第二章化工材料介紹

1、化工設(shè)備化工設(shè)備 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)化工設(shè)備材料化工設(shè)備材料一、化工設(shè)備對(duì)材料的基本要求和選材原則一、化工設(shè)備對(duì)材料的基本要求和選材原則二、材料的性能二、材料的性能三、碳鋼與鑄鐵三、碳鋼與鑄鐵四、合金鋼四、合金鋼五、有色金屬材料五、有色金屬材料六、非金屬材料六、非金屬材料七、設(shè)備的腐蝕與防腐七、設(shè)備的腐蝕與防腐一、化工設(shè)備對(duì)材料的基本要求和選材原則一、化工設(shè)備對(duì)材料的基本要求和選材原則 現(xiàn)代化工生產(chǎn)條件很復(fù)雜，溫度從低溫到高溫，壓力從真空到超高壓；物料有易然、易爆、劇毒或強(qiáng)腐蝕等。因此，要求材料有較高的強(qiáng)度，又具有良好的塑性、韌性和可焊性等加工性能；同時(shí)，還要耐高低溫、耐腐蝕。在進(jìn)行設(shè)計(jì)選材時(shí)，

2、應(yīng)充分了解生產(chǎn)工藝過(guò)程，介質(zhì)特性與溫度、壓力對(duì)材料耐腐蝕和強(qiáng)度的要求等；了解工藝條件對(duì)材料的限制，如材料是否會(huì)污染產(chǎn)品等；了解所選材料能否滿(mǎn)足設(shè)備的功能與結(jié)構(gòu)要求，如換熱設(shè)備的材料除具有良好的耐腐蝕外，還要有良好的導(dǎo)熱性等；了解開(kāi)停車(chē)速度、頻率，溫度波動(dòng)程度對(duì)選材的要求等。 選材原則選材原則是：滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求，保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行，具有良好的加工成型工藝性能，包括材料、加工制造、使用、維修、更換設(shè)備的總費(fèi)用最低。 二、材料的性能二、材料的性能2.1 力學(xué)性能（機(jī)械性能）力學(xué)性能（機(jī)械性能）強(qiáng)度：是材料抵抗外力作用不發(fā)生破壞的能力。 彈性極限、屈服極限、強(qiáng)度極限疲勞極限（材料經(jīng)過(guò)無(wú)限次反復(fù)交變

3、載荷不受破壞的最大應(yīng)力）蠕變極限（材料在某一溫度下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生變形量為1時(shí)的最大應(yīng)力）硬度：是材料抵抗壓入物體壓陷能力的大小 布氏硬度（hb）、洛氏硬度（hrc）、維氏硬度（hv)塑性：是材料受力時(shí)，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后，能產(chǎn)生顯著變形而不立即斷裂的性質(zhì)。 延伸率、斷面收縮率韌性：材料在外加動(dòng)載荷突然襲擊時(shí)的一種及時(shí)迅速塑性變形的能力?；ぴO(shè)備鋼板沖擊韌性ak值不得低于30j/cm2二、材料的性能二、材料的性能2.2 物理性能物理性能密度、熔點(diǎn)、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)電性、彈性模量和泊桑比等。2.3 化學(xué)性能化學(xué)性能耐腐蝕性能是指抵抗各種腐蝕液浸蝕的能力抗氧化性耐高溫氧化2.4

4、加工性能加工性能可鍛造性、可鑄性、焊接性和可切削性三、碳鋼與鑄鐵三、碳鋼與鑄鐵1、碳鋼是指含碳量在0.022鐵碳合金。含碳量小于0.02叫純鐵。大于2是鑄鐵。2、鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：鐵的體心立方晶格加熱時(shí)，在910度恒溫下轉(zhuǎn)變成面心立方晶格。反之，冷卻時(shí)面心立方晶格可變?yōu)轶w心立方晶格。面心立方晶格體心立方晶格910度三、碳鋼與鑄鐵三、碳鋼與鑄鐵3、碳鋼的基本組織鐵素體 碳溶解在體心立方晶格中形成的固溶體奧氏體 碳溶解在面心立方晶格中形成的固溶體滲碳體 碳部分溶解在體心立方晶格中或面心立方晶格其 余部分碳與鐵形成一種化合物。常用有碳素鋼、鑄鐵珠光體 鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合萊氏體 珠光體與滲碳體的

