化工设备机械基础第六版教案课件市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

1化工设备机械基础授课课件化工设备机械基础第六版教案课件第1页1/1382本课程将学些什么————————看看再说化工设备机械基础第六版教案课件第2页2/1383化工设备——储罐换热设备塔设备反应釜化工设备机械基础第六版教案课件第3页3/1384＊全部设备都有一个外壳,这个外壳我们把它叫做容器。＊化工中,这些外壳容器都需要承受一定压力,我们把它叫做压力容器。化工设备机械基础第六版教案课件第4页4/1385压力容器普通由筒体、封头、支座（基本件）

接管、法兰（对外连接件）

人孔、手孔、液面计（附件）以及一些内构件等零部件组成。化工设备机械基础第六版教案课件第5页5/138化工设备机械基础第六版教案课件第6页6/1387１.这些设备要满足什么样工艺要求？结构怎样？２.用什么材料？怎样制作？３.抵抗压力和温度能力怎样？——安全性怎样？４.经济性怎样？化工设备机械基础第六版教案课件第7页7/1388一.主要内容:1.化工设备惯用材料——介绍化工设备惯用材料性能、分类、热处理方法；2.中、低压化工容器设计——薄膜理论；内、外压容器设计方法、容器零部件设计；3.经典化工设备机械设计——列管式换热器、塔设备以及反应釜结构及机械设计方法。化工设备机械基础第六版教案课件第8页8/1389二.主要参考书及参考资料:1.《化工设备机械基础》(第五版）刁玉玮王立业编著；2.《压力容器安全技术监察规程》1999；3.《钢制压力容器》GB150---1998；4.《管壳式换热器》GB151---1999；5.《钢制塔式容器》JB4710---；化工设备机械基础第六版教案课件第9页9/138课时:４８课时期末成绩:平时1０％，期中３０％，期末６０％。10化工设备机械基础第六版教案课件第10页10/13811第一篇化工设备材料

第一章化工设备材料及其选择1.1概述1）.化工设备使用环境:压力:真空—低压—中压—高压—超高压温度:低温—中温—高温介质:腐蚀性；易燃；易爆；有毒；剧毒。化工设备机械基础第六版教案课件第11页11/138121.2金属材料性能1.2.1力学性能——在外力作用下不产生超出允许变形或不被破坏能力。化工设备机械基础第六版教案课件第12页12/138补充材料力学基础知识13化工设备机械基础第六版教案课件第13页13/138141.强度及其主要指标.固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形或断裂特征。比如：※容器爆裂；※管道破裂;※地脚螺栓拉断;※炉管爆裂；…..——强度不够！化工设备机械基础第六版教案课件第14页14/13815（1）.屈服点屈服现象:金属材料承受载荷作用，当载荷不再增加时，仍继续发生显著塑性变形。屈服点:（s）——材料发生屈服时应力。单位:MPa。——一些合金没有显著屈服点,要求发生0.2%残余变形时应力，作为“条件屈服点”。记作σ0.2。化工设备机械基础第六版教案课件第15页15/13816（2）.抗拉强度(sb)定义:金属材料在受力过程中，发生断裂所抵达最大应力值，以σb表示，单位MPa。是压力容器设计惯用性能指标。屈强比:s/sb屈强比小，表明材料含有较大塑性贮备。(希望屈强比大一些)化工设备机械基础第六版教案课件第16页16/13817（3）.蠕变强度（sn）“蠕变”现象:高温高压蒸汽管道下挠变形；高温高压下法兰及螺栓蠕变变形而泄漏；铅丝在常温下受重力作用而变长变细。化工设备机械基础第六版教案课件第17页17/13818“蠕变”现象:在高温时,在一定应力下,应变随时间而增加现象,或金属在高温和存在内应力情况下逐步产生塑性变形现象.“蠕变强度”:材料在高温下，抵抗发生迟缓塑性变形能力，以sn表示，单位MPa。化工设备机械基础第六版教案课件第18页18/13819（4）.持久强度（sD）定义:在一定温度下，经过一定时间断裂时应力，以sD表示，单位MPa。材料抵抗断裂能力越大，在相同条件下，能支持时间越久。要求:化工设备设计寿命普通为十万小时，所以用试件在十万小时断裂时应力作为持久强度。设备的设计寿命！化工设备机械基础第六版教案课件第19页19/13820（5）疲劳强度构件或零件受到大小和方向改变交变载荷作用，应力远小于屈服点就断裂——疲劳。“疲劳极限”——构件或零件在交变载荷作用下不致断裂最大应力。表示符号:σ-1(MPa)。比如:频繁开、停车——容器内压力或温度波动；活塞式压缩机压缩气体——容器及管道内压力波动；离心泵频繁开停机或震动——泵轴受力成交变式。化工设备机械基础第六版教案课件第20页20/138212.塑性及其主要指标金属塑性:外力作用下产生塑性变形，而不破坏性质。因塑性不足引发材料破坏例子:◎锻件裂纹;◎卷板裂纹;◎焊缝热影响区裂纹化工设备机械基础第六版教案课件第21页21/13822主要指标:(1)延伸率（δ）化工设备机械基础第六版教案课件第22页22/13823（2）断面收缩率（y）如:纯铁延伸率为50%，20Rd5大于25%；16MnRd5大于21%；1Cr18Ni9Tid5大于40%。化工设备机械基础第六版教案课件第23页23/13824（3）冷弯性能---是钢材塑性指标和冶金质量综合指标。室温下对试板以一定内半径（R=0.5～3板厚）进行弯曲,是否出现裂纹或起层。在试样被弯曲受拉伸面出现第一条裂纹前,金属材料变形越大,塑性越好化工设备机械基础第六版教案课件第24页24/13825塑性指标实际意义:便于成型加工和焊接。如弯卷、锻压、冷冲、焊接等；使构件在承载后因为变形而预防发生断裂。——压力容器及其零件都需要具备这个性质。化工设备机械基础第六版教案课件第25页25/138263.硬度概念金属材料表面抵抗其它硬物压入能力。硬度高材料强度也高,耐磨性很好；—综合性能指标。

