资源简介

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化工设备机械基础
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现代化企业的雄姿
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现代化企业的雄姿
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现代化企业的雄姿
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绪 言
一、目的和意义
合理设备可以简化流程，降低成本
设备的结构和材质
具备基本工程力学知识，了解化工设备常用材料特性，掌握典型化工设备的设计计算。
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二、主要内容及学时安排
第一篇 化工设备材料 6 学时
第二篇 化工容器设计 24 学时
第三篇 典型化工设备机械设计
14学时
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参考书目
1、〈理论力学〉上册，哈尔滨工业大学理论力学教研室，高等教育出版社
2、〈材料力学〉上册，刘鸿文主编，高等教育出版社
3、〈工程力学〉，朱熙然主编，上海交通大学出版社
4、〈金属材料及热处理〉，史美堂主编，上海科学技术出版社
5、〈金属工业学〉上册，范全福主编，高等教育出版社
6、〈化工机械制造〉，第八章、第九章，姚慧珠、郑海泉编，化学工业出版社
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第一篇 材料与焊接
第一章 化工设备材料
第一节 概 述
根据物料与适宜工作条件选材
物料腐蚀性
压力与温度
蠕变、氢腐蚀、低温脆性等
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第二节 材料的性能
力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等
一、力学性能
决定许用应力
强度、硬度、弹性、塑性、韧性等
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1、强度
是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力
抵抗外力的静强度
按所抵抗外作用形式可分为 抵抗冲击外力的冲击强度
抵抗交变外力的疲劳强度
常温下抵抗外力的常温强度
按环境温度可分为 高温下抵抗外力的高温强度
低温下抵抗外力的低温强度
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常温强度指标：
屈服强度σs和抗拉(压)强度σb (σy)
屈强比σs/ σb适当
蠕变强度σn ：在高温时，材料抵抗发生缓慢塑性变形的能力
持久强度σD ：在给定温度下，促使试样经
过一定时间发生断裂的应力
疲劳强度σ-1：σ-1,以106-107次不被破坏的应力
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2、硬度
局部抵抗能力
弹性、强度与塑性的综合性能指标
压入硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和维氏硬度(HV)
低碳钢 σb = 0.36 HB
高碳钢 σb = 0.34 HB
灰铸铁 σb = 0.1 HB
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3、塑性
延伸率δ
断面收缩率ψ
化工设备材料一般要求δ5=10%-20%
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4、冲击韧性
冲击韧度αk，使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积
低温容器所用钢板αk值不得低于30J/cm2
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二、物理性能
密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。
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三、化学性能
1、耐腐蚀性
金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力
2、抗氧化性
高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度
选耐热材料
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四、加工工艺性能
1、可铸性：收缩与偏析
2、可锻性
3、焊接性
4、可切削加工性
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第三节 碳钢与铸铁
“铁碳合金”：由95％以上铁和0.05％～4％
碳及1％左右杂质元素所组成合金；
一般含碳量0.02％～2％称为钢；
大于2％称为铸铁；
当含碳量小于0.02％时称纯铁(工业纯铁)；
含碳量大于4.3％的铸铁极脆
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一、铁碳合金的组织结构
1、金属的组织与结构
在金相显微镜下
看到的金属的晶
粒，简称组织
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电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称为金
属的晶体结构，简称结构；
不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格
体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的强度高于前者。
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铸铁一般碳以石墨形式存在，有不同的组织形貌。
