化工機(jī)械基礎(chǔ)2-1材料與焊接課件

1、第二篇 材料與焊接第八章 化工設(shè)備材料 第一節(jié) 概 述根據(jù)物料與適宜工作條件選材物料腐蝕性：鑄鐵抗硫化氫壓力與溫度蠕變、氫腐蝕、低溫脆性等7/24/20221第二節(jié) 材料的性能力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能和加工性能一、力學(xué)性能決定許用應(yīng)力強(qiáng)度、硬度、彈性、塑性、韌性等 7/24/202221、強(qiáng)度是指材料抵抗外加載荷而不致失效破壞的能力 按所抵抗外力作用的形式可分為：抵抗外力的靜強(qiáng)度抵抗沖擊外力的沖擊強(qiáng)度抵抗交變外力的疲勞強(qiáng)度7/24/20223按環(huán)境溫度可分為：常溫下抵抗外力的常溫強(qiáng)度高溫下抵抗外力的高溫強(qiáng)度低溫下抵抗外力的低溫強(qiáng)度7/24/20224常溫強(qiáng)度指標(biāo)：屈服強(qiáng)度和抗拉(壓)強(qiáng)度屈

2、強(qiáng)比適當(dāng)蠕變極限n疲勞極限r(nóng) ,r= min/ max ,應(yīng)力循環(huán)系數(shù)或應(yīng)力比-1,以106-107次不被破壞的應(yīng)力7/24/202252、硬度局部抵抗能力彈性、強(qiáng)度與塑性的綜合性能指標(biāo)壓入硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和維氏硬度(HV)低碳鋼 b=0.36 HB高碳鋼 b=0.34 HB灰鑄鐵 b=0.1 HB7/24/202263、塑性延伸率 斷面收縮率 化工設(shè)備材料一般要求5=10%-20%7/24/202274、沖擊韌性沖擊韌度k，使其破壞所消耗的功或吸收的能除以試件的截面面積低溫容器所用鋼板k值不得低于30J/cm27/24/20228二、物理性能密度、熔點(diǎn)、比熱

3、容、熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)、導(dǎo)電性、磁性、彈性模量與泊松比等。7/24/20229三、化學(xué)性能1、耐腐蝕性金屬和合金對周圍介質(zhì)侵蝕的抵抗能力2、抗氧化性高溫氧化，降低表面硬度和抗疲勞強(qiáng)度選耐熱材料7/24/202210四、加工工藝性能1、可鑄性：收縮與偏析2、可鍛性3、焊接性4、可切削加工性7/24/202211第三節(jié) 碳鋼與鑄鐵“鐵碳合金”由95以上鐵和0.054碳及1左右雜質(zhì)元素所組成合金一般含碳量0.022稱為鋼；大于2稱為鑄鐵；當(dāng)含碳量小于0.02時(shí)稱純鐵(工業(yè)純鐵)；含碳量大于4.3的鑄鐵極脆7/24/202212一、鐵碳合金的組織結(jié)構(gòu)1、金屬的組織與結(jié)構(gòu)在金相顯微鏡下看到的金屬的晶粒，

4、簡稱組織7/24/202213電子顯微鏡觀察到金屬原子各種規(guī)則排列，稱金屬的晶體結(jié)構(gòu)，簡稱結(jié)構(gòu) 不同溫度下純鐵體心立方與面心立方晶格 體心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的強(qiáng)度高于前者。7/24/202214鑄鐵一般碳以石墨形式存在，有不同的組織形貌。球墨鑄鐵強(qiáng)度最高；細(xì)片狀石墨次之；粗片狀石墨最差。7/24/2022152、純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變體心立方晶格的純鐵稱a-Fe，面心立方晶格的鐵稱為g-Fe。a-Fe加熱可變?yōu)間-Fe，反之高溫下的g-Fe冷卻可變?yōu)閍-Fe。在固態(tài)下晶體構(gòu)造隨溫度發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱“同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變”。純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是在910恒溫下完成的。在固態(tài)下重新排列、結(jié)

5、晶過程。是鋼進(jìn)行熱處理的依據(jù)。7/24/2022163、碳鋼的基本組織碳在鐵中的存在形式有固溶體、化合物和混合物三種。 固溶體：兩種或兩種以上的元素在固態(tài)下互相溶解，而仍然保持溶劑晶格原來形式的物體這三種不同的存在形式，形成了不同的碳鋼組織。 7/24/202217（1）鐵素體碳溶解在a-Fe中形成固溶體稱鐵素體。a-Fe原子間隙小，溶碳能力低（室溫下0.006），強(qiáng)度和硬度低，但塑性和韌性很好。低碳鋼是含鐵素體的鋼，具有軟而韌的性能。7/24/202218（2）奧氏體碳溶解在g-Fe鐵中形成固溶體稱奧氏體。g-Fe原子間隙較大，碳的溶解度比a-Fe中大得多，如在723時(shí)可溶解0.8，在114

