环境工程设备材料课件

1、环境工程设备与设计环境工程设备与设计 主讲教师：食品学院主讲教师：食品学院 张仲欣张仲欣 电电 话：话：64222390 E-mail： 本课件使用说明本课件使用说明 1 1、红颜色红颜色：标题；：标题； 蓝颜色蓝颜色：需记笔记的内容；：需记笔记的内容； 绿颜色绿颜色：重点；：重点； 黑颜色：解释性材料；黑颜色：解释性材料； 棕颜色棕颜色：重复前页的标题。：重复前页的标题。 2 2、页面切换声：、页面切换声：“咔嚓咔嚓”； 页面上增加内容声：页面上增加内容声：“铛铛”或或“嗒嗒 嗒嗒”。 教材：教材： 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规定教国家级规定教 材材 环境工程设备环境工程

2、设备 金兆丰主编金兆丰主编 化学工业出版社化学工业出版社 主要参考书：主要参考书： 化工设备机械基础化工设备机械基础 董大勤主编董大勤主编 化学工业出版社化学工业出版社 本课件使用说明本课件使用说明 主要内容及学时安排主要内容及学时安排 绪论绪论 2学时学时 第第1章章 环境工程设备材料环境工程设备材料 8 学时学时 第第2章章 容器设计与制造容器设计与制造 16 学时学时 第第3章章 管道与阀门管道与阀门 6 学时学时 第第4章章 机械传动与减速器机械传动与减速器 10 学时学时 第第5章章 环境工程设备设计实例环境工程设备设计实例 6 学时学时 本课程的学习方法本课程的学习方法 一、开设本

3、课程的目的与意义一、开设本课程的目的与意义 1.了解环境工程设备的相关知识，能认识了解环境工程设备的相关知识，能认识 设备。设备。 2.掌握环境工程设备的结构、原理、工作掌握环境工程设备的结构、原理、工作 过程、特点等，为设备的选型配套打基过程、特点等，为设备的选型配套打基 础。础。 3.掌握环境工程设备设计的基础知识与方掌握环境工程设备设计的基础知识与方 法，为设备的设计与改造打基础。法，为设备的设计与改造打基础。 二、本课程的学习方法二、本课程的学习方法 1.提倡记笔记，必须做作业。提倡记笔记，必须做作业。 2.期末考试：平时占期末考试：平时占30%，卷面占，卷面占 70%。缺课。缺课4次

4、（注意：不是旷课次（注意：不是旷课4 次）不得参加本课程的考试。次）不得参加本课程的考试。 3.答疑时间：周二晚上答疑时间：周二晚上8点点-10点，点， 地点：地点：2-231（ 2号楼号楼2楼最西头）。楼最西头）。 绪论绪论 主要内容：主要内容： 1.环境工程设备的定义和分类环境工程设备的定义和分类 2.机械类与容器类环保设备机械类与容器类环保设备 3.标准化知识简介标准化知识简介 4.环境工程设备的选用与设计原则环境工程设备的选用与设计原则 1.定义：定义： 以控制环境污染为目的的设备，称为环以控制环境污染为目的的设备，称为环 境保护设备或环保设备境保护设备或环保设备 v环境保护设备环境保

5、护设备是是水水污染治理设备、污染治理设备、空气空气污染污染 治理设备、治理设备、固体废弃物固体废弃物处理设备、处理设备、噪声噪声与振与振 动控制设备、动控制设备、放射性放射性与电磁波污染防护设备与电磁波污染防护设备 的总称。的总称。 一、环境工程设备的定义与分类一、环境工程设备的定义与分类 按类别、亚类别、组别和型别四个层次进行分类。按类别、亚类别、组别和型别四个层次进行分类。 （1）按类别按类别：即：即按控制的污染物按控制的污染物对象分类对象分类 水污染治理设备水污染治理设备 空气污染治理设备空气污染治理设备 固体废弃物处理处置设备固体废弃物处理处置设备 噪声与振动控制设备噪声与振动控制设备

6、 放射性与电磁波污染防护设备放射性与电磁波污染防护设备 2.分类：分类： 2.分类：分类： （2）按亚类别按亚类别：即按环保设备的：即按环保设备的原理和用途原理和用途分类分类 物理法物理法 化学法化学法 物理化学法物理化学法 （3）按组别按组别：即：即按功能原理按功能原理分类分类 如用于分离的原理有：如用于分离的原理有： 沉淀沉淀 澄清澄清 上浮上浮 气浮气浮 离心离心 磁分离磁分离 2.分类：分类： （4）按型别分类按型别分类：即：即按结构特性和工作方式按结构特性和工作方式 如气浮分离器的典型结构有：如气浮分离器的典型结构有： 溶气气浮溶气气浮 真空气浮真空气浮 分散空气气浮分散空气气浮 电

7、解气浮电解气浮 泡沫分离器泡沫分离器 二、机械类与容器类环保设备二、机械类与容器类环保设备 单体设备可分为机械类与容器类两种类型单体设备可分为机械类与容器类两种类型 机械类设备可分为通用设备与专用设备机械类设备可分为通用设备与专用设备 容器类设备可分为常压容器、中低压容器、高压容器类设备可分为常压容器、中低压容器、高压 容器等容器等 常压：只承受容器内介质的静压常压：只承受容器内介质的静压 低压：介质工作压力低压：介质工作压力1.6MPa 中压：介质工作压力为中压：介质工作压力为1.610MPa 高压：介质工作压力为高压：介质工作压力为10100MPa 容器类环境工程设备一般是指没有运动构件的