球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。
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2、纯铁的同素异构转变
体心立方晶格的纯铁称a-Fe，面心立方晶
格的铁称为g-Fe。
a-Fe加热可变为g-Fe，反之高温下的g-Fe冷
却可变为a-Fe。
在固态下晶体构造随温度发生变化的现
象，称“同素异构转变”。
纯铁的同素异构转变是在910℃恒温下完成
的。在固态下重新排列、结晶过程。是钢进
行热处理的依据。
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3、碳钢的基本组织
碳在铁中的存在形式有固溶体、化合物
和混合物三种。
固溶体：两种或两种以上的元素在固态
下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形
式的物体
这三种不同的存在形式，形成了不同的
碳钢组织。
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（1）铁素体
碳溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体。
a-Fe原子间隙小，溶碳能力低（室温下
0.006％），强度和硬度低，但塑性和韧性很
好。低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的
性能。
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（2）奥氏体
碳溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。
g-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比a-Fe中大
得多，如在723℃时可溶解0.8％，在1147℃
时可达最大值2.06％。
奥氏体组织是在a-Fe发生同素异构转变时
产生的。由于奥氏体有较大的溶解度，故塑
性、韧性较好，且无磁性。
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（3）渗碳体
碳和铁形成一种化合物（Fe3C）称渗碳体。
熔点约1600℃，硬度高，塑性几乎等于零。
铁碳合金含碳量小于2％时，其组织是在铁素
体中散布着渗碳体，是碳素钢。
含碳量大于2％时，部分碳以石墨形式存在，
称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具
有一定消震能力。
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（4）珠光体
铁素体与渗碳体的机械混合物。
力学性能介于铁素体和渗碳体之
间，即其强度、硬度比铁素体显著提
高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗
碳体要好得多。
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（5）莱氏体
珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。
具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金
相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。
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（6）马氏体
钢和铁从高温急冷下来的组织，是
碳原子在a-Fe中过饱和的固溶体。
具有很高的硬度，但很脆，延伸性
低，几乎不能承受冲击载荷。
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二、铁碳合金状态图
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钢在加热时形成单一的奥氏体组织。
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所有生铁组织中都有莱氏体，多数碳以石墨状
存在，用作铸件的生铁称为铸铁。
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三、钢的热处理
钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方
式，改变金相组织以满足所要求的物理、化
学与力学性能，称为热处理。
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1、退火和正火
退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，
保温一段时间，随炉缓慢冷却。
目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬
度、提高塑性、便于冷加工；消除部分内应
力，防止工件变形。
正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可
显著提高。
铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。
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2、淬火和回火
加热至淬火温度(临界点以上30℃～50℃)，
并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。
淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、
强度和耐磨性。
淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力
递增。
碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬
火。
