化工設(shè)備材料課件

第2篇工程材料工程材料基礎(chǔ)知識(shí)化工設(shè)備材料熟悉常用材料的結(jié)構(gòu)、性能、牌號(hào)、用途，合理選擇材料1第6章化工設(shè)備材料金屬材料根本知識(shí)

合理選擇結(jié)構(gòu)材料的方法常用結(jié)構(gòu)材料的種類及性能26.1概述6.2化工設(shè)備用金屬材料6.3化工設(shè)備用非金屬材料第6章化工設(shè)備材料目錄36.1概述6.1.1化工設(shè)備用材料的種類(1)金屬材料黑色金屬(如鋼材)、有色金屬(如鋁、銅等)。

(2)非金屬材料如橡膠、石棉、塑料等。(3)復(fù)合材料4應(yīng)用最多的是鋼材，因?yàn)樗哂幸韵聨讉€(gè)特性：(1)有優(yōu)良的機(jī)械性能，強(qiáng)度高，塑性和韌性好；(2)具有優(yōu)良的工藝性能；

(3)具有優(yōu)良的物理性能；(4)可通過(guò)熱處理方法進(jìn)一步改善和提高其性能。56.1.2金屬材料的根本知識(shí)(1)金屬材料的主要性能1)力學(xué)性能它是指材料在外力作用下表現(xiàn)出來(lái)的性能，一般有以下幾個(gè)主要指標(biāo):6①機(jī)械強(qiáng)度它是指材料抵抗外力作用防止引起破壞的能力，它是過(guò)程裝備設(shè)計(jì)與選材的主要依據(jù)之一，是材料的重要機(jī)械性能指標(biāo)。反映材料強(qiáng)度上下的指標(biāo)有:屈服極限(σs或σ0.2)、抗拉強(qiáng)度(σb)，高溫時(shí)需要考慮蠕變極限(σn)交變載荷作用時(shí)那么需要考慮疲勞極限(σ-1)7②彈性、塑性材料的彈性是指材料發(fā)生彈性變形的能力，其指標(biāo)為彈性模量E和G。材料的塑性是指材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力，通常用延伸率δ和斷面收縮率ψ表示。③韌性韌性是材料在斷裂前吸收變形能量的能力。評(píng)定材料韌性的指標(biāo)是沖擊韌度和斷裂韌度。8④硬度硬度是指材料抵抗其它物體壓入的能力，它是衡量材料軟硬的判據(jù)。工程上常用的硬度指標(biāo)為布氏硬度(HBS)和洛氏硬度(HRC)。硬度的大小說(shuō)明材料的耐磨性及切削加工的可能性，通常材料硬度愈高，零件耐磨性愈好，但其切削加工性能較差。材料的硬度與強(qiáng)度之間存在近似的對(duì)應(yīng)關(guān)系:材料的強(qiáng)度愈高，其硬度也高。92)耐腐蝕性能它是指材料在使用工藝條件下抵抗腐蝕性介質(zhì)侵蝕的能力。對(duì)于均勻腐蝕，在過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)中通常是采用普通鋼材再留有一定的腐蝕裕量來(lái)解決的。對(duì)于有局部腐蝕的過(guò)程設(shè)備，那么必須從選擇相應(yīng)的耐腐蝕材料及防護(hù)措施著手解決。10

3)加工工藝性能金屬材料的加工工藝性能是指保證加工質(zhì)量的前提下，加工的難易程度。金屬材料的主要加工工藝性能有：焊接性能、鑄造性能、壓力加工性能、機(jī)加工性能及熱處理性能等。

11(2)金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)金屬材料具有許多優(yōu)良性能是和金屬原子的聚集狀態(tài)以及它的組織有關(guān)的。固態(tài)物質(zhì)，根據(jù)其內(nèi)部原子的聚集狀態(tài)的不同分為晶體和非晶體兩大類。所謂非晶體是其內(nèi)部原子雜亂無(wú)章地不規(guī)那么的堆積。晶體那么是其內(nèi)部原子有規(guī)那么的排列，所有的固態(tài)金屬都是晶體。121)金屬晶體結(jié)構(gòu)的概念晶體是由許多金屬原子(或離子)在空間按一定幾何形式規(guī)那么地緊密地排列而成。把每一個(gè)原子看成一個(gè)小球，把這些小球用線條連接起來(lái)，就這樣得到一個(gè)空間格架，這種空間格架叫“晶格〞，晶格的最小幾何組成單元叫“晶胞〞，如以下圖所示：13各種金屬晶格結(jié)構(gòu)是不同的，常見(jiàn)的金屬晶格結(jié)構(gòu)如以下圖所示：142)金屬材料具有不同的性能與其不同的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。