化工設(shè)備材料及其選擇課件

化工設(shè)備材料及其選擇第一節(jié)概述

一、化工設(shè)備選材的重要性和復(fù)雜性1.操作條件的限制2.制造條件的限制3.材料自身性能的限制二、選材要遵循

適用、安全和經(jīng)濟(jì)的原則第二節(jié)材料的性能

一、力學(xué)性能材料在外力（或外加能量）作用下抵抗外力所表現(xiàn)的行為，包括變形和抗力，即在外力作用下不產(chǎn)生超過(guò)允許的變形或不被破壞的能力。硬度強(qiáng)度塑性韌性金屬材料承受載荷作用，當(dāng)載荷不再增加或緩慢增加時(shí)，仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象就稱為屈服。1、強(qiáng)度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。

持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)抗拉強(qiáng)度σb疲勞極限σn常溫拉應(yīng)力下20鋼的拉伸試驗(yàn)

l0=10d0l0=5d0或從開(kāi)始加載到發(fā)生斷裂所能達(dá)到的最大應(yīng)力值，叫做抗拉強(qiáng)度。開(kāi)始出現(xiàn)塑性變形時(shí)的應(yīng)力，稱為“屈服點(diǎn)”ss

sb1、強(qiáng)度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。

金屬在拉伸條件下，從開(kāi)始加載到發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力值，叫作抗拉強(qiáng)度。持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)抗拉強(qiáng)度σb疲勞極限σn1、強(qiáng)度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。

材料在高溫下，在一定的應(yīng)力下，抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力。持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)抗拉強(qiáng)度σb疲勞極限σn材料在高溫下，抵抗發(fā)生斷裂的能力。

1、強(qiáng)度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。

持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)抗拉強(qiáng)度σb疲勞極限σn材料在交變載荷作用下，會(huì)在遠(yuǎn)低于材料本身的屈服點(diǎn)時(shí)就已經(jīng)斷裂了，這種現(xiàn)象就是疲勞。我們把經(jīng)過(guò)106~108次循環(huán)試驗(yàn)而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力，作為疲勞強(qiáng)度。1、強(qiáng)度：固體材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的特性。

持久強(qiáng)度σD蠕變強(qiáng)度σn屈服強(qiáng)度σs(σ0.2)抗拉強(qiáng)度σb疲勞極限σn2、塑性：金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。主要有兩個(gè)塑性指標(biāo)：延伸率δ斷面收縮率Ψ3、韌性：

表示材料彈塑性變形為斷裂全過(guò)程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。承受靜載荷抗裂紋擴(kuò)展的能力——缺口敏感性承受動(dòng)載荷時(shí)抗裂紋的能力——沖擊韌性沖擊功

，而沖擊韌度（F為面積）

圖1-1沖擊試樣的安放1-擺錘2-試樣3-機(jī)座圖1-2沖擊試驗(yàn)原理1-擺錘2-試樣（1）沖擊韌度韌性高的材料，塑性好；塑性較高的材料，韌性也好。問(wèn)題判斷正誤并說(shuō)出理由

注意！韌性是材料在外加動(dòng)載荷突然襲擊時(shí)的一種及時(shí)和迅速塑性變形的能力。韌性高的材料，一般都有較高的塑性指標(biāo)；但塑性較高的材料，卻不一定都有高的韌性。其所以如此，就是因?yàn)殪o載菏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。

（2）缺口敏感性指在帶有一定應(yīng)力集中的缺口條件下，并且在靜載荷作用條件下，抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。圖1-3沖擊試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試樣10281055R1(a)U型缺口1045°81055R0.25

(a)V型缺口

4、硬度：金屬材料抵抗其它更硬的物體壓入其內(nèi)的能力。表示金屬材料在一個(gè)小的體積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破斷的能力。布氏硬度HB（一般在HB450以上就不能使用)、洛氏硬度HR(可以用于硬度很高的材料)、維氏硬度HV(比洛氏硬度更適合于測(cè)定極薄試樣的硬度)，顯微硬度。材料的力學(xué)性能所包括的強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度四個(gè)指標(biāo)中，強(qiáng)度和塑性占主導(dǎo)地位，但使用時(shí)要考慮溫度的變化。T

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小結(jié)二、物理性能

相對(duì)密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性、彈性模數(shù)與泊桑比等。2、彈性模量E材料在彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，即σ＝Eε，這個(gè)比例系數(shù)E稱為彈性模量，表示金屬材料在彈性變形階段的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系。對(duì)不同材料，材料的彈性模量越大．使它產(chǎn)生一定量的彈性變形的應(yīng)力也越

。對(duì)同一種材料，彈性模數(shù)E隨溫度的升高而

。1、線膨脹系數(shù)α3、泊桑比泊桑比是拉伸試驗(yàn)中試件單位橫向收縮與單位縱向伸長(zhǎng)之比，以μ表示。對(duì)于各種鋼材它近乎為一個(gè)常數(shù)，即μ＝0.3。三、化學(xué)性能1、耐腐蝕性金屬和合金對(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。