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回火是淬火后进行的一种较低温度的加
热与冷却热处理工艺。
回火可以降低或消除零件淬火后的内应
力，提高韧性。
在150℃～250℃范围内的回火称“低温回
火”。回火马氏体有较高的硬度和耐磨性，
内应力和脆性有所降低。刃具、量具，要
进行低温回火处理。
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中温回火温度是300℃～450℃。
有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。
轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。
高温回火温度为500℃～680℃。
综合性能：强度、韧性、塑性等都较好
淬火加高温回火习惯上称为“调质处理”。
用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓
等。
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时效热处理：材料经固溶处理或冷
塑变形后，在室温或高于室温条件下，
其组织和性能随时间而变化的过程。
时效可进一步消除内应力，稳定零件
尺寸，它与回火作用相类似。
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3、表面淬火
使零件表面层比心部具有更高的强
度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心
部则具有一定的韧性。
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4、化学热处理
有渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、
渗铝、氰化(碳与氮共渗)等。
渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨
性；
渗铝可提高耐热、抗氧化性；
氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可
显著提高耐磨和耐腐蚀性；
渗硅可提高耐酸性等。
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四、碳钢
1、常存杂质元素对钢材性能的影响
硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等
（1）硫
有害元素。FeS和 Fe形成低熔点(985℃)化合
物。钢材热加工1150～1200℃，过早熔化而导
致工件开裂，称“热脆”。
高级优质钢：S＜0.02%～0.03%；
优质钢：S＜0.03%～0.045%；
普通钢：S＜0.055%～0.7%以下。
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（2）磷
有害元素。虽能使强度、硬度增高，但
塑性、冲击韧性显著降低。
特别是在低温时，使钢材显著变脆，称
“冷脆”。 使冷加工及焊接性变坏。
高级优质钢： P＜0.025%；
优质钢： P＜0.04%；
普通钢： P＜0.085%。
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（3）锰
脱氧剂。有益元素。
MnS(1600℃) ，部分消除硫的有害作用。
锰具有很好的脱氧能力，与FeO成为MnO进
入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低脆
性，提高强度和硬度。
在0.5%～0.8%以下时，看成是常存杂质。
优质碳素结构钢中，正常含锰量是0.5%～
0.8%；高锰结构钢可达0.7%～1.2%。
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（4）硅
脱氧剂。有益的元素。
硅与FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣
而被除去。
硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度增
加，塑性、韧性降低。
镇静钢中的含硅量常在0.1%～0.37%，沸
腾钢中只含有0.03%～0.07%。
由于钢中硅含量一般不超过0.5%，对钢
性能影响不大。
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（5）氧
有害元素。在炼钢末期要加入锰、
硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。
FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使强度、
塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧
性等有严重影响。
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（6）氮
长时间放置或在200～300℃加热氮
以氮化物形式的析出，硬度、强度提
高，塑性下降，发生时效。
钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处
理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，
可消除时效倾向。
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（7）氢
氢脆、白点等缺陷。
变脆：氢化物变形小
白点：组织缺陷处扩散氢，时间长
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2、分类与编号
按用途：建筑及工程用钢、结构钢、
弹簧钢、轴承钢、工具钢和特殊性能钢
（不锈钢、耐热钢）
按含碳量：低碳钢、中碳钢和高碳钢
按脱氧方式：镇静钢和沸腾钢
按品质：普通钢、优质钢和高级优质钢
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（1）普通碳素钢
Q235-A，屈服强度数值（MPa）
质量等级A，B，C，D。
脱氧方法为F，b，Z，TZ。