例如，純鐵在910°C以下具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱為α-Fe；鐵在910°C～1392°C為面心立方晶格結(jié)構(gòu)，稱為γ-Fe。這兩種晶格結(jié)構(gòu)的鐵，其溶碳能力是不同的：碳溶解到α-Fe中形成的固溶體叫鐵素體，其最大溶碳量不超過(guò)0.0218%；碳溶解到γ-Fe中形成的固溶體叫奧氏體，其最大溶碳量可達(dá)2.11%。這兩種性質(zhì)完全不同的組織形式在鋼中的存在狀態(tài)也直接影響著鋼的性能。15(3)鋼的熱處理鋼的機(jī)械性能不僅因其化學(xué)成分的不同而有很大的差異，另一方面，即使化學(xué)成分相同的鋼材，當(dāng)加熱到一定的溫度時(shí)，假設(shè)采用不同的冷卻方式，那么鋼材的機(jī)械性能也會(huì)有很大的差異，這是由鋼材內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化所引起的。將鋼材通過(guò)適當(dāng)?shù)募訜帷⒈睾屠鋮s過(guò)程，使鋼材內(nèi)部組織按照一定的規(guī)律變化，以獲得預(yù)期的力學(xué)性能和加工性能，這種工藝過(guò)程就稱為鋼的熱處理。16常用的熱處理方法:1)退火；2)正火；3)淬火；4)回火；5)化學(xué)熱處理。171)退火退火是把鋼件放在爐中加熱至一定溫度，根據(jù)零件形狀尺寸在該溫度保溫一定時(shí)間后，然后隨爐以緩慢的冷卻速度冷卻下來(lái)，以得到接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理工藝。鋼經(jīng)過(guò)退火處理后能到達(dá)消除內(nèi)應(yīng)力、強(qiáng)度和硬度下降而塑性、韌性提高的目的。根據(jù)鋼的成分和熱處理目的要求不同，退火可以分為完全退火、再結(jié)晶退火、低溫退火三種熱處理工藝。182)正火正火處理與退火不同之處在于，保溫一定時(shí)間之后從爐中取出在空氣中冷卻。由于冷卻速度比退火快，這樣所得到的組織不同，其晶粒較細(xì)，各種性能指標(biāo)都略高于退火處理的鋼件。正火處理具有減少鋼件內(nèi)應(yīng)力、均勻組織和細(xì)化晶粒，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備等作用。另外，對(duì)于低碳鋼也可以作為最終熱處理，因?yàn)檎鹗蛊渚Я＜?xì)化，并使碳化物分布更均勻，以獲得優(yōu)良的綜合性能。193)淬火所謂淬火，就是把鋼件加熱到一定的溫度，使鋼的組織成為單一的奧氏體，然后保溫一定的時(shí)間后用油或水急速冷卻的熱處理工藝。由于鋼材組織中的碳化鐵來(lái)不及析出，就得到一種過(guò)飽和的固溶體，該組織的硬度極高且脆、塑性很差、極不穩(wěn)定。進(jìn)行淬火處理的目的是增加鋼件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。204)回火回火處理是把經(jīng)過(guò)淬火的鋼件，重新加熱到一定的溫度，保溫一定時(shí)間再冷卻下來(lái)的熱處理工藝，是鋼件淬火后的一道必需工藝。回火的目的在于降低或消除鋼件的內(nèi)應(yīng)力，使內(nèi)部組織趨于穩(wěn)定，并可通過(guò)控制回火溫度獲得不同的機(jī)械性能。在回火過(guò)程中，回火溫度是決定回火后鋼件機(jī)械能的主要因素。因此，常按回火溫度的不同分為低溫回火、中溫回火、高溫回火三種熱處理工藝。215)化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將鋼件置入特殊介質(zhì)中加熱和保溫，使特殊介質(zhì)中的一種或幾種元素滲入鋼件外表，改變其成分和組織，從而改變鋼件外表性能的熱處理工藝。它可以提高鋼件的耐蝕性、耐磨性、抗氧化性、耐熱性和抗疲勞性?；瘜W(xué)熱處理按照滲入的元素不同可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲以及滲鋁、滲鉻、滲硼、滲硫和多元共滲等多種外表處理方法。226.2化工設(shè)備用金屬材料6.2.1鐵碳合金(1)碳素鋼(2)低合金鋼(3)不銹鋼(4)專用鋼(5)鑄鐵6.2.2有色金屬及其合金主要有銅、鋁、鉛、鎳、鈦及其合金。

