,”,的原因,：,在氧化性介质中，铬能生成一层稳定而致密的,氧化膜,，对钢材起保护作用。,性能特点,：,碳的作用,-,与铬生成碳化铬(,Cr23C6)，,消耗大量的铬。为保证耐腐蚀性能，不锈钢中,碳含量越低越好。,85,铬的作用：,能提高耐腐蚀性能,。实际铬不锈钢的平均含铬量13%。,能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而塑性、韧性降低。,用作受载荷大的耐蚀零件，如轴类，活塞杆、螺栓、浮阀等,。,86,2）,铬镍不锈钢,常用铬镍不锈钢型号:,0,Cr18Ni9,0,Cr18Ni10Ti,式中,0-,含碳量的,千分数,；（见表,1-5,）,Cr18-,含铬量18%左右；,Ni9-,含镍量9%左右。,通常以铬镍平均含量,“,18-8,”,标志这种钢。,组织特征,：,C,、,Cr,、,Ni,固溶于奥氏体晶格中，是,单一的奥氏体组织,。,87,性能特点:,耐腐蚀性好,Cr,含量13%，表面形成,氧化膜,；,组织为,单一的奥氏体,，在电解液中不能形成微电池，避免了电化学腐蚀。,力学性能优异,。,见,P300,附录五,在400850期间，碳生成碳化铬在晶界析出，使晶界附近贫铬（铬含量低于12%）导致,晶间腐蚀,。,！不能反复施焊，否则必须进行热处理,。,不耐氯离子腐蚀。,88,1.5.5,耐热钢,高温环境-原油加热、裂解、催化等。如转化炉炉管，,工作温度为650,800,。,碳钢使用温度一般在400以下,。,如20钢 500时屈服点只有50,MPa,变得很软，钢中的,Fe,3,C,分解出石墨碳（,石墨化过程,）；同时钢表面生成氧化皮，层层剥落。,碳钢在高温下强度和抗氧化性均下降。,89,高温设备对材料的要求：,化学稳定性,。,抵抗高温气体（,O,2,、H,2,S、SO,2,等)腐蚀的能力。钢的表面能生成致密的,氧化膜,。,抗氧化钢,抗高温氧化，强度不高。,Cr13SiAl, Cr25Ti, Cr25Ni12,等。,热强性,。,抗,高温蠕变,能力。,热强钢,抗蠕变，有一定抗氧化能力。 12,CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20,等。,90,元素,Cr,提高,抗氧化,性，强化并稳定金相组织。,Mo,提高,高温强度,，强化并稳定金相组织，提高再结晶温度。,Ni,形成,奥氏体组织,，提高高温强度和耐腐蚀性。,Ti,稳定金相组织，不锈钢中能,减少铬与碳的化合。,Al,Si,提高,高温抗氧化性,，本身生成致密的氧化膜。,各元素的作用,：,91,1.5.6,低温用钢,低温环境,天然气液化、空气分离、润滑油脱脂、轻烃回收等。,普通碳钢在低温下（,-20以下,）变脆，冲击韧性显著下降。,低温用钢的组织成分特点：,一般低温（,-40-20,),钢,含,碳量很低的铁素体,组织，再加入适量的,Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N,等元素。,如,16,MnDR,09MnNiDR,等。,深冷（,-40以下),用钢,含,碳量低的奥氏体,组织。如 15,Mn26Al4。,92,1.5.7,钢材的品种和规格,1）钢板,P320,附录十,2）钢管,P306,附录七,无缝钢管,表示法：,如,f21910,其中 219-,钢,管的外径,mm；,10-,钢管名义壁厚,mm,。,有缝钢管,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.,93,3）型钢,圆钢,方钢,扁钢,等边角钢,不等边角钢,工字钢,槽钢,H,型钢,94,4）铸钢和锻钢,钢水铸造成型-铸钢。,如：,ZG200-400,式中200-屈服点,400-抗拉强度。,精密铸造！,钢坯锻压成型,-锻钢,95,1.6,有色金属材料,1.6.1,铝及其合金,1.,特性：,1,）密度小，体轻；,2,）导电、导热性好。不产生火花；,3,）塑性高，强度低；,4,）易冷加工，可焊，可铸；,5,）耐低温；,6,）一定的耐腐蚀性；,7,）,不污染食物。,(?),96,1,）纯铝：高纯铝,L01,，,L02,（浓硝酸设备）；,工业纯铝,L1,，,L2,，,L4,（换热器，塔，储罐，深冷设备等）。