化工压力容器用钢一般选用镇静钢。
普通碳素钢有 Q195、 Q215、 Q235、 Q255及
Q275五个钢种。
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（2）优质碳素钢
S＜0.03%～0.045% ；P＜0.04%
08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、…80等。平均含碳量的万分之
几。45号钢中含碳量平均为0.45%(0.42%～
0.50%)。
45Mn，锰含量较高的优质非合金钢。
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优质低碳钢（含C＜0.25%），如08、10、
15、20、25；塑性好，焊接性能好，壳体、
接管。
优质中碳钢（含C量0.3%～0.60%）,如30、
35、40、45、50与55； 45号钢搅拌轴
优质高碳钢（含C＞0.6%），如60、65、
70、80。60、65钢主要用来制造弹簧，70、
80钢用来制造钢丝绳等。
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（3）高级优质钢
S＜0.02%～0.03%； P＜0.025%，均＜0.03%。
它的表示方法是在优质钢号后面加一个A字，
如20A。
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3、碳钢的品种及规格
品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢
（1）钢板（压力容器用热扎厚钢板）
4mm～6mm厚度间隔为0.5mm
6mm～30mm厚度间隔为 lmm
30mm～60mm厚度间隔为2mm
一般碳素钢板材有 Q235-A、 Q235-A·F、
08、10、15、20等。
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（2）钢管
无缝钢管和有缝钢管。
无缝钢管有冷轧和热轧。
普通无缝钢管常用材料有10、15、20
等。
专门用途的无缝钢管，如热交换器用钢
管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管。
有缝管、水煤气管，分镀锌(白铁管)和不
镀锌(黑铁管)两种。
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（3）型钢
有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不等
边）、工字钢和槽钢。
圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；
扁钢常用作各种桨叶；
角钢、工字钢及槽钢可做各种设备的支
架、塔盘支承及各种加强结构。
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（4）铸钢和锻钢
铸钢用 ZG表示， ZG25、 ZG35等，用
于制造各种承受重载荷的复杂零件，如泵
壳、阀门、泵叶轮等。
锻钢有08、10、15、…、50等牌号。石
油化工容器用20、25等制作管板、法兰、
顶盖等。
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五、铸铁
含碳量2%以上，含有 S、 P、 Si、 Mn等杂
质。
脆性材料，抗拉强度较低，但有良好铸造
性、耐磨性、减振性及切削加工性。
在一些介质(浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶
剂等)中有相当好的耐腐蚀性能。
铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、
蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。
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1、灰铸铁
2.7%～4.0%，片状石墨形式，断面暗灰色。
有优良的铸造性、减振性能，支架、阀体、
泵体(机座、管路附件等)。
在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、联
碱生产中的碳化塔及淡盐水泵等。
HT和抗拉强度sb值表示，如 HT100，其中
100表示sb＝100MPa。
常用灰铸铁牌号有HT100、 HT150、
HT200、 HT250、 HT300、 HT350。
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2、球墨铸铁
简称球铁。
在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸
铁，甚至接近钢材。
用QT、抗拉强度值、延伸率表示，如
QT400-18，其中400表示sb＝400MPa，18
表示d=18%。
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3、高硅铸铁
有高的耐蚀性能，含硅量增加耐蚀性增加。
强度低、脆性大及内应力大，易于脆裂热导
率小，线膨胀系数大，不适于制造温差较大的
设备，否则容易产生裂纹。
常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器牌
号有：STSi11Cu2CrR、STSi15R、TSi15Mo3R
等。
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第四节 合金钢
在碳钢中添加适量的一种或多种合
金元素，得到或改善某些性能。
一、分类与编号
按合金元素总含量分：
合金含量<5%，低合金钢
合金含量5%-10%，中合金钢
合金含量>10%，高合金钢
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按用途分：
合金结构钢
调质结构钢、表面硬化钢
低碳马氏体钢、非调质结构钢
合金工具钢
特殊性能钢
不锈钢和耐热钢等
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一种是汉字牌号，如35铬钼；
另一种是用国际化学符号，如35CrMo。
