化工机械 设备材料

第二章化工过程(guòchéng)设备材料材料是构成化工设备(shèbèi)的物质基础,合理选用材料是化工设备(shèbèi)设计的重要环节。正确选用材料对保证设备(shèbèi)安全运行，节省材料，减轻设备(shèbèi)重量，延长使用寿命等都有积极作用。目前化工设备(shèbèi)常用的材料有：碳钢、合金钢、铸铁等。精品资料1.机械性能2.1金属材料的基本(jīběn)性能金属材料的基本性能(xìngnéng)主要有机械性能(xìngnéng)、物理性能(xìngnéng)、耐腐蚀性能(xìngnéng)和制造工艺性能(xìngnéng)等。

材料的机械性能主要是指材料的强度、塑性、韧性和硬度等。主要性能指标有静力状态下的强度极限σb，反映抵抗断裂破坏的能力，屈服极限σs，反映抵抗塑性变形的能力，高温蠕变极限σn，反映高温下材料抵抗蠕变的极限指标。以上三个强度指标是确定材料许用应力的主要依据。精品资料反映材料塑性的指标有延伸率δ和断面收缩率ψ，此两值越大表示材料的塑性越好，在设备破坏(pòhuài)前会发生明显的塑性变形，从化工设备安全运行的角度考虑，要求材料要有较好的塑性。反映材料韧性的指标为冲击韧性αK值，值越大，表示材料抵抗冲击的能力越强。硬度是指材料对局部硬物压入变形的抵抗能力。常用硬度指标有布氏硬度（HB），洛氏硬度（HR）。硬度大小反映材料的耐磨性能和切削加工的可能性。金属材料机械性能随温度升高（或降低）而发生显著的变化，对于高温（或低温）状态下工作的设备在选材和确定许用应力时，应严格按有关规定进行。精品资料2.物理性能材料的物理性能主要(zhǔyào)是指：比重、熔点、导热性和热膨胀系数，弹性模量等。各种材料的物理性能指标可以查阅有关材料手册，以备设计选用并作为选材的参考指标。3.耐腐蚀性化工生产过程中，许多物料对设备都具有腐蚀性，应根据物料的腐蚀特性和不同材料耐蚀性合理(hélǐ)选用材料。并且按设备使用年限考虑适当加大设备强度尺寸，以保证设备具有良好的安全性。精品资料4.制造(zhìzào)工艺性能材料的制造工艺性能是指可焊性，可锻性，可铸性，切削加性和热处理性能等。材料的制造性能直接(zhíjiē)影响零部件的加工制造方法和成本。对于化工设备要求材料具有良好的塑性，良好的切削加工性能和焊接性能等。2.2钢的热处理热处理：通过对钢材加热，保温和不同的冷却方式，以改变钢材的组织结构和机械性能的加工工艺称为热处理。精品资料生产中常用(chánɡyònɡ)的热处理方法有：退火：把工件加热到一定温度(wēndù)，保温一段时间，随炉缓慢冷却的过程。1.退火与正火正火：把工件加热到临界点以上30~50°C，保温后将工件从炉中取出在空气中冷却的过程。退火与正火的作用：均匀组织，细化晶粒，降低硬度，提高塑性，消除冷、热加工残余应力，改善工件机械性能。精品资料淬火：将工件加热到临界点以上30~50°C，保温一段时间，然后在淬火剂中冷却以得到(dédào)马氏体组织的一种热处理方法。2.淬火(cuìhuǒ)与回火回火：工件经淬火后，再进行一次低温加热及冷却的处理工艺过程。淬火与回火的作用：增加工件的硬度，强度和耐磨性，回火使工件消除淬火后的内应力，组织结构趋于稳定，并获得更好的机械性能。精品资料将工件放在一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以获得预期的组织和性能的一种热处理过程。按渗入元素的不同，化学热处理可分为渗碳、渗铝、氮化等。氮化处理广泛应用于各种告诉传动精密齿轮、车床主轴等要求很高疲劳强度的零件，以提高(tígāo)零件的表面硬度和耐磨性。回火又根据(gēnjù)工件的使用要求，可采用低温回火，中温回火和高温回火。3.化学热处理精品资料2.3碳钢碳钢是含碳量小于2.11%的铁碳合金。碳的含量在碳钢中有重要的影响(yǐngxiǎng)，常用的碳钢中含碳量一般约为0.08%~1.4%。由于炼钢方法的限制，钢不可避免地还有硫、磷、锰、硅等杂质。<1>磷（P）：在碳钢中为有害元素，使钢的强度、硬度增加，但引起钢的塑性、冲击韧性显著降低，特别是低温时使钢材显著变脆。因此，钢中磷的含量(hánliàng)必须严格控制。精品资料<2>硫（S）：是碳钢的有害元素。会引起钢材在热加工时容易开裂的热脆现象，钢中硫的含量必须严格控制。<3>硅（Si）：会使钢的强度、硬度增加，但塑性(sùxìng)降低。<4>锰（Mn）：能消除硫的有害作用，并且使钢的强度、硬度提高。1.普通(pǔtōng)碳素结构钢这种钢含硫、磷杂质较多，冶炼较简单，价格较低。化工容器与设备中应用最多的是Q235-A这种牌号的结构钢。精品资料2.优质(yōuzhì)碳素结构钢Q235——表示钢材的屈服极限值为235MPa。A——表示质量等级为A级。F——表示脱氧(tuōyǎng)方法不完全的沸腾钢。Q235-A：适用于设计压力P<1.0MPa，使用温度0~350°C，壁厚不超过16mm容器用钢，或常用制造螺栓，螺母和支架等。