8、设容器类环境工程设备一般是指没有运动构件的设 备，主要是指设备的外壳。备，主要是指设备的外壳。 三、标准化知识简介三、标准化知识简介 1.标准化的发展历史：由统一性决定标准化的发展历史：由统一性决定 2.标准化的主要作用：便于设计、生产、使用标准化的主要作用：便于设计、生产、使用 3.标准化和标准的定义：大家都遵守的规则标准化和标准的定义：大家都遵守的规则 4.标准的分类：国家、部门、行业、企业标准的分类：国家、部门、行业、企业 5.标准的代号和编号：由名称、代号、编号、年份标准的代号和编号：由名称、代号、编号、年份 组成。如组成。如钢制压力容器钢制压力容器（ GB150-1998 ） 6.I

9、SO9000和和ISO14000：ISO为国际标准，为国际标准，9000为为 质量标准，质量标准，1400为环保标准为环保标准 四、环境工程设备的选用与设计原则四、环境工程设备的选用与设计原则 1.成套设备与单体设备：成套设备满足工成套设备与单体设备：成套设备满足工 艺要求，单体设备尽量选通用设备。艺要求，单体设备尽量选通用设备。 2.通用设备的选用原则：适用、先进、安通用设备的选用原则：适用、先进、安 全、经济全、经济 3.专用设备的设计原则：满足工艺要求、专用设备的设计原则：满足工艺要求、 结构简单、成本低结构简单、成本低 环境工程设备与设计 第第1 1章章 环境工程设备材料环境工程设备材

10、料 主要内容：主要内容： 1.材料的基本性能材料的基本性能 2.碳钢与铸铁碳钢与铸铁 3.合金钢合金钢 4.有色金属及其合金有色金属及其合金 5.非金属材料与复合材料非金属材料与复合材料 6.材料的腐蚀与防腐材料的腐蚀与防腐 7.环境工程设备材料选择环境工程设备材料选择 环境工程设备与设计 第一节第一节 材料的基本性能材料的基本性能 主要包括：力学性能、物理性能、化学性能和主要包括：力学性能、物理性能、化学性能和 加工性能加工性能 一、力学性能一、力学性能 力学性能是指材料在外力作用下抵抗变形或力学性能是指材料在外力作用下抵抗变形或 破坏的能力，如强度、硬度、弹性、塑性、破坏的能力，如强度、硬

11、度、弹性、塑性、 韧性等韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选。这些性能是化工设备设计中材料选 择及计算时决定许用应力的依据。择及计算时决定许用应力的依据。 环境工程设备与设计 一、力学性能一、力学性能 1. 强度强度 是指材料抗变形或断裂的能力是指材料抗变形或断裂的能力 。 （1）材料拉伸时的应力应变曲线）材料拉伸时的应力应变曲线 应力：材料内部单位面积所受的力应力：材料内部单位面积所受的力 应变：构件单位长度所产生的变形应变：构件单位长度所产生的变形 S F 00 0 l l l ll 应力的单位为应力的单位为MPa，即，即106N/m2 环境工程设备与设计 1.强度强度 材料拉伸时的应力

12、应变曲线材料拉伸时的应力应变曲线 材料拉伸试验：材料拉伸试验： 试棒制备试棒制备 材料拉伸过程演示材料拉伸过程演示 l0=10d0 l0= 5d0 一般一般d0=10mm 环境工程设备与设计 1.强度强度 材料拉伸时的应力应变曲线材料拉伸时的应力应变曲线（画出）（画出） 环境工程设备与设计 1.强度强度 p p比例极限比例极限 e e弹性极限弹性极限 s s屈服极限（屈服点）屈服极限（屈服点） b b强度极限强度极限 E=tan()E=tan()材料的弹性模量材料的弹性模量 在比例极限内，在比例极限内，=E=E 环境工程设备与设计1. 强度强度 长期静载对强度的影响：蠕变极限长期静载对强度的影

13、响：蠕变极限n 交变载荷交变载荷对强度的影响对强度的影响：疲劳极限疲劳极限-1 交变载荷大小用交变载荷大小用应力循环系数或应力比衡量，应力循环系数或应力比衡量， r= min/max 疲劳极限疲劳极限-1以以106107次交变这材料不被破坏的应力次交变这材料不被破坏的应力 许用应力许用应力 n lim 安全系数 极限应力 不同的设计对应不同的不同的设计对应不同的强度极限。强度极限。 安全系数是对设备安全性的保护，一般安全系数是对设备安全性的保护，一般n=25。 环境工程设备与设计 2. 硬度硬度 硬度是指固体材料对外界物体机械作用（如压陷、硬度是指固体材料对外界物体机械作用（如压陷、 刻划）的

14、刻划）的局部抵抗能力局部抵抗能力。 是弹性、强度与塑性的综合性能指标。是弹性、强度与塑性的综合性能指标。 常用硬度表示方法：常用硬度表示方法： （1）布氏硬度布氏硬度(HB)：用于软质材料，：用于软质材料， 如如低碳钢，低碳钢，HB200300HB200300 布氏硬度与抗拉强度的对应关系：布氏硬度与抗拉强度的对应关系： 低碳钢低碳钢 b=0.36 HB 高碳钢高碳钢 b=0.34 HB 灰铸铁灰铸铁 b=0.1 HB （2）洛氏硬度洛氏硬度(HRC、HRB)：用于硬质材料，：用于硬质材料， 如如高碳钢或合金钢，高碳钢或合金钢，HRC4060HRC4060 环境工程设备与设计 3. 塑性塑性

