压力容器与化工设备常用材料课件

1、第6章 压力容器和化工设备常用材料6.1 金属的晶体结构（自学）6.2 铁碳合金（自学）6.3 钢的分类6.4 钢的品种6.5 金属的腐蚀与防护95以上Fe + 0.054C + 1左右的杂质元素 “铁碳合金”一般含碳量在0.022者称为钢；大于2者称为铸铁；当含碳量小于0.02时，称纯铁(工业纯铁)含碳量大于4.3的铸铁极脆，后二者的工程应用价值都很小。 钢和铸铁6.3 钢的分类钢的通常分类2.按化学成分分类 1.按用途分类 3.按质量分类 一、碳钢的分类和牌号1、按钢中碳含量低碳钢 含碳量小于0.3。强度较低，塑性较好。适于制作焊制的化工容器和负荷不大的机械零件。中碳钢 含碳量在0.30.

2、6之间。强度和塑性适中，适于制作轴、齿轮、高压设备顶盖等零件。高碳钢 含碳量在0.6以上，钢的强度和硬度均高，塑性较差，用来制造弹簧、钢丝绳等。6.3.1 碳素钢血糖生成指数测定方法血糖生成指数食物胰岛素胰高血糖素肠道血糖食欲消化酶组织肠-胰岛轴肠降糖素背 景 流行病学研究：低GI和GL食物和膳食有益与肥胖、糖尿病、心血 管病、某些肿瘤的预防和控制。 干预性研究：低GI膳食能够降低TG、LDL等，减少患慢性病危险。 meta分析：低GI膳食对心血管病和糖尿病有益。低GI膳食有益于糖尿病等慢性病的预防和控制，膳食GI成为预防和控制慢性病的一个新概念。中国糖尿病膳食指南一、吃、动平衡，合理用药，控

3、制血糖， 达到或维持健康体重二、主食定量，粗细搭配，全谷物、杂豆类占1/3三、多吃蔬菜、水果适量，种类、颜色要多样四、常吃鱼禽，蛋类和畜肉适量，限制加工肉类五、奶类豆类天天有，零食加餐合理选择六、清淡饮食，足量饮水，限制饮酒七：定时定量，细嚼慢咽；注意进餐顺序八：注重自我管理，定期接受个体化营养指导分清几个概念可利用碳水化合物 available carbohydrate; AC生血糖碳水化合物 glycemic carbohydrate类别（DP）组 成分子形式单糖葡萄糖、果糖、半乳糖糖双糖蔗糖、乳糖、麦芽糖糖醇山梨醇、甘露醇寡糖麦芽低聚糖麦芽糊精其他低聚糖低聚果糖多糖淀 粉直链，支链，改性

4、淀粉NSP纤维、半纤维，果 胶碳水化合物来源 全谷物 薯类、根茎类 豆类 蔬菜 水果 脱脂奶 糖作物 含糖饮料DF高粗加工天然添加可利用碳水化合物包括糖、淀粉（抗性淀粉除外）和部分具有生血糖作用的糖醇。（不可消化）低聚糖（不可消化）多糖果聚糖(低聚果糖、果寡糖、菊粉)纤维素和纤维素衍生物棉籽糖羟丙基纤维素水苏糖甲基纤维素低聚半乳糖阿拉伯木聚糖低聚木糖半乳聚糖果胶-葡聚糖抗性淀粉，包括变性淀粉如乙酰化淀粉抗性麦芽糊精树胶（瓜尔胶，阿拉伯树胶，胶凝糖，角叉菜聚糖）聚葡萄糖不可利用碳水化合物的组分列表糖醇组分可利用碳水化合物转化量赤藓糖醇0甘露醇0乳糖醇0异麦芽酮糖醇10山梨醇25麦芽糖醇40麦芽糖

