第3章 1 设备材料及防腐蚀 [兼容模式].pdf

第三章设备材料与防腐蚀第三章设备材料与防腐蚀目录目录材料的性能黑色金属材料有色金属材料非金属材料材料的性能黑色金属材料有色金属材料非金属材料4123设备材料的腐蚀与保护设备材料的腐蚀与保护5设备材料的选择设备材料的选择63.1 材料的性能3.1 材料的性能 GMP对设备及管路材质的要求：凡是水、气系统中的管线、管件、过滤器、喷针等都应采用GMP对设备及管路材质的要求：凡是水、气系统中的管线、管件、过滤器、喷针等都应采用优质奥氏体不锈钢优质奥氏体不锈钢材料；选用其他材料必须耐腐蚀、不生锈。材料；选用其他材料必须耐腐蚀、不生锈。3.1.1 力学性能3.1.1 力学性能材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，叫材料的材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，叫材料的力学性能力学性能。力学性能主要指标：强度硬度塑性韧性主要指标：强度硬度塑性韧性1、强度1、强度是指材料抵抗外加载荷而不致是指材料抵抗外加载荷而不致失效失效破坏的能力。常温下抵抗外力的破坏的能力。常温下抵抗外力的常温强度常温强度按按环境温度环境温度可分为高温下抵抗外力的可分为高温下抵抗外力的高温强度高温强度低温下抵抗外力的低温下抵抗外力的低温强度低温强度抵抗外力的抵抗外力的静强度静强度按所按所抵抗外作用形式抵抗外作用形式可分为抵抗冲击外力的可分为抵抗冲击外力的冲击强度冲击强度抵抗交变外力的抵抗交变外力的疲劳强度疲劳强度材料在常温下的强度指标有：屈服强度抗拉（压）强度材料在常温下的强度指标有：屈服强度抗拉（压）强度（1）屈服强度（1）屈服强度（s s）代表材料代表材料抵抗产生塑性变形抵抗产生塑性变形的能力。用的能力。用s s(MPa)表示。(MPa)表示。0ssPF载荷不再增加，甚至有所降低时，试件还在继续伸长的最小载荷，N载荷不再增加，甚至有所降低时，试件还在继续伸长的最小载荷，N试件的原始横截面积，m试件的原始横截面积，m2 2（2）抗拉强度（2）抗拉强度（b b）金属材料在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂所能承受的最大应力值，叫做抗拉强度。抗拉强度是压力容器设计常用的性能指标。金属材料在拉伸条件下，从开始加载到发生断裂所能承受的最大应力值，叫做抗拉强度。抗拉强度是压力容器设计常用的性能指标。0bbPF屈强比屈强比（s s/b b）：）：屈强比越小，材料越不容易发生危险的脆性破坏，安全可靠性较高-屈强比越小，材料越不容易发生危险的脆性破坏，安全可靠性较高-韧性断裂韧性断裂；屈强比越大，材料的强度水平发挥好，但易突然脆性破坏-屈强比越大，材料的强度水平发挥好，但易突然脆性破坏-脆性断裂脆性断裂。定义：高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象，或者金属在高温和应力作用下逐渐产生塑性变形的现象一定应力联合作用下金属将逐渐产生塑性变形(3)蠕变（(3)蠕变（n n）高温（4）疲劳强度（4）疲劳强度：试样在小于屈服强度极限的：试样在小于屈服强度极限的循环载荷长期循环载荷长期作用下发生破坏的现象。作用下发生破坏的现象。2、塑性2、塑性塑性是指金属材料在受力时，应力超过屈服点，能产生显著的变形而在断裂前发生塑性是指金属材料在受力时，应力超过屈服点，能产生显著的变形而在断裂前发生不可逆永久变形不可逆永久变形的能力。塑性指标是指金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。的能力。塑性指标是指金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。（1）延伸率（）（1）延伸率（）是指试样拉断后的标距伸长量L是指试样拉断后的标距伸长量L1 1与原始标距L之比。与原始标距L之比。10%属塑性材料属塑性材料%1001LLL化工设备材料一般要求化工设备材料一般要求5=10%-20%。直径d。直径d0 0 相同时，相同时，l l0 0，。只有当。只有当l l0 0/d/d0 0 为常数时，塑性值才有可比性。为常数时，塑性值才有可比性。同一种材料的同一种材料的5 51010。（2）断面收缩率（）（2）断面收缩率（）是指试样拉断处横截面积A1的收缩量与原始横截面积A之比。断面收缩率与尺寸无关,用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。是指试样拉断处横截面积A1的收缩量与原始横截面积A之比。断面收缩率与尺寸无关,用断面缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。延伸率和断面收缩率越大，表示金属材料的塑性越好。延伸率和断面收缩率越大，表示金属材料的塑性越好。