布氏硬度试验示意图化工设备机械基础第六版教案课件第26页26/13827惯用硬度指标：布氏硬度（HBS);洛氏硬度（HRA、HRB.HRC);维氏硬度（HV)等。硬度和强度间有一定关系:如:低碳钢sb≈36HBS;用硬度计测量！化工设备机械基础第六版教案课件第27页27/138284.冲击韧性及指标（Ak）材料在外加动载荷作用下一个吸收机械能,快速塑性变形,抵抗断裂能力。化工设备机械基础第六版教案课件第28页28/13829摆锤冲断试样所失去位能为冲击功（试件所吸收功）：Ak=G(H1-H2)焦耳！吸收功高低取决于——材料能否快速塑性变形能力。

冲击韧性值试验确定化工设备机械基础第六版教案课件第29页29/138冲击韧性:σK=AK/F(J/cm2)30化工设备机械基础第六版教案课件第30页30/13831材料冲击韧性高,其塑性也高；反之,材料塑性高,其冲击韧性不一定高。——静载荷下能够迟缓塑性变形材料,在动载荷下不一定能快速塑性变形。冲击韧性与塑性区别何在？化工设备机械基础第六版教案课件第31页31/138325缺口敏感性——在带有一定应力集中缺口条件下，材料抵抗裂纹扩展能力。韧性范围——静载荷下抵抗裂纹扩展性能。冲击韧性？——是动载荷作用下抵抗裂纹扩展能力。化工设备机械基础第六版教案课件第32页32/138331.2.2物理性能——密度，熔点，线膨胀系数，导热系数，比热容，电阻率，磁导率，弹性模量，泊桑比等。化工设备设计与制造主要考虑物理性能：1.线膨胀系数异种钢焊接——收缩率不一样，引发变形或损坏；复合钢板（如不锈钢与碳钢)——热变性不一样,容器壳体将会？设备衬里（如碳钢壳体内喷涂铝）——热变性不一样时？固定管板式换热器管子与壳体——线膨胀量相差过大，将会？碳钢表面电镀一层铜——升温后会？化工设备机械基础第六版教案课件第33页33/138342.弹性模量E与泊桑比μ弹性模量E:金属材料对弹性变形抗力指标，是衡量材料产生弹性变形难易程度。(伴随温度升高而降低)泊桑比μ:拉伸试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。各种钢材近乎为μ=0.3。化工设备机械基础第六版教案课件第34页34/138351.2.3化学性能——金属材料所处介质中化学稳定性，即是否会与介质发生化学或电化学反应，产生腐蚀。主要考虑化学性能:1.耐腐蚀性——对介质侵蚀抵抗能力；2.抗氧化性——在热加工高温条件下抵抗氧化性介质氧化能力。氧化性介质如水蒸气、CO2、SO2等。热加工——如热卷，铸造，焊接，热处理，热冲压，铸造等等。化工设备机械基础第六版教案课件第35页35/138361.2.4.金属材料工艺性能指在确保加工质量前提下,加工过程难易程度.可焊性能—母材及焊剂熔融状态流动性、凝固收缩率、热塑性等；铸造性能—流动性、凝固收缩率等；可锻性能—抗热裂性、抗氧化性、热塑性等；切削加工性能热处理性能化工设备机械基础第六版教案课件第36页36/13837