5、共晶混合物馬氏體 碳原子在體心立方晶格中過(guò)飽和的固溶體，是高溫急冷下來(lái)的組織。三、碳鋼與鑄鐵三、碳鋼與鑄鐵4、鋼的熱處理通過(guò)加熱、保溫和不同的冷卻方式，改變金相組織以滿(mǎn)足所要求的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，這種加工工藝稱(chēng)為熱處理。常用的方法有：退火、正火、淬火和回火。熱處理工藝曲線(xiàn)時(shí)間溫度加熱保溫冷卻三、碳鋼與鑄鐵三、碳鋼與鑄鐵退火退火：是把材料放在爐中緩慢加熱到臨界點(diǎn)以上溫度，保溫一段時(shí)間，然后隨爐溫緩慢冷卻下來(lái)。正火正火：是退火是把材料放在爐中緩慢加熱到臨界點(diǎn)以上溫度，保溫一段時(shí)間，然后在空氣中冷卻。其作用是降低材料的硬度，提高塑性、調(diào)整組織結(jié)構(gòu)，消除部分內(nèi)應(yīng)力，改善力學(xué)性能。淬火淬火：是將材料

6、加熱到淬火溫度，并保溫一段時(shí)間，然后投入淬火劑中冷卻的一種熱處理工藝。作用是增加材料的硬度、強(qiáng)度和耐磨性?；鼗鸹鼗穑菏菍⒋慊鸷蟮牟牧线M(jìn)行較低溫的加熱與冷卻熱處理工藝。作用是降低淬火后的內(nèi)應(yīng)力，使金相組織更趨于穩(wěn)定。并提高性能。調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)：是把淬火和高溫下的回火操作，比其它熱處理方法更能改善材料的綜合力學(xué)性能。三、碳鋼與鑄鐵三、碳鋼與鑄鐵5、雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響、雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響硫：有害元素，含硫量高，引起熱脆現(xiàn)象。普通鋼0.0550.7、優(yōu)質(zhì)鋼0.030.045、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼0.020.025磷：有害元素，含量高，引起冷脆現(xiàn)象。普通鋼0.085、優(yōu)質(zhì)鋼0.04、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼0.025錳：

7、有益元素，作脫氧劑，降低鋼的脆性，提高鋼的強(qiáng)度與硬度。優(yōu)質(zhì)鋼0.50.8三、碳鋼與鑄鐵三、碳鋼與鑄鐵5、雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響、雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響硅：有益元素，作脫氧劑，降低鋼的脆性，提高鋼的強(qiáng)度與硬度。一般不超過(guò)0.5氧：有害元素，含氧量使鋼的強(qiáng)度和塑性降低。氫：有害元素，含氫引起鋼的氫脆和白點(diǎn)等缺陷。5. 碳鋼的分類(lèi)碳鋼的分類(lèi)三、碳鋼與鑄鐵三、碳鋼與鑄鐵1 普通碳素鋼（普通鋼）磷含量不大于0.045，硫含量不大于0.05鋼的牌號(hào)由代表屈服強(qiáng)度的字母、屈服強(qiáng)度值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法等四個(gè)部分組成。如q235a.f，q235-b。其符號(hào)的意義：q鋼材屈服點(diǎn)“屈”字漢字拼音首位字母；

8、235屈服強(qiáng)度值。mpa；a、b、c、d分別是質(zhì)量等級(jí)；f沸騰鋼“沸”b半鎮(zhèn)靜鋼“半”z鎮(zhèn)靜鋼“鎮(zhèn)”tz特殊鎮(zhèn)靜鋼“特鎮(zhèn)”三、碳鋼與鑄鐵三、碳鋼與鑄鐵2、優(yōu)質(zhì)鋼 磷含量不大于0.035，硫含量不大于0.04。 按含錳量的高低分普通含錳量?jī)?yōu)質(zhì)鋼低于0.7；高含錳量?jī)?yōu)質(zhì)鋼0.71.2。牌號(hào)由表示含碳量萬(wàn)分?jǐn)?shù)的兩位數(shù)字后面緊跟元素符號(hào)mn組成。30mn 中30代表平均含碳量0.3，標(biāo)出mn表示其含錳量較高，達(dá)0.71.2。此外，有專(zhuān)門(mén)用途的鋼材，如鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、焊接氣瓶用鋼等，它們的編號(hào)方法是在鋼號(hào)后面分別加注g、r、hp等。三、碳鋼與鑄鐵三、碳鋼與鑄鐵6.鑄鐵鑄鐵 含碳量2.54.0 強(qiáng)