236.2.1鐵碳合金(1)碳素鋼碳素鋼由鐵和碳兩種根本元素組成，是各種工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用的一種金屬材料。根據(jù)鋼的質(zhì)量等級(jí)，碳素鋼可分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼有一定的強(qiáng)度、良好的塑性、韌性和加工工藝性，特別是焊接性能良好。雖然品質(zhì)差一些，但仍能滿足一般結(jié)構(gòu)件的要求，且價(jià)格低廉，因而得以廣泛應(yīng)用，常熱軋成鋼板、型鋼、鋼筋等，用作低壓容器的外殼、螺栓、螺母、支架及要求不高的軸類零件等。24①普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)以“Q〞加三位數(shù)字表示，“Q〞代表結(jié)構(gòu)鋼屈服點(diǎn)的“屈〞字的漢語(yǔ)拼音的首位字母，后面的三位數(shù)字表示該鋼種的屈服點(diǎn)數(shù)值(MPa)。在鋼的牌號(hào)尾部可用A、B、C、D表示鋼的質(zhì)量等級(jí)，其中A為普通級(jí)(供貨時(shí)不保證AK值)，B、C、D表示硫、磷含量較低的優(yōu)等級(jí)別，D級(jí)質(zhì)量最高，A級(jí)質(zhì)量最低。在牌號(hào)的最后面可用符號(hào)標(biāo)志其冶煉時(shí)的脫氧程度，如對(duì)未完全脫氧的沸騰鋼標(biāo)以符號(hào)“F〞，對(duì)已完全脫氧的鎮(zhèn)靜鋼那么標(biāo)以符號(hào)“Z〞或不標(biāo)注，半鎮(zhèn)靜鋼那么標(biāo)以“b〞，特殊鎮(zhèn)靜鋼那么用符號(hào)“TZ〞表示。25Q235-A·F是屈服點(diǎn)值為235MPa的普通低碳沸騰鋼，鋼板質(zhì)量等級(jí)為A級(jí)，鋼板性能檢驗(yàn)只需提供拉伸試驗(yàn)的b、s和值，不用作沖擊試驗(yàn)。Q235-A、Q235-B及Q235-C是屈服點(diǎn)值為235MPa的普通低碳鎮(zhèn)靜鋼，鋼板質(zhì)量等級(jí)分別為A、B、C，鋼板性能檢驗(yàn)都需提供拉伸試驗(yàn)的b、s和值。只有Q235-B及Q235-C才能用于壓力容器及過(guò)程設(shè)備的材料。

26②優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼所含有害雜質(zhì)(S≤0.035%，P≤0.035%)及非金屬夾雜物較少，塑性及韌性較高，并可通過(guò)熱處理強(qiáng)化，多用于較為重要的零件，是應(yīng)用極廣的一種過(guò)程裝備用鋼。但本錢比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼高。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，鋼號(hào)數(shù)字表示鋼中平均含碳量的萬(wàn)分之幾，鋼中假設(shè)含錳量較高(0.7%～1.2%)，鋼號(hào)中應(yīng)標(biāo)有Mn元素。如20，表示鋼的平均含碳量為萬(wàn)分之二十(即0.20%)；40Mn，表示鋼的平均含碳量為萬(wàn)分之四十(即0.40%)且鋼中含錳量為0.7%～1.2%。27

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按其含碳量的不同分為三類：優(yōu)質(zhì)低碳鋼(含碳量≤0.25%)，鋼號(hào)有08、10、15、20、25。由于含碳量低，因而這類鋼強(qiáng)度低，硬度低，但塑性、韌性高，可鍛性和焊接性均好，冷塑性變形能力高。優(yōu)質(zhì)中碳鋼(含碳量在0.30～0.60%之間)，鋼號(hào)有30、35、40、45、50、55、60。這類鋼強(qiáng)度、硬度較高，塑性、韌性稍低，熱鍛、熱壓性能良好，冷作變形能力較好，切削性能較佳，但焊接性較差。優(yōu)質(zhì)高碳鋼(含碳量＞0.60%)，鋼號(hào)有65、70、80。由于鋼中含碳量高，所以鋼的強(qiáng)度和硬度高，冷作變形塑性差，焊接性能低，但切削性尚好。28(2)低合金鋼低合金鋼是在碳素鋼的根底上，通過(guò)添加少量合金元素(總量不超過(guò)5％)，從而到達(dá)提高鋼的屈服強(qiáng)度和改善其綜合性能的目的。低合金鋼的強(qiáng)度高、焊接性能好，并具有良好的耐腐蝕性能和耐高溫、低溫的性能。