1.3金属材料分类及牌号1.3.1分类1.黑色金属——1）生铁

2）钢钢普通钢优质钢高级优质钢按质量分:化工设备机械基础第六版教案课件第37页37/13838钢碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢按化学成份:化工设备机械基础第六版教案课件第38页38/13839钢沸腾钢镇静钢半镇静钢按冶炼方法分:化工设备机械基础第六版教案课件第39页39/13840按用途分:钢建筑钢结构钢弹簧钢轴承钢工具钢特殊性能钢化工设备机械基础第六版教案课件第40页40/138412.有色金属铜及其合金：纯（紫）铜黄铜（铜锌合金）锡青铜（铜锡合金）铝青铜（无锡青铜）轻金属及其合金铝及铝合金钛及钛合金镁及镁合金化工设备机械基础第六版教案课件第41页41/138421.3.2钢铁牌号及表示方法1.牌号表示标准依据国家标准GB221-,牌号中化学元素——化学符号或汉字表示；产品用途、冶炼和浇铸方法——汉字或汉语拼音字母表示。比如:沸腾钢——F或沸灰口铸铁——HT或灰铁铸钢——ZG锅炉钢——g或锅容器钢——R或容化工设备机械基础第六版教案课件第42页42/138432.钢号表示法例:优质碳素钢——08F20R沸腾钢含碳量为0.08%；容器钢含碳量为0.2%普通碳素钢——Q235-A,F沸腾钢类别为A钢材屈服点(MPa)屈服点屈字拼音首位字母化工设备机械基础第六版教案课件第43页43/13844

低合金钢——16MnR16——含碳量0.16%；

Mn——合金元素；

R——容器钢。

特殊性能钢——1Cr18Ni91——含碳量0.1%（千分数）；

Cr,Ni——主要合金元素；

18——含铬量18%；

9——含镍量9%。化工设备机械基础第六版教案课件第44页44/138451.4

碳钢与铸铁钢铁组成=95%以上铁+（0.05～4%）碳+1%杂质——铁碳合金含碳量0.02~2%为钢；含碳量＞2%为铸铁；含碳量＜0.02%为工业纯铁；含碳量＞4.3%无实用价值。铁碳合金！化工设备机械基础第六版教案课件第45页45/138461.4.1

铁碳合金组织结构1.金属组织与结构在1500倍显微镜下观察到显微组织,即金属金相组织。金相组织结构直接影响金属材料性质。如,铸铁中石墨形式不一样,其性质也不一样。细片状石墨:次之粗片状石墨:差球状石墨:强度最好化工设备机械基础第六版教案课件第46页46/138用X光和电子显微镜能够观察到金属原子各种规则排列,称为金属晶体结构,简称结构.47化工设备机械基础第六版教案课件第47页47/13848纯铁在不一样温度下晶体结构:化工设备机械基础第六版教案课件第48页48/13849化工设备机械基础第六版教案课件第49页49/138502.纯铁同素异构转变:γ-Feα-Fe910℃（面心立方晶格）（体心立方晶格）固态下铁原子重新排列化工设备机械基础第六版教案课件第50页50/138513.铁与碳相互关系和碳钢基本组织铁碳关系:固溶态，化合态，混合态固溶:元素于固态下相互溶解，保持溶剂晶格原来形式。

（1）铁素体（F）体心立方晶格（α-Fe）+C铁素体

（固溶体）塑性好,强度低。化工设备机械基础第六版教案课件第51页51/13852（2）奥氏体（A）面心立方晶格+C奥氏体

（固溶体）—塑性低,强度高。化工设备机械基础第六版教案课件第52页52/13853——铁碳关系之二:化合态C+Fe→Fe3CFe3C称为渗碳体。性能特点:.硬，脆,塑性几乎为0；.在一定条件下能够分解（3）渗碳体（C）碳+铁。渗碳体作用:少许渗碳体散布在铁素铁中（总含c量﹤2%）成为碳素钢。提升了强度和硬度，可轧制成钢材。化工设备机械基础第六版教案课件第53页53/13854铁碳合金中含碳量﹥2%时，部分碳以石墨形式存在于其中，即所谓铸铁。组织结构特点——性能特点:石墨性软、强度极低，相当于铸铁中存在许多孔洞。