9、度較低、脆性材料、但成本低?？煞譃榛诣T鐵、球墨鑄鐵和高硅鑄鐵。 灰鑄鐵：碳大部分或全部以自由狀態(tài)的片狀石墨形式存在。性能是抗壓強(qiáng)度低、抗拉強(qiáng)度低、沖擊韌性低。用于制作支架、閥體、泵體、機(jī)座等。球墨鑄鐵：在鐵水中加入了球化劑、石墨化劑，使碳以球狀石墨結(jié)晶存在。其強(qiáng)度、塑性和韌性超過(guò)灰鑄鐵，以至接近鋼材，但價(jià)格低于鋼材。用作主軸、連桿、中壓閥門(mén)等。高硅鑄鐵：在上述鑄鐵中加入一定量的硅。硬度高、耐腐蝕。用作各種泵、熱交換器。四、合金鋼四、合金鋼普通低合金鋼普通低合金鋼：是在碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量的si、cu、v、ti等合金元素，可以大大提高鋼材的強(qiáng)度，并改善鋼材的耐腐蝕性、高低溫性能及焊接性能?？捎米?/p>

10、高低壓力容器和塔設(shè)備。它的編號(hào)是：由表示平均含碳量萬(wàn)分?jǐn)?shù)的數(shù)字，加上表示所含主要合金元素的的元素符號(hào)和表示合金元素平均含量的百分?jǐn)?shù)的數(shù)字組成。平均含碳量小于千分之的用“0”表示，小于萬(wàn)分之三的用“00”表示；平均合金含量小于1.5的在牌號(hào)中只標(biāo)出合金元素符號(hào)，不注合金含量；平均含量為1.52.49，2.53.49相應(yīng)地注為2，3，。用作壓力容器的在牌號(hào)后加“r”，如果是低溫用鋼應(yīng)加“d” 例：35crmnsiar表示含碳量0.35，cr、mn、si含量在1左右，a高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，r表示壓力容器用鋼。不銹鋼：不銹鋼：是在碳鋼中加入鉻和鎳元素，耐氧化和腐蝕。不銹鋼牌號(hào)的編寫(xiě)與普通低合金鋼類(lèi)似只是把元素

11、及含量列出。例：1cr13ni12ti 表示碳含量0.10.15，cr是13ni是12，ti是1左右。前面是0表示碳含量小于0.1，2表示0.2左右。不銹鋼的含碳量很低，提高耐腐蝕性。碳與鉻形成鉻的碳化物，使鉻的有效含量（大于12）降低，使鋼的耐腐蝕性下降。主要分為兩類(lèi)：鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼。后者較前者更能耐氧化性酸。但對(duì)還原性酸不耐蝕，如鹽酸，氯離子引起鋼板發(fā)生晶間腐蝕，鋼板穿孔。為了減少晶間腐蝕，1是在鋼中加入與碳親合力比鉻更強(qiáng)的鈦、鈮等元素以形成穩(wěn)定的tic、nbc等，將碳固定在這些化合物中；2是減少不銹鋼中的含碳量以防止產(chǎn)生晶間腐蝕。四、合金鋼四、合金鋼五、有色金屬材料五、有色金屬材料

12、鐵以外的金屬稱(chēng)為有色金屬。常用的有鋁、銅及其合金等。有其特殊的優(yōu)越性能如導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，密度小，熔點(diǎn)高，有低溫韌性，耐腐蝕等。但價(jià)格比較貴。用于有特殊要求的場(chǎng)合。用于腐蝕、低溫、高溫、高壓等特殊工藝條件5.1鋁及其合金 鋁是輕金屬，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好。在氧化性介質(zhì)中易形成三氧化二鋁保護(hù)膜耐腐蝕。無(wú)低溫脆性、對(duì)光合熱的反射能力強(qiáng)，耐輻射，沖擊不產(chǎn)生火花。五、有色金屬材料五、有色金屬材料純鋁 高純鋁牌號(hào)：lg1、lg2等，用來(lái)制造對(duì)耐腐蝕要求高的濃硝酸設(shè)備；工業(yè)純鋁牌號(hào)l1、l2等用于制造含硫介質(zhì)設(shè)備要求耐腐蝕、防污染而不要求強(qiáng)度的設(shè)備，如熱交互器、反應(yīng)器、深冷設(shè)備等。防銹鋁 牌號(hào)lf2、lf3等，耐潮

