《化工设备基础》一章教案

1、课名：化工设备与维修 教案正页 教材： 化工设备基础王绍良主编第二版） 1 教案日期年 月 日年 月 日周周年 月 日周授课班级专业班级专业班级专业班级课题： 1-1 化工生产对化工设备的基本要求 1-2 化工容器结构与分类 1-3 化工容器与设备有关标准规范简 1-4-1 化工设备常用材料材料常用性能 简介）教案目的：使学生了解化工容器、设备的结构与分类 握化工生产对化工设备的基本要求。教具及参考书：1）化工容器模型及换热器实物钢制压力容器标准，化工设备常用材料的性能，掌 2）化工设备基础王绍良主编、化工容器及设备张石铭主编 教案手段： 1）组织学生观察换热器等设备结构，用容器教具图例助教

2、2）联系工程实际，采用启发式及讨论、分析与提问相结合的形式，实现师生互动。教案过程 :(课程内容、教案环节） 1-1 化工生产对化工设备的基本要求 一、化工生产的特点 二、化工生产对化工设备的基本要求 1-2 化工容器结构与分类 一、化工容器的基本结构 二、化工容器与设备的分类 1-3 化工容器与设备有关标准规范简介 一、常用材料标准 二、钢制压力容器规范简介 1-4-1 化工设备常用材料- 材料常用性能 一、材料常用性能 二、课堂练习 三、课堂小结 课型：综合型 重点、难点及智能培养等 1、重点：1）化工生产对化工设备的基本要求 2 ）化工容器、设备的结构与分类 材料的常用性能 2、难点：(

3、1 化工容器的分类 (2 材料的常用性能 作业：课后记： 1 化工设备基础知识 1-1 化工生产对化工设备的基本要求 概念 : 化工设备 化工生产用的静设备 ：指固定于基础上的静止的设备如：塔设备、换热器、反应器等）也就是指 化工生产中用的有内部件的壳体）1 / 24 化工生产用的动设备 即化工机器）指有运转构件的设备. 如：压缩机、泵等）化工机械 是化工设备和化工机器的统称，它是化工工艺过程的工具。一个大型的氮肥厂，静设备占全厂设备总数的 70左右，动设备占全厂设备总数的 30左右。容器 常指压力容器）指无内部件的壳体 包括静设备的外壳）。化工容器 化工生产用的 容器。一、化工生产的特点：P

4、1-P2）1、 生产连续性强；2、 生产的条件苛刻；1）、介质腐蚀性强；2）、温度和压力变化大；3）、介质大多易燃易爆有毒。A）、易燃易爆介质有：氨气、氢气、苯蒸气、一甲胺、三甲胺、甲烷、乙烷、乙烯、氯甲烷、环氧乙烷、丁烷、丁二烯、丁烯、丙稀、等。B）毒性介质 : a、剧毒介质有：氟、氢氰酸、光气、氟化氢、碳酰氟、氯气 . b、中度毒性介质 有毒介质） ：二氧化硫、氨气、一氧化碳、氯乙烯、甲醇、氧化乙烯、硫化乙烯、二硫化碳、硫化氢、二氧化氮等。C、轻度毒性介质有：有氢氧化钠、四氟乙烯、丙酮等。3、生产原理多样性；4、生产的技术含量高；安全性能的要求1、化工设备用材具有足够的强度2、化工设备用材

5、具有良好的韧性3、具有足够的刚度和抗失稳能力4、具有良好的抗腐蚀性5、具有可靠的密封性所完成的生产任务来衡量。消耗：指生产单位质量或体积产品所需要的资源( 如: 原料、燃料、电能等。三）使用性能要求经济性能要求在满足前面的要求的前提下，应尽量减少 化工设备的 基建投资和日常维护、操作费用，并使设备在使用期内安全运行已获得较好的经济效益。 1-2 化工容器结构与分类 一、 化工容器的基本结构 看 P4图 1-1 ）化工容器结构 =筒体 +封头 两个） +附件）1、筒体；2、封头 端盖） ：半球形、 椭圆形 常用） 、蝶形、球冠形、平盖等 锥形 封头与筒体的连接方式：1）、可拆连接即法兰连接方式；

6、2 / 24 2）不可拆连接即焊接方式）3、 密封装置： 压力容器法兰连接的密封处、管法兰连接的密封处及人孔、手孔与其孔盖连接的密封处，均为密封连接装置。）各密封连接装置可靠时压力容器才能安全运行。4、 开孔与接管 ：由于工艺要求和检修及监控的需要，常在筒体或封头上开设不同大小的孔或安装接管，如：人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管、以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。5、 支座1）、立式容器支座腿式、支承式、耳式、群式支座）看 p130-132 图）2）、卧式容器支座支承式、鞍式 多用）、圈式）看 p129 图）3）、球形容器多采用柱式或群式支座。6、 安全附件（1）安全装置：

7、 有安全阀、爆破片、紧急切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测量仪表等。在压力容器上设置一些安全装置和测量、控制仪表来监控工作介质的参数，以保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。）二、化工容器与设备的分类 一）、按压力等级分类看 P4-P5）1、按承压方式分类： 1）、 内压容器 -P 内 P 外） 2 ）、不同分类为：低压容器 中压容器 代号 M） 1 6 MPaP10 mPa 高压容器 代号 H） 10 mPa P100 mPa超高压容器 代号 U）P100 mPa真空容器：容器内的压力 P 内一个绝对大气压 约 0 1 MPa）二）按工作原理与作用分类 (1 反应容器 代号 R）