铁碳关系之三——游离态

化工设备机械基础第六版教案课件第54页54/13855（4）珠光体（P）铁素体和渗碳体二者机械混合物性能特点:介于二者之间,强度和硬度比F高,塑性和韧性比F差,但比C好；化工设备机械基础第六版教案课件第55页55/13856性能特点:含有较高硬度（5）莱氏体（L）珠光体和首次渗碳体共晶混合物化工设备机械基础第六版教案课件第56页56/13857(6)马氏体(M)从高温奥氏体急冷下来,得到碳原子在α-Fe中过饱和固溶体.性能特点:硬度高,很脆,不能承受冲击载荷.化工设备机械基础第六版教案课件第57页57/138581.4.2铁碳合金状态图图1-121.碳钢在常温下组织2.临界点及其意义(1)A1线(2)A3线(3)Acm线(4)

ACD线(5)AECF线化工设备机械基础第六版教案课件第58页58/138化工设备机械基础第六版教案课件第59页59/138常温下碳钢性能分析(如图1-13):塑性、韧性逐步减小；硬度逐步增大；强度先增后减60化工设备机械基础第六版教案课件第60页60/13861

1.4.3碳钢1.碳钢中杂质对其性能影响1）.锰(Mn)起源——在冶炼过程中加入锰铁。作用——钢材中锰含量高于0.8%时，即为合金元素存在，可溶于F中——提升强度。是有益元素。2）.硫(S)起源——矿石和焦炭。存在形式：FeS。作用——FeS熔点低于钢材热加工开始温度，它过早熔化，造成工件开裂，称为热脆性。有害元素！化工设备机械基础第六版教案课件第61页61/1383）.硅(Si)起源——冶炼。作用——以脱氧化物SiO2形式存在可溶于F中,提升强度、硬度,是有益元素。62化工设备机械基础第六版教案课件第62页62/138634).磷(P)起源——矿石。作用——溶于铁素体，使钢材常温下脆性增加，塑性、韧性下降，即所谓“冷脆性”。有害元素！5）.氢(H)起源——钢由高温奥氏体冷至常温时，氢溶解度降低，来不及到钢表面逸出而积聚，并产生高压力，在钢材内产生“白点”。“白点”——裂纹源有害元素！化工设备机械基础第六版教案课件第63页63/138（6）氮（N）钢中有过量氮,加热到一定温度时会析出,称为“时效”作用——硬度、强度提升,塑性下降。处理——加入Al,Ti进行固氮处理,形成AlN和TiN64化工设备机械基础第六版教案课件第64页64/138（7）氧（O）以夹杂物、颗粒状形式存在。作用——破坏连续性,降低冲击性能,疲劳强度等。65化工设备机械基础第六版教案课件第65页65/138662.碳钢分类、牌号（1）.普通碳钢含P、S等有害杂质较多（S≤0.055%P≤0.045%)惯用有:Q215-A,Q235-A,Q235-A.F#Q235-B,#Q235-C,Q275(参见表1-6）式中Q—普通碳钢，“屈服”拼音首位字母。235——材料屈服点（MPa)A,B,C,D——钢材质量等级，越后越高。F——沸腾钢#—GB150-98要求使用材料化工设备机械基础第六版教案课件第66页66/13867（2）.优质碳素钢特点:含硫、磷等杂质较少，均≤0.04%，杂质少，组织均匀，表面质量好。惯用有:08,10,15,20,20g,20R,30Mn,40Mn等。式中数字--含c量万分数;g--锅炉钢；R--容器钢；Mn---含锰元素约1%。（3）.高级优质钢磷硫杂质极少P,s含量≤0.03%。表示法:如20A化工设备机械基础第六版教案课件第67页67/13868

