6 化工設(shè)備常用材料

第二篇壓力容器第六章壓力容器與化工設(shè)備常用材料第七章壓力容器中應力分析與計算第八章內(nèi)壓容器設(shè)計第九章外壓容器的穩(wěn)定性計算第十、十一章容器附件第十二章壓力容器的開孔和補強第十三章容器支座第六章化工設(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2023/1/112材料的性能：

力學性能、物理性能、化學性能和機加工性能一、力學性能——決定許用應力強度、硬度、彈性、塑性、韌性等2023/1/1131、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作用形式分為：抵抗恒定外力——靜強度抵抗沖擊外力——沖擊強度抵抗交變外力——疲勞強度按環(huán)境溫度分為：常溫下抵抗外力——常溫強度高溫下抵抗外力——高溫強度低溫下抵抗外力——低溫強度2023/1/114常溫強度指標：屈服強度和抗拉(壓)強度屈強比適當蠕變極限σn

疲勞極限σr,r=

σmin/

σmax,應力循環(huán)系數(shù)或應力比，如σ-1,以106-107次不被破壞的應力（r—循環(huán)特性）2023/1/115補充:靜應力與變應力穩(wěn)定變應力——周期、應力幅和平均應力都不隨時間變化的變應力2、硬度

局部抵抗能力彈性、強度與塑性的綜合性能指標

硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和維氏硬度(HV)

低碳鋼σb=0.36HB

高碳鋼σb=0.34HB

灰鑄鐵σb=0.1HB2023/1/1173、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%2023/1/1184、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/cm22023/1/119二、物理性能

密度、熔點、比熱容、熱導率、線膨脹系數(shù)、導電性、磁性、彈性模量與泊松比等。2023/1/1110(1)密度

單位體積內(nèi)的質(zhì)量。如要求質(zhì)量輕和慣性小的零件，均采用密度小的鋁合金制造。(2)熔點熔點是金屬或合金從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變時的溫度。熔點高的金屬材料可以用來制造耐高溫零件。(3)導熱性

金屬傳導熱量的能力稱為導熱性。一般說，金屬純度越高，其導熱能力就越大。制造散熱器、熱交換器與活塞等零件時，常選用導熱性好的金屬。(4)導電性

金屬傳導電流的性能。純金屬的導電性比合金好。常用純銅、純鋁做導電材料，用導電性差的銅合金和鋁合金作電熱元件。(5)熱膨脹性

金屬隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性。(6)磁性

金屬在磁場中被磁化而呈現(xiàn)磁性強弱的能力。鐵磁性材料(在外加磁場中，能被強烈磁化到很大程度)、順磁性材料(在外加磁場中呈現(xiàn)十分微弱的磁性)、抗磁性材料(能夠抗拒或減弱外加磁場磁化作用的金屬材料)鐵磁性材料可用于制造變壓器、電動機、測量儀表等。抗磁性材料則可用作要求避免磁場干擾的零件和結(jié)構(gòu)材料。2023/1/1113三、化學性能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2023/1/11142023/1/1115四、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2023/1/1116第二節(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C量（質(zhì)量分數(shù)）0.02％～2％稱為鋼；大于2％稱為鑄鐵；當含C量小于0.02％時稱純鐵(工業(yè)純鐵)；含C量大于4.3％的鑄鐵極脆2023/1/1117一、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2023/1/1118

電子顯微鏡觀察到金屬原子各種規(guī)則排列，稱為金屬的晶體結(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。2023/1/1119鑄鐵中的C以石墨形式存在，有不同的組織形貌。

球墨鑄鐵強度最高；細片狀石墨次之；粗片狀石墨最差。2023/1/11202、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)晶過程是鋼進行熱處理的依據(jù)。2023/1/11213、碳鋼的基本組織C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。三種不同的存在形式，形成了不同的碳鋼組織。

2023/1/1122組元：純鐵、Fe3C符號表示概念性能相固相固溶體鐵素體F碳溶于α－Fe中的間隙固溶體具有良好的塑性和韌性，但強度硬度不高奧氏體A碳溶于γ－Fe中的間隙固溶體與溶碳量和晶粒大小有關(guān)，硬度較低而塑性較高，易于鍛壓成形金屬化合物滲碳體Fe3C具有復雜晶格的間隙化合物硬度很高而塑性和韌性幾乎為零，脆性極大液相L基本組織：

