環(huán)境工程設備材料

環(huán)境工程設備材料第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日第一節(jié)材料的基本性能一：化學性能1四：加工工藝性能4三：機械性能3二：物理性能2第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日一：化學性能雙擊添加標題文字

材料的化學性能是指材料在所處介質(zhì)中的化學穩(wěn)定性，即材料是否會與周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學作用而引起腐蝕。雙擊添加標題文字1、耐腐蝕性材料對周圍介質(zhì)侵蝕的抵抗能力稱為耐腐蝕性。2、抗氧化性在高溫下，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，使鋼的力學性能下降，特別是降低材料表面硬度和疲勞強度。第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、物理性能材料的物理性能有密度、熔點、比熱容、熱導率、線膨脹系數(shù)、導電性、磁性等。第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日三：機械行能材料的機械性能亦稱為力學性能，材料在外力作用下抵抗變形或破壞的能力，如強度、硬度、彈性、塑性、韌性等。這些性能是化工設備設計中材料選擇及計算時決定許用應力的依據(jù)。1、強度2、硬度3、韌性4、塑性5、疲勞強度6、斷裂韌性第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日三：加工工藝性能

金屬和合金的加工工藝性能是指鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和切削加工性能。1、鑄造性能

是指液體金屬的流動性和凝固過程中的收縮和偏析傾向。2、壓力加工性能是使材料產(chǎn)生塑性變形的加工方法，包括軋制、擠壓、拉拔、鍛壓和沖壓加工。3、焊接性能4、切削加工性能5、熱處理性能第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日第二節(jié)鑄鐵與碳鋼一、鑄鐵二、碳鋼第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日一、鑄鐵

含碳量2%以上，含有S、P、Si、Mn等雜質(zhì)。

脆性材料，抗拉強度較低，但有良好的鑄造性、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。第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日

1.灰鑄鐵 含碳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，用于支架、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。 編號：HT200，HT——灰鑄鐵，200——抗拉強度sb值，MPa。 常用灰鑄鐵牌號有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。2.球墨鑄鐵

石墨呈球形，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。 編號：QT400-18，QT——球墨鑄鐵，400——抗拉強度sb值，MPa，18——延伸率d=18%。第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日

3.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、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。高硅鑄鐵第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、碳鋼的分類（一）碳鋼的分類1、按冶煉性質(zhì)分類：在鋼鐵的冶煉中，鋼液在熔煉末期需要脫氧，根據(jù)鋼的脫氧程度，可將鋼錠分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼。2、按含碳量分類3、按質(zhì)量分類4、按用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼:主要用于制造各種工程構(gòu)建和及其零件。碳素工具鋼：主要用于制造各種刀具、量具、模具、第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日（二）碳鋼的編號和用途1、普通碳素鋼編號：Q235-A，Q235——屈服強度及數(shù)值（MPa） A——質(zhì)量等級，有A，B，C，D四級。 脫氧方法有F，b，Z，TZ。其中Z——鎮(zhèn)靜鋼，在編號中忽略 化工壓力容器一般選用鎮(zhèn)靜鋼。 普通碳素鋼有Q195、Q215、Q235、Q255及Q275五個鋼種。第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日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。即平均含碳量為萬分之幾。45號鋼中含碳量平均為0.45%(0.42%～0.50%)。

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，用于殼體、接管等。 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，用于攪拌軸、齒輪等傳動零件。 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。第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日3、高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼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。高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日三：常存雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響碳鋼中的雜質(zhì)元素有：硫、磷、錳、硅、氧、氮、氫等1）硅:脫氧劑。有益元素。 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。第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日2）氮 長時間放置或在200～300℃加熱，氮以氮化物的形式析出，硬度、強度提高，塑性下降。3）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)，特別是可以降低脆性，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%。第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日4）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，稱為“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%。5）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。6）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%。第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日（四）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）

4mm～6mm厚度間隔為0.5mm 6mm～30mm厚度間隔為lmm 30mm～60mm厚度間隔為2mm 一般碳素鋼板材料有Q235-A、Q235-A·F、08、10、15、20等。<40mm沒有奇數(shù)厚度的鋼板（25代替24和26除外）2）鋼管

無縫鋼管和有縫鋼管。 無縫鋼管有冷軋和熱軋。第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日3）型鋼 有圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼（等邊與不等邊）、工字鋼和槽鋼。 圓鋼與方鋼主要用來制造各類軸件； 扁鋼常用作各種槳葉；（4）鑄鋼和鍛鋼