6、7時(shí)可達(dá)最大值2.06。奧氏體組織是在a-Fe發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的。由于奧氏體有較大的溶解度，故塑性、韌性較好，且無磁性。7/24/202219（3）滲碳體碳和鐵形成一種化合物（Fe3C）稱滲碳體。熔點(diǎn)約1600，硬度高，塑性幾乎等于零。鐵碳合金含碳量小于2時(shí)，其組織是在鐵素體中散布著滲碳體，是碳素鋼。含碳量大于2時(shí)，部分碳以石墨形式存在，稱鑄鐵?？估瓘?qiáng)度和塑性都比碳鋼低。但鑄鐵具有一定消震能力。7/24/202220（4）珠光體鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，即其強(qiáng)度、硬度比鐵素體顯著提高；塑性、韌性比鐵素體差，但比滲碳體要好得多。 7/24/202221（5

7、）萊氏體珠光體和初次滲碳體的共晶混合物。具有較高的硬度，是一種較粗而硬的金相組織，存在于白口鑄鐵、高碳鋼中。 7/24/202222（6）馬氏體鋼和鐵從高溫急冷下來的組織，是碳原子在a-Fe中過飽和的固溶體。具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，幾乎不能承受沖擊載荷。7/24/202223二、鐵碳合金狀態(tài)圖7/24/202224按組織不同：含碳量0.8%，過共析鋼含碳量=0.8%，共析鋼鋼在加熱時(shí)形成單一的奧氏體組織。7/24/202225按組織不同： 含碳量=4.3%，共晶生鐵 含碳量2%4.3%，亞共晶生鐵 含碳量4.3%6.67%，過共晶生鐵所有生鐵組織中都有萊氏體，多數(shù)碳以石墨狀存在，用作

8、鑄件的生鐵稱為鑄鐵。7/24/202226三、鋼的熱處理鋼、鐵固態(tài)下加熱、保溫和不同的冷卻方式，改變金相組織以滿足所要求的物理、化學(xué)與力學(xué)性能，稱為熱處理。普通熱處理：退火、正火、淬火、回火表面熱處理：表面淬火、化學(xué)熱處理7/24/2022271、退火和正火退火：緩慢加熱到臨界點(diǎn)以上的某一溫度，保溫一段時(shí)間，隨爐緩慢冷卻。目的：細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形。正火是置于空氣中冷卻。晶粒變細(xì)，韌性可顯著提高。鑄、鍛件切削加工前一般退火或正火。7/24/2022282、淬火和回火加熱至淬火溫度(臨界點(diǎn)以上3050)，并保溫一段時(shí)間，后投入淬火劑

9、中冷卻。淬火后得到的組織是馬氏體。增加硬度、強(qiáng)度和耐磨性。 淬火劑有空氣、油、水、鹽水，冷卻能力遞增。碳鋼在水和鹽水中淬火，合金鋼在油中淬火。7/24/202229回火是淬火后進(jìn)行的一種較低溫度的加熱與冷卻熱處理工藝?；鼗鹂梢越档突蛳慵慊鸷蟮膬?nèi)應(yīng)力，提高韌性。在150250范圍內(nèi)的回火稱“低溫回火”?；鼗瘃R氏體有較高的硬度和耐磨性，內(nèi)應(yīng)力和脆性有所降低。刃具、量具，要進(jìn)行低溫回火處理。 7/24/202230中溫回火溫度是300450。有一定的彈性和韌性，并有較高硬度。軸類、刀桿、軸套等進(jìn)行中溫回火。高溫回火溫度為500680。綜合性能：強(qiáng)度、韌性、塑性等都較好淬火加高溫回火習(xí)慣上稱為“

10、調(diào)質(zhì)處理”。用于各種軸類零件、連桿、齒輪、受力螺栓等。7/24/202231時(shí)效熱處理：材料經(jīng)固溶處理或冷塑變形后，在室溫或高于室溫條件下，其組織和性能隨時(shí)間而變化的過程。時(shí)效可進(jìn)一步消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件尺寸，它與回火作用相類似。7/24/2022323、表面淬火使零件表面層比心部具有更高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而心部則具有一定的韌性。7/24/2022334、化學(xué)熱處理有滲碳、滲氮(氮化)、滲鉻、滲硅、滲鋁、氰化(碳與氮共滲)等。滲碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性；滲鋁可提高耐熱、抗氧化性；氮化與滲鉻的零件，表面比較硬，可顯著提高耐磨和耐腐蝕性；滲硅可提高耐酸性等。7/24/2022