29低合金鋼的牌號(hào)是以平均含碳量的萬(wàn)分之幾加上合金元素符號(hào)及合金元素平均含量的百分之幾來(lái)表示，合金元素含量小于1.5%的不標(biāo)出。例如，16Mn表示其平均含碳量為萬(wàn)分之十六(即0.16%)、含有約1%的合金元素Mn；35CrMo表示其平均含碳量為萬(wàn)分之三十五(即0.35%)、含有合金元素Cr、Mo各1%左右。30(3)不銹鋼不銹鋼是不銹耐酸鋼的簡(jiǎn)稱，通常是指含鉻量在12%～30%的鐵基耐蝕合金，包括不銹鋼和耐酸鋼兩類。在大氣能抵抗腐蝕的高合金鋼稱為不銹鋼，在酸、堿、鹽等及其溶液和其他腐蝕介質(zhì)中能抵抗腐蝕的高合金鋼叫耐酸鋼。不銹鋼牌號(hào)是以含碳量的千分之幾加上合金元素符號(hào)及合金元素平均含量的百分之幾來(lái)表示的。含碳量＞0.08%的為高碳級(jí)不銹鋼，鋼號(hào)前為“1〞，如1Cr18Ni9Ti；含碳量≤0.08%，鋼號(hào)前為“06〞，如06Cr19Ni10；含碳量≤0.03%，鋼號(hào)前為“022〞，如022Cr18Ti；含碳量≤0.01%，鋼號(hào)前為“000〞，如000Cr18Ni9。31不銹鋼中的合金元素主要是鉻、鎳、錳、鉬、鈦等，根據(jù)所含主要合金元素的不同，不銹鋼常分為三類：1)以鉻為主的鉻不銹鋼(如06Cr13等)；2)以鉻、鎳為主的鉻鎳不銹鋼(如06Cr18Ni11Ti、06Cr19Ni10、022Cr19Ni10等)；3)為了節(jié)約鎳還開展了節(jié)鎳或無(wú)鎳不銹鋼(如022Cr19Ni5Mo3Si2N等)。32(4)專用鋼為了適應(yīng)各行各業(yè)用鋼的特殊要求，我國(guó)冶金工業(yè)又開展了許多專門用途的鋼材，如鍋爐用鋼和壓力容器用鋼等。鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、低溫用鋼分別在鋼號(hào)末尾分別標(biāo)上“G〞或“R〞或“D〞字樣。這類鋼要求質(zhì)地均勻，雜質(zhì)含量低，且需要進(jìn)行某些機(jī)械性能方面特殊工程的檢驗(yàn)。331)制造鍋爐、壓力容器用的碳鋼制造鍋爐用的碳鋼，其牌號(hào)有20G、22G等;制造壓力容器用的碳鋼有Q245R、Q345R;15CrMoR、18MnMoNbR是的普通低合金高強(qiáng)度壓力容器專用鋼。342)低溫用鋼低溫用鋼是工作溫度在-20°C～-269°C之間的工程結(jié)構(gòu)用鋼。對(duì)于-70°C級(jí)及其以下的低溫用鋼，其牌號(hào)編寫與低合金鋼類似，只是在鋼號(hào)末尾要標(biāo)上“D〞字樣，如16MnDR是-40°C級(jí)低溫用鋼，是中國(guó)低溫壓力容器用鋼中使用量最大的一種鋼號(hào)、09MnNiDR是-70°C級(jí)低溫用鋼對(duì)于-70°C級(jí)以上的低溫用鋼，其牌號(hào)編寫與不銹鋼鋼類似，如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9也是在-200°C以下常使用的低溫用鋼。35(5)鑄鐵工業(yè)上常用的鑄鐵是含碳量約為2%～4.5%的鐵碳合金，并含有硫、磷、硅、錳等雜質(zhì)。鑄鐵是一種脆性材料，抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能均較低，但具有很高的減摩性、耐磨性和優(yōu)異的消振性以及低的缺口敏感性。鑄鐵的生產(chǎn)本錢低廉，鑄造性能好，且具有優(yōu)良的切削加工性，因此，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了普遍應(yīng)用。36常用的鑄鐵有以下幾種：1)灰鑄鐵碳的全部或大局部以游離狀態(tài)的片狀石墨形式存在于鑄鐵中，其斷口呈暗灰色?；诣T鐵是目前應(yīng)用最廣泛的一類鑄鐵可用于制造承受壓應(yīng)力及要求消振、耐磨的零件，如過(guò)程裝備中泵、壓縮機(jī)的支架、底盤、閥體、泵體、管路附件等。在化工生產(chǎn)中可用于制作純堿或染料介質(zhì)中工作的壓力容器、泵體、法蘭等?；诣T鐵的牌號(hào)以HT加數(shù)字表示，如HT100、HT150、HT200等。后面的數(shù)字表示其抗拉強(qiáng)度值(MPa)，數(shù)字愈大，強(qiáng)度愈高。372)球墨鑄鐵球墨鑄鐵是將鐵水經(jīng)過(guò)球化處理和孕育處理后獲得的，即在澆鑄前向鐵水中參加一定量的純鎂、鎳鎂、銅鎂等合金作為球化劑，并參加一定量的硅鐵或硅鈣合金作為孕育劑，以促進(jìn)碳呈球狀石墨結(jié)晶析出。