1.4.4.钢热处理热处理工艺实例:※缝纫用钢针在火上烧，再慢慢冷下来后变软；※建筑用铁线用火烧软；※泵轴调质—内韧外硬；※扁铲淬火—提升硬度和韧性；※容器焊后退火—消除内应力；……热处理工艺曲线:金属材料中金相组织发生改变！化工设备机械基础第六版教案课件第68页68/13869（1）惯用热处理工艺迟缓加热，保温一定时间后※随炉冷却（曲线1）--退火；※空气中冷却（曲线2）--正火；作用:①降低硬度，增加塑性，改进机械性能；②使组织均匀化，消除内应力。【注】加热温度为临界点（钢内部组织发生转变温度)以上30～50℃。化工设备机械基础第六版教案课件第69页69/13870迟缓加热，保温一定时间淬火剂中冷却（曲线3）；淬火剂:水，盐水---用于碳钢；油---用于合金钢。作用:提升硬度、强度和耐磨性。淬火化工设备机械基础第六版教案课件第70页70/13871淬火后再进行一次较低温度加热与冷却。作用:消除内应力，稳定组织，满足技术要求。回火又分为:低温回火（150～250℃）；中温回火（300～450℃）；高温回火（500～680℃）。※淬火+高温回火称为调质处理。效果:强度、塑性、韧性均提升。回火化工设备机械基础第六版教案课件第71页71/13872（2）化学热处理--将零件放在化学介质中进行加热-保温-冷却过程。使零件表面改性。方式:渗碳，渗氮，渗铬，氰化等。化工设备机械基础第六版教案课件第72页72/138731.4.5.铸铁铁+(2.5～4.0%)碳+Si、Mn、P、S等杂质铸铁1）灰铸铁如HT150-330,HT200-400HT---灰铸铁第一个数字---抗拉强度（MPa)第二个数字---抗弯强度（MPa)特点:断口呈灰色，石墨呈片状；质脆，耐磨，抗压不抗拉，可铸性好，易切削；吸音减振，一些介质中耐腐蚀性好。用来制作机床的床身，压缩机机身如何？化工设备机械基础第六版教案课件第73页73/138742）球墨铸铁如QT450-10.QT---球墨铸铁450---抗拉强度（MPa)10----延伸率（%）特点:碳以球状石墨存在，可铸性好，易切削；强度高，很好塑性和韧性。可制作重要轴类！化工设备机械基础第六版教案课件第74页74/13875性能指标材料

sb(MPa)

ss(MPa)

d(%)

ak(N.m/cm2)

HBS(MPa)45(正火）6103601650≤24.1球墨铸铁400～900250～6002～1815～3013～36灰铸铁150～400————

——14～27

45号钢、球墨铸铁、灰铸铁机械性能比较化工设备机械基础第六版教案课件第75页75/138763）高硅铸铁如:STSi15R,STSi11Cu2CrR,STSi17R…式中ST---高硅耐蚀铸铁，Si15---含硅15%左右，Cu2---含铜2%左右R---混合稀土元素（≤0.1%）。特点:※耐腐蚀性好（见书表1-15）；※质硬、脆，较难机加工，普通采取铸造；※导热性能差，膨胀系数大，受热易裂。用途:制造耐腐蚀泵、阀门、旋塞、冷却排管、辅助阳极、管道配件等。化工设备机械基础第六版教案课件第76页76/138771.5低合金钢及特殊性能钢1.5.1合金元素对钢影响——为改进钢材性能特意加入合金元素，以改变钢材性质。比如:铬:耐腐蚀抗氧化；提升了强度硬度和耐磨性；使钢材韧性和塑性降低。锰:提升强度和低温冲击韧性。镍:提升淬透性，保持良好塑性和韧性；提升耐腐蚀性和低温冲击韧性；提升热强性能。硅:提升强度、高温疲劳强度、耐热性、耐H2S腐蚀；降低了塑性和冲击韧性。化工设备机械基础第六版教案课件第77页77/13878

1.成份特点:※由碳素钢+Si、Mn、Cu、Ti、V、Nb等元素组成；※含碳量均较低，≤0.2%；※合金元素总含量＜5%。2.相对于碳素钢，其性能特点:※强度提升；※耐腐蚀性能提升；※低温性能提升。1.5.2低合金钢化工设备机械基础第六版教案课件第78页78/13879

碳素钢与低合金钢比较

类别品种sb

(MPa)ss(MPa)