11、34四、碳鋼1、常存雜質(zhì)元素對鋼材性能的影響硫、磷、錳、硅、氧、氮、氫等（1）硫 有害元素。FeS和 Fe形成低熔點(diǎn)(985)化合物。鋼材熱加工11501200，過早熔化而導(dǎo)致工件開裂，稱“熱脆”。高級優(yōu)質(zhì)鋼：S0.02%0.03%；優(yōu)質(zhì)鋼：S0.03%0.045%；普通鋼：S0.055%0.7%以下。7/24/202235（2）磷有害元素。雖能使強(qiáng)度、硬度增高，但塑性、沖擊韌性顯著降低。特別是在低溫時(shí)，使鋼材顯著變脆，稱“冷脆”。 使冷加工及焊接性變壞，高級優(yōu)質(zhì)鋼： P0.025%；優(yōu)質(zhì)鋼： P0.04%；普通鋼： P0.085%。7/24/202236（3）錳脫氧劑。有益元素。MnS(16

12、00) ，部分消除硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力，與FeO成為MnO進(jìn)入爐渣，從而改善鋼的品質(zhì)，特別是降低脆性，提高強(qiáng)度和硬度。在0.5%0.8%以下時(shí)看成常存雜質(zhì)。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中，正常含錳量是0.5%0.8%；高錳結(jié)構(gòu)鋼可達(dá)0.7%1.2%。7/24/202237（4）硅脫氧劑。有益的元素。硅與FeO能結(jié)成密度較小的硅酸鹽爐渣而被除去。硅在鋼中溶于鐵素體內(nèi)使強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低。鎮(zhèn)靜鋼中的含硅量常在0.1%0.37%，沸騰鋼中只含有0.03%0.07%。由于鋼中硅含量一般不超過0.5%，對鋼性能影響不大。7/24/202238（5）氧有害元素。在煉鋼末期要加入錳、硅、鐵和鋁進(jìn)

13、行脫氧，但不可能除盡。FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使強(qiáng)度、塑性降低。尤其是對疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等有嚴(yán)重影響。 7/24/202239（6）氮長時(shí)間放置或在200300加熱氮以氮化物形式的析出，硬度、強(qiáng)度提高，塑性下降，發(fā)生時(shí)效。鋼液中加入Al、Ti或V進(jìn)行固氮處理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除時(shí)效傾向。 7/24/202240（7）氫氫脆、白點(diǎn)等缺陷。變脆：氫化物變形小 白點(diǎn)：組織缺陷處擴(kuò)散氫，時(shí)間長 7/24/2022412、分類與編號按用途：建筑及工程用鋼、結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼和特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼）按含碳量：低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼按脫氧方式：鎮(zhèn)靜鋼和

14、沸騰鋼按品質(zhì)：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼7/24/202242（1）普通碳素鋼Q235-A，屈服強(qiáng)度數(shù)值（MPa）質(zhì)量等級A，B，C，D。脫氧方法為F，b，Z，TZ。化工壓力容器用鋼一般選用鎮(zhèn)靜鋼。 普通碳素鋼有 Q195、 Q215、 Q235、 Q255及 Q275五個(gè)鋼種。7/24/202243（2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼S0.03%0.045% ；P0.04%08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、80等。平均含碳量的萬分之幾。45號鋼中含碳量平均為0.45%(0.42%0.50%)。45Mn，錳含量較高的優(yōu)質(zhì)非合金鋼。7/24/202244優(yōu)質(zhì)低碳鋼（含C0.25%），如08

15、、10、 15、20、25；塑性好，焊接性能好，殼體、接管。優(yōu)質(zhì)中碳鋼（含C量0.3%0.60%）,如30、35、40、45、50與55； 45號鋼攪拌軸優(yōu)質(zhì)高碳鋼（含C0.6%），如60、65、70、80。60、65鋼主要用來制造彈簧，70、80鋼用來制造鋼絲繩等。7/24/202245（3）高級優(yōu)質(zhì)鋼S0.02%0.03%； P0.025%，均0.03%。它的表示方法是在優(yōu)質(zhì)鋼號后面加一個(gè)A字，如20A。7/24/2022463、碳鋼的品種及規(guī)格品種：鋼板、鋼管、型鋼、鑄鋼和鍛鋼（1）鋼板（壓力容器用熱扎厚鋼板）4mm6mm厚度間隔為0.5mm6mm30mm厚度間隔為 lmm30mm60m

16、m厚度間隔為2mm一般碳素鋼板材有 Q235-A、 Q235-AF、08、10、15、20等。 7/24/202247（2）鋼管無縫鋼管和有縫鋼管。無縫鋼管有冷軋和熱軋。普通無縫鋼管常用有10、15、20等。專門用途的無縫鋼管，如熱交換器用鋼管、石油裂化用無縫管、鍋爐用無縫管等。有縫管、水煤氣管，分鍍鋅(白鐵管)和不鍍鋅(黑鐵管)兩種。7/24/202248（3）型鋼有圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼（等邊與不等邊）、工字鋼和槽鋼。圓鋼與方鋼主要用來制造各類軸件；扁鋼常用作各種槳葉；角鋼、工字鋼及槽鋼可做各種設(shè)備的支架、塔盤支承及各種加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。7/24/202249（4）鑄鋼和鍛鋼鑄鋼用 ZG表示， Z