2、抗氧化性在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的許多高溫化工設(shè)備，在高溫工作條件下，不僅有自由氧的氧化腐蝕過(guò)程，還有其他氣體介質(zhì)如水蒸氣，CO2、SO2等的氧化腐蝕作用，因此鍋爐給水中的含氧量和其他介質(zhì)中的硫及其他雜質(zhì)的含量對(duì)鋼的氧化是有一定影響的。表1-1幾種材料在不同溫度和濃度的酸、堿和鹽類介質(zhì)中的耐腐蝕性耐耐沸10＜40＜10355沸任鈦300氣20干燥氣(110)(濃)××××50(20)＜75(96)××鉛××××(40)(10)3550(55)(＜27)20(20)＜60(80~100)××銅300氣1002010××××××(30)60(80~95)＞95鋁100溶液與氣體100250飽100≤90××＜40(＜40)(80~100)(＜10)沸(沸)40＜50(60~80)9518-8型不銹鋼(70)××20080××120260480≤35≥70100××20(70)70~80(80~100)××碳鋼(沸)(25)耐耐100潮濕耐耐(100)(34)30(＜35)＜12050~100≤沸＜70≥40＜40高硅鑄鐵STSi15R××××(480)(任)××20(70)70~80(80~100)××灰鑄鐵(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)(℃)(%)氨尿素硫化氫硫酸銨氫氧化鈉鹽酸硫酸硝酸介質(zhì)材料金屬和合金的工藝性能是指鑄造性、可鍛性、可焊性、切削加工性、熱處理性能等直接影響化工設(shè)備和零部件的制造工藝方法，也是選擇材料時(shí)必須考慮的因素。良好的冷熱加工性能良好的焊接性能四、加工工藝性能第三節(jié)金屬材料的分類及牌號(hào)一、分類1、金屬的分類鑄造生鐵金屬黑色金屬有色金屬生鐵鋼煉鋼生鐵合金生鐵銅及其合金輕金屬及其合金其它有色及其合金純銅（紫銅）銅鋅合金（黃銅）銅錫合金（錫青銅）無(wú)錫合金（鋁青銅等）鋁及鋁合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金鉛、錫及其合金鋅及其合金鎳、鈷及其合金2、鋼的分類二、鋼鐵牌號(hào)及表示方法（GB/T221-2000）

1、碳素結(jié)構(gòu)鋼：1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（GBT700-2006）代表鋼材屈服點(diǎn)的字母＋屈服點(diǎn)的數(shù)值＋材料質(zhì)量等級(jí)符號(hào)＋脫氧方法符號(hào)，常用Q235B，Q235C，Q235A·F2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GBT699-1999）較普通碳素結(jié)構(gòu)含S、P量較少，表面質(zhì)量較好。常用10、Q245R（20g、20R）和20等。表1-2壓力容器用碳素鋼鎮(zhèn)靜鋼板的適用范圍表鋼板牌號(hào)使用溫度℃設(shè)計(jì)壓力MPa殼體鋼板厚度mm

其它限制Q235-B0~350≤1.6≤20不得用于毒性程度為高度或極度危害介質(zhì)的壓力容器Q235-C0~400≤2.5≤30二、鋼鐵牌號(hào)及表示方法（GB/T221-2000）

2、合金（高強(qiáng)度）鋼在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素。特別：鍋爐鋼和容器鋼主要用于殼體或鍋爐承壓元件。如Q345R（16MnR）,14Cr1MoR,12Cr2Mo1R等。性能指標(biāo)等見(jiàn)附錄。GB3531-2008《低溫壓力容器用低合金鋼鋼板》二、鋼鐵牌號(hào)及表示方法：

3、特殊性能鋼主要指不銹耐酸鋼鉻不銹鋼，如1Cr13鉻鎳不銹鋼，如00Cr19Ni10（S30403）節(jié)鎳不銹鋼GB24511-2009《承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶》牌號(hào)06Cr13：中國(guó)統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)：S11306第四節(jié)化工設(shè)備的腐蝕及防腐一、金屬的腐蝕1.定義：金屬與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的破壞現(xiàn)象。2.類型（腐蝕過(guò)程有無(wú)電流產(chǎn)生）1）化學(xué)腐蝕（如氫腐蝕）2）電化學(xué)腐蝕（如晶間腐蝕，應(yīng)力腐蝕）二、常見(jiàn)腐蝕類型1.氫腐蝕氫氣在較低溫度和壓力(＜200℃，＜5.0MPa)下對(duì)普通碳鋼及低合金鋼不會(huì)有明顯的腐蝕，但是在高溫高壓下則會(huì)對(duì)它們產(chǎn)生腐蝕，結(jié)果使材料的機(jī)械強(qiáng)度和塑性顯著下降，甚至損壞，這種現(xiàn)象常稱為“氫腐蝕”。

二、常見(jiàn)腐蝕類型2.晶間腐蝕圖1-1奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕發(fā)生在晶界，晶粒之間結(jié)合力下降，與元素Cr的含量有關(guān)。奧氏體不銹鋼晶?！帢O晶粒邊界析出的碳化鉻貧鉻區(qū)——陽(yáng)極晶粒邊界二、常見(jiàn)腐蝕類型3.