表示含碳量平均为万分之三十五(或0.35%)，含 Cr、Mo在1%左右。
当平均质量分数≥1.5%、≥2.5%，≥3.5%时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4。如36Mn2Si。
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二、合金元素对钢的影响
目前常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。
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1、铬
提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。
含量达到13％时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。
提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但使塑性和韧性降低。
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2、锰
提高强度和提高低温冲击韧性。
3、镍
提高淬透性，有很高的强度，而又保持良好的塑性和韧性。
提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。
镍基合金具有更高的热强性能。
镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。
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4、硅
提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐
H2S等介质的腐蚀性。
硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。
5、铝
强脱氧剂，显著细化晶粒，提高冲击韧
性，降低冷脆性。
提高抗氧化性和耐热性，对抵抗H2S介质
腐蚀有良好作用。
价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。
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6、钼
提高高温强度、硬度、细化晶粒、防止回
火脆性。钼能抗氢腐蚀。
7、钒
于固溶体中提高高温强度，细化晶粒，提
高淬透性。
铬钢中加少量钒，在保持钢的强度情况，
能改善钢的塑性。
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8、钛
强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒，提高韧性，减小铸锭缩孔和焊缝裂纹等倾向。
在不锈钢中稳定碳，防止晶间腐蚀
提高耐热性。
9、稀土元素
提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。
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三、可焊接的低合金高强度钢
碳含量通常小于0.25%。
有较高的屈服强度（300～1000MPa）和屈强比（ss/sb=0.65～0.95），
较好的冷热加工性能、良好的焊接性能，较低的冷脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀能力。
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低合金高强度钢按性能和用途分
高强度钢、低温钢和耐蚀钢
1、高强度钢
350MPa强度级，典型牌号为16Mn；
400MPa强度级，典型钢号为14MnMoV
500MPa强度级，典型12MnNiCrMoVCu
用于船舶、车轴、压力容器、锅炉、输送管线等的焊接结构件。
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2、低温钢
主要有09Mn2V(-70℃)、06MnNb(-90℃)
3、耐蚀钢
10MnPNbRE钢耐海洋大气及海水腐蚀，
12MnAlV钢制造炼油厂耐高温硫化氢设备。
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大型化工容器16MnR，质量比碳钢轻 l/3；
与碳钢相比，用15MnV制造球形贮罐可节
省钢材约45%。
根据容器的具体操作条件(温度、压力)和制
造加工(卷板、焊接)要求，选用
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四、专业用钢
锅炉用钢，压力容器用钢、焊接气瓶用钢。
在钢号后面分别加注 g、 R或HP等，如20g、
16MnR和15MnVHP等。
质地均匀、杂质含量低，能满足某些力学性
能的特殊检验项目要求。
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五、特殊性能钢
不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢
1、不锈钢
不锈钢和耐酸钢的统称，也称不锈耐酸钢
一般称耐空气、蒸汽和水等弱腐蚀介质的钢
为不锈钢，
称耐酸、碱、盐等强烈腐蚀性介质的钢为耐
酸钢。
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通常按钢的金相组织分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢和马氏体不锈钢等
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（1）铁素体不锈钢
含碳≤0.15％，铬量在12～30％。有些钢种
还含有钼、钛等元素。
不锈纲中的含碳量都较低， Cr23C6而消耗了
铬。都在13％以上。
对晶间腐蚀比较敏感；铬含量高时，脆性
转变温度高，可焊性较差。
lCr13、2Cr13、受冲击载荷较大的零件
0Cr13、0Cr17Ti耐氧化性酸和硫化氢气体
的腐蚀，部分代替高铬镍型不锈钢
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（2）奥氏体不锈钢