它是目前最好的鑄鐵，綜合機(jī)械性能接近于鋼。過(guò)去用碳鋼和合金鋼制造的重要零件(如曲軸、連桿、主軸等)，現(xiàn)不少已改用球墨鑄鐵來(lái)制作。球墨鑄鐵的牌號(hào)是由“QT〞加二組數(shù)字組成，如QT400-17、QT420-10等。其中第一組數(shù)字是抗拉強(qiáng)度(MPa)，第二組數(shù)字是延伸率。383)可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)退火處理而得，這種鑄鐵中的石墨為團(tuán)絮狀，故又稱馬鐵。其強(qiáng)度、塑性和韌性均比普通灰鑄鐵高，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便，便于組織大量生產(chǎn)，常用于制造過(guò)程裝備中的各種薄壁小型零件?？慑戣T鐵根據(jù)其組織成分和性能可以分為黑心可鍛鑄鐵KTH、珠光體可鍛鑄鐵KTZ和白心可鍛鑄鐵KTB三種，其牌號(hào)以可鍛鑄鐵的種類代號(hào)加兩組數(shù)字表示，例如，KTH300-06表示抗拉強(qiáng)度值為300MPa、延伸率為6%的黑心可鍛鑄鐵。394)耐蝕、耐熱、耐磨鑄鐵在鑄鐵中參加適量的合金元素就形成了具有耐蝕、耐熱、耐磨性能的鑄鐵。在鑄鐵中參加硅、鉻、鋁等合金元素，使外表形成連續(xù)而致密的氧化保護(hù)膜，從而提高鑄鐵的耐腐蝕性，這種鑄鐵稱為耐蝕鑄鐵，如STSi15R。在鑄鐵中參加硅、鋁、鉻等合金元素，使外表形成致密的氧化膜保護(hù)內(nèi)層不被氧化，或提高鑄鐵的相變點(diǎn)，從而提高鑄鐵的耐熱性，這種鑄鐵稱為耐熱鑄鐵，如RTCr。在鑄鐵中參加錳、磷等合金元素，從而提高鑄鐵的耐磨性，這種鑄鐵稱為耐磨鑄鐵，如MQTMn6。406.2.2有色金屬及其合金在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把鋼鐵材料稱為黑色金屬，而把其他的金屬材料稱為有色金屬。與鋼鐵等黑色金屬材料相比，有色金屬及其合金具有許多優(yōu)良的特殊性能，如比強(qiáng)度高、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好、塑性和韌性高、耐腐蝕性和耐磨性強(qiáng)等性能，因而在航空、航天、航海、石油、化工、能源、機(jī)電、儀表等多個(gè)行業(yè)中起到重要的作用。主要有銅、鋁、鉛、鎳、鈦及其合金。41〔1〕銅及其合金銅及其合金具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，有足夠的強(qiáng)度、彈性和耐磨性，有良好的塑性，易于加工成型，在某些介質(zhì)中有較好的耐蝕性，因此，在過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。主要有純銅、銅合金(黃銅、青銅)兩種類型。421)純銅純銅又稱紫銅，具有高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性及良好的塑性，在低溫下能保持較高的塑性及沖擊韌性。銅在大氣、淡水、海水或中性鹽類水溶液、無(wú)氧的堿中是耐蝕的，且在稀的、中等濃度的非氧化性酸(如鹽酸)、有機(jī)酸(醋酸、脂肪酸等)和非氧化性有機(jī)化合物介質(zhì)中均有足夠的耐蝕性，但在氧化性酸(如硝酸、鉻酸、濃硫酸等)、硫化物、氨和銨鹽溶液中是不耐蝕的。由于純銅強(qiáng)度低等原因，在過(guò)程裝備制造上應(yīng)用較多的是它的合金——黃銅和青銅，尤其青銅是經(jīng)常選用的耐蝕結(jié)構(gòu)材料。工業(yè)純銅的編號(hào)用其漢語(yǔ)拼音首位字母T結(jié)合順序號(hào)表示，純度隨順序號(hào)增加而降低，如T2，表示雜質(zhì)含量≤0.1%的工業(yè)純銅。432)銅合金①黃銅以銅和鋅為主的二元和多元合金稱為黃銅，二元銅鋅合金稱為普通黃銅，在各類工業(yè)中應(yīng)用廣泛。黃銅有優(yōu)良的力學(xué)性能和工藝性能，價(jià)格也比純銅廉價(jià)。黃銅色澤美麗，能耐大氣、淡水腐蝕，但在海水、含氧中性鹽的水溶液中常產(chǎn)生選擇性脫鋅腐蝕。為了進(jìn)一步改善和提高黃銅的性能，又添加錫、鋁、硅、鎳、錳、鉛等合金元素，所形成的合金稱為特種黃銅。