過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)：7 過程設(shè)備材料

1、7 過程設(shè)備常用材料7.1 過程設(shè)備用材的基本要求7.2 過程設(shè)備常用材料7.3 鋼材的熱處理7.4 金屬材料的腐蝕和防護(hù)7.5 過程設(shè)備材料的選用原則7.1 過程設(shè)備用材的基本要求一) 力學(xué)性能1. 強(qiáng)度：確定許用應(yīng)力的依據(jù)，S，b2. 塑性：反映材料可塑性指標(biāo)，5=1020%3. 韌性：抵抗缺陷擴(kuò)展能力指標(biāo)，K=4060J/cm24 .硬度：抵抗外物侵入的能力5. 材料在高溫和低溫下的力學(xué)性能強(qiáng)度要求塑性和韌性要求材料的不連續(xù)性。硬度要求高速流體和流體中夾帶的固體顆粒易導(dǎo)致材料的磨損。碳鋼力學(xué)性能隨溫度的變化耐溫要求二) 耐腐蝕性抵抗腐蝕性介質(zhì)侵蝕的能力。腐蝕1）高溫使材料的強(qiáng)度降低，低溫

2、使材料變脆。2）高溫可使材料發(fā)生蠕變。3）高溫下材料易產(chǎn)生化學(xué)腐蝕（氧化、硫化）。三） 加工工藝性過程設(shè)備的加工包括熱加工、冷加工和焊接。1.可焊 性：少的焊接缺陷;2. 可鍛性：不發(fā)生熱脆;3. 可塑性：優(yōu)良的塑性加工性能;4 .機(jī)械加工性能：保證好的切削性。四）、 材料的物理性能導(dǎo)熱系數(shù)：設(shè)備要求傳熱線膨脹系數(shù)：防止熱應(yīng)力密度：決定設(shè)備的重量熔點(diǎn)和導(dǎo)電性：Steel must be at least 50% iron and must contain one or more alloying elements.7.2 過程設(shè)備常用材料Iron: pure ferrite. Carbon c

3、ontent is less than 0.02%.7.2 過程設(shè)備常用材料7.2.1 碳鋼碳鋼：碳含量在0.022之間的鐵碳合金;鑄鐵：碳含量大于2的鐵合金。1 ）碳及常存雜質(zhì)對(duì)鋼材性能的影響硫(S):錳(Mn):硅(Si):碳(C)磷(P)碳含量對(duì)材料機(jī)械性能影響Titanic號(hào)的故事歷史的悲劇 Titanic was an Olympic-class passenger liner owned by British shipping company White Star Line. For her time, she was the largest passenger steamship

4、 in the world.Shortly before midnight on 14 April 1912, four days into the ships maiden voyage, Titanic hit an iceberg and sank two hours and forty minutes later, early on 15 April 1912. The sinking resulted in the deaths of 1,517 of the 2,223 people on board, making it one of the deadliest peacetim

5、e maritime disasters in history. The Titanic used some of the most advanced technology available at the time and was popularly believed to have been described as “unsinkable”.It was a great shock to many that, despite the extensive safety features and experienced crew, the Titanic sank. The pieces o

6、f steel were found to have very high content of phosphorus and sulphur (4 and 2 respectively, compared with modern steel), with manganese-sulphur ratio of 6.8:1 (compared with over 200:1 ratio for modern steels). The recovered samples were found to be undergoing ductile-brittle transition in tempera

7、tures of 32for longitudinal samples and 56 for transversal samples, compared with transition temperature of 27 common for modern steels: modern steel would only become so brittle in between (60 and 70 ). 2）碳鋼分類 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼： 鋼種按屈服強(qiáng)度區(qū)分。Q235AGB700-2006國(guó)標(biāo)號(hào)產(chǎn)品等級(jí)為A，共分A、B、C、D四級(jí)材料屈服限的保證值，(厚度小于16mm)分為：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳

