化工設(shè)備材料（課堂PPT）

1、1 第七章 化工設(shè)備材料及其選擇2概述n化工設(shè)備的使用環(huán)境 化工設(shè)備處在極其復(fù)雜的操作條件下運(yùn)行，合理的選用和使用材料是設(shè)計(jì)化工設(shè)備的重要環(huán)節(jié)。 壓力：真空低壓中壓 高壓超高壓溫度：低溫中溫高溫介質(zhì)：腐蝕性；有毒；易燃；劇毒。制造：經(jīng)過(guò)冷、熱加工成型；焊接。3概述n本章學(xué)習(xí)的要求掌握材料的性能，影響材料性能的因素以及改變材料性能的方法和途徑；掌握金屬材料的分類(lèi)及牌號(hào)，化工設(shè)備常用金屬材料：碳素鋼、鑄鐵、低合金鋼及特種鋼的牌號(hào)、性能以及選用。了解有色金屬材料、有機(jī)非金屬材料的種類(lèi)及應(yīng)用。了解化工設(shè)備的腐蝕與防護(hù)措施。47.1 金屬材料的性能金屬材料的性能5力學(xué)性能力學(xué)性能是指金屬材料在外力作用下

2、抵抗變形或破壞的能力，如強(qiáng)度、硬度、彈性、塑性、韌性等。這些性能是化工設(shè)備設(shè)計(jì)中材料選擇及計(jì)算時(shí)決定許用應(yīng)力的依據(jù)。 6低碳鋼的拉伸試驗(yàn)abcdfpesbogh = P/A0 = l / l0 曲線A0為試件的原始截面積l0為試件的初始標(biāo)距材料強(qiáng)度的衡量指標(biāo)以材料在達(dá)到允許的變形程度或斷裂前所能承受的最大應(yīng)力來(lái)表示。材料在常溫下材料在常溫下的強(qiáng)度指標(biāo)的強(qiáng)度指標(biāo)屈服極限屈服極限s強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限bn屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比：s/ b 屈強(qiáng)比小，表明材料具有較大的屈強(qiáng)比小，表明材料具有較大的塑性?xún)?chǔ)備塑性?xún)?chǔ)備。強(qiáng)度及其主要指標(biāo)強(qiáng)度及其主要指標(biāo)固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形或斷裂的特性。例如： 容器爆裂；

3、管道破裂; 地腳螺栓拉斷; 爐管爆裂； 強(qiáng)度不夠！材料在高溫下材料在高溫下的強(qiáng)度指標(biāo)的強(qiáng)度指標(biāo)蠕變極限蠕變極限n持久強(qiáng)度持久強(qiáng)度Dn“蠕變?nèi)渥儭爆F(xiàn)象：現(xiàn)象： 高溫高壓的蒸汽管道下?lián)献冃?；高溫高壓下法蘭及螺栓蠕變變形而泄漏；鉛絲在常溫下受重力作用而變長(zhǎng)變細(xì)。 “蠕變強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度”： 材料在高溫高溫下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力能力，以 n n 表示，單位MPa 。持久強(qiáng)度（持久強(qiáng)度（ D D）n定義：在一定溫度下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間斷定義：在一定溫度下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間斷裂時(shí)的應(yīng)力，以裂時(shí)的應(yīng)力，以 D D 表示，單位表示，單位MPa MPa 。-是一定溫度和一定載荷下，材料抵抗是一定溫度和一定載荷下，材