σS/σb使用温度（℃）碳素钢Q235-A204004002402500.60.630～350-19～475低合金钢16Mn15MnV5205403604000.690.74-40～475-45～450化工设备机械基础第六版教案课件第79页79/138803.惯用材料:板，管，圆钢等型材。4.用途:广泛用于造船，压力容器，桥梁，高压锅炉，汽车，矿山机械，农业机械等。5.惯用材料:16MnR，15MnVR,18MnMoNbR,16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR….化工设备机械基础第六版教案课件第80页80/138811.5.3锅炉钢和容器钢1.工作环境:锅炉:中温或高温；中压或高压。容器:压力；温度；介质腐蚀；操作特点。2.对材质要求:1）较高强度；2）良好塑性、韧性和冷弯性能；3）较低缺口敏感性；4）良好焊接性能和其它工艺性能；5）良好冶金质量。化工设备机械基础第六版教案课件第81页81/138823.惯用材料:锅炉钢——20g；12Mng,16Mng,15MnVg,18MnMoNbg。容器钢——（GB150-1998《钢制压力容器》推荐）Q235-B，Q235-C;20R;16MnR，15MnVR，15MnVNbR，18MnMoNbR。4.标准:《压力容器用钢板》GB6654-1996《压力容器用碳素钢和低合金厚钢板》YB/T40-87化工设备机械基础第六版教案课件第82页82/13883

1.5.4不锈耐酸钢不锈---耐大气腐蚀；耐酸---耐酸及强腐蚀性介质腐蚀。惯用具种:1）铬不锈钢---如1Cr13,2Cr13,0Cr13等。第一个数字---含碳量千分数[见表1-5(1-4）]；Cr13---含铬13%。◎组织成份:铬固溶于铁素体晶格中形成固溶体。化工设备机械基础第六版教案课件第83页83/13884◎“不锈”原因:在氧化性介质中，铬能生成一层稳定而致密氧化膜，对钢材起保护作用。◎性能特点:碳作用---与铬生成碳化铬(Cr23C6)，消耗大量铬。为确保耐腐蚀性能，不锈钢中碳含量越低越好。化工设备机械基础第六版教案课件第84页84/13885铬作用:——能提升耐腐蚀性能。实际铬不锈钢平均含铬量≥13%。——能提升钢淬透性，显著提升钢强度、硬度和耐磨性，而塑性、韧性降低。用作受载荷大耐蚀零件，如轴类，活塞杆、螺栓、浮阀等。化工设备机械基础第六版教案课件第85页85/138862）铬镍不锈钢惯用铬镍不锈钢型号:0Cr18Ni90Cr18Ni10Ti式中0---含碳量千分数；（见表1-5）Cr18---含铬量18%左右；Ni9---含镍量9%左右。通常以铬镍平均含量“18-8”标志这种钢。组织特征：C.Cr、Ni固溶于奥氏体晶格中，是单一奥氏体组织。化工设备机械基础第六版教案课件第86页86/13887性能特点:①耐腐蚀性好※Cr含量≥13%，表面形成氧化膜；※组织为单一奥氏体，在电解液中不能形成微电池，预防了电化学腐蚀。②力学性能优异。[见P300附录五]③在400～850℃期间，碳生成碳化铬在晶界析出，使晶界附近贫铬（铬含量低于12%）造成晶间腐蚀。！不能重复施焊，不然必须进行热处理。④不耐氯离子腐蚀。化工设备机械基础第六版教案课件第87页87/13888

1.5.5耐热钢高温环境---原油加热、裂解、催化等。如转化炉炉管,工作温度为650～800℃。碳钢使用温度普通在400℃以下。如20钢500℃时屈服点只有50MPa,变得很软,钢中Fe3C分解出石墨碳（石墨化过程）；同时钢表面生成氧化皮,层层剥落。——碳钢在高温下强度和抗氧化性均下降。化工设备机械基础第六版教案课件第88页88/13889高温设备对材料要求：①化学稳定性。——抵抗高温气体（O2.H2S、SO2等)腐蚀能力。钢表面能生成致密氧化膜。抗氧化钢——抗高温氧化，强度不高。Cr13SiAl,Cr25Ti,Cr25Ni12等。②热强性。——抗高温蠕变能力。热强钢——抗蠕变，有一定抗氧化能力。12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。化工设备机械基础第六版教案课件第89页89/13890元素Cr—提升抗氧化性,强化并稳定金相组织。Mo—提升高温强度,强化并稳定金相组织,提升再结晶温度。Ni—形成奥氏体组织,提升高温强度和耐腐蚀性。Ti—稳定金相组织,不锈钢中能降低铬与碳化合。Al,Si—提升高温抗氧化性,本身生成致密氧化膜。各元素作用:化工设备机械基础第六版教案课件第90页90/13891