單相組織：F、A、Fe3C

萊氏體Ld：（A＋Fe3C

）在共晶點上得到，塑性韌性很差，是硬而脆的組織

珠光體P：（F＋Fe3C

）在共析點上得到，具有良好的力學性能2023/1/1123（1）鐵素體（ferrite）

C溶解在a-Fe中形成固溶體稱鐵素體。

a-Fe原子間隙小，溶碳能力低（室溫下0.006％），強度、硬度低，塑性和韌性很好。低碳鋼是含鐵素體的鋼，具有軟而韌的性能。2023/1/1124（2）奧氏體（Austenite）

C溶解在g-Fe鐵中形成固溶體稱奧氏體。

g-Fe原子間隙較大，C的溶解度比a-Fe中大得多，如在723℃時可溶解0.8％，在1147℃時可達最大值2.06％。

奧氏體組織是在a-Fe發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生的。由于奧氏體有較大的溶解度，故塑性、韌性較好，且無磁性。2023/1/1125（3）滲碳體（Cementite）

碳和鐵形成一種化合物（Fe3C）稱滲碳體。熔點約1600℃，硬度高，塑性幾乎等于零。鐵碳合金含碳量小于2％時，其組織是在鐵素體中散布著滲碳體，是碳素鋼。含C量大于2％時，部分C以石墨形式存在，稱鑄鐵?？估瓘姸群退苄远急忍间摰?。但鑄鐵具有一定消震能力。2023/1/1126（4）珠光體（Pearite）

鐵素體與滲碳體的機械混合物

(F＋Fe3C)用符號P表示。力學性能介于鐵素體和滲碳體之間，綜合了鐵素體和滲碳體優(yōu)點，即其強度、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。其組織為層片狀結(jié)構(gòu)，其綜合力學性能好。2023/1/1127（5）萊氏體（Ledeburite）

萊氏體是由A＋Fe3C組成的一種機械混合物，用符號Ld表示，其組織結(jié)構(gòu)為滲碳體基體上分布的奧氏體，主要體現(xiàn)了滲碳體特點，硬度很高，塑性極差，幾乎為零。是一種較粗而硬的金相組織，存在于白口鑄鐵、高碳鋼中。2023/1/1128（6）馬氏體（白色）

鋼和鐵從高溫急冷下來的組織，是碳原子在a-Fe中過飽和的固溶體。具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，幾乎不能承受沖擊載荷。2023/1/1129二、鐵碳合金狀態(tài)圖2023/1/1130鋼在加熱時形成單一的奧氏體組織。按組織不同：含C量<0.77%——亞共析鋼。含C量>0.77%——過共析鋼含C量=0.77%——共析鋼2023/1/1131

所有生鐵組織中都有萊氏體，多數(shù)碳以石墨狀存在，用作鑄件的生鐵稱為鑄鐵。2023/1/1132三、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、化學與力學性能，稱為熱處理。2023/1/11331、退火和正火鑄、鍛件切削加工前一般進行退火或正火。退火的功能是：退火可消除冷作硬化，恢復材料的良好塑性；細化鑄焊工件的粗大晶粒，改善工件的機械性能；消除殘余應力，防止工件變形；可使高碳鋼中的網(wǎng)狀滲碳體球化，降低材料硬度，提高塑性，便于切削加工。（1）退火：是將工件加熱至某一溫度（臨界點以上），保溫一段時間，然后隨爐或埋入沙中緩慢冷卻下來，以得到接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理方法。（2）正火：正火與退火的不同之處是在空氣中冷卻，冷卻速度較快。經(jīng)過正火處理的工件較退火處理硬度和強度要高。正火和退火主要有四個區(qū)別：

(1)正火的溫度較高,退火的溫度較低.

(2)正火的冷卻速度比退火的冷卻速度快.