15、延伸率延伸率 %100%100 0 01 P l ll 断面收缩率断面收缩率%100 0 10 s ss 化工设备材料一般要求化工设备材料一般要求5 5=10=1020%20% 其中其中p p为断裂时的应变。为断裂时的应变。L L1 1和和s s1 1为断裂时的长度为断裂时的长度 和断面面积。和断面面积。 环境工程设备与设计 4.4.冲击韧性冲击韧性 冲击韧性冲击韧性k k：使其破坏所消耗的功或吸收：使其破坏所消耗的功或吸收 的能除以试件的截面面积，即的能除以试件的截面面积，即 低温容器所用钢板的低温容器所用钢板的k k值值 不得低于不得低于0.3MJ/m0.3MJ/m2 2 0 s A k

16、k 环境工程设备与设计 二、物理性能二、物理性能 密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、 导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。 三、化学性能三、化学性能 1. 耐腐蚀性耐腐蚀性 材料对周围介质侵蚀的抵抗能力材料对周围介质侵蚀的抵抗能力 2. 抗氧化性抗氧化性 材料抵抗高温氧化的能力。材料抵抗高温氧化的能力。 环境工程设备与设计 四、加工工艺性能四、加工工艺性能 1. 可铸性：收缩与偏析可铸性：收缩与偏析 2. 可锻性可锻性 3. 焊接性焊接性 4. 可切削加工性可切削加工性 环境工程设备与设计第一节第一节 材料的基本性能

17、材料的基本性能 【作业作业】 1. 1.一个总重为一个总重为700N700N的电机，用一个的电机，用一个 M8M8吊环螺钉起吊。螺纹根部直径为吊环螺钉起吊。螺纹根部直径为 6.4mm6.4mm，其截面上的应力有多大？，其截面上的应力有多大？ 2.2.一钢管，中径为一钢管，中径为D D，厚度为，厚度为，要，要 受受F F的拉力。已知断面上的许用应力的拉力。已知断面上的许用应力 为为。F F允许多大？允许多大？( (圆环面积近似圆环面积近似 用中径周长乘以厚度用中径周长乘以厚度) ) 环境工程设备与设计第一节第一节 材料的基本性能材料的基本性能 【作业答案作业答案】 1.=22MPa1.=22MP

18、a 2.F=D2.F=D 环境工程设备与设计 第二节第二节 碳钢与铸铁碳钢与铸铁 碳钢即碳钢即“铁碳合金铁碳合金”是由是由95以上的铁和以上的铁和0.05 4的碳及的碳及1左右的杂质元素所组成的左右的杂质元素所组成的 合金。合金。 一般含碳量一般含碳量0.022的称为钢；的称为钢； 大于大于2称为铸铁；称为铸铁； 含碳量小于含碳量小于0.02的称为纯铁的称为纯铁(工业纯铁工业纯铁)； 含碳量大于含碳量大于4.3的铸铁极脆。的铸铁极脆。 后二者的工程应用价值都很小。后二者的工程应用价值都很小。 环境工程设备与设计 一、铁碳合金的组织结构一、铁碳合金的组织结构 1.1.金属的组织与结构金属的组织与

19、结构 组织：在金相显微组织：在金相显微 镜下看到的金属的镜下看到的金属的 晶粒，简称组织。晶粒，简称组织。 环境工程设备与设计 结构：电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，结构：电子显微镜观察到金属原子各种规则排列， 称为金属的晶体结构，简称结构。称为金属的晶体结构，简称结构。 不同温度下纯铁面心立方晶格与体心立方如下：不同温度下纯铁面心立方晶格与体心立方如下： 体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者 的强度高于前者。的强度高于前者。 1.1.金属的组织与结构金属的组织与结构 环境工程设备与设计 铸铁中的碳一般以石墨的形式存在，有不同的组织铸铁中的

20、碳一般以石墨的形式存在，有不同的组织 形貌。形貌。石墨在铸铁中的三种存在形式石墨在铸铁中的三种存在形式如下：如下： 球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石 墨最差。墨最差。 1.1.金属的组织与结构金属的组织与结构 环境工程设备与设计 2.2.纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变 体心立方晶格的纯铁称体心立方晶格的纯铁称-Fe-Fe， 面心立方晶格的铁称为面心立方晶格的铁称为-Fe-Fe。 -Fe-Fe加热可变为加热可变为-Fe-Fe， 反之高温下的反之高温下的-Fe-Fe冷却可变为冷却可变为-Fe-Fe。 在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，在

21、固态下晶体构造随温度发生变化的现象， 称称“同素异构转变同素异构转变”。 纯铁的同素异构转变是在纯铁的同素异构转变是在910910恒温下完成的。恒温下完成的。 在固态下重新排列、结晶过程，是钢进行热处理的依据。在固态下重新排列、结晶过程，是钢进行热处理的依据。 环境工程设备与设计 3.3.碳钢的基本组织碳钢的基本组织 碳在铁中的存在形式有固溶体、化合物碳在铁中的存在形式有固溶体、化合物 和混合物三种。和混合物三种。 ( (固溶体：两种或两种以上的元素在固态固溶体：两种或两种以上的元素在固态 下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来 形式的物体。形式的物体。) ) 这