%1001AAA3、硬度3、硬度固体材料对外界物体机械作用的局部抵抗能力。弹性、强度与塑性的固体材料对外界物体机械作用的局部抵抗能力。弹性、强度与塑性的综合性能指标综合性能指标。硬度试验方法：。硬度试验方法：压入法压入法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）；（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等）；划痕法划痕法（如莫氏硬度）；（如莫氏硬度）；回跳法回跳法（如肖氏硬度）及显微硬度、高温硬度等多种方法。（如肖氏硬度）及显微硬度、高温硬度等多种方法。压入硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和维氏硬度(HV)低碳钢 压入硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和维氏硬度(HV)低碳钢 b b=0.36 HB；高碳钢=0.36 HB；高碳钢 b b=0.34 HB；灰铸铁=0.34 HB；灰铸铁 b b=0.1 HB=0.1 HB一、布氏硬度1、布氏硬度试验一、布氏硬度1、布氏硬度试验原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。2、布氏硬度值原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。2、布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。3、优缺点用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。3、优缺点测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁)；可测的硬度值不高；不测试成品与薄件；测量费时，效率低4、测量范围测量值较准确，重复性好，可测组织不均匀材料（铸铁)；可测的硬度值不高；不测试成品与薄件；测量费时，效率低4、测量范围用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.淬火钢球HBS硬质合金钢球 HBW淬火钢球HBS硬质合金钢球 HBW3.标注：符号3.标注：符号HBS或或HBW之前的数字表示之前的数字表示硬度值硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径球体直径、载荷载荷及及载荷保持时间载荷保持时间。如:。如:120HBS10/10001000/3030表示表示直径为直径为10mm的钢球的钢球在在1000kgf（9.807kN）载荷1000kgf（9.807kN）载荷作用下作用下保持30s保持30s测得的测得的布氏硬度值为布氏硬度值为120。压头：压头：二、洛氏硬度1、洛氏硬度试验二、洛氏硬度1、洛氏硬度试验原理:用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余原理:用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。2、洛氏硬度值用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如：50HRC 3、优缺点增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。2、洛氏硬度值用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如：50HRC 3、优缺点试验简单、方便、迅速；压痕小，可测成品，薄件；数据不够准确，应测三点取平均值；不应测组织不均匀材料，如铸铁。4、测量范围试验简单、方便、迅速；压痕小，可测成品，薄件；数据不够准确，应测三点取平均值；不应测组织不均匀材料，如铸铁。4、测量范围用于测量淬火钢、硬质合金等材料.用于测量淬火钢、硬质合金等材料.三、维氏硬度1、维氏硬度试验原理:用夹角为136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F（49.03-980.07N）压入试样表面，测出三、维氏硬度1、维氏硬度试验原理:用夹角为136的金刚石四棱锥体压头，使用很小试验力F（49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度d压痕对角线长度d。2、维氏硬度值。2、维氏硬度值用压痕对角线长度表示。如：640HV。3、优缺点用压痕对角线长度表示。如：640HV。3、优缺点测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）；可测成品与薄件；试样表面要求高，费工。