4、料抵抗斷裂的能力。斷裂的能力。 n 材料抵抗斷裂的能力越大，在相同的條件下，能支持的時(shí)間越久。n規(guī)定規(guī)定：化工設(shè)備設(shè)計(jì)壽命一般為化工設(shè)備設(shè)計(jì)壽命一般為十萬(wàn)小時(shí)十萬(wàn)小時(shí)，所以用試件在十萬(wàn)小時(shí)，所以用試件在十萬(wàn)小時(shí)斷裂時(shí)的應(yīng)力作為持久強(qiáng)度。斷裂時(shí)的應(yīng)力作為持久強(qiáng)度。疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度n構(gòu)件或零件受到大小和方向變化的交變載荷作用，應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服點(diǎn)就斷裂 疲勞。n“疲勞極限”構(gòu)件或零件在交變載荷作用下不致斷裂的最大應(yīng)力。表示符號(hào)：-1 (MPa)。n例如： 頻繁開(kāi)、停車(chē)容器內(nèi)壓力或溫度波動(dòng)； 活塞式壓縮機(jī)壓縮氣體容器及管道內(nèi)壓力波動(dòng)； 離心泵頻繁開(kāi)停機(jī)或震動(dòng)泵軸受力成交變式。 塑性及其主要指標(biāo)塑性及其主

5、要指標(biāo)n金屬的塑性：金屬的塑性：外力作用下產(chǎn)生塑性變形，而不破壞的性質(zhì)。n因塑性不足引起材料破壞的例子： 鍛件裂紋; 卷板裂紋; 焊縫熱影響區(qū)裂紋主要指標(biāo)主要指標(biāo)(1) 延伸率（）（2）斷面收縮率（）斷面收縮率（y y）如：純鐵的延伸率為50%， 20R的d5不小于25% ； 16MnR的d5不小于21%； 1Cr18Ni9Ti的d5不小于40%。積。斷裂后試件的最小截面試件的原始截面積；式中kkFFFF000F%100y（3）冷彎性能）冷彎性能 室溫下對(duì)試板以一定的內(nèi)半徑（R=0.53板厚）進(jìn)行彎曲，a=1200或1800 ，是否出現(xiàn)裂紋或起層。-是鋼材塑性指標(biāo)和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)是鋼材塑性

6、指標(biāo)和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。塑性指標(biāo)的實(shí)際意義：塑性指標(biāo)的實(shí)際意義：n便于成型加工和焊接。如彎卷、鍛壓、冷沖、焊接等；n使構(gòu)件在承載后由于變形而避免發(fā)生斷裂。壓力容器及其零件都需要具備這壓力容器及其零件都需要具備這個(gè)性質(zhì)個(gè)性質(zhì)。硬度的概念硬度的概念n金屬材料表面抵抗其它硬物壓入的能力。 n硬度高材料強(qiáng)度也高，耐磨性較好；綜合性能指標(biāo)綜合性能指標(biāo)。 布氏硬度試驗(yàn)示意圖常用硬度指標(biāo)：常用硬度指標(biāo)： 布氏硬度（HBS); 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC); 維氏硬度（HV)等。硬度和強(qiáng)度間有一定關(guān)系：硬度和強(qiáng)度間有一定關(guān)系： 如：低碳鋼b36HBS;沖擊韌性及指標(biāo)（沖擊韌性及指標(biāo)（A Ak k）材料

7、在外加動(dòng)載荷作用下的一種吸收機(jī)械能，材料在外加動(dòng)載荷作用下的一種吸收機(jī)械能，迅速塑性變形，抵抗斷裂的能力。迅速塑性變形，抵抗斷裂的能力。沖擊韌性值的試驗(yàn)確定沖擊韌性值的試驗(yàn)確定n擺錘沖斷試樣所失去的位能為沖擊功沖擊功（試件所吸收的功）： Ak =G(H1-H2) 焦耳焦耳！吸收功的高低取決于！吸收功的高低取決于 材料能否迅速塑性變形的能力。材料能否迅速塑性變形的能力。 沖擊韌性與塑性的區(qū)別：沖擊韌性與塑性的區(qū)別：材料的沖擊韌性高，其塑性也高；反之，材料塑性高，材料的沖擊韌性高，其塑性也高；反之，材料塑性高，其沖擊韌性不一定高。其沖擊韌性不一定高。 靜載荷下能夠緩慢塑性變形的材料，在動(dòng)載荷靜載荷