8、：用于完成介质的物理化学反应的容器 ( 如：反应器 看 P203 图）、反应釜、氨合成塔、蒸压釜、煤气发生炉、苯乙烯聚合釜、分解塔、高压釜、变换炉、蒸煮锅）2）换热器 代号E） : 用于完成介质热量交换的容器如：管壳式余热锅炉、热交换器 分离容器 代号 S）也就是分离设备）: 用于完成介质流体压力平衡缓冲和气体净化分离的容器。即从混合物中分出一种所需的组分，或除去某些有害的杂质如：旋风分离器P 126图 5-31 ）、过滤器、蒸发器、除沫器、集油器、缓冲器、干燥塔等）4）储存容器 代号 C、 其中球罐代号B）： 用于贮存、盛装气体、液体、液化气体等介质的容器。 如：液氨储罐、液化石油气储罐等）

9、5）塔设备 也属于分离设备内）：用于吸收、蒸馏、萃取等化工单元操作，实现质量传递作用。如：炼油厂的常压塔、石油化工厂的乙烯精馏塔、化肥厂的脱碳塔等）三）按容器的相对壁厚分类：1）薄壁容器： D0Di1.2 或 n/Di 0.1 ；指中、低压容器）1.2 或n/Di 0.1 ；指高压容器）3 / 24 四）按支承形式分类 1、立式容器 2、卧式容器五）按材料分类：金属容器、非金属容器 六）按几何形状分类 ：圆柱形、球形、椭圆形、锥形、矩形等容器七）压力容器按使用温度分类：1、常温容器 ：-20 tm350）2、高温容器 t m350）3、低温容器 -20t m -50 ）4、超低温容器： t m

10、-50 ）如液氢容器、液氦容器；八）按安全技术管理分类 看 P5-P6）即按压力容器安全技术监察规程分类法分类）下表压力容低 压0.1 P 中 压M Pa 1.6 P 10 高压 P 10 其它器类别1.6 MPa MPa MPa 1、使用强度级别较高指抗类1、中压容器 介质毒性1、低压容器 毒性1、高压容器程度为极度和高度为极度和高度的危害介质）2、高压管壳拉强度规定值下限介质，且PV0.2 2、中压储存容器介质为式余热锅炉bLmin 540MPa）的材料制MPa. M 3）易燃或介质毒性为中度，且造的压力容器PV10 MPa. M 3）2、移动式压力容器，包括铁3、中压反应器 易燃或路罐车

11、 介质为液化气体、低毒性程度为中度，且PV温液体）、罐式汽车液化0.5 MPa. M 3）气体运输 半挂）车、低温液4、中压管壳式余热锅炉体运输 半挂）车、永久气体5、中压搪玻璃压力容器运输 半挂）车和罐式集装箱介质为液化气体、低温液 体等）类1、低压容器 毒性1、中压容器3 、 球 形 储 罐 容 积V 50m 3）容积4、低温液体储存容器V 5m 3）程度为极度和高度危害介质）2、低压反应容器和低压储存容器 易燃介质或毒性为中度危害介质）3、低压管壳式余 热锅炉4、低压搪玻璃压 力容器类 除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器 提问 ：按安全技术管理分类法将压力容器划分为三类的依据是什么

12、？答：是容器的 P.V、材料的抗拉强度 bL、压力容器品种 即压力容器的作用）、4 / 24 介质危害的程度； 1-3 化工容器与设备有关标准规范 简介）一 、常用材料标准：自学、看 P6-P7）二、压力容器规范简介 看 P8- P9 ）一）、 ASME 规范是美国机械工程协会制定的锅炉和受压容器规范的简称。它全面包括了锅炉和压力容器质量保证要求）。自学）1）ASME 1 该规范第八篇第一分篇压力容器，属于常规设计标准，适宜设计压力 P20 MPa 的压力容器。它以弹性失效准则为依据，根据经验确定材料的许用应力，并对零件尺寸作出一些具体规定。 自学） 9 页）2）ASME 2 为第八篇第二分篇

13、压力容器另一规则， 采用的是分析设计标准。它要求对压力容器各区域的应力进行分析，并根据应力对容器失效的危害程度进行应力分类，再按不同的设计准则分别予以限制。 自学）3）ASME 3 第三篇压力容器另一规则，适用于设计压力 P70MPa 的高压容器。 它不仅要求对容器零部件做详细的应力分析和分类评价，而且要求做疲劳分析和断裂力学评估。自学）二） GB150-1998钢制压力容器： 它是中国第一部钢制压力容器国家标准，其主体 是以设计为主的规范 ，具有法律效用、强制性的压力容器标准，现行为 1998 年版。）1）、 GB150主要考虑容器承受的载荷是：2）、 GB150标准适用范围：静载荷，对高大

14、容器也考虑了风载荷和地震载荷。1）适用设计压力范围：适用于设计压力 P35 MPa 的钢制压力容器 的设计、制造检验及验收。2）适用的设计温度范围：根据钢材允许使用的温度确定）钢材允许使用的最低温度）-190 设计温度 t t 蠕变、GB150标准不适用下列容器： ( 看 P8 下让学生回答 直接用火焰加热的容器、(b 核能装置中的容器、(c 经常搬运的容器、(d 旋转或往复运动的机械设备中自成整体或作为部件的受压室、(e D i 150 的容器、 (f 设计压力 P0.1MPa 的容器 真空度 0.02MPa 的容器、 (h要求做疲劳分析的容器。4）、 GB150的技术内容有：看 P8- P

15、9 ）内、外压 筒体、封头和球壳的设计计算、零部件结构和尺寸的具体规定、密封设计、超压泄放装置的设置，以及容器的制造、检验与验收要求等。它包括 10 章正文、 8 个附录补充件和 3 个附录参考件；附录补充件包括：超压泄放装置、低温压力容器 密封结构设计、焊接接头设计、渗透探伤等。t -20 ）、 U 形膨胀节等。附录参考件中有：5）、 GB150设计准则及与 ASME 1 的异同之处： 、GB150与 ASME 1 相同处： GB150 它是以第一强度理论为设计准则最大拉应力理论），将其最大主应力限制在许用应力之内即要求1 ），它的基本思路与ASME 相同 1； 中国 GB150-1998