5、醇糖浆b40氢化葡萄糖浆40木糖醇50麦芽糖醇糖浆a50a普通、中级、高麦芽糖醇糖浆b高聚合体麦芽糖醇糖浆常见糖醇可利用碳水化合物转化量分清几个概念血糖应答 glucose response人体进食一定量受试食物后所引起的餐后血糖浓度的变化。血糖生成指数glycemic index; GI人体进食含目标量（通常为50 g）可利用碳水化合物的食物后，一段时间内（2 h）血糖应答曲线下面积相比空腹时的增幅除以进食含等量可利用碳水化合物的参考食物（葡萄糖）后相应的增幅，以百分数表示。分清几个概念参考食物 reference food 用于测定食物GI值的基准物质，通常为食品级或药品级葡萄糖或葡萄糖溶

6、液。 参考食物的GI值定为100。待测食物 test food 用于GI值测定的食物。 如为加工食品，要求配方组成、生产工艺明确。测定基本要求GI测定应遵守相关伦理要求。测定机构设施与条件应符合附录B的要求。开展GI测定的机构应具备食物检验资质和/或临床检验资质。测定机构应能提供安静、舒适、可供受试者静坐及小范围活动的场地。测定机构设有独立的食物准备区、抽血区、血液分离及血糖测定分区等。测定场所应配备抢救或急救基本设施，防止发生应急事件。测试机构应配备从事医学、预防医学、营养学工作的专业人员负责方案设计、组织与管理；以及具有执业资格的医护人员负责现场操作。受试者选择受试者人数要求: 不少于12

7、人。健康成年人（年龄在18岁60岁），男女各半无对待测食物过敏史和不耐受史。能够维持至少10h的空腹状态。近3个月内未服用影响糖耐量的营养素补充剂，以及未口服避孕药、乙酰水杨酸、类固醇、蛋白酶抑制剂和抗精神病药等药物。受试食物准备GI值测定准备前3天饮食前1天晚餐避免高纤晚上10点后禁食空腹血缓慢进入场地，静坐间隔5min，抽2次空腹血进餐从第一口开始计时5-10min内吃完固定水量抽血15 min、30 min、45 min、60 min、90 min和120 保证每次试食测定采血时间点的一致性和准确性至少3次独立试食测定间隔72h血样采集基本要求血样采集基本要求采血过程注意保暖。采血部位应

8、保持一致。可选指尖毛细血管血（全血）或手背/肘静脉血。采血量以满足血糖浓度测定为宜。血样采集后，毛细血管血立即进行血糖浓度测定；静脉血收集至分离胶真空采血管或含草酸钾-氟化钠抗凝剂的真空采血管，30 min内分离血清或血浆，28冰箱保存（不得超过3d），尽早测定血糖浓度。血糖浓度测定按照临床检验操作规程，采用己糖激酶法或葡萄糖氧化酶法测定各时间点血样的血糖浓度（ct）；考虑到方法精密度，毛细血管血不宜采用试纸条法。各时间点血样的血糖浓度以重复性条件下获得的两次独立测定结果的算术平均值表示，单位为毫摩尔每升（mmol/L）。GI值计算结果判定2、按钢的质量由于硫、磷均增加了钢的脆性，故一般是有害

9、元素，需要严格控制其含量；硫（热脆）、磷（冷脆）含量高低大大地影响了钢的质量。碳素钢优质碳素钢普通碳素钢较高含锰量普通含锰量 质量等级 215 MPa 屈服强度Q 215 A F 脱氧方法如普通碳素钢(碳素结构钢GB/T 700-2006)其钢号是由代表钢的屈服强度的字母Q，屈服极限值，质量等级符号、脱氧方法符号四个部分顺序组成。屈服强度有四个级别，即Q195、Q215、Q235、Q275。质量等级按碳、硫、磷含量的控制范围、脱氧程度、允许使用的最低温度以及是否提供AKV值，划分为A、B、C、D四级，D级质量最高，A级最低。脱氧程度以沸腾钢（F）最差，半镇静钢（b）次之，镇静钢（Z）和特殊镇静