8、下能夠緩慢塑性變形的材料，在動(dòng)載荷下不一定能迅速塑性變形。下不一定能迅速塑性變形。本質(zhì)區(qū)別在于材料在動(dòng)載荷作用下是否能夠本質(zhì)區(qū)別在于材料在動(dòng)載荷作用下是否能夠迅速發(fā)迅速發(fā)生塑性變形生塑性變形，吸收沖擊能量。，吸收沖擊能量。脆性材料的k值遠(yuǎn)低于塑性材料的k值。塑性金屬當(dāng)溫度達(dá)到冷脆溫度時(shí)，k值驟然下降，因此化工設(shè)備中，低溫容器所用鋼板的k值不得低于30J/cm2。銅合金、鋁合金及含鎳較高的鎳合金，無(wú)k突變的臨界溫度。缺口敏感性缺口敏感性在帶有一定應(yīng)力集中的缺口缺口條件下，材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。 韌性范疇韌性范疇靜載荷下抵抗裂紋擴(kuò)展的性靜載荷下抵抗裂紋擴(kuò)展的性能能。 沖擊韌性？沖擊韌性？ 是動(dòng)載

9、荷作用下抵抗裂紋擴(kuò)展是動(dòng)載荷作用下抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。的能力。21物理性能物理性能密度，熔點(diǎn)，線膨脹系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)，比熱容，電阻率，磁導(dǎo)率，彈性模量，泊桑比等?；ぴO(shè)備設(shè)計(jì)與制造主要考慮的物理性能化工設(shè)備設(shè)計(jì)與制造主要考慮的物理性能：線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù) 異種鋼焊接收縮率不同，引起變形或損壞； 復(fù)合鋼板（如不銹鋼與碳鋼)熱變性不同,容器殼體將會(huì)？ 設(shè)備襯里（如碳鋼殼體內(nèi)噴涂鋁）熱變性不同時(shí)？ 固定管板式換熱器的管子與殼體線膨脹量相差過(guò)大，將會(huì)？ 碳鋼表面電鍍一層銅升溫后會(huì)？彈性模量彈性模量E E與泊桑比泊桑比彈性模量E：金屬材料對(duì)彈性變形抗力的指標(biāo)，是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的。是衡量材料

10、產(chǎn)生彈性變形難易程度的。 隨著溫度升高而降低隨著溫度升高而降低。泊桑比：拉伸試件的單位橫向收縮與單位縱向伸長(zhǎng)之比。 各種鋼材近乎為 =0.3 =0.3 。2324化學(xué)性能化學(xué)性能金屬材料所處介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性，即是否會(huì)與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生腐蝕。主要考慮的化學(xué)性能：1.耐腐蝕性耐腐蝕性對(duì)介質(zhì)侵蝕的抵抗能力；金屬和合金對(duì)周?chē)橘|(zhì)，如大氣、水汽、各種電解液侵蝕的抵抗能力叫做耐腐蝕性?；どa(chǎn)中所涉及的物料，常會(huì)有腐蝕性。材料的耐蝕性不強(qiáng)，必將影響設(shè)備使用壽命，有時(shí)還會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。耐腐蝕性不是材料固有不變的特性,它隨材料的工作條件而改變。腐蝕裕量 化工設(shè)計(jì)中，為彌補(bǔ)因工作期間被介質(zhì)腐蝕掉

11、的金屬厚度，事先附加到設(shè)計(jì)尺寸上去，從而加大計(jì)算出來(lái)的零件直徑或壁厚，這部分增加的量為腐蝕裕度。在化工生產(chǎn)中，有很多設(shè)備和機(jī)械是在高溫下操作的，如氨合成塔、硝酸氧化爐、石油氣制氫轉(zhuǎn)化爐、工業(yè)鍋爐、汽輪機(jī)等。在高溫下，鋼鐵不僅與自由氧發(fā)生氧化腐蝕，使鋼鐵表面形成結(jié)構(gòu)疏松容易剝落的FeO氧化皮；還會(huì)與水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫等氣體產(chǎn)生高溫氧化與脫碳作用，使鋼的力學(xué)性能下降，特別是降低了材料的表面硬度和抗疲勞強(qiáng)度。因此，高溫設(shè)備必須選用耐熱材料。 2.抗氧化性抗氧化性在熱加工的高溫條件下抵抗氧化性介質(zhì)氧化的能力。氧化性介質(zhì)如水蒸氣、CO2 、SO2等。28金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能n可焊