44普通黃銅的牌號(hào)以“黃〞字的漢語(yǔ)拼音字頭的“H〞加數(shù)字表示，數(shù)字代表銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如H80；特殊黃銅的牌號(hào)以“H〞+主加元素符號(hào)+銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)+主加元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)表示，如HSn70-1，表示平均含銅量為70%、含錫量1%的錫黃銅；對(duì)于鑄造生產(chǎn)的黃銅，其牌號(hào)前需加“鑄〞字的漢語(yǔ)拼音字頭“Z〞。45②青銅青銅是人類歷史上最早使用的一種合金。銅合金中除紫銅、黃銅、白銅外，其余的均稱為青銅。一般按銅中第一主添加元素(如錫、鋁、鈹?shù)?分別命名為錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。青銅的強(qiáng)度、硬度、鑄造性、耐蝕性都較高，常用來(lái)鑄造耐蝕和耐磨零件，如泵殼、閥門、齒輪、軸瓦、蝸輪等零件。青銅的牌號(hào)以“青〞字漢語(yǔ)拼音的字頭“Q〞加主要合金元素的名稱及含量表示，如QSn4-3，表示平均錫含量為4%、鋅3%的青銅。鑄造青銅在牌號(hào)前加“Z〞。46(2)鋁及其合金鋁屬于輕金屬，相對(duì)密度小(2.72)，約為鐵的三分之一；導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性、冷韌性都好，有極好的耐蝕性；強(qiáng)度中等，隨合金化程度而增大、冷加工而硬化，能承受各種壓力加工，并可進(jìn)行焊接和切削。鋁在氧化性介質(zhì)中極易生成Ａl2O3保護(hù)膜，因此鋁在枯燥或潮濕的大氣中，甚至在有硫化物存在的大氣或溶液中，在氧化劑的鹽溶液中，在濃硝酸以及干氯化氫、氨氣中都是穩(wěn)定的。但含有鹵素離子的鹽類、氫氟酸以及堿溶液都會(huì)破壞鋁外表的保護(hù)膜。所以鋁不宜在上述介質(zhì)中使用。47化工設(shè)備制造上常用的鋁及其合金：1)純鋁GB/T16474和GB/T3190將鋁含量不低于99.0%的都統(tǒng)稱為純鋁，牌號(hào)用1××××系列表示，其中最后兩位數(shù)字表示純度為99.××%，如1060表示鋁含量99.60%。純鋁具有一系列優(yōu)良的工藝性能，易于鑄造，易于切削，也易于通過(guò)壓力加工制成各種規(guī)格的半成品，并且在大氣、淡水和一些介質(zhì)中具有良好的耐蝕性等。482)鋁合金防銹鋁是在大氣、淡水和油等介質(zhì)中具有良好耐腐蝕性能的變形鋁合金，主要有Al-Mn和AL-Mg兩個(gè)合金系列，常用牌號(hào)有5A05、3A21等。這類合金不能熱處理強(qiáng)化，只能用冷塑性變形進(jìn)行強(qiáng)化，具有良好的塑性和焊接性能，強(qiáng)度比純鋁高得多，耐蝕性好，在過(guò)程工業(yè)中常用來(lái)制造各式容器、換熱設(shè)備等。過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)中常用的鑄造鋁合金有Al-Si、Al-Mg、Al-Cu三種合金，其中Al-Si鑄造合金應(yīng)用最廣，其典型牌號(hào)為ZAlSi7Mg。鑄造鋁合金具有優(yōu)良的鑄造性能，可以焊接，有良好的耐蝕性和一定的力學(xué)性能，廣泛用來(lái)鑄造形狀復(fù)雜的耐蝕零件，如管件、泵、閥門、汽缸、活塞等。49(3)鉛及其合金鉛屬于重金屬，相對(duì)密度大(11.35)，硬度低、強(qiáng)度小、熔點(diǎn)低、導(dǎo)熱性差，不宜單獨(dú)作為設(shè)備材料，只適合做設(shè)備襯里。鉛與銻的合金稱為硬鉛，它的硬度、強(qiáng)度都比純鉛高，在硫酸中的穩(wěn)定性也比純鉛好，硬鉛的主要牌號(hào)有PbSb4、PbSb6、PbSb8和PbSb10。鉛和硬鉛在硫酸、化纖、農(nóng)藥、電器設(shè)備中作為耐酸、耐蝕和防護(hù)材料。在工業(yè)上還可用作x射線和γ射線的防護(hù)材料、配制低熔點(diǎn)合金、軸承合金等。不過(guò)，由于鉛有毒，鉛及其合金不允許用于食品工業(yè)和制藥工業(yè)。50(4)鎳及其合金鎳屬于稀有貴重金屬，相對(duì)密度為8.902，具有高強(qiáng)度、高塑性和冷韌的特性，它在許多介質(zhì)中有很好的耐蝕性。鎳合金主要有鎳銅合金、鎳鉻合金、鎳鉬合金、鎳鉻鉬合金、鐵鎳基合金五類。