8、素結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 （GB/T699-1999）：除保證機(jī)械性能和化學(xué)成分外，還對(duì)磷、硫及非金屬夾雜物控制較嚴(yán)。 低碳鋼：0.6%；強(qiáng)度硬度均較高，塑性差，常用于制造彈簧，刀具及耐磨零件。分類屈服限強(qiáng)度限鍋爐和壓力容器用鋼有特殊性，在鋼號(hào)后分別冠以“ g ” “ R ”如 20g，20R鑄鋼： ZG2004007.2.2 合金鋼壓力容器用低合金鋼：含碳量0.10.25%主要牌號(hào)：16MnR,15MnVR,18MnMoNiR數(shù)字元素名稱數(shù)字合金元素含量合金元素符號(hào)平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)1 ) 合金結(jié)構(gòu)鋼（GB /T3077-1999）2) 合金工具鋼(GB/T1299-2000)如 9CrSi

9、數(shù)字元素名稱數(shù)字合金元素含量合金元素符號(hào)平均含碳量的千分?jǐn)?shù)當(dāng)含碳量大于1則不表示（1）不銹鋼：耐大氣腐蝕鋼和耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕鋼的總稱。 (GB/T 20878-2007)In metallurgy, stainless steel, also known as inox steel or inox from French inoxydable, is defined as a steel alloy with a minimum of 10.5 or 11% chromium content by mass.()以不銹，耐蝕為主要特征，且鉻含量至少為10.5%，碳含量不大于1.2%的鋼。3）特殊

10、鋼 鉻不銹鋼：1Cr13；鉻鎳不銹鋼(18-8)：1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、00Cr18Ni9；節(jié)鎳不銹鋼：1Cr18Mn8Ni5N、0Cr17Mn13Mo2N按組織結(jié)構(gòu)分：奧氏體不銹鋼（Austenitic ）鐵素體不銹鋼（Ferritic ）馬氏體不銹鋼（Martensitic）沉淀硬化型不銹鋼（Precipitation-hardening martensitic ）雙相不銹鋼（Duplex）（2） 耐熱鋼抗氧化鋼：1Cr13Si3，1Cr23Ni13熱強(qiáng)鋼：15CrMo,12Cr2Mo1,1Cr5Mo, 0Cr19Ni9,0Cr17Ni12Mo2等可分為：和 熱強(qiáng)鋼抗氧化鋼7

11、.2.3 鑄 鐵灰口鑄鐵：HT100 抗拉強(qiáng)度低，擠壓強(qiáng)度高 用于制造耐壓件 石墨成片狀可鍛鑄鐵：KT30006 具有一定強(qiáng)度和塑性 用于有振動(dòng)和沖擊的場(chǎng)合 石墨成團(tuán)球狀球墨鑄鐵：QT5005 強(qiáng)度、塑性、韌性好 可替代鑄鋼 石墨成球狀7.2.4 有色金屬及合金有色金屬及其合金的種類很多。常用的有鋁、銅、鉛、鎳、鈦等。在石油化工中，由于腐蝕、低溫、高溫、高壓等特殊工藝條件的要求，設(shè)備的材料也經(jīng)常采用有色金屬及其合金。有色金屬具有很多優(yōu)越性，例如銅有良好的導(dǎo)電性和低溫韌性，鋁的相對(duì)密度小，鉛能防輻射、耐稀硫酸等多種介質(zhì)的腐蝕。銅及銅合金銅及其合金具有很高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，有足夠的強(qiáng)度、彈性和耐磨

12、性，特別是在低溫下因強(qiáng)度提高，沖擊韌性好，常用來制作低溫設(shè)備。紫銅（純銅） ：T1，T2，T3黃銅（銅鋅合金）：H80，H68，H62青銅（錫、鋁、鉛等元素的合金）： ZQSn6-6-3和ZQSnl0-1銅在大氣、水中及中性鹽中、苛性堿中都相當(dāng)穩(wěn)定。在不濃的硫酸、亞硫酸、醋酸、氫氟酸、稀的和中等濃度的鹽酸、醋酸、氫氰酸和其他非氧化性酸中也有較高的穩(wěn)定性。鋁以比重小，導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好而著稱。它的塑性好，強(qiáng)度低，因而壓力加工性能良好，可以焊接和切削。鋁及鋁合金分 組體 系分 組體 系1純 鋁5AI-Mg系2AI-Cu系6AI-Mg-Si系3AI-Mn系7AI-Zn系4AI-Si系8AI-其它元素鋁合