12、性能可焊性能母材及焊劑熔融狀態(tài)的流動(dòng)性、凝固收縮率、熱塑性等；n鑄造性能鑄造性能流動(dòng)性、凝固收縮率等；n可鍛性能可鍛性能抗熱裂性、抗氧化性、熱塑性等；n切削加工性能切削加工性能n熱處理性能熱處理性能看容器加工工藝看容器加工工藝制造壓力容器的材料須具備什麼性能制造壓力容器的材料須具備什麼性能307.2 金屬材料的分類(lèi)及牌號(hào)金屬材料的分類(lèi)及牌號(hào)31 分類(lèi)分類(lèi)黑色金屬生鐵 鋼鋼碳素鋼合金鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼低合金鋼中合金鋼高合金鋼鋼普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼按化學(xué)成分：按質(zhì)量分：鋼沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼鋼建筑鋼結(jié)構(gòu)鋼彈簧鋼軸承鋼工具鋼特殊性能鋼按冶煉方法分：按用途分：有色金屬有色金屬銅及其合金：純（紫）銅

13、黃銅（銅鋅合金）錫青銅（銅錫合金）鋁青銅（無(wú)錫青銅）輕金屬及其合金鋁及鋁合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金34鋼鐵牌號(hào)及表示方法鋼鐵牌號(hào)及表示方法1.牌號(hào)的表示原則依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB221-2000,牌號(hào)中 化學(xué)元素化學(xué)符號(hào)或漢字表示； 產(chǎn)品用途、冶煉和澆鑄方法漢字或漢語(yǔ)拼音字母表示。例如：沸騰鋼F或沸 灰口鑄鐵HT或灰鐵 鑄鋼ZG 鍋爐鋼g或鍋 容器鋼R或容2.2.鋼號(hào)表示法鋼號(hào)表示法例：優(yōu)質(zhì)碳素鋼普通碳素鋼Q235-A,F沸騰鋼類(lèi)別為A鋼材屈服點(diǎn)(MPa)屈服點(diǎn)屈字的拼音首位字母沸騰鋼含碳量為0.08%；容器鋼含碳量為0.2%08F 20 R 低合金鋼16MnR 16含碳量0.16%； Mn合金元素；

14、 R 容器鋼。 特殊性能鋼1Cr18Ni9 1含碳量0.1%（千分?jǐn)?shù)）； Cr,Ni主要合金元素； 18含鉻量18%； 9 含鎳量9%。377.3 鐵碳合金及金屬的熱處理鐵碳合金及金屬的熱處理38概述鐵碳合金是鐵和碳組成的合金，是由95以上的鐵和0.054的碳及1左右的雜質(zhì)元素所組成。純鐵(工業(yè)純鐵)鋼鑄鐵鑄鐵24.339鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)n金屬的組織結(jié)構(gòu)在金相顯微鏡下看到的金屬的晶粒，簡(jiǎn)稱(chēng)組織。用電子顯微鏡，可以觀察到金屬原子的各種規(guī)則排列。這種排列稱(chēng)為金屬的晶體結(jié)構(gòu)純鐵在不同溫度下具有兩種不同的晶體結(jié)構(gòu)，即體心立方晶格與面心立方晶格。塑性較好強(qiáng)度較高40鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)n鐵910以下，純

15、鐵為體心立方晶格稱(chēng)a-Fe910以上，純鐵為面心立方晶格稱(chēng)為g-Fe910910(CCFeFeag 。加熱冷卻體心立方晶格）面心立方晶格）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變固態(tài)下鐵原子重新排列固態(tài)下鐵原子重新排列41鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)n碳C在Fe中的存在形式有固溶體（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(lái)形式的物體）、化合物和石墨三種。這三種不同的存在形式，形成了不同的碳鋼組織。C C溶解在溶解在FeFe的晶格中形成固溶體的晶格中形成固溶體727910 C 。鐵素體奧氏體2%2.11%時(shí)，加熱到高溫亦不能形成單一的奧氏體，不適于進(jìn)行熱壓加工。通常，將C=2.11%作為鋼和鑄鐵的分界。44鐵碳合