22、三种不同的存在形式，形成了不同的这三种不同的存在形式，形成了不同的 碳钢组织。碳钢组织。 环境工程设备与设计 （1 1）铁素体）铁素体 碳溶解在碳溶解在-Fe-Fe中形成固溶体称铁素体。中形成固溶体称铁素体。 -Fe-Fe原子间隙小，溶碳能力低（室温下原子间隙小，溶碳能力低（室温下0.0060.006），强度），强度 和硬度低，但塑性和韧性很好。和硬度低，但塑性和韧性很好。 低碳钢是含铁素体的钢，低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。具有软而韧的性能。 （2 2）奥氏体）奥氏体 碳溶解在碳溶解在-Fe-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。铁中形成固溶体称奥氏体。 -Fe-Fe原子间隙较大，碳的溶解度

23、比原子间隙较大，碳的溶解度比-Fe-Fe中大得多，如在中大得多，如在 723723时可溶解时可溶解0.80.8，在，在11471147时可达最大值时可达最大值2.062.06。 奥氏体组织是在奥氏体组织是在-Fe-Fe发生同素异构转变时产生的。由于奥发生同素异构转变时产生的。由于奥 氏体氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。 3.3.碳钢的基本组织碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 （3 3）渗碳体）渗碳体 碳和铁形成一种化合物（碳和铁形成一种化合物（FeFe3 3C C）称渗碳体。）称渗碳体。 熔点约熔点约16001600，硬度高。，硬度

24、高。 铁碳合金铁碳合金含碳量小于含碳量小于2 2时，其组织是在铁素时，其组织是在铁素 体中散布着渗碳体，是碳素钢体中散布着渗碳体，是碳素钢。 含碳量大于含碳量大于2 2时，部分碳以石墨形式存在，时，部分碳以石墨形式存在， 称铸铁称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸 铁具有一定消震能力。铁具有一定消震能力。 3.3.碳钢的基本组织碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 （4 4）珠光体）珠光体 铁素体与渗碳体的机械混合物。铁素体与渗碳体的机械混合物。 力学性能介于铁素体和渗碳体之间力学性能介于铁素体和渗碳体之间， 即其强度、硬度比铁素体显著提高；即其强度、硬度比铁素

25、体显著提高； 塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳 体要好得多。体要好得多。 3.3.碳钢的基本组织碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 （5 5）莱氏体）莱氏体 珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。 具有较高的硬度具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组，是一种较粗而硬的金相组 织，存在于白口铸铁、高碳钢中。织，存在于白口铸铁、高碳钢中。 （6 6）马氏体）马氏体 钢和铁从高温急冷下来的组织，是钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳在碳在-Fe-Fe 中过饱和的固溶体。中过饱和的固溶体。 具有很高的硬度，但很脆，具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎

26、延伸性低，几乎 不能承受冲击载荷。不能承受冲击载荷。 3.3.碳钢的基本组织碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 环境工程设备与设计 从铁碳合金状态图中可以看出：温度和从铁碳合金状态图中可以看出：温度和 含碳量对钢铁组织影响的规律是：含碳量对钢铁组织影响的规律是： 温度由高到低：液体温度由高到低：液体奥氏体奥氏体珠光体珠光体 含碳量由低到高：铁素体含碳量由低到高：铁素体渗碳体渗碳体莱氏莱氏 体体 即：即：不同含碳量的铁在不同的温度下有不不同含碳量的铁在不同的温度下有不 同的组织结构。同的组织结构。 3.3.碳钢的基本组织碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 三、钢的热处理三、钢的热处理 钢、铁固态

27、下加热、保温和不同的冷却方式，改钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改 变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性 能，称为热处理。能，称为热处理。常用的热处理方法有：常用的热处理方法有： 环境工程设备与设计 1. 1. 退火和正火退火和正火 退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间， 随炉缓慢冷却。随炉缓慢冷却。 目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便 于冷加工；于冷加工；消除部分内应力消除部分内应力，防止工件变形。，防

28、止工件变形。 正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。 铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。 2. 2. 淬火和回火淬火和回火 淬火：加热至淬火温度淬火：加热至淬火温度( (临界点以上临界点以上303050)50)，并保温一，并保温一 段时间，然后投入到淬火剂中冷却。段时间，然后投入到淬火剂中冷却。 目的：淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨目的：淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨 性。性。 淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。

29、碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。 三、钢的热处理三、钢的热处理 环境工程设备与设计 回火：是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工回火：是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工 艺。艺。 目的：降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。目的：降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。 在在150150250250范围内的回火称范围内的回火称“低温回火低温回火”。回火马氏体。回火马氏体 有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量 具，要进行低温回火处理。具，要进行低温回火处理。

30、中温回火温度是中温回火温度是300300450450。 有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。 轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。 高温回火温度为高温回火温度为500500680680。 综合性能：强度、韧性、塑性等都较好综合性能：强度、韧性、塑性等都较好 淬火高温回火习惯上称为淬火高温回火习惯上称为“调质处理调质处理”。 用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。 2. 2. 淬火和回火淬火和回火 环境工程设备与设计 时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变形后，时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变

31、形后， 在室温或高于室温条件下，其组织和性能随在室温或高于室温条件下，其组织和性能随 时间而变化的过程。时间而变化的过程。 时效处理可进一步消除内应力，稳定零件尺时效处理可进一步消除内应力，稳定零件尺 寸，寸，它与回火作用相似。它与回火作用相似。 2. 淬火和回火淬火和回火 环境工程设备与设计 3. 3. 表面淬火表面淬火 使零件表面层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨使零件表面层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨 性和疲劳强度，而心部则具有一定的韧性。性和疲劳强度，而心部则具有一定的韧性。 4. 4. 化学热处理化学热处理 有渗碳、渗氮有渗碳、渗氮( (氮化氮化) )、渗铬、渗硅、渗铝、氰化、渗