13、金的分類鎳具有較高的強(qiáng)度和塑性，良好的延展性和可鍛性。鎳的熔點(diǎn)較高，有良好的抗高溫氧化性能。鎳在許多介質(zhì)中有良好的耐蝕性。鎳在室溫、非氧化性的稀酸中，如小于15的鹽酸、小于70硫酸和許多有機(jī)酸中相當(dāng)穩(wěn)定，但在存在氧化劑的條件下，腐蝕速率顯著增加。鎳及鎳合金Nominal Chemical Composition of Nickel Alloy (wt %)MaterialNiCuFeCrMoNickelNickel 20099.6Nickel 20199.7NickelCopperMonel alloy 40065.4321.00Monel alloy 40454.6 45.30.03Nick

14、elChromiumIronInconel alloy 600760.25815.5Inconel alloy 71853.50.1518.5193NickelIronChromium or NickelChromium-MolybdenumIncoloy alloy 800310.384620Incoloy alloy 92543.21.828213Hastelloy alloy XBal19229鈦的相對(duì)密度不大（僅4.5），比鋼輕43，但鈦的強(qiáng)度比鐵高一倍，比純鋁幾乎高5倍。這種高的強(qiáng)度與不大的相對(duì)密度相結(jié)合的特性，使得鈦在技術(shù)上占有極重要的地位。鈦及鈦合金工業(yè)純鈦按雜質(zhì)含量的多少分為四

15、級(jí)：TA0、TA1、TA2、TA3鈦中添加鈀、鎳、鉬等金屬元素能獲得性能優(yōu)異的鈦合金。五） 非金屬材料化工陶瓷：化學(xué)穩(wěn)定性好玻璃：表面光潔、耐腐蝕（搪玻璃設(shè)備）水泥：價(jià)廉天然耐酸材料：花崗石、石墨、石棉等耐酸酚醛塑料聚氯乙烯塑料聚乙烯聚四氟乙烯玻璃鋼無機(jī)材料有機(jī)材料7.3 鋼材的熱處理 將鋼材通過適當(dāng)?shù)募訜岷屠鋮s過程，使鋼材的組織按一定的規(guī)律變化，以獲得預(yù)期的機(jī)械性能，稱鋼的熱處理。一、 金屬的結(jié)晶組織晶體的結(jié)構(gòu)體心立方面心立方鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變Fe變成Fe碳在鐵中形成固溶體鐵素體：碳溶解在鐵中形成的固溶體；奧氏體：碳溶解在鐵中形成的固溶體；滲碳體：碳與鐵形成化合物，F(xiàn)e3C；珠光體：鐵素體與滲

16、碳體的機(jī)械混合物。鋼的冷卻曲線鐵碳合金狀態(tài)圖的由來鐵 碳 相 圖1）GS線由G點(diǎn)（A3點(diǎn)）演變而來，稱A3線，是和的轉(zhuǎn)變線。2）ES線碳在中的溶解曲線。冷卻后形成二次滲碳體。3）PQ線碳在鐵中的溶解曲線。冷卻后形成二次滲碳體。符號(hào)溫度, 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(C)% 含 義 A 1538 0 純鐵的熔點(diǎn) B 1495 0.53 包晶轉(zhuǎn)變時(shí)液態(tài)合金的成分 C 1148 4.30 共晶點(diǎn) Lc AE+Fe3C D 1227 6.69 Fe3C的熔點(diǎn) E 1148 2.11 碳在 -Fe中的最大溶解度 F 1148 6.69 Fe3C的成分 G 912 0 -Fe-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)(A3) H 1495 0.09 碳在 -Fe中的最大溶解度 J 1495 0.17 包晶點(diǎn)LB+ H AJ K 727 6.69 Fe3C的成分 N 1394 0 -Fe-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)(A4) P 727 0.0218 碳在 -Fe中的最大溶解度 S 727 0.77 共析點(diǎn)(A1) AS FP+Fe3C Q 600 0.0057 600 時(shí)碳在 -Fe中的溶解度 (室溫) (0.0008) Fe-Fe3C相圖中各點(diǎn)的溫度、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)及含義退火和正火目的：消除組織缺陷； 降低硬度； 消除內(nèi)應(yīng)力。常用熱處理方法方法：把鋼材加熱到一定溫度，保溫一