10、钢（TZ）脱氧最完全。“Z” 或“TZ”可省略。化工压力容器用钢一般选用镇静钢。 优质碳素结构钢GB/T699-2015共28个普通含锰量（0.350.65）钢号有17个： 08，10，15，20，2585。代表钢号的数字是钢中碳的平均含量的万分值。优质低碳钢（含C0.3%），如08、10、 15、20、25；优质中碳钢（含C量0.3%0.6%）,如30、35、40、45、50与55；优质高碳钢（含C0.6%）如60、65、70、80。含碳量较高含锰量（0.71）钢号有11个：15Mn，20Mn.70Mn代表钢号的数字是钢中碳的平均含量的万分值。3、专用钢材为适应各种条件用钢的特殊要求，对低碳

11、钢的成分、工艺及性能作了相应的调整和补充规定，发展了许多专门用途的钢材。 容器专用钢板 钢号为Q245R。锅炉专用钢管 钢管钢号为20G。焊接气瓶专用薄钢板 有6个钢号，从HP245HP365。船用钢板 其中的A、B级（强度等级）板可有条件用于压力容器。GB7131997锅炉用钢板GB66541996压力容器用钢板 GB713-2014锅炉压力容器用钢板二、碳钢的性能1、力学性能钢的含碳量1、碳碳含量强度增加可焊性焊接时易在热影响区出现裂纹压力容器用钢的含碳量一般不应大于0.25%。使用温度普通碳钢：-20400优质碳钢：- 40450尺寸截面尺寸不同，会因冷却速度不同，造成组织中碳化物弥散度

12、不一样，从而引起钢的力学性能稍有差异。薄钢板的强度比厚钢板略高，但塑性稍差。2、碳钢的制造工艺性能碳钢的铸造性优于合金钢但比铸铁差。碳钢的可锻性良好，钢板可冷卷或冷冲压。碳钢的可焊性随含碳量的增加而变差，低碳钢有良好的可焊性。3、碳钢的耐蚀性碳钢的耐蚀性较差。在稀酸中会受到强烈腐蚀，在大气、土壤或腐蚀性较弱的介质中也要有保护使用。在浓硫酸中耐蚀性较好。在温度不高的稀碱液中耐蚀。6.3.2 合金钢合金钢-为了改善和提高碳素钢的性能，在碳素钢的基础上添加一定的合金元素所炼制的一类钢。返回碳素钢的主要缺点强度较低使用温度较窄耐腐蚀性差一、合金钢的分类低合金钢合金元素含量5%中合金钢合金元素含量5%1

13、0%高合金钢合金元素含量10%通常按合金元素总含量分为：二、合金元素在钢中的作用为了合金化的目的而加入并且其含量有一定范围的元素，称为合金元素。目前在合金钢中常用的合金元素有： 铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。 铬：是合金结构钢主加元素之一，在化学性能方面它不仅能提高金属耐腐蚀性能，也能提高抗氧化性能。当其含量达到13时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高。镍：镍能提高耐腐蚀性和低温冲击韧性，特别是提高耐碱能力。锰：可提高钢的强度与硬度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。钼：能提高不锈钢抗氯离子的腐蚀能力，也能

14、减少氢脆的敏感性。 钛：在不锈钢中起稳定碳的作用，减少铬与碳化合的机会，防止晶间腐蚀，还可提高耐热性。三、低合金钢1. 合金元素与钢号合金元素含量大多在1以下，有少数可达25。钢号：首数字+合金元素符号+尾数字 当合金元素含量在1.5以下时，该元素符号后不注数字；当合金元素含量在1.52.5之间时，可在该元素后面注“2”依次类推。如15CrMn 钢中平均含碳量的万分数 每种合金元素平均含量的百分数1. 合金元素与钢号除上述规定外，低合金高强度钢的钢号由首字母“Q”、规定的最小上屈服强度数值、交货状态代号(N、+N、M)、质量等级符号（B、C、D、E、F）四部分组成。如Q355ND.N-正火+N