17、G25、 ZG35等，用于制造各種承受重載荷的復(fù)雜零件，如泵殼、閥門、泵葉輪等。鍛鋼有08、10、15、50等牌號。石油化工容器用20、25等制作管板、法蘭、頂蓋等。7/24/202250五、鑄鐵含碳量2%以上，含有 S、 P、 Si、 Mn等雜質(zhì)。脆性材料，抗拉強(qiáng)度較低，但有良好鑄造性、耐磨性、減振性及切削加工性。在一些介質(zhì)(濃硫酸、醋酸、鹽溶液、有機(jī)溶劑等)中有相當(dāng)好的耐腐蝕性能。鑄鐵可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和特殊性能鑄鐵等。7/24/2022511、灰鑄鐵2.7%4.0%，片狀石墨形式，斷面暗灰色。有優(yōu)良的鑄造性、減振性能，支架、閥體、泵體(機(jī)座、管路附件等)。在化工生

18、產(chǎn)中可做燒堿生產(chǎn)中的熬堿鍋、聯(lián)堿生產(chǎn)中的碳化塔及淡鹽水泵等。HT和抗拉強(qiáng)度sb值表示，如 HT100，其中100表示sb100MPa。常用灰鑄鐵牌號有HT100、 HT150、 HT200、 HT250、 HT300、 HT350。7/24/2022522、球墨鑄鐵簡稱球鐵。在強(qiáng)度、塑性和韌性方面大大超過灰鑄鐵，甚至接近鋼材。用QT、抗拉強(qiáng)度值、延伸率表示，如QT400-18，其中400表示sb400MPa，18表示d=18%。7/24/2022533、高硅鑄鐵有高耐蝕性能，含硅量增加耐蝕性增加。強(qiáng)度低、脆性大及內(nèi)應(yīng)力大，易于脆裂熱導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，不適于制造溫差較大的設(shè)備，否則容易產(chǎn)生裂

19、紋。常用于各種耐酸泵、冷卻排管和熱交換器牌號有：STSi11Cu2CrR、STSi15R、STSi15Mo3R等。7/24/202254第四節(jié) 合金鋼在碳鋼中添加適量的一種或多種合金元素，得到或改善某些性能。 一、分類與編號按合金元素總含量分： 合金含量10%，高合金鋼7/24/202255按用途分： 合金結(jié)構(gòu)鋼 調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼、表面硬化鋼 低碳馬氏體鋼、非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 合金工具鋼 特殊性能鋼 不銹鋼和耐熱鋼等 7/24/202256一種是漢字牌號，如35鉻鉬；另一種是用國際化學(xué)符號，如35CrMo。表示含碳量平均為萬分之三十五(或0.35%)，含 Cr、Mo在1%左右。當(dāng)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%、2.

20、5%，3.5%時(shí)，在元素符號后面應(yīng)標(biāo)明含量，可相應(yīng)表示為2、3、4。如36Mn2Si。7/24/202257二、合金元素對鋼的影響目前常用的合金元素有：鉻(Cr)，錳(Mn)，鎳(Ni)，硅(Si)，硼(B)，鎢(W)，鉬(Mo)，釩(V)，鈦(Ti)和稀土元素(Re)等。7/24/2022581、鉻提高耐腐蝕性能和抗氧化性能。含量達(dá)到13時(shí)，能使鋼的耐腐蝕能力顯著提高，并增加鋼的熱強(qiáng)性。提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但使塑性和韌性降低。7/24/2022592、錳提高強(qiáng)度和提高低溫沖擊韌性。3、鎳提高淬透性，有很高的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性

21、。鎳基合金具有更高的熱強(qiáng)性能。鎳被廣泛應(yīng)用于不銹耐酸鋼和耐熱鋼中。7/24/2022604、硅提高強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度、耐熱性及耐H2S等介質(zhì)的腐蝕性。硅含量增高會(huì)降低鋼的塑性和沖擊韌性。 5、鋁強(qiáng)脫氧劑，顯著細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，降低冷脆性。提高抗氧化性和耐熱性，對抵抗H2S介質(zhì)腐蝕有良好作用。價(jià)格便宜，在耐熱鋼中常以它來代替鉻。 7/24/2022616、鉬提高高溫強(qiáng)度、硬度、細(xì)化晶粒、防止回火脆性。鉬能抗氫腐蝕。 7、釩于固溶體中提高高溫強(qiáng)度，細(xì)化晶粒，提高淬透性。鉻鋼中加少量釩，在保持鋼的強(qiáng)度情況下，能改善鋼的塑性。7/24/2022628、鈦強(qiáng)脫氧劑，可提高強(qiáng)度、細(xì)化晶粒，提高韌性，