(3)使用效果不同，在滲碳處理以后，正火能消除網(wǎng)狀滲碳體，退火則不能.對含碳量在0.25%以下的，正火后可提高硬度，改善切削加工性能，退火卻做不到。

(4)正火的周期短，操作方便；退火的周期長，操作較麻煩(指需要控制一定的冷卻速度)。2、淬火和回火

加熱至淬火溫度(臨界點以上30℃～50℃)，并保溫一段時間，后投入淬火劑中冷卻。淬火后得到的組織是馬氏體。增加硬度、強度和耐磨性。淬火劑：空氣、油、水、鹽水，冷卻能力遞增。碳鋼在水和鹽水中淬火，合金鋼在油中淬火。2023/1/1136

回火是淬火后進行的一種較低溫度的加熱與冷卻熱處理工藝。回火可以降低或消除零件淬火后的內(nèi)應力，提高韌性。在150℃～250℃范圍內(nèi)的回火稱“低溫回火”?；鼗瘃R氏體有較高的硬度和耐磨性，內(nèi)應力和脆性有所降低。刃具、量具，要進行低溫回火處理。

2023/1/1137

中溫回火溫度是300℃～450℃。有一定的彈性和韌性，并有較高硬度。軸類、刀桿、軸套等進行中溫回火。

高溫回火溫度為500℃～680℃。綜合性能：強度、韌性、塑性等都較好淬火加高溫回火習慣上稱為“調(diào)質(zhì)處理”。用于各種軸類零件、連桿、齒輪、受力螺栓等。2023/1/1138

時效熱處理：材料經(jīng)固溶處理或冷塑變形后，在室溫或高于室溫條件下，其組織和性能隨時間而變化的過程。時效可進一步消除內(nèi)應力，穩(wěn)定零件尺寸，它與回火作用相類似。2023/1/11393、表面淬火

使零件表面層比心部具有更高的強度、硬度、耐磨性和疲勞強度，而心部則具有一定的韌性。2023/1/11404、化學熱處理

滲碳、滲氮(氮化)、滲鉻、滲硅、滲鋁、氰化(碳與氮共滲)等。滲碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性；滲鋁可提高耐熱、抗氧化性；氮化與滲鉻的零件，表面比較硬，可顯著提高耐磨和耐腐蝕性；滲硅可提高耐酸性等。2023/1/1141第三節(jié)碳素鋼一、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。2023/1/11422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%。2023/1/11433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，看成是常存雜質(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0.7%～1.2%。2023/1/11444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。2023/1/11455氧

有害元素。在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進行脫氧，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、沖擊韌性等有嚴重影響。

2023/1/11466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進行固氮處理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除時效傾向。

2023/1/11477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

2023/1/1148二、分類與牌號按用途：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2023/1/1149（一）按鋼中碳含量

（1）低碳鋼(C<0.3%)：強度較低、塑性最好。冷壓及焊接性能好，適于制作焊制的化工容器及負荷不大的機械零件；

（2）中碳鋼(0.3％

<C<0.6%)：強度、塑性適中，可通過熱處理獲得優(yōu)良的綜合機械性能，用于制作軸、齒輪、高壓設(shè)備頂蓋等重要零件；

（3）高碳鋼（C>0.6%)：強度、硬度較高，塑性差，用來制作彈簧、鋼絲繩等。（1）普通碳素鋼

質(zhì)量等級A，B，C，D。A最差，D最好脫氧方法為F，b，Z，TZ（后兩者標注可省略）。

化工壓力容器用鋼一般選用鎮(zhèn)靜鋼Z。普通碳素鋼有Q235-A，屈服強度數(shù)值（MPa）還包括：Q195、Q215、Q255及Q275，共5個鋼種。（二）按鋼的質(zhì)量

碳鋼有普通與優(yōu)質(zhì)兩種。區(qū)別？硫S磷PQ195、Q275不分級；Q215、Q255分為A、B兩個等級。Q235分為A、B、C、D四個等級（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。

牌號含義：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。2023/1/1152

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。2023/1/1153（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。2023/1/1154碳素工具鋼如T8表示平均碳含量為0.8％的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。若牌號末尾加“A”，表示鋼中硫、磷含量較少，為高級優(yōu)質(zhì)鋼，如T10A。優(yōu)質(zhì)鑄造碳鋼如ZG200—400表示。σS≥200MPa，σb≥400MPa的鑄鋼。（1）容器專用鋼板如20R，16MnR。R—容（三）專用鋼材

碳鋼有普通與優(yōu)質(zhì)兩種。區(qū)別？（2）鍋爐專用鋼板鋼管如20g，20G。g,G—鍋，小寫板，大寫管（3）焊接氣瓶專用鋼板如HP245～HP365。數(shù)字表示屈服極限三、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）（P109）