,2,）铸造铝合金,ZL,（泵，阀门，离心机等）。,3,）防锈铝合金,LF,（深冷设备，分离塔等）。,铝和铝合金很适合于低温设备,!,2.,常用铝材：,97,1.6.2,铜及其合金,1.,纯铜（紫铜）,特性：,1,）塑性好，导电性好，导热好；,2,）低温下保持较高塑性和冲击韧性；,3,）在干燥的空气中稳定,耐低浓度酸,(,除硝酸,),。,用场：深冷装置；密封垫片。,常用材料：,T2,，,T3,，,T4,，,TUP,（用磷脱氧的无氧纯铜）。,98,2.,黄铜,铜与锌的合金。,特性：铸造性能好；较高的力学性能；易切削加工；可焊接；耐蚀性较好；有应力腐蚀开裂倾向。,化工常用材料：,H80,H68,H62,等,。,铜含量,%,代号,99,3.,青铜,铜与锌以外的金属组成的合金,.,常用材料：锡青铜（铜锡合金）,铸造青铜用场较多。,特点：良好的耐腐蚀性，耐磨性。,用场：泵壳，轴承，涡轮，阀门等。,100,1.6.3,钛及其合金,特点：,1,）密度不大而强度高；,2,）耐腐蚀性能近乎或超过不锈钢；,3,）耐热。,用场：航空工业，化学工业。,1.6.3,铅及其合金,特点：,1,）强度、硬度低、软；,2,）耐腐蚀性；,3,）耐辐射。,用场：设备衬里。,101,102,1.7,非金属材料,1.7.1,无机非金属材料,1.,化工陶瓷,特点：,1,）良好的耐腐蚀性能；,2,）足够的不透性、耐热性；,3,）一定的机械强度；,4,）性脆易裂，导热性差。,用场：化工陶瓷设备及管道，管件等。,103,2.,化工搪瓷,含高硅的瓷釉经,900,煅烧，密着在金属胎表面而成。,特点：,1,）优良的耐腐蚀性能；,2,）优良的电绝缘性能；,3,）易碎裂。,用场：搪瓷设备，如反应釜、储罐、换热器、塔、阀门等。,3.,辉绿岩铸石,104,辉绿岩熔融后铸成的,特点：,1,）优良的耐腐蚀性能（除氢氟酸、熔融碱）；,（,2,）硬度大；,（,3,）脆性大，不受冲击,用场：设备衬里、管材。,特点：,1,）良好的耐腐蚀性能；,2,）良好的耐热性；,3,）清洁、透明、阻力小、价格低,用场：管道、容器、反应器、热交换器等。,105,4.,玻璃（硼玻璃、高铝玻璃）,106,1.7.2,有机非金属材料,1.,工程塑料,高分子合成树脂,+,填料,提高力学性能；,增塑剂,降低硬度和脆性；,稳定剂,延缓老化；,固化剂,加快固化速度。,特点：,1,）良好的耐腐蚀性能；,2,）一定的机械强度；,3,）密度不大；,4,）价格较低。,107,常用材料：,硬聚氯乙烯塑料,聚乙烯塑料,耐酸酚醛塑料,聚四氟乙烯塑料,玻璃钢,2.,涂料,高分子胶体的混合物溶液。,用途：设备防腐,常用涂料：,防锈漆；,底漆；,大漆；,环氧树脂漆；,酚醛树脂漆。等。,108,3.,不透性石墨,各种树脂侵汲石墨，消除孔隙而成。,特点：,1,）较高的化学稳定性和良好的导热性，热膨胀系数小，耐温度急变性好；,2,）不污染介质；,3,）加工性能好，相对密度小；,4,）力学性能较低，性脆。,用场：腐蚀性强的换热器；泵，管道，机械密封环，爆破片等。,109,1.8,化工设备的腐蚀及防腐措施,1.8.1,金属的腐蚀,金属与周围介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏,分类：化学腐蚀和电化学腐蚀,1.,金属腐蚀的评定方法：,1,）质量变化评定法,试验测定，单位表面、单位时间腐蚀引起的质量变化量。,K=M0-M1/Ft,式中：,K,腐蚀速度，,g/,（）,M0,，,M1,试件前后质量,F,试件与腐蚀介质接触的面积,t,腐蚀作用的时间,111,2,）腐蚀深度评定法,用每年金属厚度的减少量表示腐蚀速度。,P,金属的相对密度,Ka,金属厚度每年的减小量，,mm/a,112,113,2.,化学腐蚀,金属遇到干燥气体或非电解质溶液发生的腐蚀。,特点：,1,）腐蚀产物在金属表面；,2,）腐蚀过程中无电流产生。,腐蚀产物特性：,1,）致密而稳定，与金属结合牢固,钝化膜,钝化作用,；,2,）不稳定，与金属结合不牢固,脱落,活化作用,。,114,（,1,）金属的高温氧化及脱碳,金属在高温下的气体腐蚀。