优异的综合性能，包括优良的力学性能，
冷、热加工和成型性，可焊性和在许多介质
中的良好耐蚀性。
含氯离子，发生晶间腐蚀的倾向。
锰和氮代替不锈钢中的镍，发展出了铬锰
镍氮系和铬锰氮系不锈钢。例如
Cr18Mn8Ni5、 Cr18Mn10Ni5Mo3N。
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在400℃～800℃的温度范围内，碳从奥
氏体中以碳化铬（Cr23C6）形式沿晶界析
出，使晶界附近的合金元素（铬与镍）含
铬量降低到耐腐蚀所需的最低含量12%）
以下，腐蚀就在此贫铬区产生。这种沿晶
界的腐蚀称为晶间腐蚀。
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防止晶间腐蚀的方法：
1）降低含碳量 <0.06%时不易产生，<0.03%时可靠地克服，超低碳不锈钢，如00Cr19Nil0
2）稳定碳原子，加入Ti，Nb，V，Mo稳定剂，广泛用，0Cr18Nil0Ti、 0Cr18NillNb
3）形成双相组织，加入铁素体促成元素Ti，Al，Si，Mo，铁素体含铬高、补充快，5%以内，阻断腐蚀通路。
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防止晶间腐蚀的方法：
4）控制热规范，快速加热和冷却，或非常缓慢。
5）补充热处理
稳定化退火（免疫处理）：850度保温2小时，充分扩散
高温淬火水冷（固熔） ：1100度左右加热后淬火，单相奥氏体
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加入Mo提高对氯离子 Cl-的耐蚀能力，lCr18Nil2Mo3Ti。
0Cr18Nil8Mo2Cu2Ti。同时加入 Mo、 Cu，则在室温、浓度为50%以下的硫酸中也具有较高的耐蚀性，也可提高在低浓度盐酸中的抗腐蚀性
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2、耐热钢和高温合金
例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，
温度往往达到1000℃以上。
300℃～350℃即需选用耐热钢，一般耐热
钢工作温度都在700℃以下，700℃～1000℃
用高温合金。
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耐热钢
Cr、 Al、 Si铁素体形成元素，被高温气体
氧化后生成一种致密的氧化膜。
Ni、Mn奥氏体形成元素， 提高高温强度
和改善抗渗碳性。
V、Nb、Ti形成强碳化物提高高温强度。
C和N扩大和稳定奥氏体提高高温强度
B和Re均为耐热钢中添加的微量元素，可
以显著提高钢材的抗氧化性，并改善其热塑
性。
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耐热钢
按特性和用途可分为抗氧化钢（又称高温不起皮钢）和热强钢。
抗氧化钢是指高温下具有较好的抗氧化性，并有适当强度的钢种。
热强钢高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力，且有较高的强度。常用来高温工作下的汽缸、螺栓及锅炉的过热器等。
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高温合金
铁基合金、镍基合金、钴基合金。
铁基耐热合金工作温度在700℃以下，含有相当高的铬、镍成分和其他强化元素。
镍基耐热合金是目前在700℃～900℃范围内使用得最广泛的一种高温合金。这类合金的镍含量通常在50%以上。
钴基耐热合金的高温强度主要靠固溶强化获得。钴价格昂贵，应用受到很大的限制，一般在1000℃以上才用。
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3、低温用钢
深冷分离、空气分离等。 （温度≤-20℃）
目前国外低温设备用的钢材主要是以高铬镍钢为主，也有使用镍钢、铜和铝等。
我国无铬镍的低温钢材系列。
16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR
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第五节 有色金属
铜 T 黄铜H 青铜Q
铝L
铅Pb
铸造合金 Z
轴承合金Ch
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一、铝及其合金
浓硝酸以及干氯化氢、氨气中耐腐蚀
卤素离子的盐类、氢氟酸以及碱溶液都会破坏铝表面的氧化膜。
铝不会产生火花，常用于制作含易挥发性介质的容器；
铝不会使食物中毒，不沾污物品，不改变物品颜色，在食品工业中代替不锈钢。
铝的导热性能好，适合于作换热设备
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变形铝合金（工业纯铝和防锈铝）和铸造铝合金
1、变形铝合金
（1）工业纯铝
工业高纯铝1A85、1A90，抗硫腐蚀，浓硝酸设备，高压釜、槽车、贮槽、阀门、泵。
工业纯铝8A06，耐硫腐蚀、防污染而不要求强度的设备，例如：反应器、热交换器、深冷设备、塔器等。
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（2）防锈铝
由铝锰系或铝镁组成的铝合金，5A02、5A03、5A05、5A06等。强度比纯铝高
5A02、5A03用于中等强度的零件或设备；
5A05制造油箱、管道、低压容器、铆钉
5A06用于受力零件及焊制容器。
由于熔焊的铝材在低温(0～-196℃)下冲击韧性不下降，很适合做低温设备。
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2、铸造铝合金
是铝、硅合金。
Al-Si系，俗称"硅铝明"，典型牌号ZAlSi7Mg，合金号为ZL101；
Al-Cu系，应用最早，热强性高，300℃，耐腐蚀性较差。典型牌号ZAlCu5Mn，合金号为ZL201；
Al-Mg系，室温力学性能高，耐腐蚀性能好，但热强性低。铸造性能差，典型牌号ZAlMg10，合金号为ZL301；