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。2023/1/1160（2）鋼管（P111）

無縫鋼管和有縫鋼管。無縫鋼管有冷軋和熱軋。普通無縫鋼管常用材料有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。2023/1/1161（3）型鋼（1）圓鋼和方鋼

Q235－A·F、20、25、45及合金鋼，主要用來制造各種軸件；（2）扁鋼

Q235A、Q235－A·F、20及16Mn等，常用作各類槳葉。（3）角鋼、工字鋼及槽鋼

Q235A、Q235－A·F、及16Mn等，可做各類設(shè)備的支架、塔盤支承及各類加強結(jié)構(gòu)。2023/1/1162（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。2023/1/1163五、鑄鐵

含C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。2023/1/11641、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。2023/1/11652、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%。2023/1/11663、高硅鑄鐵

有高的耐蝕性能，含硅量增加耐蝕性增加。強度低、脆性大及內(nèi)應力大，易于脆裂熱導率小，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。2023/1/1167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2023/1/1168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

2023/1/1169

一種是漢字牌號，如35鉻鉬；另一種是用國際化學符號，如35CrMo。表示含碳量平均為萬分之35(或0.35%)，含Cr、Mo在1%左右。當平均質(zhì)量分數(shù)≥1.5%、≥2.5%，≥3.5%時，在元素符號后面應標明含量，可相應表示為2、3、4。如36Mn2Si。2023/1/1170二、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。2023/1/11711、鉻

提高耐腐蝕性能和抗氧化性能。含量達到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。2023/1/11722、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。鎳被廣泛應用于不銹耐酸鋼和耐熱鋼中。2023/1/11734、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。2023/1/11746、鉬

提高高溫強度、硬度、細化晶粒、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。2023/1/11758、鈦

強脫氧劑，可提高強度、細化晶粒，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。2023/1/1176三、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。2023/1/1177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，典型鋼號為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。2023/1/11782、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。

2023/1/1179

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2023/1/1180四、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。2023/1/1181

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-鐵素體雙相不銹鋼馬氏體不銹鋼等2023/1/1182（1）鐵素體不銹鋼

含C≤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C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、受沖擊載荷較大的零件

0Cr13、0Cr17Ti耐氧化性酸和硫化氫氣體的腐蝕，部分代替高鉻鎳型不銹鋼

2023/1/1183（2）奧氏體不銹鋼

優(yōu)異的綜合性能，包括優(yōu)良的力學性能，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。2023/1/1184

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。2023/1/1185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。2023/1/1186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，充分擴散高溫淬火水冷（固熔）：1100度左右加熱后淬火，單相奧氏體2023/1/1187

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2023/1/11882、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。2023/1/1189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。2023/1/1190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。抗氧化鋼是指高溫下具有較好的抗氧化性，并有適當強度的鋼種。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。

2023/1/1191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℃，含有相當高的Cr、Ni成分和其他強化元素。

鎳基耐熱合金是目前在700℃～900℃，使用最廣泛的一種高溫合金。這類合金的Ni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，應用受到很大的限制，一般在1000℃以上才用。

2023/1/11922023/1/11933、低溫用鋼

深冷分離、空氣分離等。（溫度≤-20℃）目前國外低溫設(shè)備用的鋼材主要是以高鉻鎳鋼為主，也有使用鎳鋼、銅和鋁等。我國無鉻鎳的低溫鋼材系列。

16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR2023/1/1194第五節(jié)有色金屬2023/1/1195一、鋁及其合金

濃硝酸以及干氯化氫、氨氣中耐腐蝕鹵素離子的鹽類、氫氟酸以及堿溶液都會破壞鋁表面的氧化膜。鋁不會產(chǎn)生火花，常用于制作含易揮發(fā)性介質(zhì)的容器；鋁不會使食物中毒，不沾污物品，不改變物品顏色，在食品工業(yè)中代替不銹鋼。鋁的導熱性能好，適合于作換熱設(shè)備

2023/1/1196變形鋁合金（工業(yè)純鋁和防銹鋁）和鑄造鋁合金1、變形鋁合金（1）工業(yè)純鋁

L+序號，序號大純度低。工業(yè)高純鋁LG1（1A85）、LG2（1A90），抗硫腐蝕，濃硝酸設(shè)備，高壓釜、槽車、貯槽、閥門、泵。工業(yè)純鋁L6（8A06），耐硫腐蝕、防污染而不要求強度的設(shè)備，例如：反應器、熱交換器、深冷設(shè)備、塔器等。