22、減小鑄錠縮孔和焊縫裂紋等傾向。在不銹鋼中穩(wěn)定碳，防止晶間腐蝕提高耐熱性。 9、稀土元素提高強(qiáng)度，改善塑性、低溫脆性、耐腐蝕性及焊接性能。7/24/202263三、可焊接的低合金高強(qiáng)度鋼碳含量通常小于0.25%。有較高的屈服強(qiáng)度（3001000MPa）和屈強(qiáng)比（ss/sb=0.650.95），較好的冷熱加工性能、良好的焊接性能，較低的冷脆傾向以及較好的抗大氣、海水等腐蝕能力。7/24/202264低合金高強(qiáng)度鋼按性能和用途分高強(qiáng)度鋼、低溫鋼和耐蝕鋼1、高強(qiáng)度鋼350MPa強(qiáng)度級，典型牌號為16Mn；400MPa強(qiáng)度級，典型鋼號14MnMoV500MPa強(qiáng)度級，典型12MnNiCrMoVCu用于船

23、舶、車軸、壓力容器、鍋爐、輸送管線等的焊接結(jié)構(gòu)件。7/24/2022652、低溫鋼主要有09Mn2V(-70)、06MnNb(-90)3、耐蝕鋼10MnPNbRE鋼耐海洋大氣及海水腐蝕，12MnAlV鋼制造煉油廠耐高溫硫化氫設(shè)備。 7/24/202266大型化工容器16MnR，質(zhì)量比碳鋼輕 l/3；與碳鋼相比，用15MnV制造球形貯罐可節(jié)省鋼材約45%。根據(jù)容器的具體操作條件(溫度、壓力)和制造加工(卷板、焊接)要求，選用7/24/202267四、專業(yè)用鋼鍋爐用鋼，壓力容器用鋼、焊接氣瓶用鋼等。在鋼號后面分別加注 g、 R或HP等，如20g、16MnR和15MnVHP等。質(zhì)地均勻、雜質(zhì)含量低，

24、能滿足某些力學(xué)性能的特殊檢驗(yàn)項(xiàng)目要求。 7/24/202268五、特殊性能鋼不銹鋼、耐熱鋼和高溫合金及低溫用鋼1、不銹鋼不銹鋼和耐酸鋼的統(tǒng)稱，也稱不銹耐酸鋼一般稱耐空氣、蒸汽和水等弱腐蝕介質(zhì)的鋼為不銹鋼，稱耐酸、堿、鹽等強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)的鋼為耐酸鋼。7/24/202269通常按鋼的金相組織分為鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼和馬氏體不銹鋼等7/24/202270（1）鐵素體不銹鋼含碳0.15，鉻量在1230。有些鋼種還含有鉬、鈦等元素。不銹綱中的含碳量都較低， Cr23C6而消耗了鉻。都在13以上。對晶間腐蝕比較敏感；鉻含量高時(shí)，脆性轉(zhuǎn)變溫度高，可焊性較差。 lCr13、2C

25、r13、受沖擊載荷較大零件 0Cr13、0Cr17Ti耐氧化性酸和硫化氫氣體腐蝕，部分代替高鉻鎳型不銹鋼 7/24/202271（2）奧氏體不銹鋼優(yōu)異的綜合性能，包括優(yōu)良的力學(xué)性能，冷、熱加工和成型性，可焊性和在許多介質(zhì)中的良好耐蝕性。含氯離子，發(fā)生晶間腐蝕的傾向。 錳和氮代替不銹鋼中的鎳，發(fā)展出了鉻錳鎳氮系和鉻錳氮系不銹鋼。例如 Cr18Mn8Ni5、 Cr18Mn10Ni5Mo3N。7/24/202272在400800的溫度范圍內(nèi)，碳從奧氏體中以碳化鉻（Cr23C6）形式沿晶界析出，使晶界附近的合金元素（鉻與鎳）含鉻量降低到耐腐蝕所需的最低含量（12%）以下，腐蝕就在此貧鉻區(qū)產(chǎn)生。這種沿晶

26、界的腐蝕稱為晶間腐蝕。7/24/202273防止晶間腐蝕的方法：1）降低含碳量 0.06%時(shí)不易產(chǎn)生，0.03%時(shí)可靠地克服，超低碳不銹鋼，如00Cr19Nil0 2）穩(wěn)定碳原子，加入Ti，Nb，V，Mo穩(wěn)定劑，廣泛用，0Cr18Nil0Ti、 0Cr18NillNb 3）形成雙相組織，加入鐵素體促成元素Ti，Al，Si，Mo，鐵素體含鉻高、補(bǔ)充快，5%以內(nèi)，阻斷腐蝕通路。7/24/202274加入Mo提高對氯離子 Cl-的耐蝕能力，lCr18Nil2Mo3Ti。0Cr18Nil8Mo2Cu2Ti。同時(shí)加入 Mo、 Cu，則在室溫、濃度為50%以下的硫酸中也具有較高的耐蝕性，也可提高在低濃度鹽