15、-正火轧制M-热机械轧制2. 低合金钢的分类 按含碳量的不同分为低合金结构钢与合金结构钢。（1）低合金结构钢 含碳量不大于0.25，有良好的焊接性能，可用于强度用钢 ，中温钢和低温钢。a.低合金高强度钢(普低钢)GB/T 1591-2018典型牌号：Q345R 、 Q355、Q420应用：大型工程结构（如大型桥梁，压力容器及船舶锅炉等）压力容器低温压力容器用低合金钢钢板GB3531-2014 c.低温用的低合金钢典型牌号： 16MnDR ,15MnNiDR , 09MnNiDRb.中温用的低合金钢15CrMo(550)、12CrMo(525)、12Cr2Mo(575) 低温用钢主要是指用于钢铁

16、，化学和能源工业中存储运输液氧（-183）,液氮（-196）等液化气体和液体燃料的低温容器及运输设备。低温条件下要求材料具有足够的低温强度，足够的低温韧性，还要具有良好的焊接性和一定的耐蚀性。（2）合金结构钢（GB/T 3077-2015） 含碳量的范围较宽。按钢的质量分为三级： 典型牌号：40Cr 、30CrMo应用：轴类、齿轮、传动轴、螺栓等零件优质钢高级优质钢（牌号后加“A”）特级优质钢（牌号后加“E”）四、高合金钢化工设备中使用的高合金钢主要是指不锈钢和耐热钢。（一）不锈钢 不锈钢以不锈、耐腐蚀为主要特性。耐空气、蒸汽和水等弱腐蚀介质耐酸、碱、盐等强烈腐蚀性介质 对不锈钢最重要的性能要

17、求是良好的耐蚀性，合适的力学性能，优良的冷热加工和成型性，以及焊接性能。 不锈钢中常加入的合金元素有Cr、Ni、Ti、Mo、V、Mn等。钢的含碳量旧牌号新牌号含碳量0.03%(超低碳不锈钢)0.03000Cr19Ni10022Cr19Ni100.02500Cr18Mo2019Cr18Mo20.010 00Cr27Mo008Cr27Mo0.03%含碳量0.1%（低碳级不锈钢）0.080Cr18Ni9 （S30408）06Cr19Ni100.080Cr1306Cr130.040.060Cr19Ni10N05Cr19Ni10N0.040.100Cr19Ni10SiN05Cr19Ni10SiN0.1%

18、0.2%0.160.252Cr1320Cr130.260.353Cr1330Cr130.360.454Cr1340Cr130.600.755Cr1350Cr13不锈钢新牌号的编制方法统一数字代号（二）耐热钢 在航空航天，发动机，热能工程，化工及军事工业部门，有许多机器零件是在高温下工作的，常常使用具有高耐热性的耐热钢。 耐热钢是指高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。耐热性是包括热安定性与抗热性的一个综合概念。热安定性是指金属对高温气体腐蚀的抵抗能力。（可加铬、铝、硅等）抗热性则是指金属在高温下对机械载荷的抵抗能力。（可加入镍、锰、铝、铬、钨、钒等）6.4 钢的品种钢板钢管型钢锻件紧

19、固件薄钢板厚钢板（一）钢板主要用于制造容器的壳体和封头，厚板可用来切割法兰毛坯。碳素钢和低合金钢钢板的化学成分和力学性能见表6-7、6-8低温压力容器用低合金钢钢板的化学成分和力学性能见表6-9、6-10非压力容器用碳素钢钢板的化学成分和力学性能见表6-11、6-12不锈钢钢钢板的化学成分和力学性能见表6-13、6-14单轧钢板的厚度规格公称宽度：6004800mm公称长度：200020000mm厚度/mm间隔/mm30mm0.5301.0热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差N类偏差：正偏差和负偏差相等； 16mm0.65A类偏差：负偏差数值小于正偏正差；B类偏差：固定负偏差为0.3 m