2023/1/1197（2）防銹鋁

由鋁錳系或鋁鎂組成的鋁合金，LF2，LF3，LF5……等。強度比純鋁高

LF2、LF3用于中等強度的零件或設(shè)備；

LF5制造油箱、管道、低壓容器、鉚釘

LF6用于受力零件及焊制容器。由于熔焊的鋁材在低溫(0～-196℃)下沖擊韌性不下降，很適合做低溫設(shè)備。2023/1/11982、鑄造鋁合金

是鋁、硅合金。

Al-Si系，俗稱"硅鋁明"，典型牌號ZAlSi7Mg，合金號為ZL101；

Al-Cu系，應用最早，熱強性高，300℃，耐腐蝕性較差。典型牌號ZAlCu5Mn，合金號為ZL201；

Al-Mg系，室溫力學性能高，耐腐蝕性能好，但熱強性低。鑄造性能差，典型牌號ZAlMg10，合金號為ZL301；2023/1/1199Al-Zn系，Zn在Al中溶解度大，再加入硅及少量鎂、鉻等元素，具有良好的綜合性能，典型牌號ZAlZn11Si17，合金號為ZL401。鋁的鑄造性、流動性好，鑄造時收縮率和生成裂紋的傾向性都很小。耐蝕性好，且密度小，廣泛用來鑄造形狀復雜的耐蝕零件，如管件、泵、閥門、汽缸、活塞等。2023/1/11100二、銅及其合金

半貴重金屬1、純銅（紫銅）低溫時可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)備墊片。耐稀硫酸、亞硫酸、稀的和中等濃度的鹽酸、醋酸、氫氟酸及其它非氧化性酸等介質(zhì)的腐蝕，對淡水、大氣、堿類溶液的耐蝕能力很好。不耐各種濃度的硝酸、氨和銨鹽溶液。2023/1/11101

變形純銅的牌號Tl、T2、T3、TU1、TU2、TP1、TP2等。

T1、T2是高純度銅，用于制造電線，配制高純度合金。

T3雜質(zhì)含量和含氧量比T1、T2高，主要用于一般材料，如墊片、鉚釘?shù)取?/p>

TU1、TU2為無氧銅，純度高，主要用作真空器件。

TP1、TP2為磷脫氧銅，多以管材供應，主要用于冷凝器、蒸發(fā)器、換熱器、熱交換器的零件等。2023/1/111022、銅合金

黃銅：銅與鋅的合金稱黃銅白銅：鎳的質(zhì)量分數(shù)含量低于50%的銅鎳合金稱為簡單（普通）白銅，再加入錳、鐵、鋅或鋁等元素的白銅稱為復雜（特殊）白銅。青銅：其它合金。銅與錫Sn的合金稱為錫青銅；銅與鋁、硅、鉛、鈹、錳等組成的合金稱無錫青銅。2023/1/11103（1）黃銅

Cu與Zn的合金稱黃銅。鑄造性能好，力學性能比純銅高，耐蝕性能與純銅相似，在大氣中耐腐蝕性比純銅好，價格便宜，應用較廣。在黃銅中加入錫、鋁、硅、錳等元素，特種黃銅。錳、鋁能提高強度；鋁、錳和硅提高抗蝕性和減磨性；鋁能改善切削加工性。2023/1/11104

常用的黃銅牌號有H80、H68、H62等

H80大氣、淡水及海水中有較高耐腐蝕性、加工性能優(yōu)良，可作薄壁管和波紋管。

H68塑性好，可在常溫下沖壓

H62在室溫下塑性較差，但機械強度較高，易焊接，價格低廉，可做深冷設(shè)備的筒體、管板、法蘭及螺母等。

錫黃銅HSn70-l含有1%的錫，能提高在海水中的耐蝕性。稱海軍黃銅。2023/1/11105（2）白銅

鎳含量低于50%的銅鎳合金稱為簡單（普通）白銅，再加入錳、鐵、鋅或鋁等元素的白銅稱為復雜（特殊）白銅。白銅是工業(yè)銅合金中耐腐蝕性能最優(yōu)者，抗沖擊腐蝕、應力腐蝕性能亦良好，是海水冷凝管的理想材料。2023/1/11106（3）青銅