鑄鋼用ZG表示，如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。第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日第三節(jié)合金鋼一、合金鋼的分類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 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:不銹鋼和耐熱鋼等第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼按性能和用途分為三大類。（1）高強度鋼這類剛用于船舶、車軸、壓力容器、鍋爐、輸送管線等的焊接結(jié)構(gòu)件。（2）低溫鋼由于鋼的強度而有較低的韌-崔轉(zhuǎn)變溫度，用于制造低溫設備的零部件。（3）耐蝕鋼對大氣、海水、硫化氫等環(huán)境有一定的耐腐蝕性，如10MnPNbRe鋼能耐海洋大氣及海水腐蝕，12MnAlV鋼適用于制造煉油廠用的耐高溫硫化氫設備。第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日三、特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有特殊物理性能活化學性能的鋼，這類鋼及合金的種類很多，并正在迅速發(fā)展。（一）不銹鋼的成分碳、鉻、鎳、Mo、Cu、Ti、Nb、Mn、N（二）不銹鋼的分類（1）鐵素體不銹鋼主要用作耐腐蝕性要求很高二強度要求不高的構(gòu)件，如環(huán)境工程設備，化工設備，容器和管道、食品工廠設備等。（2）奧氏體不銹鋼以板材、帶材為主，它在環(huán)境工程、石油、化工、食品、制糖、釀酒、醫(yī)藥、油脂及印刷工業(yè)中得到廣泛應用，試用溫度為-196至600攝氏度。第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日（3）奧氏體-鐵素體雙向不銹鋼可用于制造化工、化肥、環(huán)境工程設備及管道、海水冷卻的熱交換設備等。奧氏體-鐵素體雙向不銹鋼第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日第四節(jié)常用的有色金屬及其合金主要包括：銅、鋁、鉛、鑄造合金、軸承合金等。一、銅及其合金

導熱導電性好，易于加工，色澤美觀。1.純銅（紫銅） 低溫時可保持較高的塑性和沖擊韌性，用于制作深冷設備和高壓設備墊片； 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。第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日2.銅合金

是銅中加入合金元素而成，強度提高。主要有：黃銅：銅與鋅的合金稱為黃銅 白銅：銅與鎳的合金稱為白銅 青銅：銅與錫的合金稱為錫青銅；銅與鋁、硅、鉛、鈹、錳等組成的合金稱無錫青銅。1）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，形成特種黃銅。 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。第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日2）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。3）青銅 錫青銅分鑄造錫青銅和壓力加工錫青銅。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。第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日二、鋁及其合金

質(zhì)輕，導電導熱性好，易于加工。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； 鋁不會產(chǎn)生食物中毒，不污染物品，不改變物品顏色，在食品工業(yè)中可代替不銹鋼； 鋁的導熱性能好，適合于作換熱設備。1.純鋁（1）高純鋁 抗硫腐蝕，可用于濃硝酸設備，如高壓釜、槽車、貯槽、閥門、泵。（2）工業(yè)高純鋁純度高，可用于制造鋁箔。（3）工業(yè)純鋁用于接觸含硫物質(zhì)但要求不高的設備，例如：反應器、熱交換器、深冷設備、塔器等。第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日2.鋁合金 是鋁中加入合金元素而成，強度提高，主要用于要求質(zhì)輕而強度高的航空零件?；ど铣Ｓ描T造鋁合金，主要有：鋁硅合金：制造泵殼鋁銅合金：制造簡單鑄件鋁鎂合金：力學性能高，耐腐蝕性能好，但熱強性低。多用于食品機械零件。鋁鋅合金：制造復雜鑄件和日用品。第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日三、鈦及其合金 鈦合金的密度?。?.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。第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日四、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)的化工設備。 Ni-Cu合金中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。第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日第五節(jié)非金屬材料與復合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）和有機非金屬材料（塑料、涂料、橡膠等）及近年來發(fā)展的復合材料（玻璃鋼、不透性石墨等）。一、無機非金屬材料1.陶瓷

好的耐腐蝕性、耐熱性和一定的機械強度。 導熱性差，熱膨脹系數(shù)較大，受碰擊或溫差急變而易破裂。（1）耐酸陶瓷主要用來制造耐酸容器，儲槽、攪拌器、泵、閥門、管道等，如酸性廢水的下水管道；也用來制造防腐襯里的耐酸瓷磚及填料塔的耐酸填料。第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日（2）特種陶瓷目前工程上應用較為廣泛的特種陶瓷主要有氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷和碳化硅陶瓷。2.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。 具有耐腐蝕性、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。3、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。

第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日有優(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℃。二、有機高分子材料（一）高分子材料的概述（二）高分子材料的主要性能特點性能：質(zhì)量輕，有透明的品種；多數(shù)具有柔軟性，橡膠類或塑性材料具有高彈性；大多數(shù)摩擦系數(shù)小，易滑動；有緩沖作用，能吸收振動和聲音；是電的絕緣體；難導熱；耐水，大多數(shù)能耐酸、堿、鹽、溶劑、油脂；有蠕變，應力松弛現(xiàn)象的黏彈特性；熱膨脹較大，低溫會發(fā)脆，耐熱溫度低；使用過程中會出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象；高彈性。第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日（三）塑料的組成塑料是指以有機合成樹脂為主要組成材料，與其他配料混合，通過加熱、加壓塑料成一定形狀的產(chǎn)品。塑料的性能主要取決于樹脂，但在合成樹脂中加入添加劑可對塑料進行改進。組成塑料的物質(zhì)主要包括：合成樹脂，填料，增塑劑，固化劑，著色劑，阻燃劑，穩(wěn)定劑，潤滑劑。（四）常用的塑料的分類及特性熱塑性材料遇熱軟化或熔融，冷卻后又變硬，可反復多次。主要有聚氯乙烯、聚乙烯等。 熱固性塑料固化后不能用加熱的方法使之再軟化，如酚醛樹脂、氨基樹脂等。 有良好的耐腐蝕性能、一定的機械強度、良好的加工性能和電絕緣性能，價格較低。第三十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日（五）熱塑性塑料的性能及選用（1）硬聚氯乙烯（PVC