16、安全系数取nb=3, 美国 ASME 1 取 n b=4。 (bGB150-1998 对局部应力参照“ 应力分析设计方法” 做了适当的处理，采用第三强度理论 即最大剪应力理论），允许一些特定的局部应力超过材料的屈服点 即允许特定的局部应力 局部 s）。三）、 JB4732-1995 钢制压力容器分析设计标准：也是以设计为主的的规范） 设计压力 P100 MPa；(2 设计温度t ：以低于钢材蠕变极限控制其应力强度许用极限的相应温度。即以低于利用钢材的蠕变极限确定的许用应力的相应的温度）5 / 24 (3 对最高许用设计温度t max的控制 :a）碳素钢 tmax 375； b）碳锰钢 tmax

17、 375； c）锰钼铌钢tmax 400； d）铬钼钢 t max 475； e）奥氏体不锈钢t max425 即要低于本钢材蠕变温度）；工程 GB150-1998 与 JB4732 -1995的主要区别 、压力容器安全技术监察规程P9下）为了保证压力容器的安全运行，制订颁布了此规程。国家质量技术监督局，根据压力容器产品使用的标准及有关技术法规来控制、监督压力容器的设计、制造、检验等各个环节。1、规程的适用范围 同时具备下列条件的容器）：1）最高工作压力 ；这里均指表压力），且容积 V0.025m 3。沸标准沸点温度）的液体。3）介质为气体、液化气体或最高工作温度 t maxt 五）压力容器设

18、计与制造的有关规则 1）压力容器设计单位资格管理与监督规则 一、材料常用性能 工艺性能 即制造性能 ）要好） ； 主要有铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削性 能。工艺性能 -反映材料在加工制造过程中所表现出来的特能）二）使用性能 要好）； 包括物理性能、化学性能、和力学性能 即机械性能）。使用性能 -反映材料在使用过程中所表现出来的特性）1、物理性能 包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等2、化学性能 指材料抵抗各种化学介质作用的能力包括高温氧化、耐腐蚀性能等）。3、力学性能 即机械性能） 指材料在外力的作用下所表现出来的性能。包括：强度、刚度、硬度、塑性、韧性、疲劳等）1）、强度

19、反映材料在外力的作用下抵抗破坏的能力。破坏的两种情况指：a 发生较大的塑性变形； b 发生断裂破坏。）A、反映材料强度的数量指标有：1）屈服点 S- 反映材料在外力作用下抵抗发生塑性变形的能力 2）抗拉强度 b- 反映材料在外 拉力）力作用下抵抗发生断裂的能力。即表示材料所6 / 24 能承受的最大应力值，也标志材料将失去承载能力。b 越大材料越不易发生断裂）b表示塑性材料如钢材的抗拉强度 脆性材料如铸铁有抗拉强度 bL 和抗压强度 bY 且 bYbL）2）刚度 - 反映材料在外力作用下抵抗 如钢杆的抗拉压刚度指：EA 值）弹性变形）变形的能力 。3）、塑性 反映材料在外力作用下发生塑性变形而

20、不破坏的能力。塑性变形而不破坏则说明塑性好）材料若发生较大的1）衡量材料塑性的指标有：延伸率或称 伸长率 与断面收缩率 ） 5的材料称为塑性材料； 5的称为脆性材料； 和 的值越大，则材料的塑性就越好）4）、硬度 - 反映金属抵抗比它更硬物体压入其表面的能力。、HB- 布氏硬度：HBS实验时用钢球压头HBW 实验时用硬质合金球b、洛氏硬： HRA 、HRB 、HRC ； ；用锥形金刚石压头做测试）A、B、C 指洛氏硬度的标度）HRA 用于度量极硬材料表面承压能力 HRB 用于度量较软材料的表面承压能力如硬质合金、表面淬硬层、渗碳层）如有色金属，退火、正火钢等）HRC 用于度量很硬材料的表面承压

21、能力 检查） 脆性转变温度 材料的冲击韧性随温度的下降而减少，当低于某一温度时冲击韧性发生剧降，这时材料呈脆性，该温度称为。低温工作的设备其选材应注意韧性 A kV 值）是否足够。） 交变载荷 机械零件 如轴、齿轮、弹簧等）经常受到 大小不同和方向变化的载荷 作用 ，这种载荷称为。 载荷的大小和方向随时间的变化而变化，这种载荷称为）6）、疲劳 机械零件 指材料）在交变载荷的的作用下，当引起的交变应力 交 b , 甚至 交 e 弹性极限的情况下，经一定循环次数后，并无明显的外观变形却突然发生断裂的现象称为材料的疲劳。1）反映材料抵抗疲劳能力的指标：疲劳极限D ；N0= 107a、金属材料的疲劳性

22、能 即D）是在旋转弯曲疲劳实验机上测定的。b、实验规范规定：各种金属材料指定寿命为即循环基数） N0 ， 合金钢指定寿命次 ；低碳钢 N0=5 10 6次 。）c、疲劳极限D 应力循环次数达到N0 次，材料仍不发生疲劳断裂破坏，此时的最大应力值作为疲劳极限。当金属承受的交变应力 交 D 时，应力循环到无数次时，如达到规定的 N0 次时，也不会发生疲劳断裂破坏；当 交 D 时，材料在经一定循环次数后，将会发生疲劳断7 / 24 裂。）三、课堂练习：1、化 工生产对化工设备提出了那些基本要求？2、按安全技术管理将压力容器分为三类的依据是什么？3、何谓材料的机械性能 即力学性能）？4、材料的机械性能