4、测量范围测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）；可测成品与薄件；试样表面要求高，费工。4、测量范围常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。几种测定材料硬度方法的对比表几种测定材料硬度方法的对比表4、冲击韧性4、冲击韧性韧性是表示材料弹塑性变形到断裂全过程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。常用韧性是表示材料弹塑性变形到断裂全过程吸收能量的能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。常用冲击韧性冲击韧性来表示材料承受来表示材料承受动载荷动载荷时抗裂纹的能力。时抗裂纹的能力。（1）冲击韧性材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。用冲击吸收功A（1）冲击韧性材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。用冲击吸收功AK K或冲击韧度或冲击韧度K K表示。冲击功A表示。冲击功AK K=GH=GH1 1-GH-GH2 2，冲击韧度，冲击韧度 K K=A=AK K/F（F为面积）/F（F为面积）韧性与塑性对比：韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。韧性高的材料，一般都有较高的塑性指标；但塑性较高的材料，却不一定都有高的韧性。其所以如此，就是因为静载荷下能够缓慢塑性变形的材料，在动载荷下不一定能迅速塑性变形。在材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、硬度四个指标中，韧性与塑性对比：韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。韧性高的材料，一般都有较高的塑性指标；但塑性较高的材料，却不一定都有高的韧性。其所以如此，就是因为静载荷下能够缓慢塑性变形的材料，在动载荷下不一定能迅速塑性变形。在材料的力学性能所包括的强度、塑性、韧性、硬度四个指标中，强度和塑性强度和塑性占主导地位，但使用时要考虑温度的变化。占主导地位，但使用时要考虑温度的变化。主要有相对密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性、弹性模数与泊桑比等。1、弹性模数E=E,这个比例系数E称为弹性模数，弹性模数是金属材料对弹性变形抗力的指标，是衡量材料产生弹性变形难易程度的，材料的弹性模数越大,使它产生一定量的弹性变形的应力也越大。对同一种材料，弹性模数随温度的升高而降低。主要有相对密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性、磁性、弹性模数与泊桑比等。1、弹性模数E=E,这个比例系数E称为弹性模数，弹性模数是金属材料对弹性变形抗力的指标，是衡量材料产生弹性变形难易程度的，材料的弹性模数越大,使它产生一定量的弹性变形的应力也越大。对同一种材料，弹性模数随温度的升高而降低。3.1.2 物理性能3.1.2 物理性能1ddddd 1lllll对于各种钢材它近乎为一个常数，即0.3。3、线膨胀系数对于各种钢材它近乎为一个常数，即0.3。3、线膨胀系数l l指温度每变化1材料长度变化的百分率。指温度每变化1材料长度变化的百分率。1/()1/llmmmmlt?，简作式中，l试件原始长度，mm；l试件伸长量，mm；t温度差，。2、泊桑比泊桑比是拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。式中，l试件原始长度，mm；l试件伸长量，mm；t温度差，。2、泊桑比泊桑比是拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。（主要指耐腐蚀性和抗氧化性）1、耐腐蚀性：金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能力。2、抗氧化性：在高温工作条件下，设备不仅有自由氧的氧化腐蚀过程，还有其他气体介质（如水蒸气，CO（主要指耐腐蚀性和抗氧化性）1、耐腐蚀性：金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能力。2、抗氧化性：在高温工作条件下，设备不仅有自由氧的氧化腐蚀过程，还有其他气体介质（如水蒸气，CO2 2、SO、SO2 2等）的氧化腐蚀作用。等）的氧化腐蚀作用。3.1.3 化学性能3.1.3 化学性能金属和合金的加工工艺性能是指金属和合金的加工工艺性能是指铸造性铸造性、可锻性可锻性、可焊性可焊性、切削加工性切削加工性、热处理性能等。对于设计压力容器最重要的两个性能是：、热处理性能等。