16、金的組織結(jié)構(gòu)C C以石墨狀態(tài)單獨(dú)存在以石墨狀態(tài)單獨(dú)存在當(dāng)C2.11%時(shí)，鑄鐵：鐵素體滲碳體石墨石墨本身性軟，且強(qiáng)度很低。分布在鑄鐵中的石墨，相當(dāng)于在合金基體（鐵素體滲碳體）中挖了許多孔洞，所以鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和塑性都比碳鋼低。但由于石墨的存在，使鑄鐵具有良好的切削加工性，耐磨性，消振性和鑄造性，并具有較大的抗壓強(qiáng)度，因此常作承壓構(gòu)件。45鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)鑄鐵中石墨有不同的組織形貌，其中球狀石墨的鑄鐵稱(chēng)球墨鑄鐵，它的強(qiáng)度最高；細(xì)片狀石墨次之；粗片狀石墨最差。46鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)n碳鋼的基本組織鐵素體奧氏體滲碳體珠光體珠光體是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。其力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，即其強(qiáng)度

17、、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。 47鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)萊氏體萊氏體是珠光體和初次滲碳體的共晶混合物。萊氏體具有較高的硬度，是一種較粗而硬的金相組織，存在于白口鑄鐵、高碳鋼中。 馬氏體馬氏體是鋼和鐵從高溫急冷下來(lái)的組織，是碳原子在a-Fe中過(guò)飽和的固溶體。馬氏體具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，幾乎不能承受沖擊載荷。 49鋼的熱處理鋼的性能取決于鋼的組織結(jié)構(gòu)，要改善鋼的機(jī)械性能，必須改變鋼的組織結(jié)構(gòu)。鋼的組織結(jié)構(gòu)既和它的化學(xué)成分有關(guān)，又與鋼材經(jīng)歷的加熱和冷卻過(guò)程有關(guān)。熱處理熱處理以消除鋼材的某些缺陷或改善鋼材的某些性能為目的，將鋼材加熱到一定溫度，在此溫度下保

18、持一定時(shí)間，然后以不同的速度冷卻下來(lái)的一種加工工藝。 50鋼的熱處理熱處理工藝實(shí)例：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；51（1 1）常用熱處理工藝）常用熱處理工藝緩慢加熱，保溫一定時(shí)間后 隨爐冷卻（曲線1） 退火退火； 空氣中冷卻（曲線2）正火正火 ； 作用：降低硬度，增加塑性，改善機(jī)械性能； 使組織均勻化，消除內(nèi)應(yīng)力。【注】加熱溫度為臨界點(diǎn)（鋼的內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度) 以上3050。52 緩慢加熱，保溫一定時(shí)間 淬火劑中冷卻（曲線3）； 淬火劑淬火劑: : 水，鹽水用于 碳鋼； 油

19、用于合金鋼。作用：提高硬度、強(qiáng)度和耐磨性。 淬火淬火53 淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻。淬火后再進(jìn)行一次較低溫度的加熱與冷卻。 作用：消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，滿(mǎn)足技術(shù)要求。 回火又分為： 低溫回火（150250 ）； 中溫回火（300450 ）； 高溫回火（500680）?；鼗鸹鼗鸬蜏鼗鼗鹬袦鼗鼗鸶邷鼗鼗?50250 300450 500680 消除內(nèi)應(yīng)力，但不降低鋼的硬度和耐磨性消除應(yīng)力，降低硬度，提高彈性消除應(yīng)力，可獲得強(qiáng)度、韌性、塑性均較好的綜合機(jī)械性能要求零件硬度高、強(qiáng)度大、耐磨，如：刃具、量具要求零件具有一定彈性、韌性和強(qiáng)度，如：軸類(lèi)、刀桿、軸套要求零件具有強(qiáng)度、韌性、塑性等都