20、m；C类偏差：固定负偏差为零，按公称厚度规定正偏差。GB713-2014规定厚度允许偏差按 的B类偏差。GB/T709-2006（二）钢管钢管有无缝钢管和有缝钢管两类。（1）无缝钢管 管壁上没有缝隙的空心钢管.无缝钢管有两个尺寸系列，一个是按钢管外径d0建立的。另一个是按钢管的公称直径DN建立的。钢管的公称直径约定：凡是能够实现连接的管子与法兰、管子与管件、管子与阀门，就规定这两个连接件具有相同的公称直径。DN=200mm名义尺寸表6-15钢管的公称直径系列是根据管法兰的公称直径系列规定的，外径包括A（英制管）B（公制管）两个系列，见表6-15（2）有缝钢管 适于输送较低压力的流体，允许使用的

21、的压力不超过0.6MPa。有缝钢管的尺寸系列 按钢管的壁厚分为普通钢管和加厚钢管。 按管端形式分为光管和带螺纹管。有缝钢管的公称口径与钢管外径、壁厚的对照表见表6-17.钢管的化学成分和力学性能见表6-186-21.锻件有六种形式：筒形、环形、饼形、碗形、长颈法兰、条形锻件。在化工设备上锻件主要用于容器法兰、平盖、整锻件补强用元件等。锻件可用碳素钢、低合金钢、不锈钢等。（三）锻件锻件分为I、II、III、IV（最高）四个级别。见表6-22锻件的化学成分和力学性能见表6-236-28.（四）紧固件（螺栓、螺钉、螺柱）紧固件有专用级和商品级两类。专用级紧固件由专用材料制造，必须保证的化学成分和力学

22、性能以及热处理规定。商品级紧固件是以紧固件的性能等级代替材料牌号。专用级碳素钢和低合金钢螺柱、螺母用钢见表6-29和表6-30.性能等级代号（碳钢制造）是用“”隔开的两部分数字组成。如果将其视为一带有小数点的数字时，则此数字的整数部分表示的是螺栓公称抗拉强度值的1/100，连同小数点的小数则表示螺栓公称屈服点与公称抗拉强度的比值（屈强比）。例如，性能等级46级的螺栓，其含义是：螺栓公称抗拉强度达400MPa级；屈强比值为0.6；螺栓的公称屈服强度达4000.6=240MPa级.商品级螺栓、螺柱和螺钉共有10个性能等级，其中屈强比为0.6的3个，即36、46、56；屈强比为0.8的有5个，即48

23、、58、68、88、98；屈强比为0.9的有2个，即109、129。用不锈钢制造的商品级螺栓，其性能等级有A2-50和A270，代号后边的数字表示螺栓公称抗拉强度的1/10。（2）螺母的性能等级公称高度0.8D的螺母，用螺栓等级标记中的第一部分数字来标记，该螺栓为可与该螺母相配中最高性能等级的螺栓。商品级螺栓、螺钉和螺柱的力学性能见表6-31。6.5 金属的腐蚀与防护腐蚀-金属在周围介质作用下，由于化学变化、电化学变化或物理溶解而产生的破坏。6.5.1 腐蚀的定义及分类1、按腐蚀的机理来分电化学腐蚀化学腐蚀晶间腐蚀 2、按金属腐蚀的形式来分全面腐蚀局部腐蚀小孔腐蚀缝隙腐蚀物理腐蚀金属与电解质溶