32、铬、渗硅、渗铝、氰化( (碳碳 与氮共渗与氮共渗) )等。等。 渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性； 渗铝可提高耐热、抗氧化性渗铝可提高耐热、抗氧化性； 氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提高耐磨氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提高耐磨 和耐腐蚀性；和耐腐蚀性； 渗硅可提高耐酸性等渗硅可提高耐酸性等。 三、钢的热处理三、钢的热处理 环境工程设备与设计 四、碳钢四、碳钢 1. 常存杂质元素对钢材性能的影响常存杂质元素对钢材性能的影响 碳钢中的杂质元素有：碳钢中的杂质元素有： 硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等 （1 1）硫：有害元素。

33、硫：有害元素。FeSFeS和和 FeFe形成低熔点形成低熔点(985)(985) 化合物。钢材热加工化合物。钢材热加工1150115012001200，过早熔化而导，过早熔化而导 致工件开裂，称为致工件开裂，称为“热脆热脆”。 高级优质钢：高级优质钢：S S0.02%0.02%0.03%0.03%； 优质钢：优质钢：S S0.03%0.03%0.045%0.045%； 普通钢：普通钢：S S0.055%0.055%0.7%0.7%。 环境工程设备与设计 （2 2）磷磷: :有害元素有害元素。虽能使强度、硬度增高，但塑性、冲击韧。虽能使强度、硬度增高，但塑性、冲击韧 性显著降低。性显著降低。 特

34、别是在低温时，使钢材显著变脆，称特别是在低温时，使钢材显著变脆，称“冷脆冷脆”。 使冷加使冷加 工及焊接性变坏，工及焊接性变坏， 高级优质钢：高级优质钢： P P0.025%0.025%； 优质钢：优质钢： P P0.04%0.04%； 普通钢：普通钢： P P0.085%0.085%。 （3 3）锰锰: :脱氧剂，有益元素脱氧剂，有益元素。 MnS(1600) MnS(1600) ，部分消除硫的有害作用。，部分消除硫的有害作用。 锰具有很好的脱氧能力，与锰具有很好的脱氧能力，与FeFe成为成为MnMn进入炉渣，从而改进入炉渣，从而改 善钢的品质，特别是可以降低脆性，提高强度和硬度。善钢的品质

35、，特别是可以降低脆性，提高强度和硬度。 在在0.5%0.5%0.8%0.8%以下时，看成是常存杂质。以下时，看成是常存杂质。 优质碳素结构钢中，正常含锰量是优质碳素结构钢中，正常含锰量是0.5%0.5%0.8%0.8%；高锰结构钢；高锰结构钢 可达可达0.7%0.7%1.2%1.2%。 1. 常存杂质元素对钢材性能的影响常存杂质元素对钢材性能的影响 环境工程设备与设计 （4）硅硅:脱氧剂。有益元素脱氧剂。有益元素。 硅与硅与FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去。能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去。 硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度增加，塑性、韧性降低。硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度增加，

36、塑性、韧性降低。 镇静钢中的含硅量常在镇静钢中的含硅量常在0.1%0.37%，沸腾钢中只含有，沸腾钢中只含有0.03% 0.07%。 由于钢中硅含量一般不超过由于钢中硅含量一般不超过0.5%，对钢性能影响不大。，对钢性能影响不大。 （5）氧：有害元素氧：有害元素。 在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。 FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使强度、塑性降低。尤其是对疲劳，使强度、塑性降低。尤其是对疲劳 强度、冲击韧性等有严重影响。强度、冲击韧性等有严重影响。 1. 常存杂质元素对钢材性能的影响常存杂质元素对钢材性能的影响

37、环境工程设备与设计 （6 6）氮）氮 长时间放置或在长时间放置或在200200300300加热，氮以氮化物的形加热，氮以氮化物的形 式析出，硬度、强度提高，塑性下降。式析出，硬度、强度提高，塑性下降。 （7 7）氢）氢 氢会使钢材出现氢脆、白点等缺陷。即在断面上出现氢会使钢材出现氢脆、白点等缺陷。即在断面上出现 白色斑点，易断裂。白色斑点，易断裂。 1. 常存杂质元素对钢材性能的影响常存杂质元素对钢材性能的影响 环境工程设备与设计 2. 分类与编号分类与编号 按用途分：建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具按用途分：建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具 钢和特殊性能钢（不锈钢、耐

38、热钢）钢和特殊性能钢（不锈钢、耐热钢） 按含碳量分：低碳钢、中碳钢和高碳钢按含碳量分：低碳钢、中碳钢和高碳钢 按脱氧方式分：镇静钢和沸腾钢按脱氧方式分：镇静钢和沸腾钢 按品质分：普通钢、优质钢和高级优质钢按品质分：普通钢、优质钢和高级优质钢 （1）普通碳素钢普通碳素钢 编号：编号：Q235-A，Q235屈服强度及数值（屈服强度及数值（MPa） A质量等级，质量等级，有有A，B，C，D四级。四级。 脱氧方法有脱氧方法有F，b，Z，TZ。其中。其中Z镇静钢，在编号中忽略镇静钢，在编号中忽略 化工压力容器一般选用镇静钢。化工压力容器一般选用镇静钢。 普通碳素钢有普通碳素钢有 Q195、 Q215、