优质碳素结构钢含硫、磷杂质较少，冶炼工艺较严格，组织均匀，质量较好，强度较高，但成本比普通碳素结构钢高。精品资料<1>低碳钢含碳量≤0.25%，牌号有10、20、25等，钢的强度不高，但塑性好，焊接性好。适宜制造化工容器零部件及设备封头。设备换热管、法兰等。20R表示专门容器用钢，20G表示锅炉(guōlú)专门用钢，质量控制比20钢更加严格。钢的牌号以钢中评价(píngjià)含碳量的万分之几表示，例如20钢表示含碳量为0.20%的优质碳素结构钢。根据钢中含碳量的不同此类钢又分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。精品资料<2>中碳钢含碳量在0.3%~0.6%之间，常用(chánɡyònɡ)牌号有35、45等，强度较高，塑性好，韧性好，焊接性能较差。适用于作为轴、齿轮、螺栓等用钢。<3>高碳钢含碳量>0.6%，它的强度、硬度高，但塑性、焊接性能差，适宜作为各种工具用钢。优质碳素钢多为轧制，也有铸钢及锻钢，根据不同使用(shǐyòng)要求进行选用。精品资料2.4合金钢随着科技(kējì)发展，钢材种类不断增加，为我们合理选择更加优质的材料提供了更多的可能。为了提高钢材的机械性能和各种特殊使用性能，常在碳钢中加入一种或几种元素，来改变钢的组织结构和化学成分。在碳钢中常添加的合金(héjīn)元素有：铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、硅（Si）、锰（Mn）、硼（B）、铝（Al）、钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）、钨（W）等。精品资料加入以上元素的钢，不仅在强度、耐高温、耐低温、耐腐蚀等方面有了较大的改善，而且也大大节省了材料，目前得到(dédào)广泛的推广及使用。合金钢根据含碳量，合金元素(yuánsù)的含量等分为各种专门用钢，化工设备中常用的专门用钢有：1.普通低合金钢普通低合金钢是在碳素钢的基础上加入少量合金元素（总量不超过5%）冶炼成的。这种钢的强度高，焊接性能好，有较好的耐蚀性，耐高温，低温性能。精品资料2.不锈钢常用的牌号有：16MnR、15MnVR等，广泛(guǎngfàn)用于制造压力容器零部件。低温容器用钢有16MnDR、09Mn2VDR等。温度较高用钢（400~600°/C）有15CrMoR、12Cr2Mo1R等。在大气(dàqì)、水及弱腐蚀性介质中耐蚀的高合金钢称为不锈钢，在各种化学试剂和强腐蚀性介质中耐蚀的高合金钢称为不锈耐酸钢，习惯上将两者通称为不锈钢。根据钢的化学成分不同，不锈钢可分为铬钢、铬镍钢、铬镍钼钢。精品资料不锈钢的牌号表