23、 即力学性能）包括有哪些？5、何谓材料的脆性转变温度、疲劳、疲劳极限、冲击韧性及其指标、硬度及其指标、塑性及其指标、强度及其指标？四、课堂小结：1、化工生产对化工设备的基本要求 1）满足安全性能的要求 2）满足工艺性能的要求 3）满足使用性能满足 4）满足经济性能的要求 2、将压力容器划分为三类的依据是：1）容器压力与容积的乘积 PV 2）介质危害程度 3）压力容器品种 即压力容器的作用）4）材料的抗拉强度 3、按设计内压力大小将内压容器划分为：低压、中压、高压、超高压容器。4、我国钢制压力容器设计标准是：GB150 5、我国压力容器安全技术管理法规是：压力容器安全技术监察规程。由国家质量技术

24、监督局，根据压力容器标准和安全技术法规来控制、监督压力容器的设计、制造、检 验等各个环节。）6、化工设备对材料性能的要求：要合适； 铸造、锻造、焊接、切削加工性能）2）使用性能要好。物理性能、化学性能、力学性能即机械性能）k、疲劳强度 D；力学性能强度b、刚度 E、硬度 HB与 HR、塑性 与 、冲击韧性 ( 注： 5的材料称为塑性材料；五、作业 p22）： 5的称为脆性材料；思考题： 1-2 答案于 P2 P3）、 1-31）答案于 P4，把图 1-1 画一遍并标好）、1-4 答案于 P5 下及材料的 b L min ）、1-6 、( 答案于上表内即弹性失效 针对内压容器）和失稳失效 1-8

25、 、 答案于 P10 下 P11）思考题 1-9 ：脆性转变温度材料的冲击韧性随温度的降低而减少，当低于某一温度时冲击韧性会发生剧降，材料呈现脆性，该温度称为 材料的。*答：低温工作的设备其选材应注意韧性 即冲击韧度值 A k V ）是否足够。8 / 24 教 案 正 页 2 教案日期 年 月 日 周 年 月 日 周 年 月 日 周授课班级 专业 班级 专业 班级 专业 班级课题：1-4-2 化工设备常用材料 - 钢的热处理、金属材料教案目的：掌握碳钢、合金钢的牌号及各项的含义；掌握为化工设备选择钢材的基本原则。教具及参考书： 1）金属工艺学丁德全主编 2）化工设备基础王绍良主编、化工容器及设

26、备张石铭主编教案手段 2）联系工程实际，采用启发式、讨论 |、分析与提问相结合的形式，实现师生互动。教案过程 :(课程内容、教案环节）复习旧课：新课 1-4-2 化工设备常用材料 - 钢的热处理、金属材料一、钢的热处理二、金属材料一）、碳钢二）、低合金钢三）、合金钢三、选材的基本原则四、课堂练习：五、课堂小结课型：综合型重点、难点及智能培养等1、重点：1）化工生产对化工设备的基本要求2）3）化工容器结构与分类 材料的常用性能2、难点：(1 化工容器的分类 (2 材料的常用性能作业：课后记9 / 24 复习旧课：1、化工生产对化工设备提出了哪些基本要求？2、按压力容器安全技术监察规程分类法，将压

27、力容器分为三类的依据是什么？三类容器各包括的容器有哪些？3、内压容器按设计压力 (P不同分类为哪几种？压力范围如何？ 1-4-2 化工设备常用材料 - 钢的热处理、金属材料一、钢的热处理：看 p11）部分自学）热处理 指将钢在固态下加热到给定的温度，经过保温，然后按选定的冷却速度冷却，以改变其内部组织结构，从而获得所需的性能的一种工艺，称。一）、热处理的分类：1、普通热处理： 包括：退火、正火、淬火、回火等）2、表面热处理： 包括：表面淬火、化学热处理等）、降低硬度） 2）机按零件生产工艺，热处理又可分类为： 1、预先热处理； 2、最终热处理；例：一般零件的生产工艺过程是：将毛坯） 1）锻造预

28、先热处理有退火和回火，目的消除内应力械加工 粗加工） 3）最终热处理 有淬火加高回火 即调质处理）、表面淬火等，目的：使零件获得使用时所需要的性能）调质处理？二）、普通热处理的方法：4）机械加工 精加工）。1、退火 ：将钢件加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却 理工艺。 p12）随炉冷、坑冷）的热处2、正火：是将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后空冷的热处理工艺。1）、正火和退火的用途与目的： 生产中优先采用正火。正火的冷却速度u正火u 退火退火的冷却速度；正火可得到的组织相对细，强度和硬度相对稍高）a、用途：主要用于钢件加工时的“ 预先热处理”b、目的：软化钢材以利切削加工；消除内

29、应力以防止工件变形；细化粒，改善组织，为零 件的最终热处理做好准备。3、淬火 ：是将钢加热到适当温度，保温一定时间，快速冷却水冷或油冷）的热处理工艺。 、回火的种类： 按温度范围不同分为三类）1）、低温回火 ：回火温度范围为 150-250 ；、低温回火的目的与用途：可使钢件具有高硬度和高耐磨性。主要用于各种切削工 具 中温回火 ：回火温度范围为350-500 ；s 及一定的韧性 k 和硬度 HB。主要用于、作用与用途：可使钢件具有较高的弹性极限e、屈服点 各种弹簧和模具等 3）、高温回火 ：500 -650；看 p12 中）10 / 24 、目的与用途：可使钢件具有强度、硬度、塑性和韧性都较

30、好的综合力学性能；广 泛用于汽车、拖拉机、机床等机械中的重要结构零件，如各种轴、齿轮、连杆、高强度螺 栓等 调质处理淬火后再加高温回火的热处理工艺，称。三）、表面热处理 1、表面热处理的方法有：表面淬火和化学热处理 1）、表面淬火： 将钢的表面快速加热到淬火温度，并随即喷水快速冷却，这一方法称。先将钢调质处理再表面淬火而后低温回火）1）、特点与用途： 看 p12 下）a、特点： 不改变钢件表面的成分，只改变表面的组织，心部组织、性能不变，表层具有高硬度和高耐磨性。 b、用途：如1、感应加热表面淬火）用于中碳钢、中碳低合金结构钢钢件的表面淬火，如广泛用于汽车、拖拉机和工程机械中的齿轮、轴类等。也

