【正文】 第三篇 化 工 容 器 第一章 化工設(shè)備常用金屬和非金屬n 序 言 重要性 （ 硫酸泵葉輪、不銹鋼）n 第一節(jié) 碳鋼和鑄鐵n 第二節(jié) 合金鋼n 第三節(jié) 有色金屬及其合金n 第四節(jié) 金屬的腐蝕與防護(hù)n 第五節(jié) 非金屬材料 n 第六節(jié) 管路連接件和閥門(mén)第一節(jié) 鐵碳合金 — 碳鋼和鑄鐵（ 95%以上）和碳（ ~4%）所組成的合金。 ：組成鐵碳合金的鐵具有兩種晶格結(jié)構(gòu)，910℃ 以下為 α 鐵； 910 ℃ 以上為 γ 鐵，二者互為同素異構(gòu)體。 ：碳在 鐵碳合金中的存在形式有三種： ① 碳溶解在鐵中形成固溶體，即在 α 鐵中叫鐵素體，在 γ鐵中叫奧氏體。 ② 鐵與碳形成的化合物，當(dāng)碳不能全部溶于鐵素體或奧氏體時(shí)， “ 剩余 ” 的碳與鐵將形成碳化鐵（滲碳體） ※ 通常將碳含量 %作為鋼與鑄鐵的分界，〈 %叫鋼，〉 %叫鑄鐵 。 ③ 碳以石墨狀態(tài)單獨(dú)存在，特別碳含量較高時(shí)。 v ：216。 :252。 ① 碳含量不同，碳含量小于 ％的是鋼，大于 ％的是鑄鐵；252。 ② 碳的存在形式不同 ,鋼中的碳只有兩種存在形式，而鑄鐵中的碳除形成 Fe3C和溶入固溶體外，總有部分碳以石墨狀態(tài)存在。216。 ：252。 ① 鋼有良好塑性，鑄鐵是典型脆性材料；252。 ② 鋼的抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度相同，鑄鐵抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度；252。 ③ 鋼可進(jìn)行壓力加工和焊接，鑄鐵適于鑄造；252。 ④ 鋼的減震、摩擦性能不如鑄鐵；252。 ※ 碳含量的不同是使鋼具有不同性能的主要原因，而影響鑄鐵性能的主要是石墨化程度與石墨的形狀。216。 （就是以消除鋼材的某些缺陷成改善鋼材的某些性能為目的，將鋼材加熱到一定的溫度，然后以不同的速度冷卻下來(lái)的一種操作。）216。 167。 ① 退火和正火167。 退火是將零件放在爐中，緩慢加熱至某一溫度（如圖），經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的后，隨爐或埋入砂中緩慢冷卻。167。 退火可以消除冷加工導(dǎo)致的硬化，恢復(fù)材料的良好塑性，可以細(xì)化鑄焊工件的粗大晶粒，改善零件的機(jī)械性能；可以消除殘余應(yīng)力，防止工件變形。167。 正火只是在冷卻速度上與退火不同。退火是隨爐緩冷，而正火是在空氣中冷卻。經(jīng)過(guò)正火的零件，有比退火為高的強(qiáng)度與硬度。n ② 淬火和回火167。 淬火是先將工件加熱至相變溫度以上，保溫一段時(shí)間，然后快速冷卻。目的是獲得馬氏體以 提高工件的硬度和耐磨性。167。 為 了消除淬火后工件的內(nèi) 應(yīng) 力，并降低材料的脆性， 鋼 件在淬火后，幾乎 總 是跟 進(jìn) 回 火。167。 所 謂 回火，就是把淬火后的 鋼 件重新加 熱 至一定溫度， 經(jīng)保溫 燒 透后再行冷卻的一種 熱 處理 操作。167。 根據(jù)工件使用目的要求的不同，回火的加 熱 溫度有 三 種 ：167。 ※ 淬火加高溫回火由 于 可以提高 鋼 材的機(jī)械性能，所以稱為 調(diào)質(zhì)處 理 。 n ③ 化學(xué)熱處理n 鋼的化學(xué)熱處理就是把鋼放入一些介質(zhì)內(nèi)（如碳粉）加熱到一定的溫度，使介質(zhì)原子滲透到鋼內(nèi)改變鋼表層的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)從而使鋼件表面具有某些特殊性能。