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Al-Zn系，Zn在Al中溶解度大，再加入硅及少量镁、铬等元素，具有良好的综合性能，典型牌号ZAlZn11Si17，合金号为ZL401。
铝的铸造性、流动性好，铸造时收缩率和生成裂纹的倾向性都很小。
耐蚀性好，且密度小，广泛用来铸造形状复杂的耐蚀零件，如管件、泵、阀门、汽缸、活塞等。
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二、铜及其合金
半贵重金属
1、纯铜（紫铜）
低温时可保持较高的塑性和冲击韧性，用于制作深冷设备和高压设备垫片。
耐稀硫酸、亚硫酸、稀的和中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸及其它非氧化性酸等介质的腐蚀，对淡水、大气、碱类溶液的耐蚀能力很好。
不耐各种浓度的硝酸、氨和铵盐溶液。
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变形纯铜的牌号 Tl、T2、T3、TU1、TU2、TP1、TP2等。
T1、T2是高纯度铜，用于制造电线，配制高纯度合金。
T3杂质含量和含氧量比T1、T2高，主要用于一般材料，如垫片、铆钉等。
TU1、TU2为无氧铜，纯度高，主要用作真空器件。
TP1、TP2为磷脱氧铜，多以管材供应，主要用于冷凝器、蒸发器、换热器、热交换器的零件等。
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2、铜合金
黄铜：铜与锌的合金称黄铜
白铜：镍的质量分数含量低于50%的铜镍合金称为简单（普通）白铜，再加入锰、铁、锌或铝等元素的白铜称为复杂（特殊）白铜。
青铜：其它合金。铜与锡的合金称为锡青铜；铜与铝、硅、铅、铍、锰等组成的合金称无锡青铜。
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（1）黄铜
铜与锌的合金称黄铜。
铸造性能好，力学性能比纯铜高，耐蚀性能与纯铜相似，在大气中耐腐蚀性比纯铜好，价格便宜，应用较广。
在黄铜中加入锡、铝、硅、锰等元素，特种黄铜。
锰、铝能提高强度；铝、锰和硅提高抗蚀性和减磨性；铝能改善切削加工性。
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常用的黄铜牌号有H80、H68、H62等
H80大气、淡水及海水中有较高耐腐蚀性、加工性能优良，可作薄壁管和波纹管。
H68塑性好，可在常温下冲压
H62在室温下塑性较差，但机械强度较高，易焊接，价格低廉，可做深冷设备的筒体、管板、法兰及螺母等。
锡黄铜 HSn70-l含有1%的锡，能提高在海水中的耐蚀性。称海军黄铜。
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（2）白铜
镍含量低于50%的铜镍合金称为简单（普通）白铜，
再加入锰、铁、锌或铝等元素的白铜称为复杂（特殊）白铜。
白铜是工业铜合金中耐腐蚀性能最优者，抗冲击腐蚀、应力腐蚀性能亦良好，是海水冷凝管的理想材料。
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（3）青铜
铜与锡的合金称为锡青铜；铜与铝、硅、铅、被、锰等组成的合金称无锡青铜。
锡青铜分铸造锡青铜和压力加工锡青铜。
锡青铜典型牌号 ZQSn10-1，有高强度和硬度，能承受冲击载荷，耐磨性很好，具有优良的铸造性，比纯铜耐腐蚀。
锡青铜用来铸造耐腐蚀和耐磨零件，如泵壳、阀门、轴承、蜗轮、齿轮、旋塞等。
无锡青铜力学性能好
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三、钛及其合金
钛的密度小（4.507g/cm3）、强度高、耐腐蚀性好、熔点高。
工业纯钛牌号有 TA0、TA2、TA3(编号愈大、杂质含量愈多)。
纯钛加工性能良好；有良好的耐蚀性。钛也是很好的耐热材料。
在钛中添加锰、铝或铬钼等元素，可获得性能优良的钛合金。
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四、镍及其合金
高强度和塑性，好的延伸性和可锻性。好的耐腐蚀性，用于制造处理碱介质的化工设备。
牌号为 NCu28-2.5-1.5的蒙乃尔耐蚀合金应用最广。蒙乃尔合金能在500℃时保持高的力学性能，能在750℃以下抗氧化，在非氧化性酸、盐和有机溶液中比纯镍、纯铜更具耐蚀性。
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五、铅及其合金
硬度低、强度小，不宜单独作为设备材料，只适于做设备的衬里。
热导率小；纯铅不耐磨，非常软。但在许多介质中，特别是在硫酸(80%的热硫酸及92%的冷硫酸)中铅具有很高的耐蚀性。
铅与锑合金称为硬铅，硬度、强度都比纯铅高，在硫酸中的稳定性也比纯铅好。硬铅的主要牌号为 PbSb4、 PbSb6、 PbSb8和 PbSb10。
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铅和硬铅在硫酸、化肥、化纤、农药、电器设备中可用来做加料管、鼓泡器、耐酸泵和阀门等零件。
由于铅具有耐辐射的特点，在工业上用作 X射线和g射线的防护材料。
铅合金的自润性、磨合性和减振性好，噪音小，是良好的轴承合金。
铅合金还用于铅蓄电池极板、铸铁管口、电缆封头的铅封等。
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第六节 非金属材料
既可用作结构材料，又能作设备的保护衬里、涂层，还可做设备的密封材料、保温材料和耐火材料。
非金属材料分为无机非金属材料（陶瓷、搪瓷、岩石、玻璃等）及有机非金属材料（塑料、涂料、橡胶等）及近20～30年来发展的复合材料（玻璃钢、不透性石墨等）。
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一、无机非金属材料
1、化工陶瓷
好的耐腐蚀性、耐热性和一定机械强度。
导热性差，热膨胀系数较大，受碰击或温差急变而易破裂。
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2、化工搪瓷
由含硅量高的瓷釉通过900℃左右的高温煅烧，使瓷釉密着在金属表面。
具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和电绝缘性能，但易碎裂。