31、可用于高碳钢、低合金钢制造的工具和量具，以及铸铁冷轧辊等。如2、火焰加热表面淬火：用乙炔 - 氧焰或煤气 - 氧焰，将工件表面快速加热到淬火温度，立即喷水冷却的淬火方法。适合大型工 件，如大模数的齿轮等设备简单，投资少，但加热易过热，淬火质量不稳定）2）、化学热处理是向工件表面深入某种元素的热处理工艺。包括：渗碳、渗氮 氮化）、碳氮共渗 氰化）、渗金属等。）渗氮：是向工件表面渗入氮原子的热处理工艺。渗氮用钢大都含有 Gr Mo Al V 等元素 如 38Gr MoAlA）通过渗氮可使工件表层形成氮化膜，使钢表面具有高的硬度、耐磨性和耐蚀性。工件心 部的塑性和韧性，要在渗氮之前，通过调质处理获得

32、。）材料包括：金属材料、复合材料、非金属材料 二、金属材料 看 P13上）* 金属材料包括： 1、铁 纯铁） ；等；2、黑色金属 以铁为基的合金）：如钢、铸铁、铁合金3、非铁合金 有色金属） 如铜及其合金、铝及其合金、铅及其合金等 * 1）、 钢的分类： 1）非合金钢 碳钢）含碳量 C2.11 的铁碳合金； 2）低合金钢； 3）合金钢 ；一）、非合金钢 碳钢）：* 包括： 1、碳素结构钢； 2、优质碳素结构钢1、 、钢牌号的表示方法：Q+ 质量等级符号 +脱氧方法符号质量等级有： A 级最低级）、 B、C、D 级最高级）脱氧方法符号：F沸腾钢）、 b半镇静刚）、 Z镇静钢，Z 一般省略不标）、

33、 TZ五种）例： 、优质碳素结构钢的牌号有：两位数）表示。wc=45 1/10 4 =0.45 10、15、20、25、 30 、35、 40、 45、50、55、60、65、70、 75、80、85；按含碳量不同可分为三类：1）低碳钢 性能与用途：强度低但塑性好，冷冲压及焊接性能良好，在化工设备中广泛用。特例： 05 F、08F、10F、15F、20F）05、08、性能与用途：钢的强度与塑性适中，焊接性能较差，不适宜制造设备壳体，用造 机械的零件如：轴、齿轮、连杆等。45 钢用的最广。性能与用途：钢的强度、硬度均较高，塑性差，常用制造弹簧。常用 钢。65、70 20g( 钢板 锅炉用钢；16

34、Q(16q _桥梁用钢 2C 、3C、4 C、5 C 等 船舶用钢。二）、低合金钢： 包括：低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金 专用钢） 看 P13 下）、高强度结构钢的牌号 ：Q295 、Q345最常用）、 Q390 、Q420、Q460；a）、 Q295质量等级有 A、B 级）；b）、 Q345、Q390 与 Q420）都有 A、 B、 C 、D、 E 级）；c）Q460C 、D、 E 级）。2）低合金高强度结构钢的用途：P13 下）广泛用于桥梁、船舶、车辆、锅炉、化工容器 和输油管等。 用途举例见 P14 表 1-1）三）、合金钢 看 P13P14）1、合金钢牌号的表示方法：含碳量

35、数字 +合金元素符号 +合金元素含量数字 含碳量 数字为 两位数 时：表示平）数字 表示含合金元素平均均含碳质量分数的 万分数 ，为 一位数 ）质量分数的 百分数 ，当合时表示平均含碳质量分数的 千分数 。）金元素平均质量分数1.5 时不标数字。例： 40Cr 合金调质钢 -中碳 ）平均含碳 wc=40 1/104=0.40 ；平均含铬 wcr1.5 例： 1Cr18 Ni9Ti 属高合金钢 铬镍不锈钢 18 - 8 型钢，又叫 奥氏体不锈钢）1-表示平均含碳 wc=1 1/103 =0.1 。12 / 24 2Cr 18-表示平均含铬 wcr=18 1/10 =18。等。Ni9-表示平均含镍

36、 wNi=9 1/10 2=9。Ti- 表示平均含钛 wTi1.5 ；2、合金钢的种类： 合金渗碳钢、合金调质钢、滚动轴承钢、不锈钢、耐热钢等。1）渗碳钢 -含 低碳1）渗碳钢的性能与用途：经渗碳 +淬火 +低温回火后使用，具有外硬内韧的性能，用于制造承受强烈冲击载荷和摩摖磨损的零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴，活塞销等。 让学生回答）2）碳素渗碳钢的牌号 ：15渗碳）、 20合金渗碳钢的牌号： 20 Cr、20 Cr M n Ti应用最广泛）、 20 M n V B 等调质钢 包括碳素调质钢和合金调质钢两类） - 含中碳1）调质钢的性能与用途：经调质后使用，具有良好的综合机

37、械性能，广泛用于制造汽车、拖拉机、机床上的轴、齿轮、连杆、螺栓、螺母等是机械零件用钢的的主体。生回答）、45( 调质 、 50( 调质- 价廉3）合金调质钢的牌号 :40 Cr35Si M n、35 Cr M o、40 M n B 等 40 Cr、是典型钢种，用于制造一般尺寸的重要零件）提问各钢号各项的含义？）3）、滚动轴承钢 P14）1）滚动轴承钢的用途：用于制造滚动轴承的内、外圈以及滚动体，还可制造模具、量具等工具。+ Cr 元素符号 +含铬质量分数的 千分数 +其他合金元素符号， 碳的含量不标出。 含碳 wc1.0 ）例：G Cr15 表示含 wcr=15 1/10 3=1.5 ， G