39、Q235、 Q255及及 Q275五个钢种。五个钢种。 环境工程设备与设计 （2）优质碳素钢）优质碳素钢 S0.03%0.045% ；P0.04% 08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、80等。等。即平均即平均 含碳量为万分之几。含碳量为万分之几。45号钢中含碳量平均为号钢中含碳量平均为0.45%(0.42% 0.50%)。 优质低碳钢（含优质低碳钢（含C0.25%），如），如08、10、 15、20、25；塑性；塑性 好，焊接性能好，用于壳体、接管等。好，焊接性能好，用于壳体、接管等。 优质中碳钢（含优质中碳钢（含C量量0.3%0.60%）,如如30、35、40、45、

40、50与与 55； 45号钢，用于搅拌轴、齿轮等传动零件。号钢，用于搅拌轴、齿轮等传动零件。 优质高碳钢（含优质高碳钢（含C0.6%），如），如60、65、70、80。60、65钢主钢主 要用来制造弹簧，要用来制造弹簧，70、80钢用来制造钢丝绳等。钢用来制造钢丝绳等。 2. 分类与编号分类与编号 环境工程设备与设计 （3）高级优质钢）高级优质钢 S0.02%0.03%； P0.025%，均，均0.03%。 它的表示方法是在优质钢号后面加一个它的表示方法是在优质钢号后面加一个A字，如字，如20A。 2. 分类与编号分类与编号 环境工程设备与设计 品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢品种：钢板、钢管

41、、型钢、铸钢和锻钢 （1 1）钢板（压力容器用热扎厚钢板）钢板（压力容器用热扎厚钢板） 4mm4mm6mm6mm厚度间隔为厚度间隔为0.5mm0.5mm 6mm6mm30mm30mm厚度间隔为厚度间隔为 lmmlmm 30mm30mm60mm60mm厚度间隔为厚度间隔为2mm2mm 一般碳素钢板材料有一般碳素钢板材料有 Q235-AQ235-A、 Q235-AFQ235-AF、 0808、1010、1515、2020等。等。 3. 碳钢的品种及规格碳钢的品种及规格 但常用钢板厚度参见但常用钢板厚度参见HG20581-1998HG20581-1998 40mm40mm没有奇数厚度的钢板（没有奇数

42、厚度的钢板（2525代替代替2424和和2626 除外）除外） 环境工程设备与设计 （2）钢管）钢管 无缝钢管和有缝钢管。无缝钢管和有缝钢管。 无缝钢管有冷轧和热轧。无缝钢管有冷轧和热轧。 普通无缝钢管常用材料有普通无缝钢管常用材料有10、15、20等。等。 另外还有专门用途的无缝钢管，如热交换器用另外还有专门用途的无缝钢管，如热交换器用 钢管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。钢管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。 有缝钢管和水煤气管：分镀锌有缝钢管和水煤气管：分镀锌(白铁管白铁管)和不镀和不镀 锌锌(黑铁管黑铁管)两种。两种。 3. 碳钢的品种及规格碳钢的品种及规格 环境工程设备与设计

43、（3）型钢）型钢 有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不等边）、工字有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不等边）、工字 钢和槽钢。钢和槽钢。 圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；圆钢与方钢主要用来制造各类轴件； 扁钢常用作各种桨叶；扁钢常用作各种桨叶； （4）铸钢和锻钢）铸钢和锻钢 铸钢用铸钢用 ZG表示，表示， 如如ZG25、 ZG35等，用于制造各等，用于制造各 种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。 锻钢有锻钢有08、10、15、50等牌号。石油化工容器用等牌号。石油化工容器用 20、25等制作管板、法兰、顶盖等。等制作管板、法兰、顶盖等。

44、3. 碳钢的品种及规格碳钢的品种及规格 环境工程设备与设计 含碳量含碳量2%以上，含有以上，含有 S、 P、 Si、 Mn等杂等杂 质。质。 脆性材料，抗拉强度较低，但有良好的铸造脆性材料，抗拉强度较低，但有良好的铸造 性、耐磨性、减振性及切削加工性。性、耐磨性、减振性及切削加工性。 在一些介质在一些介质(浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶 剂等剂等)中有相当好的耐腐蚀性能。中有相当好的耐腐蚀性能。 铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、 蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。 五、铸铁五、铸铁 环境工程设备与设计 1.

45、 灰铸铁灰铸铁 含碳含碳2.7%4.0%，片状石墨形式，断面暗灰色。，片状石墨形式，断面暗灰色。 有优良的铸造性、减振性能，用于支架、阀体、泵体、机座、有优良的铸造性、减振性能，用于支架、阀体、泵体、机座、 管路附件等。管路附件等。 在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、联碱生产中的碳化在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、联碱生产中的碳化 塔及淡盐水泵等。塔及淡盐水泵等。 编号：编号：HT200，HT灰铸铁，灰铸铁，200抗拉强度抗拉强度 b值，值， MPa。 常用灰铸铁牌号有常用灰铸铁牌号有HT100、 HT150、 HT200、 HT250、 HT300、 HT350。 2. 球墨铸铁球墨铸