1.5.6低温用钢低温环境——天然气液化、空气分离、润滑油脱脂、轻烃回收等。普通碳钢在低温下（-20℃以下）变脆，冲击韧性显著下降。低温用钢组织成份特点:※普通低温（-40~-20℃)钢——含碳量很低铁素体组织，再加入适量Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元素。如16MnDR,09MnNiDR等。※深冷（-40℃以下)用钢——含碳量低奥氏体组织。如15Mn26Al4。化工设备机械基础第六版教案课件第91页91/138921.5.7钢材品种和规格1）钢板[P320附录十]2）钢管[P306附录七]※无缝钢管表示法:如f219×10其中219-钢管外径,mm；10-钢管名义壁厚,mm。※有缝钢管由板卷焊接而成。用于水管，蒸汽管等。如1吋,1/4吋,3/4吋等.化工设备机械基础第六版教案课件第92页92/138933）型钢圆钢方钢扁钢等边角钢不等边角钢工字钢槽钢H型钢化工设备机械基础第六版教案课件第93页93/138944）铸钢和锻钢钢水铸造成型---铸钢。如:ZG200-400式中200-屈服点400-抗拉强度。精密铸造！钢坯锻压成型---锻钢化工设备机械基础第六版教案课件第94页94/138951.6有色金属材料1.6.1铝及其合金1.特征:1）密度小，体轻；2）导电、导热性好。不产生火花；3）塑性高，强度低；4）易冷加工，可焊，可铸；5）耐低温；6）一定耐腐蚀性；7）不污染食物。(??????)化工设备机械基础第六版教案课件第95页95/138961）纯铝:高纯铝——L01，L02（浓硝酸设备）；工业纯铝—L1，L2，L4（换热器，塔，储罐，深冷设备等）。2）铸造铝合金——ZL（泵，阀门，离心机等）。3）防锈铝合金——LF（深冷设备，分离塔等）。铝和铝合金很适合于低温设备!!!!2.惯用铝材:化工设备机械基础第六版教案课件第96页96/138971.6.2铜及其合金1.纯铜（紫铜）特征:1）塑性好，导电性好，导热好；2）低温下保持较高塑性和冲击韧性；3）在干燥空气中稳定,耐低浓度酸(除硝酸)。用场:深冷装置；密封垫片。惯用材料:T2，T3，T4，TUP（用磷脱氧无氧纯铜）。化工设备机械基础第六版教案课件第97页97/138982.黄铜——铜与锌合金。特征:铸造性能好；较高力学性能；易切削加工；可焊接；耐蚀性很好；有应力腐蚀开裂倾向。化工惯用材料:H80,H68,H62等。铜含量%代号化工设备机械基础第六版教案课件第98页98/138993.青铜铜与锌以外金属组成合金.惯用材料:锡青铜（铜锡合金）——铸造青铜用场较多。特点:良好耐腐蚀性，耐磨性。用场:泵壳，轴承，涡轮，阀门等。化工设备机械基础第六版教案课件第99页99/1381001.6.3钛及其合金特点:1）密度不大而强度高；2）耐腐蚀性能近乎或超出不锈钢；3）耐热。用场:航空工业，化学工业。化工设备机械基础第六版教案课件第100页100/1381.6.3铅及其合金特点:1）强度、硬度低、软；2）耐腐蚀性；3）耐辐射。用场:设备衬里。101化工设备机械基础第六版教案课件第101页101/1381021.7非金属材料1.7.1无机非金属材料1.化工陶瓷特点:1）良好耐腐蚀性能；2）足够不透性、耐热性；3）一定机械强度；4）性脆易裂，导热性差。用场:化工陶瓷设备及管道，管件等。化工设备机械基础第六版教案课件第102页102/1381032.化工搪瓷——含高硅瓷釉经900℃煅烧，密着在金属胎表面而成。特点:1）优良耐腐蚀性能；2）优良电绝缘性能；3）易碎裂。用场:搪瓷设备，如反应釜、储罐、换热器、塔、阀门等。化工设备机械基础第六版教案课件第103页103/1383.辉绿岩铸石104——辉绿岩熔融后铸成特点:1）优良耐腐蚀性能（除氢氟酸、熔融碱）；（2）硬度大；（3）脆性大，不受冲击用场:设备衬里、管材。化工设备机械基础第六版教案课件第104页104/138特点:1）良好耐腐蚀性能；2）良好耐热性；3）清洁、透明、阻力小、价格低