38、表示滚动轴承用钢 。 不锈钢只能够抵抗空气、蒸汽和水等弱腐蚀性介质腐蚀的钢，称为。耐酸钢能抵抗酸、碱、盐等强腐蚀性介质腐蚀的钢，称为。日常习惯上把不锈钢和耐酸钢不锈钢）1）不锈钢按化学成分分类 ：铬不锈钢、铬镍不锈钢当不锈钢中含铬量 wcr11.7 时才具有耐腐蚀性 ；含碳量 wc越低，耐腐蚀性越高，但强度、硬度就越低。大多数含碳量 wc=0.1 -0.2 ；但做刃具的不锈钢，含碳量则较高，wc=0.85 -0.95 ，以保证具有足够的强度和硬度。2）、铬不锈钢的牌号 ：1 Cr13、2 Cr13、3Cr13、4Cr13、 1 Cr17、7 Cr17 属铁素体 ）8 Cr17 等 提问：各钢号

39、含碳、含铬量是？1 Cr17含碳 wc=1 1/10 3=0.1 ，含3）铬镍不锈钢 奥氏体不锈钢）的牌号： wcr=17 1/10 2=17 ；0 Cr19Ni9、 1Cr19Ni9 、 1Cr18Ni9 Ti、00Cr18 Ni11、0Cr18 Ni10 等0表示平均含碳量 0.03 wc0.08 ； 低碳）00表示平均含碳量 wc0.03 ； 微碳）4）不锈钢的用途： 、1 Cr13、 2 Cr13、3Cr13、4Cr13、7 Cr17 的耐腐蚀性差，主要用于弱腐蚀性条件13 / 24 下工作的机械零件、工具、，如汽轮机叶片、阀门零件、量具、轴承、医疗器械 等。 、抗氧化钢常用牌号： 0

40、 Cr19Ni9、 3Cr18 M n 12 Si 2 N 等 (b 抗氧化钢性能与用途：在高温下有较好的抗氧化性和一定的强度。可用于长期在燃烧 环境中工作、有一定的强度的零件，如各种加热炉底板，渗碳箱等； 热强钢牌号： 1 Cr13、1Cr18Ni9 Ti、1 Cr5 M o、1 Cr11 Mo V 等 b）热强钢性能与用途：高温下有一定的抗氧化能力和较高的强度以及良好组织稳定性。可用于汽轮机、燃气轮机的转子和叶片，锅炉过热器、内燃机的排气阀、石油裂解管等零 件。 看 P15中 ，让学生回答）四）、铸铁 自学）含碳量 wc2.11 的铸造铁、碳硅的合金，称。1、铸铁的性能与用途： 与钢相比，

41、铸铁含碳 C、Si 量高，杂质 S 、P 较多，组织中有石墨。因此，铸铁的力学性能 bL、 与 、AVK）比钢低得多 , 但铸铁具有优良的铸造性、减振性、耐磨性、切削加工性 以及低的缺口敏感性等，而且生产工艺和设备简单，成本低，工业生产中广泛应用。2、铸铁的分类：按石墨形态不同铸铁分类为：灰口铸铁 铸铁 RuT）HT）、球墨铸铁 、 蠕墨1）灰口铸铁 牌号有 :HT150、HT200、HT250 (a 牌号的表示 ：HT ( 灰铁两字汉语拼音字首 + 数字 用途：可作为承受中等载荷的零件如机座、支架、箱体、刀架、床身、轴承座、工作台、带轮、法兰、泵体、阀体、管路附件工作压力不大）、飞轮、电动机

42、座等。2）、球墨铸铁 牌号有： QT40018、QT40015、QT45010 QT50007、QT60003、QT70002、QT80002、QT90002 牌号表示法：+数字 bLmin 最低抗拉强度值MPa）+ 数字 min 最低延伸QT球铁两字汉语拼音字首）率值）例： QT60003 球墨铸铁， bLmin=600MPa， min=3 ； 用途：可制作载荷大，受力复杂的零件，如汽车、拖拉机曲轴、连杆、凸轮轴，部分磨床、铣床、车床的主轴、机床蜗杆、涡轮，轧钢机轧辊，大齿轮，汽缸体，桥式起重机大小 滚轮等 可锻铸铁 KT） 石墨形态为团絮状，看图1-2c ） 牌号有：例 1：黑心可锻铸铁

43、铁素体） KTH300- 06 bLmin= MPa， min6 ； 用途：制作弯头、三通管件、中低压阀门。例 2 ：珠光体可锻铸铁 KTZ450-06 bLmin=450 MPa， min6 ；用途：可制载荷较高和耐磨损零件，如曲轴、凸轮、连杆、齿轮、活塞环、摇臂、轴套、耙片、万向接头、棘轮、扳手、传动链条、犁刀、矿车轮等 4）、蠕墨铸铁 RuT） 耐磨铸铁 包括：抗磨铸铁、低合金白口铸铁、普通白口铸铁、中锰球墨铸铁、冷硬铸铁）b）减摩铸铁 高磷铸铁、钒钛铸铁）c）耐热铸铁 耐蚀铸铁 铝及其铝合金、铜及其合金、铅及其合金、滑动轴承合金如锡基轴承合金 又称锡基巴氏合金 ZSn Sb 11Cu6

44、 ）制轴瓦、轴承衬）四、非金属材料 自学）：1、无机非金属材料： 如陶瓷、搪瓷、玻璃等）2、有机非金属材料： 找学生回答）选择化工设备用的钢材，除应考虑容器的工作压力、温度和介质的腐蚀外，还要考虑钢材的加工工艺和价格等。（一）选材的基本原则：GB1501998 规1、化工容器用钢一般使用镇静钢，若是受压元件用钢应符合国家标准定。2、化工容器应优先选用低合金钢。按强度设计时，若使用低合金钢的壁厚可比使用碳 钢减薄 15 以上，则可采用低合金钢，否则采用碳钢。a、中低压容器一般可选用屈服强度S=250、300、350 MPa 级别的普通低低合金钢。b、直径较大 Di 较大、压力较高的中压容器可选用

