2化工设备材料课件.ppt

1、u2.1 材料的一般性能u2.2 碳钢与铸铁 u2.3 合金钢u2.4 有色金属材料u2.5 非金属材料u2.6 化工设备的腐蚀及防腐措施u2.7 化工设备材料选择 本章教学目的与意义 这就对设备的选材造成了复杂性。这就对设备的选材造成了复杂性。选材的一般要求选材的一般要求 1、 符合我国资源及供应情况符合我国资源及供应情况 2、有足够的强度，一定的韧性、塑性和耐腐性、有足够的强度，一定的韧性、塑性和耐腐性 3、焊接性能良好、焊接性能良好 4、 经济合算，保证使用寿命经济合算，保证使用寿命腐、毒性、介质低、高温、温度负、常、低、中、高压、压力321 化工生产是多种多样的，其设备化工生产是多种多

2、样的，其设备操作操作条件条件也是多种多样的：也是多种多样的：2.1.1 物理性能物理性能 金属材料的物理性能有密度、熔点、金属材料的物理性能有密度、熔点、比热、导热系数、热膨胀系数、导电性、比热、导热系数、热膨胀系数、导电性、弹性模量和泊松比等。弹性模量和泊松比等。材料的导热温度系数。度时的导热系数；温时的导热系数；0)1(00ttxtdAdQtt变因温度变化引起的线应线应变tttLL12A、虎克定律、虎克定律其值随温度而变。是材料的基本属性，但示材料的弹性。弹性模量，其值大小表EMPaEtg示材料的弹性。弹性模量，其值大小表EMPaEtgB 、泊松比泊松比随温升而变小）随温而变（、）限内；）

3、以上讨论是在弹性极注意：又叫横向变形系数故EEllldddlllddd2100000000随温升而变小）随温而变（、）限内；）以上讨论是在弹性极注意：又叫横向变形系数故EElllddd210000电子 自由 不自由跑动正离子 原子不动自由电子穿梭于动态正离子间，象一团电子云气把金属正离子牢固地束缚在一起，这种金属原子间的结合称为金属键。“屈服”二字的由来？A、（补充内容）金属键、（补充内容）金属键(金属键是一种动态平衡金属键是一种动态平衡)B、杆内斜截面上的受力分析、杆内斜截面上的受力分析当拉力当拉力F 增大，斜截面增大，斜截面上的剪力上的剪力 也增大。而也增大。而 的作用是使晶体相的作用是使

4、晶体相邻晶面有相互错动的趋邻晶面有相互错动的趋势。一旦错动在金属学势。一旦错动在金属学中称为中称为滑移滑移。A、当、当F不大时，不大时， ，金属原子间的结合力抵金属原子间的结合力抵抗了剪应力，错动只是抗了剪应力，错动只是趋势，此时只弹性变形。趋势，此时只弹性变形。B、当、当 时，错动时，错动发发生了。此时滑移并没破生了。此时滑移并没破坏金属键，所以滑移是坏金属键，所以滑移是有限的。易滑的滑完后有限的。易滑的滑完后就不再屈服了。就不再屈服了。se 由于滑移是外力功的宏观表现，故此功不象弹性变形时那样全部转变成材料的变形能。故滑移后的晶面在外力除去后也不能滑回去了。滑移做功有限使物复原变形能后，外

5、力功达使物复原变形能内，外力功在ee、外力功外力功 思考题：为什么滑移之后的材料不能复原？ 在屈服阶段，随着滑移的进行，金属的晶粒会出现变形、破碎，晶格会出现扭曲、破坏现象，这就改变了最大剪应力的角度加上金属键的作用，滑移就被阻止了。要想再滑，就要增大外力，此即强化现象。问答题：问答题：断裂后弹变将随内力消失而消失，它是怎样消失的呢？bb当应力达 时，试件的直径会突然细，此即颈缩现象。此时金属键遭破坏。一旦颈缩，断裂就不可避免。故 又叫断裂极限。是沿平行于ob的直线dg消失的。这说明弹性变形在恢复时也符合虎克定律。是总弹性变形量；能表示材料的塑性大小，是总塑性变形量图中：nmmo是总弹性变形量

6、；能表示材料的塑性大小，是总塑性变形量图中：nmmo 力学性能是指金属材料在外力作用下的表现出来的特性，如强度、硬度、弹性、塑性和韧性等。（1） ：不允许有微量变形（2） ：允许有微量变形sb力单位压陷球面所承受压222MPadDDDFHBNDP2294材料受力到了屈服点 ，就开始表现出塑性。 表示了材料抗塑变的能力。而塑性的大小，即塑变的能力则用 或 表示。塑性是单位长度的材料所能提供的最大不可逆变形量。ss0ll202ddAA1）定义：物体受力变形，除去外力后能自行）定义：物体受力变形，除去外力后能自行复原的能力，即弹性是抗变形的能力。复原的能力，即弹性是抗变形的能力。2）E值表示弹性大小