在過(guò)程裝備制造中應(yīng)用較多的是鎳銅合金，其中牌號(hào)為的合金是用量最大、用途最廣、綜合機(jī)械性能最正確的耐蝕鎳銅合金，也稱蒙乃爾合金，它主要用于化學(xué)和石油工業(yè)、制鹽工業(yè)和海洋開發(fā)工程中，制造各種換熱設(shè)備、鍋爐給水換熱器、石油和化工用管線、容器、塔、槽、發(fā)應(yīng)釜、彈性部件以及泵、閥、軸等。51(5)鈦及其合金鈦的相對(duì)密度小(4.5)，不但具有比強(qiáng)度高、耐熱性好和優(yōu)異的耐腐蝕性能，而且還具有良好的機(jī)械性能和較好的加工工藝性能，由于鈦在許多介質(zhì)中其外表能形成鈍化膜，因而具有極好的耐蝕性。工業(yè)純鈦按其雜質(zhì)含量不同可分為三個(gè)等級(jí)，牌號(hào)分別用TA1、TA2、TA3表示，其純度隨序號(hào)增大依次降低。耐蝕鈦合金主要有鈦鈀合金、鈦鎳鉬合金、鈦鉬合金三類，典型牌號(hào)有Ti-0.2Pd、、Ti-32Mo等。主要用于各種強(qiáng)腐蝕環(huán)境的換熱設(shè)備、反響釜、別離設(shè)備、泵、閥、管道、管件、電解槽等。526.3化工設(shè)備用非金屬材料非金屬材料具有耐腐蝕性好、資源豐富、品種繁多、價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，它既可以單獨(dú)用作過(guò)程裝備的結(jié)構(gòu)材料，又可用作金屬設(shè)備的保護(hù)襯里、涂層，還可用作過(guò)程裝備的密封材料和保溫材料，是一類有著廣闊開展前景的過(guò)程裝備材料。53常見(jiàn)的非金屬材料種類有:(1)高分子材料(2)陶瓷材料(3)樹脂基復(fù)合材料(玻璃鋼)(4)石墨(5)搪瓷材料(6)天然耐酸材料546.3.1高分子材料高分子材料是以聚合物為根本組分的材料，所以又稱聚合物材料或高聚物材料。高分子材料具有高強(qiáng)度、高絕緣性、高彈性、耐水、耐油、耐磨、耐腐蝕和質(zhì)輕等一系列優(yōu)異性能，因此，它已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)中，并成為各種工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的重要材料。其種類繁多，在過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)中常用的主要有塑料、橡膠、涂料等三類。55(1)塑料塑料是以合成或天然樹脂作為主要成分，添加各種輔助材料〔如填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、防老劑等〕而加工成型的。塑料的品種很多，根據(jù)其應(yīng)用領(lǐng)域不同可以分為如下三類:通用塑料主要包括聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)等品種，其特點(diǎn)是產(chǎn)量大、用途廣、成型性好、價(jià)格低。工程塑料主要包括聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)等品種，其特點(diǎn)是能承受一定外力作用、有良好機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性、在中低溫下可保持其優(yōu)良性能，適于工程結(jié)構(gòu)材料。特種塑料主要包括聚砜(PSU)等的耐高溫塑料、聚四氟乙烯(PTFE)等的氟塑料合金等品種，其特點(diǎn)是具有特殊功能，可應(yīng)用于特殊要求的場(chǎng)合，如耐高溫、潤(rùn)滑、不粘等。56(2)橡膠橡膠是一種有機(jī)高分子材料，具有優(yōu)良的伸縮性、較好的抗撕裂和耐疲勞性以及不透水、不透氣、耐酸堿和絕緣等特性，在過(guò)程裝備制造中廣泛用作密封、防腐蝕、防滲漏、減震、耐磨、絕緣以及平安防護(hù)等的材料。按照橡膠的使用性能和環(huán)境可分為通用橡膠和特種橡膠兩大類，目前橡膠的品種多達(dá)170多種，過(guò)程裝備制造中常用的品種有：1)天然橡膠(NR)、丁苯橡膠(SBR)等通用橡膠；2)乙丙橡膠(EPM、EPDM)、丙烯酸酯橡膠(ACM)、聚氨酯橡膠(UR)、氟橡膠(FPM)、硅橡膠(SR)等特種橡膠。57(3)涂料涂料是一種有機(jī)高分子膠體的混合溶液，涂在物體外表上能形成附著堅(jiān)牢的涂層。