45、 S=400MPa的普通低合金钢。C、高压容器则宜选用 S=400500MPa的普通低低合金钢。3、化工容器用钢应有足够的塑性、适当的强度和良好的冲击韧性。故压力容器用钢板的伸长率 必须） 14 。当 18 时，加工时要特别注意。一般钢材冲击韧性 AKV 5060J/ 2 为宜。4、不同的材料其弹性模量 E 值的大小相差不多，因此，按刚度设计的容器 如外压容器）不宜采用强度过高的材料，选 Q235为宜。 13 页）5、对于使用场合为强腐蚀介质的，应选用耐腐蚀的不锈钢，且尽量使用铬镍不锈钢钢种。6、高温容器用钢应选用耐热钢，以保证抗高温氧化和高温蠕变。a、蠕变长期在高温下工作的容器，材料内部的应

46、力 S 时，容器会发生缓慢的、连续不断的塑性变形，即所谓蠕变。长期的蠕变将使设备产生过大的塑性变形，最终导致破坏。）b、材料产生蠕变的温度 : 当碳钢 t 350，合金钢 400时，就应考虑蠕变问题。7、低温容器 工作温度 tw-20 的设备） 用钢应考虑钢材的低温脆性问题。选材时首先考虑钢种在低温时的冲击韧性。要求在 -19.99 0作夏比 (V 型缺口，且横向取样）低温冲击实验。?并要求： 20R 的低温冲击功 A KV 18 J ；16MnR 、 15MnVR 的低温冲击功 A KV 20 J ；15 / 24 15MnVNR 、 18MnM0NbR 、 13MnNiM0NbR 的低温冲

47、击功 A KV27 J ； 1-5 金属材料的腐蚀与防护 P19）一、腐蚀 金属材料在周围的介质作用下发生破坏称为。二、腐蚀的类型 ：一）按腐蚀特征分类为： 1 、均匀腐蚀；2、局部腐蚀 包括：区域腐蚀、点蚀、晶间腐蚀等）二）、按腐蚀机理分类为： 1 、化学腐蚀 ：指金属与干燥的气体或非电解质溶液产生化学作用引起的腐蚀。1）化学腐蚀的特点：腐蚀过程中无电流产生，且温度越高，腐蚀介质浓度越大，腐蚀速度越快。2、电化学腐蚀 ：是指金属与电解质溶液产生电化学作用引起的腐蚀。金属在酸、碱、盐 溶液、土壤、海水中的腐蚀属于电化学腐蚀）1）电化学腐蚀的特点： 腐蚀过程中有电流的产生。三、防腐的措施 P20

48、）1、隔离腐蚀介质 P20）2、电化学保护： P21）阴极保护法 多用）阳极保护法 3、缓蚀剂保护： 多用于酸洗操作和循环冷却水的水质处理中）。阳极型缓蚀剂阴极型缓蚀剂混合型缓蚀剂六、课堂练习：1、何谓钢的热处理？2、钢的普通热处理包括哪几种？表面热处理有哪几种？3、何谓钢的调质处理？ 4 、何谓材料的力学 1Cr18 Ni9 Ti 、25、45、60、65、70 七、课堂总结1、钢的分类：非合金钢 碳钢）含碳量 C2.11 的铁碳合金。1、 、钢牌号的表示方法：Q+ 质量等级符号 +脱氧方法符号 Q 195、Q215、Q235、Q255、Q275(次钢号不分质量等级 2、优质碳素结构钢：1）

49、、钢牌号的表示方法：以钢中平均含碳量质量分数的万分数两位数）表示。3、低合金钢高强度结构钢的牌号：Q295 、Q345最常用）、 Q390 、Q420、Q460 ；4、合金钢的种类：合金渗碳钢、合金调质钢、滚动轴承钢、不锈钢、耐热钢等。1）合金钢牌号的表示方法：16 / 24 含碳量数字 +合金元素符号 +合金元素含量数字 含碳量数字为两位数时：表示平）数字表示含合金元素平均均含碳质量分数的万分数，为一位数）质量分数的百分数，当合时表示平均含碳质量分数的千分数。）金元素平均质量分数1.5 时不标数字。2）铬镍不锈钢 奥氏体不锈钢）的牌号：0 Cr19Ni9 1Cr19Ni9 1Cr18Ni9

50、Ti、 00 Cr18 Ni11、 0 Cr18 Ni 10 等 0表示平均含碳量 0.03 wc0.08 ； 低碳）00表示平均含碳量 wc0.03 ； 八、作业 P22 思考题： 1-10(答案 P11、1-11 答案 P12）、 1-12答案 P12）、 1-13答案 P12）、 1-14、1-17答案 P18- P19 ）、1-19安全性能的要求 1）、化工设备用材具有足够的强度 2）、化工设备用材具有良好的韧性 3）、具有足够的刚度和抗失稳能力 4）、具有良好的抗腐蚀性 5）、具有可靠的密封性 二）工艺性能要求 1）、达到工艺指标 2）、生产效率高、消耗低 三）使用性能要求 经济性能

51、要求尽量减少 化工设备的 基建投资和日常维护、操作费用2、 化工容器结构的基本结构 看 P4 图 1-1 ）3、化工容器与设备的分类 看 P4-P5），安全运行，获得较好的经济效益。4、按承压方式分类：1）、 内压容器 - P 内P 外） 2 ）、 不同分类为：低压容器 中压容器 代号 M） 1 6 MPa P 10 m Pa 高压容器 代号 H） 10 mPa P 100 mPa超高压容器 代号 U） P100 mPa；6、按容器的相对壁厚分类：1）薄壁容器： D0Di 1.2 或 n /Di 0.1 ；17 / 24 1.2 或 n /Di 0.1 ；7、力学性能 即机械性能） 指材料在外