13、濕大氣腐蝕、有好的塑性，強(qiáng)度比純鋁高，用制造分餾塔、容器和熱交換器鑄鋁是鋁硅合金。牌號(hào)是zalsi7mg。鑄造性和流動(dòng)性好。耐腐蝕性好，用于鑄造形狀復(fù)雜的耐腐蝕零件，如泵、管件、閥門(mén)等五、有色金屬材料五、有色金屬材料5.2銅及其合金 具有高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，較好的塑性、韌性及低溫力學(xué)性能，在許多介質(zhì)中有高耐腐蝕性。純銅：也稱(chēng)紫銅，牌號(hào)有t0、t1、t2、t3、t4五種，在低溫時(shí)能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)備的墊片。除硝酸、氨和胺鹽外，能耐各種酸。黃銅：銅與鋅的合金，牌號(hào)有h80、h68、h62等，鑄造性能好力學(xué)性能比純銅好，耐腐蝕性能與純銅相似，價(jià)格便宜，在化工上應(yīng)用較

14、廣。還可以加其它元素，作容器的零件，深冷設(shè)備的筒體、管板、法蘭和螺母等。青銅：銅與鋅以外的其它元素組成的合金稱(chēng)為青銅。分為無(wú)錫青銅和錫青銅。如zqsn101錫青銅有較高的強(qiáng)度和硬度，鑄造性能好，耐腐蝕，制作泵殼、閥門(mén)、軸承、渦輪、齒輪等。六、非金屬材料六、非金屬材料玻璃：不是鈉鈣玻璃而是耐熱玻璃和高鋁玻璃，有好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性、透明阻力小，價(jià)格低，但質(zhì)脆不耐沖擊、耐溫度急變性差。用作容器、反應(yīng)器、泵、隔膜閥特性：耐腐蝕、來(lái)源廣、品種多、重量輕。主要作設(shè)備的保護(hù)襯里、涂層、密封材料、保溫材料和耐火材料。6.1無(wú)機(jī)非金屬材料陶瓷：良好的耐腐蝕性、不透明、耐熱性和一定的機(jī)械強(qiáng)度。導(dǎo)熱性差、熱膨脹

15、系數(shù)大、受碰擊或溫差急變而易破裂。用作塔、反應(yīng)器、容器、泵、儲(chǔ)槽、攪拌器和管件等。六、非金屬材料六、非金屬材料6.2有機(jī)非金屬材料工程塑料：用高分子合成樹(shù)脂為主要原料，在一定溫度和壓力成型產(chǎn)品，如泵、閥等。分熱塑性塑料（聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯等）和熱固性塑料（酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂）等。涂料：高分子膠體涂在物體表面，形成薄涂層，起防腐防銹的作用。品種多、適應(yīng)性強(qiáng)、使用方便、價(jià)格低。但涂層易脫落。不透性石墨：各種樹(shù)脂浸漬石墨消除微孔得到的材料。優(yōu)點(diǎn)是較高的化學(xué)穩(wěn)定性和好的導(dǎo)熱性，熱膨脹系數(shù)小，耐溫急變性好。但機(jī)械性能較低，性脆。制作泵、管道、密封圈、安全爆破片等。七、金屬的腐蝕與防腐七、金屬的腐蝕與防腐7.1化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕是金屬表面與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而產(chǎn)生損壞，腐蝕在金屬表面上，腐蝕過(guò)程中沒(méi)有電流產(chǎn)生。如高溫下的氧化、脫碳和氫化。電化學(xué)腐蝕是金屬與電解質(zhì)溶液間產(chǎn)生電化學(xué)作用所發(fā)生的腐蝕。特點(diǎn)是在腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生。如酸、堿、鹽溶液和工業(yè)用水等7.2金屬設(shè)備的防腐涂保護(hù)層、電化學(xué)保護(hù)和腐蝕介質(zhì)的處理七、金屬的腐蝕與防腐七、金屬的腐蝕與防腐7.2金屬設(shè)備的防腐涂保護(hù)層、電化學(xué)保護(hù)和腐蝕介質(zhì)的處理金屬覆蓋層：鍍鉻、鎳等耐腐蝕性強(qiáng)的金屬