,解决方法：冶炼时加入铬，硅或铝,不起皮钢,115,脱碳反应：,Fe,3,C+O,2,=3Fe+CO,2,Fe,3,C+CO,2,=3Fe+CO,Fe,3,C+H,2,O=3Fe+CO+H,2,温度,700,时,脱碳作用。,力学性能下降。,116,（,2,）氢腐蚀,铁碳合金发生氢腐蚀的开始温度和压力：,压力,/MPa,温度,/,压力,/MPa,温度,/,310,300280,3040,220210,1020,270240,4060,210200,2030,230220,6080,200190,第一阶段：氢脆,以原子状态侵入钢材内部，聚集，使钢变脆。与氢在钢中的溶解度成正比。,117,第二阶段：氢侵蚀,发生化学反应：,Fe,3,C+2H,2,=3Fe+CH,4,危害,：,1,）甲烷在晶界聚集，成为裂纹源；,2,）甲烷在钢材表面鼓泡，降低力学性能；,3,）渗碳体还原为铁素体，体积减小，产生组织应力，促进裂纹扩展。又提供氢和甲烷聚集条件，加重氢侵蚀,钢材组织成为网格。,118,3.,电化学腐蚀,金属与电解液接触发生电化学反映。,三个环节：,119,发生电化学腐蚀必备条件：,1,）同一金属中有不同电位的组织成分或存在不同电位的金属；,2,）阳极和阴极互相连接；,3,）阳极和阴极同处在连通的电解液中。,1,双金属腐蚀,避免双金属腐蚀,的措施,121,1.8.2,晶间腐蚀和应力腐蚀,均属于电化学腐蚀。,1.,晶间腐蚀,腐蚀性介质沿晶粒间渗入金属深处，腐蚀破坏金属晶粒间的结合力，使之强度和塑性完全丧失。,“,内部瓦解,”,作用。,不锈钢有晶间腐蚀可能：,在,450850 ,之间，生成,(CrFe),23,C,6,，,沿晶界析出，晶界成为贫铬带。在电化学行为中，贫铬带成为阳极，晶粒成为阴极，形成微电池。,122,解决办法：,1,）钢中加入,Ti,和,Nb,元素；,2,）减少不锈钢中的碳含量。,123,2.,应力腐蚀,亦称腐蚀开裂,金属在腐蚀性介质和拉应力共同作用下产生的破坏形式。,腐蚀断裂过程分三个阶段：,1,）孕育阶段,机械裂纹。,2,）裂纹扩展,裂纹尖端为高度应力集中区，出现微电池。,3,）破坏阶段。,124,裂纹扩展应力腐蚀：,125,1.8.3,金属腐蚀破坏的形式,危险性较小，,壁厚有保证即可。,危险性较大,，,隐蔽；,穿孔泄漏；,局部应力过大,。,126,1.8.4,金属设备的防腐措施,1.,衬覆保护层,1,）金属保护层,电镀，喷镀，衬里等。,2,）非金属保护层,非金属衬里,瓷砖，石墨板，水玻璃胶泥；,防腐涂料,防腐漆，环氧树脂等。,2.,电化学保护,1,）阳极保护,被保护设备接直流电源阳极，生成,“,钝化膜,”,。,127,2,）阴极保护,牺牲阳极保护,。,128,3.,添加缓蚀剂,腐蚀性介质中加入少量缓蚀剂，降低或停止腐蚀作用。,注意！,1,）不影响产品（介质）质量；,2,）符合性；,3,）种类和用量要经试验确定。,129,1.9,化工设备材料选择的,一般原则,要考,虑,：,设备的操作条件,压力、温度、介质特性、操作特点；,材料的使用性能,力学性能、物理性能、化学性能；,加工工艺性能,焊接性能、热处理性能、冷弯性能及其他冷热加工性能；,经济合理性及设备结构,材料价格、制造费用和使用寿命。,130,选材一般原则,：,1,）,压力容器用钢材应符合,GB150-1998,钢制压力容器的要求，设计压力不大于,35,MPa,。接受,压力容器安全技术监察规程,的监督。,2,）压力容器承压件用普通碳钢钢板的适用范围,：,钢板牌号,使用温度,设计压力,MPa,壳体厚度,mm,其他限制,Q235-B,0350,1.6,20,不得用于高度毒性和极度危害介质,Q235-C,0400,2.5,30,131,3.,设计温度应在允许使用温度范围内。见书,p49,表1-30。,4.,耐腐蚀,!同时考虑正常生产、停车、空料、内填料等的实际情况。,132,6.,其他,（1）高压设备应优先选用低合金高、中强度钢，从而节省钢材。,（2）承受刚度控制的设备，不宜采用高强度材料。,（3）1,Cr18Ni9Ti,钢材使用温度不高于500时，许用应力按0,Cr18Ni10Ti,选取,。,用于储存或盛装气体、液体、液化气体等介质的设备,134,使热量从热流体到冷流体的设备,135,实现气液相或液液相充分接触,136,通过化学反应转变为反应产物的设备,137,138,谢谢大家！,结 语,