27、酸中的抗腐蝕性7/24/202275防止晶間腐蝕的方法：4）控制熱規(guī)范，快速加熱和冷卻，或非常緩慢。5）補(bǔ)充熱處理穩(wěn)定化退火（免疫處理）：850度保溫2小時(shí)，充分?jǐn)U散高溫淬火水冷（固熔） ：1100度左右加熱后淬火，單相奧氏體7/24/2022762、耐熱鋼和高溫合金例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，溫度往往達(dá)到1000以上。300350即需選用耐熱鋼，一般耐熱鋼工作溫度都在700以下，7001000用高溫合金。7/24/202277耐熱鋼Cr、 Al、 Si鐵素體形成元素，被高溫氣體氧化后生成一種致密的氧化膜。Ni、Mn奧氏體形成元素， 提高高溫強(qiáng)度和改善抗?jié)B碳性。V、Nb、Ti形成強(qiáng)碳化

28、物提高高溫強(qiáng)度。C和N擴(kuò)大和穩(wěn)定奧氏體提高高溫強(qiáng)度B和Re均為耐熱鋼中添加的微量元素，可以顯著提高鋼材的抗氧化性，并改善其熱塑性。7/24/202278耐熱鋼按特性和用途可分為抗氧化鋼（又稱高溫不起皮鋼）和熱強(qiáng)鋼?？寡趸撌侵父邷叵戮哂休^好的抗氧化性，并有適當(dāng)強(qiáng)度的鋼種。熱強(qiáng)鋼高溫下有較好的抗氧化性和耐腐蝕能力，且有較高的強(qiáng)度。常用來高溫工作下的汽缸、螺栓及鍋爐的過熱器等。 7/24/202279高溫合金鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金。鐵基耐熱合金工作溫度700以下，含相當(dāng)高的鉻、鎳和其他強(qiáng)化元素。鎳基耐熱合金是目前在700900范圍內(nèi)使用得最廣泛的一種高溫合金。鎳含量通常在50%以上。鈷基耐熱

29、合金的高溫強(qiáng)度主要靠固溶強(qiáng)化獲得。鈷價(jià)格昂貴，應(yīng)用受到很大限制，一般在1000以上才用。 7/24/2022803、低溫用鋼深冷分離、空氣分離等。 （溫度-20）目前國外低溫設(shè)備用鋼材主要是以高鉻鎳鋼為主，也使用鎳鋼、銅和鋁等。我國無鉻鎳的低溫鋼材系列。16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR7/24/202281第五節(jié) 有色金屬銅 T 黃銅H 青銅Q 鋁L 鉛Pb 鑄造合金 Z軸承合金Ch7/24/202282一、鋁及其合金濃硝酸以及干氯化氫、氨氣中耐腐蝕 鹵素離子的鹽類、氫氟酸以及堿溶液都會(huì)破壞鋁表面的氧化膜。鋁不會(huì)產(chǎn)生火花，常用于制作

30、含易揮發(fā)性介質(zhì)的容器；鋁不會(huì)使食物中毒，不沾污物品，不改變物品顏色，食品工業(yè)中代替不銹鋼。鋁的導(dǎo)熱性能好，適合于作換熱設(shè)備 7/24/202283變形鋁合金（工業(yè)純鋁和防銹鋁）和鑄造鋁合金1、變形鋁合金（1）工業(yè)純鋁工業(yè)高純鋁1A85、1A90，抗硫腐蝕，濃硝酸設(shè)備，高壓釜、槽車、貯槽、閥門、泵。工業(yè)純鋁8A06，耐硫腐蝕、防污染而不要求強(qiáng)度的設(shè)備，例如：反應(yīng)器、熱交換器、深冷設(shè)備、塔器等。 7/24/202284（2）防銹鋁由鋁錳系或鋁鎂組成合金，5A02、5A03、5A06等。強(qiáng)度比純鋁高5A02、5A03用于中等強(qiáng)度零件或設(shè)備； 5A05制油箱、管道、低壓容器、鉚釘5A06用于受力零件及

31、焊制容器。由于熔焊的鋁材在低溫(0-196)下沖擊韌性不下降，很適合做低溫設(shè)備。7/24/2022852、鑄造鋁合金是鋁、硅合金。Al-Si系，俗稱硅鋁明，典型牌號ZAlSi7Mg，合金號為ZL101；Al-Cu系，應(yīng)用最早，熱強(qiáng)性高，300，耐腐蝕性較差。典型牌號ZAlCu5Mn，合金號為ZL201；Al-Mg系，室溫力學(xué)性能高，耐腐蝕性能好，但熱強(qiáng)性低。鑄造性能差，典型牌號ZAlMg10，合金號為ZL301；7/24/202286Al-Zn系，Zn在Al中溶解度大，再加入硅及少量鎂、鉻等元素，具有良好的綜合性能，典型牌號ZAlZn11Si17，合金號為ZL401。 鋁的鑄造性、流動(dòng)性好，鑄