7、，是材料属性，但随温值表示弹性大小，是材料属性，但随温度变化而变化度变化而变化。冲击功：冲击韧性：)(21mNHHGAkSAakk 破坏过程破坏过程：受击裂纹扩展断裂 1）定义：单位缺口截面所能承受的极限冲击功。或者说：韧性是材料在外加动载荷突击时的一种及时而迅速塑性变形的能力。2）韧性高，塑性高，塑是韧的基础。 但塑性高，韧性不一定高。因静载下能缓慢塑变的材料不一定在动载下能迅速塑变。化学性能指材料在所处介质中的化学稳定性，主要指耐腐蚀性和抗氧化性。金属的腐蚀现象很复杂。 碳钢不耐稀硫酸，而耐浓硫酸； 铅不耐浓硫酸，而耐稀硫酸； 不锈钢不耐浓硝酸，而耐稀硝酸; 由于金属表面组织结构由于金属表

8、面组织结构不均，左边一对电化学不均，左边一对电化学反应分别在金属表面的反应分别在金属表面的不同区域进行。不同区域进行。渗碳体渗碳体电负性较小，电负性较小， 内部得内部得e表面放表面放e。铁素体铁素体电负性较大，内部电负性较大，内部供供e表面放表面放Fe。电化学腐蚀电化学腐蚀 指金属与电解质溶液间产生电指金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏。其化学作用而引起的破坏。其特点特点是在腐蚀是在腐蚀过程中有电流产生，且是点腐蚀。过程中有电流产生，且是点腐蚀。两种相互接触的不同金属浸在腐蚀性介质两种相互接触的不同金属浸在腐蚀性介质中，由于存在电位差，其中一种电位较负中，由于存在电位差，其中一种电位

9、较负的金属往往会遭受腐蚀，这叫的金属往往会遭受腐蚀，这叫电偶腐蚀电偶腐蚀。防护的办法是垫绝缘片，叫防护的办法是垫绝缘片，叫“断桥断桥”。 金属遇到干燥气体或非电解质溶液发生化金属遇到干燥气体或非电解质溶液发生化学作用所引起的腐蚀叫学作用所引起的腐蚀叫化学腐蚀化学腐蚀。 其其特点特点是在腐蚀过程中无电流产生，且是是在腐蚀过程中无电流产生，且是面腐蚀。（有的能形成稳定的面腐蚀。（有的能形成稳定的“钝化膜钝化膜”）问答题：问答题：电化学腐蚀与化学腐蚀的主要区别？电化学腐蚀与化学腐蚀的主要区别？ 什么是钢？什么是钢？l钢和铸铁是由钢和铸铁是由95%以上的铁和以上的铁和0.05-4%的的碳以及碳以及1%

10、左右的其他杂质元素所组成，因左右的其他杂质元素所组成，因此，钢和铸铁又称此，钢和铸铁又称“铁碳合金铁碳合金”。一般来说一般来说:l含碳量含碳量 0.02% 2% 2%的称为铸铁。的称为铸铁。 2.2.1.1金属的组织与结构金属的组织与结构 晶胞：将代表原子振动中心的点用直线连接起：将代表原子振动中心的点用直线连接起来来 形成一个空间格子，称为晶胞。形成一个空间格子，称为晶胞。 晶格晶格：由晶胞在空间重复堆积而成的：由晶胞在空间重复堆积而成的。 晶界晶界：多晶体的晶粒与晶粒之间由于结晶：多晶体的晶粒与晶粒之间由于结晶 方方 位不同而形成的交界称为晶界。位不同而形成的交界称为晶界。珠光体、莱氏体混

11、合固溶体溶解化合珠光体、莱氏体混合固溶体溶解化合CFeCFe33珠光体、莱氏体混合固溶体溶解化合CFe31 固溶体：两种或两种以上元素在固态下互溶而 仍保持溶剂晶格原来形状的物体。2 铁素体：碳溶解在 中的固溶体。3 奥氏体：碳溶解在 中的固溶体。4 渗碳体：碳化铁5 珠光体：是 和 组成的共析混合物，含碳0.8%，含11%，又叫共析钢。6 莱氏体：是 和 的共晶混合物，又叫共晶白口铁。7 马氏体：碳在 中过饱和的固溶体。 FeFeCFe3CFe3CFe3FeFeFe 纯铁相变点：910 C 高温 低温面心 体心无磁性 有磁性FeFe问答题： 纯铁有相变点，含碳的铁有吗？铁、奥固溶体相变区：9

12、10727 C铸铁含碳量高于钢，其强度为什么不如钢？ FeCFe3铸铁中的碳，除了溶入固溶体 及化合物 外，还存在游离石墨，而石墨很软，从而降低了强度。 以消除钢的某些缺陷或改善某些性能为目的，将钢加热到一定温度并保持一段时间，然后以不同速度冷却的一种操作。2.2.2.1 共析钢过冷奥氏体等温转变曲线 这个曲线又叫C型线，是热处理的理论依据。 原子能扩散晶格重整铁重新分布碳Fe因为铁已不能扩散，碳也扩不快，故碳开始过饱和。原子都不能扩散。因含碳过饱的 存有相当内应力，体心立方晶格被扭曲，故强、硬度好，塑、韧性差，发脆。3）淬火：在冷介质中降温 目的：获得马氏体，提高硬度止变形目的：消除内应力，