热导率不到钢的1/4，热膨胀系数大。不能直接用火焰加热，以免损坏搪瓷表面，可以用蒸汽或油浴缓慢加热。使用温度为-30℃～270℃。
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3、 辉绿岩铸石
用辉绿岩熔融后制成，可制成板、砖等材料作设备衬里，也可做管材。
铸石除对氢氟酸和熔融碱不耐腐蚀外，对各种酸、碱、盐都具有良好的耐腐蚀性能。
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4、玻璃
化工用的玻璃不是一般的钠钙玻璃，而是硼玻璃（耐热玻璃）或高铝玻璃，它们有好的热稳定性和耐腐蚀性。
有耐腐蚀性、清洁、透明、阻力小、价格低等特点，但质脆、耐温度急变性差，不耐冲击和振动。
目前已成功采用在金属管内衬玻璃或用玻璃钢加强玻璃管道，来弥补其不足。
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二、有机非金属材料
1、工程塑料
是用高分子合成树脂为主要原料，加入添加剂以改善产品性能。
热塑性材料遇热软化或熔融，冷却后又变硬，可反复多次。聚氯乙烯、聚乙烯等。
热固性塑料固化后不能用加热的方法使之再软化，酚醛树脂、氨基树脂等。
有良好的耐腐蚀性能、一定机械强度、良好的加工性能和电绝缘性能，价格较低
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（1）硬聚氯乙烯（PVC）塑料
使用温度为-10～+55℃。当温度在60～90℃时，强度显著下降。
（2）聚乙烯（PE）塑料
在室温下，除硝酸外，对各种酸、碱盐溶液均稳定，对氢氟酸特别稳定。
（3）耐酸酚醛塑料（PF）
使用温度为-30℃～+130℃。这种塑料性质较脆、冲击韧性较低。
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（4）聚四氟乙烯（PTFE）塑料
耐强腐蚀性介质腐蚀。甚至超过贵重金属金和银，有塑料王之称。
常用作耐腐蚀、耐高温密封元件及高温管道。
有良好的自润滑性，还可以用作无油润滑压缩机的活塞环。
有突出的耐热和耐寒性，使用温度范围为-200℃～250℃。
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（5）玻璃钢
又称玻璃纤维增强塑料。
用合成树脂为粘结剂，以玻璃纤维为增强材料，按一定成型方法制成。
具有优良的耐腐蚀性能，强度高和良好的工艺性能，是一种新型非金属材料。
树脂不同而差异很大。
环氧玻璃钢（常用）、酚醛玻璃钢（耐酸性好）、呋喃玻璃钢（耐腐蚀性好）、聚酯玻璃钢（施工方便）等。
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2、涂料
品种多，选择范围广、适应性强、使用方便、价格低、适于现场施工等。
涂层较薄容易脱落，应用受到了限制。
防锈漆、底漆、大漆、酚醛树脂漆、环氧树脂漆以及某些塑料涂料，如聚乙烯涂料、聚氯乙烯涂料等。
用静电喷涂。涂料利用率高，容易进行机械化、自动化的大型生产，减少溶剂和涂料的挥发和飞溅，涂膜质量稳定。
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3、不透性石墨
由各种树脂浸渍石墨消除孔隙后得到
有较高的化学稳定性和良好的导热性，热膨胀系数小，耐温度急变性好；不污染介质，能保证产品纯度；加工性能良好。
机械强度较低、性脆。
常被用来作腐蚀性强介质的换热器，如氯碱生产中应用的换热器和盐酸合成炉，
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第七节 化工设备的腐蚀及防腐措施
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常见的金属腐蚀破坏的形态有均匀腐蚀和局部腐蚀（区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、表面下腐蚀等）
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第八节 化工设备材料选择
从设备结构、制造工艺、使用条件和寿命等方面考虑，
而且还要从设备工作条件下材料的物理性能、力学性能、耐腐蚀性能及材料价格与来源、供应等方面综合考虑。
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一、材料的物理、力学性能方面
一般中、低压设备屈服限235到345MPa级。
直径较大、压力较高，最好采用普低钢，强度级别宜用400MPa级或以上。
操作温度超过400℃，还需考虑材料的蠕变强度和持久强度。
压力容器用钢材，d5不得低于14%。当钢材延伸率d5＜18%时，加工应特别注意。
钢管不宜强度级别过高，弯管率很关键，要求塑性好。
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二、材料的耐腐蚀性
某磷肥厂需设计一个40m3浓硫酸贮罐，
可选灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、铬镍不锈钢和碳钢用瓷砖衬里等。
灰铸铁、高硅铸铁抗拉强度低、质脆，不能铸造大型设备，故不宜采用。
碳钢的机械强度高、质韧，焊接性能好，但稀硫酸腐蚀严重，故也不能采用。
不锈钢价格比较贵，焊接加工要求较高。
碳钢做罐壳内衬非金属较合适
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三、材料的经济性
碳钢与普低钢的价格比较低廉，应优先选用。
考虑国家生产与供应情况，因地制宜选取，品种应尽量少而集中，以便于采购与管理。
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四、其他方面
压力容器的材料选择应根据容器的操作条件、腐蚀情况及制造加工要求，依照国家标准GB150-1998的规定，并按GB6654-1996压力容器用钢板与JB 4726-94 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件的规定选用。
为了节省材料，中、高压容器应优先选用普通低合金钢（16MnR、15MnVR）。

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