32、造時(shí)收縮率和生成裂紋的傾向性都很小。耐蝕性好，且密度小，廣泛用來鑄造形狀復(fù)雜的耐蝕零件，如管件、泵、閥門、汽缸、活塞等。7/24/202287二、銅及其合金半貴重金屬1、純銅（紫銅）低溫時(shí)可保持較高的塑性和沖擊韌性，用于制作深冷設(shè)備和高壓設(shè)備墊片。耐稀硫酸、亞硫酸、稀的和中等濃度的鹽酸、醋酸、氫氟酸及其它非氧化性酸等介質(zhì)的腐蝕，對淡水、大氣、堿類溶液的耐蝕能力很好。不耐各種濃度的硝酸、氨和銨鹽溶液。7/24/202288變形純銅的牌號 Tl、T2、T3、TU1、TU2、TP1、TP2等。T1、T2是高純度銅，用于制造電線，配制高純度合金。T3雜質(zhì)含量和含氧量比T1、T2高，主要用于一般材料，如

33、墊片、鉚釘?shù)?。TU1、TU2為無氧銅，純度高，主要用作真空器件。TP1、TP2為磷脫氧銅，多以管材供應(yīng)，主要用于冷凝器、蒸發(fā)器、換熱器、熱交換器的零件等。7/24/2022892、銅合金黃銅：銅與鋅的合金稱黃銅 白銅：鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量低于50%的銅鎳合金稱為簡單（普通）白銅，再加入錳、鐵、鋅或鋁等元素的白銅稱為復(fù)雜（特殊）白銅。 青銅：其它合金。銅與錫的合金稱為錫青銅；銅與鋁、硅、鉛、鈹、錳等組成的合金稱無錫青銅。7/24/202290（1）黃銅銅與鋅的合金稱黃銅。鑄造性能好，力學(xué)性能比純銅高，耐蝕性能與純銅相似，在大氣中耐腐蝕性比純銅好，價(jià)格便宜，應(yīng)用較廣。 在黃銅中加入錫、鋁、硅、錳等元素

34、，特種黃銅。 錳、鋁能提高強(qiáng)度；鋁、錳和硅提高抗蝕性和減磨性；鋁能改善切削加工性。7/24/202291常用的黃銅牌號有H80、H68、H62等H80大氣、淡水及海水中有較高耐腐蝕性、加工性能優(yōu)良，可作薄壁管和波紋管。 H68塑性好，可在常溫下沖壓 H62在室溫下塑性較差，但機(jī)械強(qiáng)度較高，易焊接，價(jià)格低廉，可做深冷設(shè)備的筒體、管板、法蘭及螺母等。 錫黃銅 HSn70-l含有1%的錫，能提高在海水中的耐蝕性。稱海軍黃銅。7/24/202292（2）白銅鎳含量低于50%的銅鎳合金稱為簡單（普通）白銅，再加入錳、鐵、鋅或鋁等元素的白銅稱為復(fù)雜（特殊）白銅。白銅是工業(yè)銅合金中耐腐蝕性能最優(yōu)者，抗沖擊腐

35、蝕、應(yīng)力腐蝕性能亦良好，是海水冷凝管的理想材料。7/24/202293（3）青銅銅與錫的合金稱為錫青銅；銅與鋁、硅、鉛、被、錳等組成的合金稱無錫青銅。錫青銅分鑄造錫青銅和壓力加工錫青銅。 錫青銅典型牌號 ZQSn10-1，有高強(qiáng)度和硬度，能承受沖擊載荷，耐磨性很好，有優(yōu)良的鑄造性，比純銅耐腐蝕。錫青銅鑄造耐腐蝕和耐磨零件，如泵殼、閥門、軸承、蝸輪、齒輪、旋塞等。無錫青銅力學(xué)性能好7/24/202294三、鈦及其合金鈦的密度?。?.507g/cm3）、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、熔點(diǎn)高。工業(yè)純鈦牌號有 TA0、TA2、TA3(編號愈大、雜質(zhì)含量愈多)。純鈦加工性能良好；有良好的耐蝕性。鈦也是很好的耐熱材