24、液间产生电化学作用所发生的腐蚀称电化学腐蚀。它的特点是在腐蚀过程中有电流产生。阳极：ZnZn+十2e阴极： 2H+十2eH2（一）电化学腐蚀 按腐蚀的机理来分（二）化学腐蚀 化学腐蚀是指金属与非电解质介质直接发生纯化学反应而引起的破坏，它的特点是腐蚀过程中没有电流的产生。 例如金属在高温气体中发生氧化时刚形成膜的阶段。按腐蚀的机理来分6.5.2 常见的几种腐蚀及控制方法 均匀腐蚀 局部腐蚀 其又可分为应力腐蚀、点腐蚀（孔蚀）、晶间腐蚀、缝隙腐蚀等。（一）均匀腐蚀 均匀腐蚀是腐蚀作用均匀地发生在整个金属表面，使金属有效截面不断减少，直到破坏。腐蚀裕量C2C2n :腐蚀速度 mm/a 寿命 n年1

25、.电偶腐蚀或双金属腐蚀 两种相互接触的不同金属浸在腐蚀性介质中，由于存在电位差，其中的一种电位较负的金属往往会遭受腐蚀。Al:-1.66 Fe:-0.44 Cu:0.337 （二）局部腐蚀避免方法；将处于腐蚀性介质中不同的金属连接用绝缘材料隔开。2. 应力腐蚀 指金属在固定拉应力和特定介质的共同作用下所引起的破裂。材料发生应力腐蚀的条件是：局部高的拉应力和特定介质相互作用。使某一材料发生应力腐蚀的介质是特定的介质，不是任意介质。见表6-61防止或减轻应力腐蚀的途径有哪些？（1）合理选用耐蚀材料，即选择对腐蚀介质不敏感的材料。（2）控制应力。合理设计与加工，尽量减少局部的应力集中。（3）采用合理

26、的热处理方法消除残余应力。（4）减弱介质的侵蚀性。3. 缝隙腐蚀金属部件在介质中，如若金属与金属或金属与非金属之间存在特别小的缝隙，使缝隙内的介质处于滞留状态，从而引起缝内金属的加速腐蚀，这种局部腐蚀就称为缝隙腐蚀。大多数金属和合金都可能会产生缝隙腐蚀，只是对腐蚀的敏感性有所不同。几乎所有的介质都会引起缝隙腐蚀。为防止缝隙腐蚀，在设备、部件的结构设计上，应尽量避免形成缝隙。设计的容器要使液体能完全排净，避免锐角和静滞区。这样便于清洗，还可防止固体在器底沉积。4.小孔腐蚀（点蚀） 在金属表面的局部地区出现向深处发展的腐蚀小孔，这些小孔有的孤立存在，有些则紧凑在一起。小孔腐蚀会导致设备穿孔，泄漏物

27、料，污染环境；在有应力时，蚀孔往往是裂纹的发源处。 危险性极大不锈钢、铝和钛及其合金等在含有氯离子的介质中经常发生孔蚀。防止和减少小孔腐蚀的方法：减少静滞区，提高介质流速可以减轻孔蚀。在不锈钢中加入钼降低氯离子含量 5. 晶间腐蚀所谓晶间腐蚀是在450850的温度范围内，碳与铁、铬形成(Fe,Cr)23C6从奥氏体中析出并分布在晶界上，使晶界附近的含铬量降低到耐腐蚀所需的最低含量（12%）以下，腐蚀就在此贫铬区产生。这种沿晶界的腐蚀称为晶间腐蚀。发生晶间腐蚀后，晶粒间的结合力大大削弱，钢材会变得脆、强度很低，严重时可使材料的机械强度完全丧失。为了防止晶间腐蚀，可采取以下几种方法：（1） 稳定化处理：在钢中加入与碳亲合力比铬更强的钛、铌等元素，以形成稳定的TiC、NbC等，将碳固定在这些化合物中，可大大减少产生晶间腐蚀的倾向。如06Cr19Ni10Ti, 06Cr18NillNb等钢种。 (2） 固溶化处理：对某些焊接件可重新进行热处理，使碳、铬再固溶于奥氏体中。（3） 采用超低碳不锈钢：当含碳量0.03%时，即使在