20、較好的綜合性能，如：軸類(lèi)零件、連桿、齒輪受力螺栓表2-3 45號(hào)鋼(20mm-40mm)熱處理后力學(xué)性能比較處理方法b /MPad/ak /J/cm2HB正火70080015205080163220調(diào)質(zhì)7508502025 80120210250 淬火+高溫回火 稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理。 效果效果：強(qiáng)度、塑性、韌性均提高 。要求碳含量在0.3%0.5%之間。（2 2）化學(xué)熱處理）化學(xué)熱處理將零件放在化學(xué)介質(zhì)中進(jìn)行 加熱保溫冷卻的過(guò)程。 使零件表面改性。方式：滲碳，滲氮，滲鉻，氰化等。577.4 碳素鋼碳素鋼58碳鋼中雜質(zhì)對(duì)其性能的影響碳鋼中雜質(zhì)對(duì)其性能的影響錳錳(Mn) 來(lái)源在冶煉過(guò)程中加入錳

21、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。是有益元素有益元素。硫硫(S)n來(lái)源礦石和焦炭。n存在形式：FeS。n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(chēng)為熱脆性熱脆性。 有害元素有害元素！ 磷(P)n來(lái)源礦石。n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“冷脆性冷脆性”。 有害元素！有害元素！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)白點(diǎn)”。 “白點(diǎn)”裂紋源 有害元素！有害元素！60碳鋼的分類(lèi)、牌號(hào)碳鋼的分類(lèi)、牌號(hào)普通碳素鋼普通碳素鋼n含P、S等有害

22、雜質(zhì)較多有害雜質(zhì)較多（S0.055% P0.045%)n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)定使用材料規(guī)定使用材料優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼特點(diǎn)：特點(diǎn)：含硫、磷等雜質(zhì)較少含硫、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：常用有：08,1010,15,15,2020,20g,20g,2020R R,30Mn,40Mn等。 式中 數(shù)字-含C量的萬(wàn)分?jǐn)?shù); g

23、 -鍋爐鋼； R -容器鋼； Mn -含錳元素約1%。 GB150-98規(guī)定使用材料！高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 磷硫雜質(zhì)極少磷硫雜質(zhì)極少 P,s含量0.03%。 表示法：如20A 62碳鋼的性能n力學(xué)性能含碳量C，強(qiáng)度和硬度 ，塑性使用溫度溫度，強(qiáng)度，塑性普通碳鋼：-20+400優(yōu)質(zhì)碳鋼：-40+450熱處理?xiàng)l件經(jīng)退火處理的碳鋼，硬度低，塑性好；調(diào)質(zhì)處理提高中、高碳鋼的綜合力學(xué)性能零件尺寸截面尺寸小的，強(qiáng)度和硬度稍高，塑性稍差63碳鋼的性能n制造工藝性能鑄造性?xún)?yōu)于合金鋼，不如鑄鐵，鋼鑄件一般需進(jìn)行正火或退火處理，來(lái)消除應(yīng)力，細(xì)化晶?？慑懶粤己?，低碳鋼板可冷卷，薄低碳鋼板可冷沖壓可焊性隨C 含量的增

24、加而變差，低碳鋼由于具有良好的塑性和可焊性，適于制造容器64碳鋼的性能n耐腐蝕性耐蝕性較差，在鹽酸、硝酸、稀硫酸、醋酸、氯化物溶液及濃堿液中均會(huì)強(qiáng)烈腐蝕；碳鋼在濃硫酸中由于出現(xiàn)鈍態(tài)，因此耐蝕性較好。例如：用濃硫酸吸收三氧化硫的吸收塔可用碳鋼制造；濃度小于30%的稀堿溶液，可使碳鋼表面生成不溶性的氫氧化鐵和氫氧化亞鐵保護(hù)膜，所以在溫度不高的稀堿液中耐蝕。65碳鋼的性能n性能的不足之處強(qiáng)度較低，屈強(qiáng)比較低；耐蝕性較差；使用溫度范圍較窄，高溫強(qiáng)度低，無(wú)法滿(mǎn)足某些工藝過(guò)程所提出的高溫或低溫的要求。667.5 合金鋼及特種鋼合金鋼及特種鋼67概述為改善鋼材性能，在碳鋼中特意熔合某些合金元素所得的鋼，統(tǒng)稱(chēng)