36、料。在鈦中添加錳、鋁或鉻鉬等元素，可獲得性能優(yōu)良的鈦合金。7/24/202295四、鎳及其合金高強(qiáng)度和塑性，好的延伸性和可鍛性。好的耐腐蝕性，用于制造處理堿介質(zhì)的化工設(shè)備。牌號為 NCu28-2.5-1.5的蒙乃爾耐蝕合金應(yīng)用最廣。蒙乃爾合金能在500時(shí)保持高的力學(xué)性能，能在750以下抗氧化，在非氧化性酸、鹽和有機(jī)溶液中比純鎳、純銅更具耐蝕性。7/24/202296五、鉛及其合金硬度低、強(qiáng)度小，不宜單獨(dú)作為設(shè)備材料，只適于做設(shè)備的襯里。熱導(dǎo)率??；純鉛不耐磨，非常軟。但在許多介質(zhì)中，特別是在硫酸(80%的熱硫酸及92%的冷硫酸)中鉛具有很高的耐蝕性。鉛與銻合金稱為硬鉛，硬度、強(qiáng)度都比純鉛高，在硫

37、酸中的穩(wěn)定性也比純鉛好。硬鉛的主要牌號為 PbSb4、 PbSb6、 PbSb8和 PbSb10。7/24/202297鉛和硬鉛在硫酸、化肥、化纖、農(nóng)藥、電器設(shè)備中可用來做加料管、鼓泡器、耐酸泵和閥門等零件。由于鉛具有耐輻射的特點(diǎn)，在工業(yè)上用作 X射線和g射線的防護(hù)材料。鉛合金的自潤性、磨合性和減振性好，噪音小，是良好的軸承合金。鉛合金還用于鉛蓄電池極板、鑄鐵管口、電纜封頭的鉛封等。7/24/202298第六節(jié) 非金屬材料既可用作結(jié)構(gòu)材料，又能作設(shè)備的保護(hù)襯里、涂層，還可做設(shè)備的密封材料、保溫材料和耐火材料。非金屬材料分為無機(jī)非金屬材料（陶瓷、搪瓷、巖石、玻璃等）及有機(jī)非金屬材料（塑料、涂料、

38、橡膠等）及近2030年來發(fā)展的復(fù)合材料（玻璃鋼、不透性石墨等）。 7/24/202299一、無機(jī)非金屬材料1、化工陶瓷好的耐腐蝕性、耐熱性和一定機(jī)械強(qiáng)度。導(dǎo)熱性差，熱膨脹系數(shù)較大，受碰擊或溫差急變而易破裂。7/24/20221002、化工搪瓷由含硅量高的瓷釉通過900左右的高溫煅燒，使瓷釉密著在金屬表面。具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學(xué)性能和電絕緣性能，但易碎裂。 熱導(dǎo)率不到鋼的1/4，熱膨脹系數(shù)大。不能直接用火焰加熱，以免損壞搪瓷表面，可以用蒸汽或油浴緩慢加熱。使用溫度為-30270。7/24/20221013、 輝綠巖鑄石用輝綠巖熔融后制成，可制成板、磚等材料作設(shè)備襯里，也可做管材。鑄石除對氫氟

39、酸和熔融堿不耐腐蝕外，對各種酸、堿、鹽都具有良好的耐腐蝕性能。7/24/20221024、玻璃 化工用的玻璃不是一般的鈉鈣玻璃，而是硼玻璃（耐熱玻璃）或高鋁玻璃，有好的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性。有耐腐蝕性、清潔、透明、阻力小、價(jià)格低等特點(diǎn)，但質(zhì)脆、耐溫度急變性差，不耐沖擊和振動(dòng)。目前已成功采用在金屬管內(nèi)襯玻璃或用玻璃鋼加強(qiáng)玻璃管道，來彌補(bǔ)其不足。7/24/2022103二、有機(jī)非金屬材料1、工程塑料是用高分子合成樹脂為主要原料，加入添加劑以改善產(chǎn)品性能。熱塑性材料遇熱軟化或熔融，冷卻后又變硬，可反復(fù)多次。聚氯乙烯、聚乙烯等。熱固性塑料固化后不能用加熱方法使之再軟化，酚醛樹脂、氨基樹脂等。有良好的耐腐蝕性能、一定機(jī)械強(qiáng)度、良好的加工性能和電絕緣性能，價(jià)格較低7/24/2022104（1）硬聚氯乙烯（PVC）塑料使用溫度為-10+55。當(dāng)溫度在6090時(shí)，強(qiáng)度顯著下降。 （2）聚乙烯（PE）塑料在室溫下，除硝酸外，對各種酸、堿鹽溶液均穩(wěn)定，對氫氟酸特別穩(wěn)定。（3）耐酸酚醛塑料（PF）使用溫度為-30+130。這種塑料性質(zhì)較脆、沖擊韌性較低。 7/24/2022105（4）聚四氟乙烯（PTFE）塑料耐強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)腐蝕。甚至超過貴重金屬金和銀，有塑料王之稱。常用作耐腐蝕、耐高溫密封元件及高溫管道。有良好的自潤滑性，還可以用作無油潤滑壓縮機(jī)的活塞環(huán)。有突出的