n 如碳原子可以提高鋼表面耐磨性，鋁原子可以提高鋼的抗高溫氧化性 。n ※ 決定金屬材料性能的因素有三：化學(xué)組成、組織結(jié)構(gòu)、熱處理狀態(tài)，這三者相互影響不能分割。、牌號(hào)、性能、品種與應(yīng)用① 按含碳量 的多少，碳鋼分為下面三種低碳 鋼 含碳量小于 ％，是 鋼 中 強(qiáng) 度 較 低、塑性最好的一 類 。冷沖 壓 及 焊 接性 好，用于制造化工容器及負(fù)荷不大的機(jī)械零件。 中碳鋼 含碳量在 — ％之間，鋼的強(qiáng)度與塑性適中，可用適當(dāng)?shù)臒崽幚慝@良的綜合機(jī)械性能，適于制作軸、齒輪、高壓設(shè)備頂蓋等重要零件。高碳鋼 含碳在 ，鋼的強(qiáng)度及硬度均較高，塑性較差，用來(lái)制作彈簧、鋼絲 繩 等 。167。 ② 按鋼的質(zhì)量，碳鋼有普通的和優(yōu)質(zhì)的兩種。167。 “ 普通 ” 與 “ 優(yōu)質(zhì) ” 的主要區(qū)別是有害雜質(zhì)硫（ 引起鋼的熱脆 ）和磷（ 引起鋼的冷脆 ）的控制松嚴(yán)程度不同，和鋼材出廠時(shí)檢驗(yàn)項(xiàng)目和保證條件不同。167。 這類鋼 屬普通碳素 鋼 ，共有五個(gè) 鋼 號(hào)（不包括 質(zhì) 量等級(jí) 與脫氧程度）。 Q27 Q25 Q23 Q21 Q195167。 ※ P107頁(yè) ①②③ 條167。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼共 31個(gè)鋼號(hào)見(jiàn) ※ P150頁(yè)表 82（ 機(jī)械性能、制造工藝性能、耐蝕性 ）167。 從化學(xué)成分看，鑄鐵中碳與硅的含量要高于鋼，硫磷雜質(zhì)的控制也比較松。一般組成如下： %； %； %； %； S〈 %167。 從組織結(jié)構(gòu)上看，由鋼的基體與散布在其中的石墨組成。167。 ① 灰口鑄鐵（ HT）如牌號(hào)為 HT150—330 的灰口鑄鐵，表示抗拉強(qiáng)度為 150 MPa，抗彎強(qiáng)度為 330 MPa；；灰鑄鐵167。 可用來(lái)制造常壓容器，但是其工作溫度不能超過(guò) 250；167。 ② 球磨鑄鐵（ QT）其強(qiáng)度較高，可以代替鋼材，常用來(lái)制造壓縮機(jī)的曲軸等形狀復(fù)雜的零件。167。 ③ 耐蝕鑄鐵、 ④ 耐熱鑄鐵、 ⑤ 可鍛鑄鐵167。 鑄鐵也可加入少量合金元素來(lái)提高它的耐蝕性等，這樣的鑄鐵稱為合金鑄鐵，如高硅鑄鐵，被廣泛用來(lái)制造耐酸泵等。第二節(jié) 合 金 鋼167。 以改善鋼材的性能為目的，在碳鋼中特意加入某些合金元素所得到的鋼。167。 ① 降低鋼材的臨界淬火速度；167。 ② 增加鋼組織的分散度；167。 ③ 提高鐵素體的強(qiáng)度；167。 ④ 減少馬氏體的脆性；167。 ⑤ 提高鋼材的高溫強(qiáng)度及抗氧化性能；167。 ⑥ 增強(qiáng)鋼材的耐蝕性。167。 低合金鋼中熔合的合金元素主要是 M n、 V、 N b、 N、Cr、 Mo等，含量大多在 1％以下，只有少數(shù)低合金鋼，其合金元素含量可達(dá) 2— 5％。加入這些合金元素后，鋼材的屈服限提高并可擴(kuò)大的使用溫度范圍 。 167。 ※ 低合金鋼的鋼號(hào)是以鋼中碳含量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)的數(shù)字為首，后邊依次寫(xiě)出所熔入合金元素的元素號(hào)及每種元素含量的百分?jǐn)?shù)；當(dāng)合金元素含量在 % 以下時(shí)，該元素符號(hào)后不注數(shù)字。當(dāng)合金元素含量在（ ％ ~％）時(shí)，可在該元素后面注 “ 2”…… 以此類推。如 09Mn2V，其含碳 ％，含錳量為 2％，含礬量是 % 以下；或含錳量為 ％ ~％，含礬量是 % 以下。 167。 低合金結(jié)構(gòu)鋼（ GB 1519）這類鋼是供焊接使用的低碳含量的低合金鋼。167。 合金結(jié)構(gòu)鋼（ GB3077）這類鋼供壓力加工和切削使用。 （價(jià)格貴、炊具）167。 不銹鋼中的主要合金元素是鉻、鎳、鉬、鈦。它們對(duì)鋼材的性能影響如下：167。 鉻： 不銹鋼的耐蝕性主要來(lái)源于鉻，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)鋼中鉻含量超過(guò) 12％時(shí)，鋼的耐蝕性會(huì)大幅度提高，所以不銹鋼中的鉻含量都在 12％以上。167。 鎳： 鎳可擴(kuò)大不銹鋼的耐蝕范圍，特別是提高耐堿能力。167。 鉬： 能提高不銹鋼對(duì)氯離子的抗蝕能力。 167。 鈦： 為防止焊接用不銹鋼發(fā)生晶間腐蝕而加人的元素。 n n 在原油加氫、裂解、催化設(shè)備中，常用許多耐高溫的鋼材，如裂解爐的溫度可達(dá) 650—800 度。普通碳鋼在 350時(shí)會(huì)顯著的蠕變。a. 高溫設(shè)備對(duì)鋼材的要求 高溫設(shè)備對(duì)鋼材的要求主要是：良好的化學(xué)穩(wěn)定性與熱強(qiáng)性。b. ① 化學(xué)穩(wěn)定性 化學(xué)穩(wěn)定性或稱熱穩(wěn)定性，主要是指鋼材抵抗高溫氣體（如 O H2S、 SO2等）腐蝕的能力，但主要是 O2，即主要是抗氧化性。如果在鋼中加入 Cr、 Al、 Si 等合金元素，被氧化后，該類元素能在鋼材表面能生成一層致密的氧化膜，從而避免氧的繼續(xù)侵蝕，也就提高了鋼材的熱穩(wěn)定性。(2)熱強(qiáng)性 在一定熱穩(wěn)定性的前提下，鋼材的高溫強(qiáng)度愈高，蠕變過(guò)程愈緩慢，即說(shuō)明其熱強(qiáng)性愈好。為了提高鋼的熱強(qiáng)性，通常采用加入 Cr、 Mo、 V、 Ti等元素，以強(qiáng)化金屬金相組織，提高材料的再結(jié)晶溫度 。b. 常用耐熱鋼 化工設(shè)備上常用的耐熱鋼，按耐熱要求的不同，可分為抗氧化鋼與熱強(qiáng)鋼。c. 抗氧化鋼 —— 主要能抗高溫氧化，但強(qiáng)度并不高，常用作直接受力或受力不大的零部件，如爐管托架等 常用的如 Cr13SiAl,Cr25Ti,Cr17Ti.d. 熱強(qiáng)鋼 —— 主要能抗蠕變，但也有一定的抗氧化能力，常用作高溫下受力的零部件，如爐管、反應(yīng)器等。常用的有 12CrMo,0Cr18Ni9. 在化工生產(chǎn)中，有些設(shè)備（如深冷分離、空氣分離、潤(rùn)滑油脫脂、液化天然氣貯存等）常處于低溫狀態(tài)下工作，因而其零部件必須采用能承受低溫的金屬材料制造。普通碳鋼在低溫 F（ 20度以下）變脆，沖擊韌性顯著下降。 對(duì)低溫用鋼的基本要求是：具有良好的韌，良好的加工工藝性能和可焊性。為保證這些性能，低溫鋼的含碳量盡可能降低，其平均含碳量為 0． 08％ %，再加入含適量的 Mn、 Nb、 Ti、 V、 N等元素以改善鋼的綜合機(jī)械性能。目前國(guó)外低溫設(shè)備用的鋼材，主要是以高鉻鎳