25、為合金鋼。常用合金元素有：Cr、Mn、Ni、Si、B、W、Mo、V、Ti等。低合金鋼合金元素含量5%中合金鋼合金元素含量5%10%高合金鋼合金元素含量10%68鉻：耐腐蝕抗氧化； 提高了強(qiáng)度硬度和耐磨性； 使鋼材的韌性和塑性降低。錳：提高強(qiáng)度和低溫沖擊韌性。鎳：提高淬透性，保持良好塑性和韌性； 提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性； 提高熱強(qiáng)性能。硅：提高強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度、耐熱性、耐H2S腐蝕； 降低了塑性和沖擊韌性。合金元素對(duì)鋼的影響69低合金鋼n合金元素與鋼號(hào)合金元素有：Mn、 V、 Nb、 Cr、 N、Mo，(1%) (25%)鋼號(hào)16Mn：含C量0.16%，含Mn量1.5%09Mn2V：含C量

26、0.09%，含Mn量1.41.8%，含V量0.040.1%注意：鋼號(hào)上得含量與實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定的含量有所不同。 相對(duì)于碳素鋼，其性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)：強(qiáng)度提高；耐腐蝕性能提高；低溫性能提高。 碳素鋼與低合金鋼比較碳素鋼與低合金鋼比較 類(lèi)別 品種 b (MPa) s(MPa) S/b使用溫度 （）碳素鋼Q235-A 20 400 400 240 250 0.6 0.630350-19475低合金鋼 16Mn 15MnV 520 540 360 400 0.69 0.74-40475-45450用途： 廣泛用于造船，壓力容器，橋梁，高壓鍋爐，汽車(chē)，礦山機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械等。常用材料： 16MnR，15MnV

27、R,18MnMoNbR, 16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR.類(lèi)別類(lèi)別代表鋼號(hào)代表鋼號(hào)主要用途主要用途高強(qiáng)度鋼16Mn、16MnR、15MnV、 15MnVR用于船舶、車(chē)軸、壓力容器、鍋爐、輸送管線等的焊接結(jié)構(gòu)件。 低溫鋼09Mn2V(-70 )、06MnNb(-90 )用于制造低溫設(shè)備的零部件耐蝕鋼10MnPNbRe（耐海水）12MnAlV（耐硫化氫）對(duì)大氣、海水、硫化氫等環(huán)境有一定耐蝕性72鍋爐鋼和容器鋼鍋爐鋼和容器鋼1.工作環(huán)境：鍋爐：中溫或高溫；中壓或高壓。容器：壓力；溫度；介質(zhì)腐蝕；操作特點(diǎn)。2.對(duì)材質(zhì)要求：1）較高的強(qiáng)度；2）良好的塑性、韌性和冷彎性能；3）較低的缺口敏

28、感性；4）良好的焊接性能和其他工藝性能；5）良好的冶金質(zhì)量。 3.常用的材料：鍋爐鋼 20g；12Mng,16Mng,15MnVg,18MnMoNbg。容器鋼（GB150-1998 鋼制壓力容器推薦） Q235-B，Q235-C; 20R; 16MnR，15MnVR，15MnVNbR，18MnMoNbR。 4.標(biāo)準(zhǔn)： 壓力容器用鋼板GB6654-1996 壓力容器用碳素鋼和低合金厚鋼板YB/T40-8774不銹耐酸鋼不銹耐酸鋼不銹-耐大氣腐蝕；耐酸-耐酸及強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的腐蝕。鉻不銹鋼鉻不銹鋼-如如1Cr13, 2Cr13, 0Cr13等。等。 第一個(gè)數(shù)字-含碳量的千分?jǐn)?shù)千分?jǐn)?shù)見(jiàn)表1-5(1-4