用场:管道、容器、反应器、热交换器等。1054.玻璃（硼玻璃、高铝玻璃）化工设备机械基础第六版教案课件第105页105/1381061.7.2有机非金属材料1.工程塑料高分子合成树脂+填料——提升力学性能；增塑剂——降低硬度和脆性；稳定剂——延缓老化；固化剂——加紧固化速度。特点:1）良好耐腐蚀性能；2）一定机械强度；3）密度不大；4）价格较低。化工设备机械基础第六版教案课件第106页106/138107惯用材料:硬聚氯乙烯塑料聚乙烯塑料耐酸酚醛塑料聚四氟乙烯塑料玻璃钢2.涂料——高分子胶体混合物溶液。用途:设备防腐惯用涂料:防锈漆；底漆；大漆；环氧树脂漆；酚醛树脂漆。等。化工设备机械基础第六版教案课件第107页107/1381083.不透性石墨——各种树脂侵汲石墨，消除孔隙而成。特点:1）较高化学稳定性和良好导热性，热膨胀系数小，耐温度急变性好；2）不污染介质；3）加工性能好，相对密度小；4）力学性能较低，性脆。用场:腐蚀性强换热器；泵，管道，机械密封环，爆破片等。

化工设备机械基础第六版教案课件第108页108/1381091.8化工设备腐蚀及防腐方法1.8.1金属腐蚀金属与周围介质之间发生化学或电化学作用而引发破坏分类:化学腐蚀和电化学腐蚀化工设备机械基础第六版教案课件第109页109/138化工设备机械基础第六版教案课件第110页110/1381.金属腐蚀评定方法:

1）质量改变评定法——试验测定，单位表面、单位时间腐蚀引发质量改变量。K=M0-M1/Ft式中:K——腐蚀速度，g/（m2.h）M0，M1——试件前后质量F——试件与腐蚀介质接触面积t——腐蚀作用时间111化工设备机械基础第六版教案课件第111页111/1382）腐蚀深度评定法——用每年金属厚度降低许表示腐蚀速度。Ka=24*365K/1000p=8.76K/pP——金属相对密度Ka——金属厚度每年减小量,mm/a112化工设备机械基础第六版教案课件第112页112/1381132.化学腐蚀——金属碰到干燥气体或非电解质溶液发生腐蚀。特点:1）腐蚀产物在金属表面；2）腐蚀过程中无电流产生。腐蚀产物特征:1）致密而稳定，与金属结合牢靠——钝化膜——钝化作用；2）不稳定，与金属结合不牢靠——脱落——活化作用。化工设备机械基础第六版教案课件第113页113/138114（1）金属高温氧化及脱碳——金属在高温下气体腐蚀。处理方法:冶炼时加入铬，硅或铝——不起皮钢化工设备机械基础第六版教案课件第114页114/138115脱碳反应:Fe3C+O2=3Fe+CO2Fe3C+CO2=3Fe+COFe3C+H2O=3Fe+CO+H2温度＞700℃时——脱碳作用。力学性能下降。化工设备机械基础第六版教案课件第115页115/138116（2）氢腐蚀铁碳合金发生氢腐蚀开始温度和压力:压力/MPa温度/℃压力/MPa温度/℃3~10300~28030~40220~21010~20270~24040~60210~20020~30230~22060~80200~190第一阶段:氢脆——以原子状态侵入钢材内部，聚集，使钢变脆。与氢在钢中溶解度成正比。化工设备机械基础第六版教案课件第116页116/138117第二阶段:氢侵蚀——发生化学反应:Fe3C+2H2=3Fe+CH4危害:1）甲烷在晶界聚集，成为裂纹源；2）甲烷在钢材表面鼓泡，降低力学性能；3）渗碳体还原为铁素体，体积减小，产生组织应力，促进裂纹扩展。又提供氢和甲烷聚集条件，加重氢侵蚀——钢材组织成为网格。化工设备机械基础第六版教案课件第117页117/1381183.电化学腐蚀——金属与电解液接触发生电化学反应。三个步骤:化工设备机械基础第六版教案课件第118页118/138119发生电化学腐蚀必备条件:1）同一金属中有不一样电位组织成份或存在不一样电位金属；2）阳极和阴极相互连接；3）阳极和