52、力的作用下所表现出来的性能。包括：强度、刚度、硬度、塑性、韧性、疲劳等）1）、强度 反映材料在外力的作用下抵抗破坏的能力。破坏的两种情况指：a 发生较大的塑性变形； b 发生断裂破坏。）A、反映材料强度的数量指标有：1）屈服点 S2）强度极限 bbL 和抗压强度 bY 脆性材料铸铁的强度指标有抗拉强度2）刚度 - 反映材料在外力作用下抵抗弹性变形）变形的能力。3）、塑性 反映材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。1）衡量材料塑性的指标有：延伸率或称伸长率 与 断面收缩率 ） 5的材料称为塑性材料； 5的称为脆性材料；4）、硬度 - 反映金属抵抗比它更硬物体压入其表面的能力。、HB- 布氏

53、硬度：HBS实验时用钢球压头 HBW 实验时用硬质合金球 b、洛氏硬： HRA 、 HRB 、HRC ； ；用锥形金刚石压头做测试） A、B、C 指洛氏硬度的标度）HRA 用于度量极硬材料表面承压能力 HRB 用于度量较软材料的表面承压能力 HRC 用于度量很硬材料的表面承压能力如硬质合金、表面淬硬层、渗碳层）如有色金属，退火、正火钢等）如淬火钢、调质钢等，多用于钢件热处理的检查）5）、冲击韧性指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 冲击韧性指标为冲击韧度A kV ； A kV 的单位： J/cm2 ； 脆性转变温度材料的冲击韧性随温度的下降而减少，当低于某一温度时冲击韧性发生剧降，这时材料呈

54、脆性，该温度称为。 交变载荷机械零件 如轴、齿轮、弹簧等）经常受到大小不同和方向变化的载荷作用，这种载荷称为。载荷的大小和方向随时间的变化而变化，这种载荷称为交变载荷）6）、疲劳机械零件 指材料）在交变载荷的的作用下，当引起的交变应力交b , 甚至 交e 弹性极限的情况下，经一定循环次数后，并无明显的外观变形却突然发生断裂的现象称为材料的疲劳。8、低压容器 毒性程度为极度和高度介质且 PV0.2 MPa.M 3），为类；9、低压容器 毒性程度为极度和高度介质且 PV0.2 MPa.M 3），为类；10、GB150-1998钢制压力容器它是以弹性失效 内压容器）和失稳失效 外压容器）为设计准则，

55、采用最大主应力理论 即第一强度理论也即最大拉应力理论）。适宜设计压力 P：01MPa P 35 MPa, 真空度 0.02 MPa 适宜设计温度 t ：根据材料的使用温度确定，可以从-196 至钢材的蠕变限用温度11、JB4732 -1995 钢制压力容器分析设计标准适宜设计压力 01MPa P 100 MPa , 真空度 0.02 MPa ；低于以钢材蠕变控制其许用应力强度的相应温度，最高不超过 475 ；12、按安全技术管理分类法将压力容器划分为三类的依据是什么？答：是容器的P.V、材料的抗拉强度b L 、压力容器品种即压力容器的作用）、介质危害的程度；18 / 24 13、热处理指将钢在

56、固态下加热到给定的温度，经过保温，然后按选定的冷却速度冷却，以改变其内部组织结构，从而获得所需的性能的一种工艺，称14、热处理的分类：1）、普通热处理：包括：退火、正火、淬火、回火等）氮化）、碳氮共渗氰化）、渗金属2）、表面热处理：表面淬火、化学热处理、 按零件生产工艺，热处理又可分类为： 1 ）、预先热处理；2）、最终热处理；4）、回火 : 是将淬火后的钢件加热到适当温度，保温一定时间，出炉空冷至室温的工艺。 中温回火：回火温度范围 350- 500 ；3）、高温回火：500- 650 ；5）调质处理 淬火 +高温回火的热处理工艺；15、钢牌号的表示方法：Q+ 质量等级符号 +脱氧方法符号质

57、量等级有：A 级最低级）、 B、C、D 级最高级）脱氧方法符号：F沸腾钢）、 b半镇静刚）、 Z 镇静钢， Z 一般省略不标）、TZ五种）例： Q235 AF ）16、优质碳素结构钢的牌号有：10、15、20、25、 30 、 35、 40、 45、50、 55、60、65、 70、75、80、85；按含碳量不同可分为三类：1）低碳钢 05、08）10、15、20、25、含碳量 wc0.25 ；如： 05 F、08F、10F、15F、20F）05、 08、2）中碳钢 30、35、40、 45、50、55、 60 含碳量 0.30 wc 0.60 ；3）高碳钢 65、70、75、 80、85含碳

58、量 wc0.65 ； 20g( 钢板 锅炉用钢；16Q(16q _ 桥梁用钢2C 、 3C、4 C、5 C 等 船舶用钢。17、低合金钢：低合金指钢中合金元素总质量分数 wMe5(1、低合金高强度结构钢的牌号：Q295 、Q345 最常用）、 Q390 、Q420 、Q460 ；a）、 Q295 质量等级有 A、B 级）；b）、 Q345 、Q390 与 Q420）都有 A 、 B、 C 、D、 E 级）；c）Q460C 、D、 E 级）。18、合金钢1）、合金钢牌号的表示方法：含碳量数字 +合金元素符号 +合金元素含量数字 含碳量数字为两位数时：表示平）数字表示含合金元素平均1.5 均含碳质量分数的万分数，为一位数）质量分数的百分数，当合时表示平均含碳质量分数的千分数。）金元素平均质量分数时不标数字。19 / 24 40C r 合金调质钢 -中碳）平均含碳wc=40 1/104 =0.40 ；平均含铬 wcr 1.5 1 C r 18 Ni9 Ti 属高合金钢 铬镍不锈钢 18 - 8 型钢，又叫奥氏体不锈钢1-表示平均含碳wc =1 1/103 =0.1 。等。Cr 18-表示平均含铬wcr=18 1/102=18Ni9- 表示平均含镍wNi=9 1/102