銅與錫的合金稱為錫青銅；銅與鋁、硅、鉛、被、錳等組成的合金稱無錫青銅。錫青銅分鑄造錫青銅和壓力加工錫青銅。錫青銅典型牌號ZQSn10-1，有高強度和硬度，能承受沖擊載荷，耐磨性很好，具有優(yōu)良的鑄造性，比純銅耐腐蝕。錫青銅用來鑄造耐腐蝕和耐磨零件，如泵殼、閥門、軸承、蝸輪、齒輪、旋塞等。無錫青銅力學性能好2023/1/11107三、鈦及其合金

鈦的密度?。?.507g/cm3）、強度高、耐腐蝕性好、熔點高。工業(yè)純鈦牌號有TA0、TA2、TA3(編號愈大、雜質(zhì)含量愈多)。純鈦加工性能良好；有良好的耐蝕性。鈦也是很好的耐熱材料。在鈦中添加錳、鋁或鉻鉬等元素，可獲得性能優(yōu)良的鈦合金。2023/1/11108四、鎳及其合金

高強度和塑性，好的延伸性和可鍛性。好的耐腐蝕性，用于制造處理堿介質(zhì)的化工設(shè)備。牌號為NCu28-2.5-1.5的蒙乃爾耐蝕合金應用最廣。蒙乃爾合金能在500℃時保持高的力學性能，能在750℃以下抗氧化，在非氧化性酸、鹽和有機溶液中比純鎳、純銅更具耐蝕性。2023/1/11109五、鉛及其合金

硬度低、強度小，不宜單獨作為設(shè)備材料，只適于做設(shè)備的襯里。熱導率小；純鉛不耐磨，非常軟。但在許多介質(zhì)中，特別是在硫酸(80%的熱硫酸及92%的冷硫酸)中鉛具有很高的耐蝕性。

鉛與銻合金稱為硬鉛，硬度、強度都比純鉛高，在硫酸中的穩(wěn)定性也比純鉛好。硬鉛的主要牌號為

PbSb4、PbSb6、PbSb8和

PbSb10。2023/1/11110

鉛和硬鉛在硫酸、化肥、化纖、農(nóng)藥、電器設(shè)備中可用來做加料管、鼓泡器、耐酸泵和閥門等零件。

鉛耐輻射，可用作

X、g射線的防護材料。鉛合金的自潤性、磨合性和減振性好，噪音小，是良好的軸承合金。鉛合金還用于鉛蓄電池極板、鑄鐵管口、電纜封頭的鉛封等。2023/1/11111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)展的復合材料（玻璃鋼、不透性石墨等）。2023/1/11112一、無機非金屬材料1、化工陶瓷好的耐腐蝕性、耐熱性和一定機械強度。導熱性差，熱膨脹系數(shù)較大，受碰擊或溫差急變而易破裂。2023/1/111132、化工搪瓷由含硅量高的瓷釉通過900℃左右的高溫煅燒，使瓷釉密著在金屬表面。具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學性能和電絕緣性能，但易碎裂。熱導率不到鋼的1/4，熱膨脹系數(shù)大。不能直接用火焰加熱，以免損壞搪瓷表面，可以用蒸汽或油浴緩慢加熱。使用溫度為-30℃～270℃。2023/1/111143、輝綠巖鑄石用輝綠巖熔融后制成，可制成板、磚等材料作設(shè)備襯里，也可做管材。鑄石除不耐氫氟酸和熔融堿腐蝕外，對各種酸、堿、鹽都具有良好的耐腐蝕性能。2023/1/111154、玻璃化工用的玻璃不是一般的鈉鈣玻璃，而是硼玻璃（耐熱玻璃）或高鋁玻璃，它們有好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性。有耐腐蝕性、清潔、透明、阻力小、價格低等特點，但質(zhì)脆、耐溫度急變性差，不耐沖擊和振動。目前已成功采用在金屬管內(nèi)襯玻璃或用玻璃鋼加強玻璃管道，來彌補其不足。2023/1/11116二、有機非金屬材料1、工程塑料是用高分子合成樹脂為主要原料，加入添加劑以改善產(chǎn)品性能。熱塑性材料遇熱軟化或熔融，冷卻后又變硬，可反復