13、防正火：在空气中降温退火：随炉或沙降温)21)4）回火：淬火后重新加热再冷却）回火：淬火后重新加热再冷却分类温度范围作用低温回火150-250 消除部分内应力（耐磨）中温回火350-450 消除大半内应力（提高弹性）高温回火500-650 消除内应力（提高塑、韧性，强度）思考题：思考题：为什么含碳量小于0.3%或大于0.6%的钢不能做调质钢？5）调质：淬火后高温回火）调质：淬火后高温回火。含碳量低于0 .3%的钢淬不硬。 含碳量高于0 .6%的钢调不去内应力。2.2.3.1常存杂质元素对钢材性能的影响1、硫的影响-热脆现象 硫以硫化铁的形态存在于钢中。硫化铁和铁形成低熔点化合物(985 )，而

14、钢材的热加工温度一般在1150-1200 以上，故当钢材热加工时，由于硫化铁化合物的过早熔化而导致工件开裂，称为热脆热脆。2、磷的影响-冷脆现象 磷虽能使钢材的强度、硬度增加，但引起塑性、冲击韧性显著降低，特别是在低温时，它使钢材显著变脆，称之为冷冷脆脆。使钢材的冷加工及焊接性变坏。 3、锰的影响 锰是有益元素，脱氧、耗硫(MnS,m.p.1600 )。4、硅的影响 硅是有益元素，脱氧(SiO2)。5、氧的影响 氧是有害元素。以MnO、SiO2、FeO、Al2O3的高熔点颗粒形式存在于钢中，破坏了钢体的连续性，降低了其韧性和疲劳强度。称为氧脆氧脆。6、氮的影响时效时效(氮脆氮脆)现象 氮是有害

15、元素。铁素体溶氮能力低，在加热到200 时，会发生氮化物的析出，使钢强度、硬度提高，塑性下降，在钢液中加入Al、Ti生成AlN、TiN可固氮，消除时效。7、氢的影响白点白点(氢脆氢脆)现象 钢由高温奥氏体冷至低温时，氢原子来不及扩散到表面逸出，留在钢中一些缺陷处，由原子态氢变成分子态氢，局部产生几百大气压的压力，超过了钢的强度极限，而在此处形成白点裂纹源，这种很危险的现象叫“氢脆”。1、按化学成分分类%10.%105.%5.%60. 0.%60. 025. 0.%25. 0.%04. 0.合金总量高合金钢合金总量中合金钢合金总量低合金钢合金钢含碳高碳钢含碳中碳钢含碳低碳钢含碳工业纯铁碳素钢%1

16、0.%105.%5.%60.0.%60.025.0.%25.0.%04.0.合金总量高合金钢合金总量中合金钢合金总量低合金钢合金钢含碳高碳钢含碳中碳钢含碳低碳钢含碳工业纯铁碳素钢 合金钢又根据合金元素的种类分为锰钢、铬钢、铬镍钢等。其中，各合金元素作用见下表：合金元素种类作用Si耐H2SCr耐腐Mn高强、高韧Ni耐腐、耐热Mo耐H+Ti耐热、防腐V耐热、高塑2、按品质分类%030. 0%040. 0%050. 0含量，含量均、优质钢含量均、普碳钢CuSPSP%025. 0%030. 0%030. 0%040. 0%050. 0含量，含量均、高级优质钢含量，含量均、优质钢含量均、普通钢CuSPC

17、uSPSP1.GB700-88以屈服极限值区分普通钢为五种： Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。2.再按质量分四级：A不做冲击实验； B做冲击实验，V型缺口； C、D做焊接结构等更多质检。3.又按脱氧方法不同分四种： F沸腾钢，冶炼过程中和弱脱氧剂Mn脱氧； Z镇静钢，加入强脱氧剂Al，脱氧完全； b半镇静钢； TZ特殊镇静钢。1.以含碳量的万分之几编号，取两位数。2.若含锰量较高，钢号中将标有Mn元素。例如：例如：30Mn30代表平均含碳量为0.3%，标出Mn表示含锰量较高，达0.71.0%。1.在优质钢的末尾加“A”，例：30MnA。2.特种钢： g锅炉用钢； R容器用钢； Hp 气瓶用钢。例：20g、16MnR、20Hp。3.不锈钢：以含碳量的千分之几编号，取一位数。例：1Cr13、1Cr18Ni9、0Cr13。思考题：思考题：不锈钢为什么含碳量都很低？不锈钢为什么含碳量都很低？ 623CCr623CCrFe不锈钢是以其所含的 Cr 在氧化介质 形成氧化膜保护层而不锈。而 C 与 Cr 生成 消耗了 Cr 。同时， 沿晶界析出造成晶间腐蚀。讨论：不锈钢为什么无磁性？（奥氏体不锈钢？） 因合金元素太多，破坏了 的体心立方结构。一、分类与编号例：35CrMoA二、普通低合金钢1)普低钢按强度分类2)选钢材的依据三、特殊性能钢