1-3-化工设备基础-常用材料

2023/7/6第一章化工设备基础

第三节常用材料

2023/7/6§3-1化工设备常用材料一、材料常用性能材料性能分为两类：工艺性能和使用性能。工艺性能也称制造性能，分为铸造性能、焊接性能和切削加工性能等，直接影响制造成本。使用性能包括物理、化学和力学性能。物理性能包括密度、熔点、导电性、导热性热膨胀性等。化学性能包括高温抗氧化性、耐腐蚀性等。力学性能指在外力作用下表现出的包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳等。2023/7/6

1.力学性能

材料抵抗外力而不产生超过允许的变形或不被破坏的能力，叫做材料的力学性能。主要特征指标包括强度、塑性、韧性和硬度，这是设计时选用材料的重要依据。

（1）强度强度是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。常用的强度指标有屈服点（σs）和抗拉强度（σb）等。2023/7/6（2）塑性

塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。塑性指标是指金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。常用的塑性指标是延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）。

延伸率和断面收缩率越大，表示金属材料的塑性越好。

（3）硬度反映金属抵抗比他更硬物体压入其表面的能力。衡量材料软硬的一个指标，一般用：（1）布氏硬度HB（压头为钢球HBS、压头为硬质合金HBW），较软；（2）洛氏硬度-----HRC，较硬；（3）维氏硬度----HV，另有显微硬度。2023/7/6（4）冲击韧性韧性是表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。

材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。用冲击吸收功AK或冲击韧度αK表示（5）疲劳许多零件如轴、齿轮、弹簧经常受到不同大小和方向变化的交变载荷作用，经一定循环次数后，并无显著外观变形却发生断裂，这种现象叫材料的疲劳。反映材料抵抗疲劳的能力的指标主要是疲劳极限σD。2023/7/62.物理性能主要有相对密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性、弹性模数与泊桑比等。3.化学性能主要指耐腐蚀性和抗氧化性2023/7/6§3-2钢的热处理

一、钢的热处理：

以消除钢材的某些缺陷或改善钢材的某些性能为目的，将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。时间温度临界温度时间温度临界温度热加保温冷却2023/7/6热处理的主要目的:改变钢的性能。热处理的应用范围:整个制造业。热处理的分类热处理普通热处理表面热处理退火;正火;淬火;回火;表面淬火化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火渗碳;渗氮;碳氮共渗;2023/7/61、钢的退火(Annealingofsteel)一)定义:将工件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢炉冷，以得到接近平衡状态组织。二)目的:消除应力;降低硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。2023/7/62.钢的正火(Normalizingofsteel)一)定义:把零件加温到临界温度以上30～50℃,保温一段时间,然后在空气中冷却。二)目的:消除应力;调整硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。也可做最终热处理2023/7/63.钢的淬火(Quenchingofsteel)一)定义:把零件加温到临界温度以上，30～50℃,保温一段时间,然后快速冷却(水冷)。

二)目的:为了提高钢的硬度和耐磨性。淬火冷却介质：碳钢—水和盐水，合金钢—油

2023/7/64.钢的回火(Temperingofsteel)一)定义:把淬火后的零件重新加温到临界点A1线以下某个温度,保温一段时间,然后冷却到室温。二)目的:消除淬火应力,降低脆性;稳定工件尺寸;调整淬火零件的力学性能。2023/7/6回火（1）低温回火：150℃～250℃，降低淬火应力，保持高硬度和耐磨性，主要用于量具、刃具。（2）中温回火：350℃～450℃，减少内应力，降低硬度，提高弹性，用于弹簧、发条。（3）高温回火：500℃～650℃，获得较好的综合机械性能。用于各种重要的零件。2023/7/65、钢的表面热处理工艺工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”的力学性能。（1）表面淬火是一种不改变钢表层化学成分,但改变表层组织的局部热处理工艺。（2）化学热处理向工件表面渗入某种元素的热处理工艺。渗碳;渗氮;碳氮共渗;渗硼;渗铝;渗硫;渗硅;渗铬等。2023/7/6§3-3金属材料的分类铸造生铁金属黑色金属有色金属生铁

钢炼钢生铁

合金生铁铜及其合金轻金属及其合金其它有色及其合金纯铜（紫铜）

铜锌合金（黄铜）

铜锡合金（锡青铜）

无锡合金（铝青铜等）

铝及铝合金

钛及钛合金

镁及镁合金

铅、锡及其合金

锌及其合金镍、钴及其合金

1、金属的分类：2023/7/62、钢的分类2023/7/6（1）碳素结构钢碳钢是含碳量为0.02％～2.0％的铁碳合金。①普通碳素结构钢GB700-88规定，其牌号由代表钢材屈服点的字母Q、屈服点的数值（MPa)、材料质量等级符号（A、B、C、D四级）和脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）四部分组成。碳钢有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个钢种。②优质碳素结构钢较普通碳素结构含S、P量较少，表面质量较好。常用：10、15、20、25和65、70等。钢号表示方法以钢中平均含碳量的万分数表示。2023/7/6（2）低合金钢

合金元素：≤5%，含碳量：＜0.2%，组织：铁素体和珠光体。有良好的焊接性能，较高的强度，耐腐蚀性和低温性能。广泛用于桥梁、车辆、锅炉、化工容器和输油管等。与碳钢牌号表示方法一样，有Q295、Q345、Q390Q420、Q460等。常用Q345钢2023/7/6（3）合金钢：

以改善钢材的性能为目的，在碳钢中特意加入一些合金元素所得的钢。例如：1Cr18Ni9Ti表示合金钢钢平均含C量为0.1%，含Cr量为18%，含Ni量为9%，含Ti量<1.5%。2023/7/6（4）不锈耐酸钢主要合金元素铬：耐腐蚀性。含量＞12%

镍：可扩大不锈钢的耐腐蚀范围，特别是提高耐碱能力。

耐热钢：在高温条件下仍能保持足够强度和抗氧化性而不起皮的钢。主要用于热工动力机械（汽轮机、锅炉）、化工机械、加热炉等高温条件工作的构件。

抗氧化钢：在高温下有一定强度，有较好的抗氧化性，用于长期燃烧环境。如加热炉底板等。

2023/7/63、有色金属材料（1）铝及其合金a.铝的性能耐腐蚀性好；导热性能好；且铝不污染物品和不改变物品颜色。b.纯铝高纯铝制做浓硝酸设备。c.铝合金铸造铝----做泵、阀、离心机。防锈铝---分离塔等。2023/7/6（2）铜及其合金a.纯铜：b.黄铜c.青铜（3）铅及其合金铅只能做设备的衬里。铅与锑的合金称为硬铅，可做加料管、阀门等零件。2023/7/6§3-4非金属材料一、无机非金属材料1.化工陶瓷2.化工搪瓷3.玻璃二、有机非金属材料

1.工程塑料2.涂料3.不透性石墨4.橡胶2023/7/6§3-5化工设备材料的选择选材一般原则：

1、遵循标准：

GB150-1998《钢制压力容器》《压力容器安全技术监察规程》2、考虑经济性3、标准零部件（如法兰、人孔、手孔等）的材料选择符合国家标准或行业标准。

4、其它指导准则

2023/7/6§3-6化工容器与设备常用