29、）； Cr13-含鉻13%。組織成分：鉻固溶于鐵素體的晶格中形成固溶體?！安讳P不銹”的的原因： 在氧化性介質(zhì)中，鉻能生成一層穩(wěn)定而致密的氧氧化膜化膜，對(duì)鋼材起保護(hù)作用。性能特點(diǎn)：碳的作用-與鉻生成碳化鉻(Cr23C6)，消耗大量的鉻。為保證耐腐蝕性能，不銹鋼中碳含量越低越好碳含量越低越好。 鉻的作用： 能提高耐腐蝕性能能提高耐腐蝕性能。實(shí)際鉻不銹鋼的平均含鉻量13%。 能提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強(qiáng)度、能提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而塑性、韌性降低。硬度和耐磨性，而塑性、韌性降低。n用作受載荷大的耐蝕零件，如軸類(lèi)，活塞桿、螺栓、浮閥等。鉻鎳不銹鋼鉻鎳不銹鋼n常用鉻鎳不銹鋼

30、型號(hào):0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti 式中 0-含碳量的千分?jǐn)?shù)千分?jǐn)?shù)；（見(jiàn)表1-5） Cr18-含鉻量18%左右； Ni9-含鎳量9%左右。 通常以鉻鎳平均含量“18-8”標(biāo)志這種鋼。n組織特征：C、Cr、Ni固溶于奧氏體晶格中，是單一的奧氏體組織單一的奧氏體組織。 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn): : 耐腐蝕性好耐腐蝕性好 Cr含量13%，表面形成氧化膜氧化膜； 組織為單一的奧氏體單一的奧氏體，在電解液中不能形成微電池，避免了電化學(xué)腐蝕。 力學(xué)性能優(yōu)異力學(xué)性能優(yōu)異。見(jiàn)P298附錄五 在400850期間，碳生成碳化鉻在晶界析出，使晶界附近貧鉻（鉻含量低于12%）導(dǎo)致晶間腐蝕晶間腐蝕。 ！不能反復(fù)施

31、焊，否則必須進(jìn)行熱處理。不能反復(fù)施焊，否則必須進(jìn)行熱處理。 不耐氯離子腐蝕。不耐氯離子腐蝕。78耐熱鋼耐熱鋼n 高溫環(huán)境-原油加熱、裂解、催化等。如轉(zhuǎn)化爐爐管，工作溫度為650800。 碳鋼使用溫度一般在碳鋼使用溫度一般在400以下以下。 如20鋼 500時(shí)屈服點(diǎn)只有50MPa,變得很軟，鋼中的Fe3C分解出石墨碳（石墨化過(guò)程石墨化過(guò)程）；同時(shí)鋼表面生成氧化皮，層層剝落。 碳鋼在高溫下強(qiáng)度和抗氧化性均下降碳鋼在高溫下強(qiáng)度和抗氧化性均下降。 高溫設(shè)備對(duì)材料的要求：高溫設(shè)備對(duì)材料的要求：化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性。抵抗高溫氣體（O2、H2S、SO2 等)腐蝕的能力。鋼的表面能生成致密的氧化膜氧化膜。抗氧

32、化鋼抗氧化鋼抗高溫氧化，強(qiáng)度不高。 Cr13SiAl, Cr25Ti, Cr25Ni12等。熱強(qiáng)性熱強(qiáng)性?？垢邷厝渥兡芰?。熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼抗蠕變，有一定抗氧化能力。 12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。 Cr提高抗氧化性，強(qiáng)化并穩(wěn)定金相組織。 Mo提高高溫強(qiáng)度，強(qiáng)化并穩(wěn)定金相組織，提高再結(jié)晶溫度。 Ni形成奧氏體組織，提高高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性。 Ti穩(wěn)定金相組織，不銹鋼中能減少鉻與碳的化合。 Al,Si提高高溫抗氧化性，本身生成致密的氧化膜。合金元素的作用：81低溫用鋼低溫用鋼n低溫環(huán)境天然氣液化、空氣分離、潤(rùn)滑油脫脂、輕烴回收等。n普通碳鋼在低溫下（-20以下）變脆，沖擊韌性顯著下降。n低溫用鋼的組織成分特點(diǎn)低溫用鋼的組織成分特點(diǎn)：一般低溫（一般低溫（-40-20 )鋼鋼含碳量