46、铁 石墨呈球形，简称球铁。在强度、塑性和韧性方面大大超过石墨呈球形，简称球铁。在强度、塑性和韧性方面大大超过 灰铸铁，甚至接近钢材。灰铸铁，甚至接近钢材。 编号：编号：QT400-18， QT球墨铸铁，球墨铸铁， 400 抗拉强度抗拉强度 b 值，值，MPa ，18延伸率延伸率 =18%。 五、铸铁五、铸铁 环境工程设备与设计 3. 高硅铸铁高硅铸铁 有高的耐蚀性能有高的耐蚀性能，含硅量增加，耐蚀性增加。，含硅量增加，耐蚀性增加。 强度低、脆性大、内应力大，易于脆裂强度低、脆性大、内应力大，易于脆裂 热导率小，线膨胀系数大，不适于制造温差较大的热导率小，线膨胀系数大，不适于制造温差较大的 设备

47、，否则容易产生裂纹。设备，否则容易产生裂纹。 常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器 牌号有：牌号有：STSi11Cu2CrR、STSi15R、STSi15Mo3R 等。等。 五、铸铁五、铸铁 环境工程设备与设计 第三节第三节 合金钢合金钢 在碳钢中添加适量的一种或多种合金元素，得到或改善某些在碳钢中添加适量的一种或多种合金元素，得到或改善某些 性能，称为合金钢。性能，称为合金钢。 一、分类与编号一、分类与编号 按按分：分： 合金含量合金含量5%10%10%：高合金钢：高合金钢 按按分：分： 调质结构钢、表面硬化钢调质结构钢、表面硬化钢 低碳马氏体钢、非调质结

48、构钢低碳马氏体钢、非调质结构钢 不锈钢和耐热钢等不锈钢和耐热钢等 环境工程设备与设计 低合金钢的编号表示方法：低合金钢的编号表示方法：12CrNi3。 12表示含碳量为万分之十二表示含碳量为万分之十二(或或 0.12%)， Cr、Ni3所含的主要合金元素及其所含的主要合金元素及其 含量，数字为百分数，含量含量，数字为百分数，含量1.5%时，时， 不标数字，如不标数字，如Cr 含量为含量为0.4%，则不标数，则不标数 字，字，Ni3表示镍含量为表示镍含量为3%左右左右 。 一、分类与编号一、分类与编号 环境工程设备与设计 二、合金元素对钢的影响二、合金元素对钢的影响 目前常用的合金元素有：铬目前

49、常用的合金元素有：铬(Cr)，锰，锰(Mn)，镍，镍(Ni)， 硅硅(Si)，硼，硼(B)，钨，钨(W)，钼，钼(Mo)，钒，钒(V)，钛，钛(Ti)和稀和稀 土元素土元素(Re)等。等。 提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。 含量达到含量达到13时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高， 并增加钢的热强性。并增加钢的热强性。 提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨 性，但使塑性和韧性降低。性，但使塑性和韧性降低。 提高强度和低温冲击韧性。提高强度和低温冲击韧性。 环境工程设备与设计 提高淬透性，有很高

50、的强度，而又保持良好提高淬透性，有很高的强度，而又保持良好 的塑性和韧性。的塑性和韧性。 提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。 镍基合金具有更高的热强性能。镍基合金具有更高的热强性能。 镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。 提高强度提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐、高温疲劳强度、耐热性及耐H H2 2S S等等 介质的腐蚀性。介质的腐蚀性。 硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。 二、合金元素对钢的影响二、合金元素对钢的影响 环境工程设备与设计 强脱氧剂，显著细化晶粒，提高冲击韧性，降低冷强脱氧剂，显著

51、细化晶粒，提高冲击韧性，降低冷 脆性。脆性。 提高抗氧化性和耐热性，对抵抗提高抗氧化性和耐热性，对抵抗H H2 2S S介质腐蚀有良好介质腐蚀有良好 作用。作用。 价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。 提高高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。提高高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。 钼能抗氢腐蚀。钼能抗氢腐蚀。 在固溶体中提高高温强度，细化晶粒，提高淬透性。在固溶体中提高高温强度，细化晶粒，提高淬透性。 铬钢中加少量钒，在保持钢的强度情况下，能改善铬钢中加少量钒，在保持钢的强度情况下，能改善 钢的塑性。钢的塑性。 二、合金元素对钢的影响二、合金元素对

52、钢的影响 环境工程设备与设计 强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒，提高韧性，强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒，提高韧性，减减 小铸锭缩孔和焊缝裂纹等倾向。小铸锭缩孔和焊缝裂纹等倾向。 在不锈钢中稳定碳，防止晶间腐蚀，在不锈钢中稳定碳，防止晶间腐蚀， 提高耐热性。提高耐热性。 提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接 性能。性能。 二、合金元素对钢的影响二、合金元素对钢的影响 环境工程设备与设计 三、可焊接的低合金高强度钢三、可焊接的低合金高强度钢 碳含量通常小于碳含量通常小于0.25%0.25%。 有较高的屈服强度（有较高的屈服强度（300300100

53、0MPa1000MPa）和屈强比）和屈强比 （s s/b b=0.65=0.650.950.95），）， 较好的冷热加工性能、良好的焊接性能，较低的冷较好的冷热加工性能、良好的焊接性能，较低的冷 脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀能力。脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀能力。 主要有主要有高强度钢、低温钢和耐蚀钢高强度钢、低温钢和耐蚀钢 350MPa强度级，典型牌号为强度级，典型牌号为16Mn； 400MPa强度级，典型牌号为强度级，典型牌号为14MnMoV 500MPa强度级，典型牌号为强度级，典型牌号为12MnNiCrMoVCu 环境工程设备与设计 主要有主要有09Mn2V(-70)09M

