第六章 压力容器及化工设备常用材料

1、一、金属的晶体结构一、金属的晶体结构第六章 压力容器与化工设备常用材料2）金属键：带负电的电子气把带正电的金属离子牢固地束缚在一起。这种金属原子间的结合方式称为金属键1 1、金属原子结构特点与金属键、金属原子结构特点与金属键1）金属原子的结构特点：外层的电子数很少，并且这些外层电子与原子核的结合力较弱，容易脱离原子核的束缚而成为自由电子一、金属的晶体结构一、金属的晶体结构第六章 压力容器与化工设备常用材料3、金属的多晶体组织有是在金属的结晶过程形成。 2、金属的晶体结构、金属的晶体结构1、金属晶体的三种排列方式：体心立方、面心立方、密排六方，这种最小的排列单元称为晶胞。2、金属晶体的结构是多晶

2、组织。主要是由于晶体内部的组织缺陷引起，金属的实际强度比理论强度低很多，并且表现出各相同性。二、铁碳合金二、铁碳合金第六章 压力容器与化工设备常用材料2、碳 碳加入到铁中形成铁碳合金，铁碳合金有不同的性能，主要是由于碳的含量和存在的形式不同造成。碳在合金的三种存在方式碳钢和铸铁的化学成分和组织结构碳钢和铸铁的化学成分和组织结构1、铁 铁有两种晶体结构，在910以下是具有体心立方晶格结构的-铁，在910以上，是具有面心立方晶格的-铁。两种晶体结构之间可以相互转化。二、铁碳合金二、铁碳合金第六章 压力容器与化工设备常用材料3）碳以石墨的形式单独存在 当铁碳合金里的含碳量较高时，熔体缓慢冷却时，没有

3、溶入固熔体的碳大部分以石墨的形式存在。由于石墨的强度比铁小很多，所以铸铁的强度比钢小。但石墨的存在也赋予铸铁很多的其他性能。良好的切削加工性，优良的耐磨性、消振性以及可铸造性等。1）碳溶解在铁的晶格中，形成固熔体。溶解在-铁中形成的固熔体叫铁素体，它的溶碳能力低，最大溶碳量自由0.02%。溶解在-铁中形成的固熔体叫奥氏体，它的溶碳量较大，最大可达2%。体素体和奥氏体之间可以发生相互转化。2）铁和碳形成化合物 不能溶入铁素体和奥氏体中的碳，将和铁形成化合物-碳化铁，它的硬度极高，塑性几乎为零。 铁和钢的分界，含碳量小于2.11%成为钢，含碳量大于2.11%称为 铸铁。二、铁碳合金二、铁碳合金第六

4、章 压力容器与化工设备常用材料2 2、铁碳平衡状态图、铁碳平衡状态图二、铁碳合金二、铁碳合金第六章 压力容器与化工设备常用材料G点是铁的同素异构转变点，P点是-铁的最大溶解点，S点对应的是珠光体，F点-铁的最大溶解点，C点是莱氏体。二、铁碳合金二、铁碳合金第六章 压力容器与化工设备常用材料 钢在高温时形成的奥氏体，过冷到727度以下，变成不稳定的过冷奥氏体，这种奥氏体随着过冷度的不同，可以转变为珠光体、贝氏体和马氏体。3 3、过冷奥氏体的恒温转变、过冷奥氏体的恒温转变二、铁碳合金二、铁碳合金第六章 压力容器与化工设备常用材料二、碳钢和铸铁二、碳钢和铸铁第六章 压力容器与化工设备常用材料热处理的

5、目的是为了消除钢材的某些缺陷和改善钢材的某些性能。4、钢的热处理、钢的热处理钢的性能取决于钢的组织结构，而钢的组织结构和它的化学成分有关，还和钢材经历的加热和冷却过程有关。热处理就是把钢材加热到一定的温度，在此温度下保持一定的时间，然后以不同的速度冷却下来的一种操作。二、铁碳合金二、铁碳合金第六章 压力容器与化工设备常用材料1）退火和正火 退火 把零件加热到一定的温度后，保温一段时间后，埋入沙中慢慢冷却。可以消除加工硬化，恢复材料的良好塑性，可以细化铸焊工件的粗大晶粒，提高零件的机械性能；可以消除残余应力，防止工件变形；可以使网状渗碳体球化，降低材料硬度，提高塑性，便于切削加工。正火 冷却速率

6、比退火快，正火是在空气中冷却，比退火的硬度和强度高。2）淬火和回火淬火 为了获得马氏体以提高工件的硬度和耐磨性。回火 为了消除工件的内应力，并降低材料的脆性。把淬火后的钢件重新加热到一定的温度，经保温烧透后进行冷却的热处理操作。分为低温、中温和高温回火。淬火加回火称为调质处理。只有含碳量在0.3%-0.5%的钢可以通过调质处理，改善钢的性能。3）化学热处理把钢放在一定的介质里加热到一定的温度，介质原子渗入钢内改变表面层的化学成分和组织结构，从而使钢表面具有某些特殊性能，三、碳素钢三、碳素钢第六章 压力容器与化工设备常用材料1）分类和牌号按含碳量多少可以分为：低碳钢、中碳钢和高碳钢按质量可以分为