涂料主要有三大根本功能：一是保護(hù)功能，起著防止產(chǎn)品免受大氣、水分及酸、堿、鹽等介質(zhì)的腐蝕，以及防止外力碰傷、摩擦；二是裝飾功能，起著使制品外表光亮、美觀的作用；三是特殊功能，可作為標(biāo)志使用，如管道、氣瓶等。采用防腐涂層的特點(diǎn)是品種多、選擇范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、使用方便、價(jià)格低廉、適于現(xiàn)場(chǎng)施工等。過(guò)程裝備中常用涂料有防銹漆、底漆、大漆、酚醛樹脂漆、環(huán)氧樹脂漆以及聚乙烯涂料、聚氯乙烯涂料等，大多數(shù)情況下用于涂刷設(shè)備、管道外外表，也常用于設(shè)備內(nèi)壁的防腐涂層。586.3.2陶瓷材料陶瓷屬無(wú)機(jī)非金屬材料，其傳統(tǒng)含義是指陶器和瓷器，隨著無(wú)機(jī)非金屬材料的開展，陶瓷材料不僅包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等全部硅酸鹽材料，而且還包括經(jīng)過(guò)成形、燒結(jié)等工序制得的金屬的氧化物、非氧化物等無(wú)機(jī)非金屬材料。陶瓷材料與金屬材料、高分子材料一起構(gòu)成了工程材料的三大支柱。陶瓷材料的性能特點(diǎn)是：具有高的耐熱性、良好的耐腐蝕性、不老化性、高的硬度和良好的抗壓能力，但脆性很高，溫度急變抗力很低，抗拉、抗彎性能差。59陶瓷材料的種類很多，根據(jù)其用途可分為普通陶瓷、特種陶瓷和其他硅酸鹽陶瓷三類。普通陶瓷又分為日用陶瓷、建筑用陶瓷、絕緣用陶瓷、化工陶瓷、多孔陶瓷等種類，特種陶瓷可分為氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、復(fù)合陶瓷等種類，其他硅酸鹽陶瓷那么主要是指玻璃、鑄石、水泥、耐火材料四種硅酸鹽陶瓷。陶瓷材料在過(guò)程工業(yè)中應(yīng)用很多，常用的三種陶瓷材料為：60(1)化工陶瓷化工陶瓷是指用于石油、化工設(shè)備的防腐或作為獨(dú)立化工設(shè)備的陶瓷材料?；ぬ沾沙艘竽透g之外，還要求有不滲透性、能耐一定的溫度急變、承受一定壓力等優(yōu)良性能。由于化工陶瓷的耐酸性能較好而耐堿性能差，所以又稱為耐酸陶瓷。由于化工陶瓷的主要化學(xué)成分為SiO2和Al2O3，所以化工陶瓷具有優(yōu)良的耐蝕性，因此，在石油、化工生產(chǎn)中化工陶瓷主要用于制造接觸強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的塔設(shè)備、貯槽、容器、泵、風(fēng)機(jī)等，耐酸陶瓷制作的磚、板是石油、化工生產(chǎn)設(shè)備最根本的防腐蝕襯里材料，化工陶瓷管及配件那么主要用于化工或其他工業(yè)部門輸送酸性廢水及腐蝕性介質(zhì)。61(2)特種陶瓷特種陶瓷是指一些具有特殊力學(xué)、物理或化學(xué)性能的陶瓷，其原料都是經(jīng)過(guò)人工制備的高純度化合物(如氧化物、氮化物、碳化物等)，不像普通陶瓷直接取材于天然原料，因此材料的成分與配比可以控制，制品質(zhì)量穩(wěn)定。過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)中所用的特種陶瓷主要有氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷和碳化硅陶瓷三種，其中氧化鋁陶瓷主要用于制作泵用零件(軸套、軸承、機(jī)械密封環(huán)、葉輪)、活塞、閥、熱電偶套管等，氮化硅陶瓷，氮化硅陶瓷主要用于制作泵同時(shí)要求耐磨、耐蝕、耐高溫的泵用密封環(huán)、高溫軸承、高溫?zé)犭娕继坠堋⑶蜷y、燃汽輪機(jī)零件等，碳化硅陶瓷現(xiàn)用于制作耐磨損、耐腐蝕或同時(shí)要求耐磨、耐蝕以及耐高溫氧化的零部件。62(3)玻璃由熔融物冷卻硬化而得的非晶態(tài)固體，不管其化學(xué)組成和硬化溫度如何都稱為玻璃。工業(yè)上大量生產(chǎn)的是以SiO2為主要成分的硅酸鹽玻璃，過(guò)程工業(yè)中所用玻璃即屬于硅酸鹽玻璃，主要用作過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)中的蒸餾塔、吸收塔、換熱設(shè)備、泵、管道、閥門及設(shè)備的襯里等。636.3.3樹脂基復(fù)合材料(玻璃鋼)以合成樹脂為粘結(jié)劑，用玻璃纖維及其制品