54、n2V(-70)、06MnNb(-90)06MnNb(-90) 10MnPNbRe10MnPNbRe钢耐海洋大气及海水腐蚀，钢耐海洋大气及海水腐蚀， 12MnAlV12MnAlV钢制造炼油厂耐高温硫化氢设备。钢制造炼油厂耐高温硫化氢设备。 大型化工容器大型化工容器16MnR16MnR，质量比碳钢轻，质量比碳钢轻l/3l/3； 与碳钢相比，用与碳钢相比，用15MnV15MnV制造球形贮罐可节省钢材约制造球形贮罐可节省钢材约 45%45%。 根据容器的具体操作条件根据容器的具体操作条件( (温度、压力温度、压力) )和制造加工和制造加工 ( (卷板、焊接卷板、焊接) )要求选用。要求选用。 三、可

55、焊接的低合金高强度钢三、可焊接的低合金高强度钢 环境工程设备与设计 四、专业用钢四、专业用钢 锅炉用钢，压力容器用钢、焊接气瓶用钢等。锅炉用钢，压力容器用钢、焊接气瓶用钢等。 在钢号后分别加注在钢号后分别加注g、R或或HP等，如等，如20g、 16MnR和和15MnVHP等。等。 质地均匀、杂质量低，能满足某些力学性能的质地均匀、杂质量低，能满足某些力学性能的 特殊检验项目要求。特殊检验项目要求。 环境工程设备与设计 五、特殊性能钢五、特殊性能钢 不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢 1. 不锈钢不锈钢 不锈耐热钢和不锈耐酸钢的统称。不锈耐热钢和不锈耐酸钢的统称

56、。 编号：编号： 1Cr18Ni9Ti，0Cr18Ni9 其中最前边的数字表示碳的千分含量，若小于千分之其中最前边的数字表示碳的千分含量，若小于千分之 一，也要标注一，也要标注0。 后边为所含的主要合金元素及其含量，数字为百分数，后边为所含的主要合金元素及其含量，数字为百分数， 含量含量1.5%时，不标数字，如时，不标数字，如Cr 含量为含量为18%左右，左右， Ni含量为含量为9%左右，左右， Ti 含量含量1.5%，则不标数字。，则不标数字。 环境工程设备与设计 2. 耐热钢和高温合金耐热钢和高温合金 例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，温例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，温 度往往达到

57、度往往达到1000以上。以上。 300350即需选用耐热钢，一般耐热钢即需选用耐热钢，一般耐热钢 工作温度都在工作温度都在700以下，以下， 7001000用高温合金。用高温合金。 环境工程设备与设计 （1）耐热钢）耐热钢 Cr、 Al、 Si：铁素体形成元素，被高温气体氧化后生成一：铁素体形成元素，被高温气体氧化后生成一 种致密的氧化膜。种致密的氧化膜。 Ni、Mn：奥氏体形成元素，：奥氏体形成元素， 提高高温强度和改善抗渗碳性。提高高温强度和改善抗渗碳性。 V、Nb、Ti：形成强碳化物，提高高温强度。：形成强碳化物，提高高温强度。 C和和N：扩大和稳定奥氏体，提高高温强度。：扩大和稳定奥氏

58、体，提高高温强度。 B和和Re：均为耐热钢中添加的微量元素，可以显著提高钢材：均为耐热钢中添加的微量元素，可以显著提高钢材 的抗氧化性，并改善其热塑性。的抗氧化性，并改善其热塑性。 按特性和用途分为抗氧化钢（又称高温不起皮钢）和热强钢。按特性和用途分为抗氧化钢（又称高温不起皮钢）和热强钢。 抗氧化钢指在高温下有较好的抗氧化性，并有适当的强度。抗氧化钢指在高温下有较好的抗氧化性，并有适当的强度。 热强钢在高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力，且有较高热强钢在高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力，且有较高 的强度。常用来做高温工作下的汽缸、螺栓及锅炉的过热器的强度。常用来做高温工作下的汽缸、螺栓及锅炉

59、的过热器 等。等。 2. 耐热钢和高温合金耐热钢和高温合金 环境工程设备与设计 （2） 铁基合金、镍基合金、钴基合金。铁基合金、镍基合金、钴基合金。 铁基耐热合金工作温度在铁基耐热合金工作温度在700以下，含有相以下，含有相 当高的铬、镍成分和其他强化元素。当高的铬、镍成分和其他强化元素。 镍基耐热合金是目前在镍基耐热合金是目前在700900范围内范围内 使用得最广泛的一种高温合金。这类合金的使用得最广泛的一种高温合金。这类合金的 镍含量通常在镍含量通常在50%以上。以上。 钴基耐热合金的高温强度主要靠固溶强化获钴基耐热合金的高温强度主要靠固溶强化获 得。钴价格昂贵，应用受到很大的限制，一得。

60、钴价格昂贵，应用受到很大的限制，一 般在般在1000以上才用。以上才用。 2. 耐热钢和高温合金耐热钢和高温合金 环境工程设备与设计 3. 低温用钢低温用钢 深冷分离、空气分离等。深冷分离、空气分离等。 （温度（温度-20） 目前国外低温设备用的钢材主要是以高铬镍目前国外低温设备用的钢材主要是以高铬镍 钢为主，也有使用镍钢、铜和铝等。钢为主，也有使用镍钢、铜和铝等。 我国低温钢材系列主要有：我国低温钢材系列主要有： 16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、 09Mn2VDR、09MnNiDR 环境工程设备与设计 第四节第四节 有色金属及其合金有色金属及其合金 主要包括：铜主