7、普通和优质钢2）碳钢的性能 碳钢的力学性能 碳钢的强度和塑性与钢的含碳量、热处理 条件、零件尺寸及使用的温度有关。 碳钢的制造工艺性能 可以进行铸造、锻压、焊接及切削等 冷热加工方式 碳钢的耐蚀性 碳钢的耐蚀性较差，在浓硫酸中会出现钝态。1 1、碳钢的分类、性能及应用、碳钢的分类、性能及应用三、碳素钢三、碳素钢第六章 压力容器与化工设备常用材料钢板 制造压力容器用钢板的要求，必须用规定的钢板钢管 分为有缝的焊接钢管和热轧或冷拔的无缝钢管两类 钢管的尺寸 无缝钢管尺寸系列有一钢管外径和钢管的公称直径两种 有缝钢管主要采用公称直径表示。 钢管的检验见附表。3）碳钢在化工设备上的应用四、合金钢四、合

8、金钢第六章 压力容器与化工设备常用材料1）降低钢材的临界淬火速度 2）增加钢组织的分散度3）提高铁素体的强度4）减少马氏体的脆性5）提高钢材的高温强度及抗氧化性能6）增加钢材的耐蚀性1 1、合金元素对钢材性能的影响、合金元素对钢材性能的影响四、合金钢四、合金钢第六章 压力容器与化工设备常用材料1）合金元素和钢号 合金元素含量在1%以下，钢号以钢中碳原子的万分数的 数字为首，后面是合金元素的百分数。 2）分类和应用 低合金结构钢供焊接使用 合金结构钢含碳量较宽，主要供压力加工和切削加工使用2 2、低合金钢、低合金钢四、合金钢四、合金钢第六章 压力容器与化工设备常用材料1）不锈钢与不锈耐酸钢 不锈

9、钢中主要合金元素的影响不锈钢的耐蚀性主要来源于铬，当含铬量大于12%时，耐蚀性能会大幅提高，所以不锈钢的含铬量都大于12%铬对钢的组织有很大的影响。影响受含碳量的制约。当含铬量较高，而含碳量较少，会使平衡相图的-相区缩小，甚至消失，这种不锈钢为铁素体不锈钢。加热时不发生相变。如果加热温度过高，晶粒一旦长大，无法通过热处理方式细化晶粒。当含铬量较低，含碳量较高时，会使C曲线右移，使临界淬火速率大幅下降，合金从高温冷却，极易形成马氏体，所以把这类不锈钢成为马氏体不锈钢。3 3、高合金钢、高合金钢四、合金钢四、合金钢第六章 压力容器与化工设备常用材料镍的影响可以扩大不锈钢的耐蚀范围，特别提高抗碱腐蚀

10、能力。可以扩展-相区，使钢材具有奥氏体组织。钼提高不锈钢的抗氯离子的腐蚀能力，还可以提高钢的耐热强度。钛 防止焊接用的不锈钢发生晶间腐蚀四、合金钢四、合金钢第六章 压力容器与化工设备常用材料铬钢含铬量在13-28%之间，铬的耐蚀性是由于铬的钝化作用，所以介质的氧化性越强，铬的含量越高，钢材的耐蚀性越好。镍铬钢在铬钢中加入镍，应用最广泛的是18-8的镍铬不锈钢。由于-相区的扩展，钢的组织在常温下仍为奥氏体不锈钢。高碳级不锈钢中的碳在高温时可溶解在奥氏体中，当把钢急速冷却时，碳来不及析出，钢材淬不硬，反而塑性会增加。五、压力容器用钢板的检验五、压力容器用钢板的检验第六章 压力容器与化工设备常用材料

11、见见P122P122六、锻件及紧固件六、锻件及紧固件第六章 压力容器与化工设备常用材料锻件 法兰、平板封头等。圆钢、型钢螺栓、螺母螺栓的性能等级X.Y表示。X表示螺栓的抗拉强度，Y表示公称屈服强度与公称强度的比值螺母的等级用螺栓的等级标记中的第一部分数字标记。七、铸铁七、铸铁第六章 压力容器与化工设备常用材料1）灰口铸铁 石墨呈片状，对金属基体割裂严重，强度较其他铸铁低。不宜在300-400度范围内使用2）球墨铸铁 石墨呈球状，强度和韧性较高，综合性能接近钢3）耐蚀铸铁 加入硅、铝等4）其他铸铁 耐热和可锻铸铁等四、有色金属及其合金四、有色金属及其合金第六章 压力容器与化工设备常用材料1 1、铜及合金、铜及合金纯铜 T2、T3、T4等牌号黄铜 铜锌合金 H80、H68、H62等，数字表示铜的平均含量青铜 锡青铜 有很高的耐蚀