对于设计压力容器最重要的两个性能是：良好的冷热加工性能良好的冷热加工性能例A：用钢板卷制筒体，如加工不好会发生裂纹，存在事故的隐患。例A：用钢板卷制筒体，如加工不好会发生裂纹，存在事故的隐患。例B：冲压封头，微裂纹或宏观裂纹，都会使以后的生产造成事故。例B：冲压封头，微裂纹或宏观裂纹，都会使以后的生产造成事故。良好的焊接性能良好的焊接性能例：容器焊缝裂纹扩展，易造成事故。例：容器焊缝裂纹扩展，易造成事故。3.1.4 加工工艺性能3.1.4 加工工艺性能 铸造铸造：将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。：将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零件的方法。锻造锻造：利用冲击力或压力使金属在上、下两个抵铁（锤面和砧面）之间或锻模中产生变形，从而得到所需要的形状及尺寸的锻件的加工方法。：利用冲击力或压力使金属在上、下两个抵铁（锤面和砧面）之间或锻模中产生变形，从而得到所需要的形状及尺寸的锻件的加工方法。(1)：(1)：流动能力流动能力，影响到液态合金的充型能力流动性意义：，影响到液态合金的充型能力流动性意义：易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件；易于浇注出轮廓清晰、薄而复杂的铸件；有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除；有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除；易于补缩及热裂纹的弥合流动性测量：易于补缩及热裂纹的弥合流动性测量：螺旋形流动试样的长度。试样越长，流动性越好螺旋形流动试样的长度。试样越长，流动性越好。1、可铸性：液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向。、可铸性：液体金属的流动性和凝固过程中的收缩和偏析倾向。(2)(2)收缩收缩：金属液在凝固和冷却时的体积和尺寸缩减。收缩：金属液在凝固和冷却时的体积和尺寸缩减。收缩液态收缩凝固收缩固态收缩液态收缩凝固收缩固态收缩形成缩孔、缩松（体收缩率）形成缩孔、缩松（体收缩率）产生变形和裂纹（线收缩率）收缩对铸件质量的影响产生变形和裂纹（线收缩率）收缩对铸件质量的影响缩孔：液态收缩和凝固收缩部分得不到补足时，在铸件的最后凝固处出现的较大的集中孔洞。缩孔：液态收缩和凝固收缩部分得不到补足时，在铸件的最后凝固处出现的较大的集中孔洞。缩松：是分散在铸件内的细小的缩孔。缩松：是分散在铸件内的细小的缩孔。变形与开裂：铸件凝固后继续冷却，固态收缩受到阻碍就产生铸造内应力，当内应力达到一定数值，铸件便产生变形甚至开裂。变形与开裂：铸件凝固后继续冷却，固态收缩受到阻碍就产生铸造内应力，当内应力达到一定数值，铸件便产生变形甚至开裂。2、可锻性（塑性成形性）金属可锻性是衡量材料在经受压力加工时变形的能力。衡量金属可锻性的指标1）2、可锻性（塑性成形性）金属可锻性是衡量材料在经受压力加工时变形的能力。衡量金属可锻性的指标1）塑性塑性：金属的塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力；用断面收缩率、伸长率表示；2）：金属的塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力；用断面收缩率、伸长率表示；2）变形抗力变形抗力:变形过程中，金属抵抗外力作用能力的大小。:变形过程中，金属抵抗外力作用能力的大小。优良的塑性使产品获得准确的外形而不破裂；变形抗力越小，变形消耗的能量也越少，锻压越省力。优良的塑性使产品获得准确的外形而不破裂；变形抗力越小，变形消耗的能量也越少，锻压越省力。3.2黑色金属材料3.2.1碳钢与铸铁3.2黑色金属材料3.2.1碳钢与铸铁“铁碳合金”：由“铁碳合金”：由9595以上以上铁铁和和0.054碳0.054碳及1左右杂质元素所组成合金；及1左右杂质元素所组成合金；一般含碳量0.022称为碳钢；一般含碳量0.022称为碳钢；大于2称为铸铁；大于2称为铸铁；当含碳量小于0.02时称纯铁(工业纯铁)；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。含碳量大于4.3的铸铁极脆。1、碳钢的耐腐蚀性能1、碳钢的耐腐蚀性能 价格较低廉，机械加工工艺性能优良，来源丰富。价格较低廉，机械加工工艺性能优良，来源丰富。中性溶液：耐腐蚀性随含氧量而定；中性溶液：耐腐蚀性随含氧量而定；酸性溶液：如可形成钝化膜则减缓腐蚀；酸性溶液：如可形成钝化膜则减缓腐蚀；碱性溶液，各类气体以及有机溶液中耐腐蚀性能较好碱性溶液，各类气体以及有机溶液中耐腐蚀性能较好 在大气和水中易生锈在大气和水中易生锈碳钢中的常存杂质Mn、Si，S、P 等；压力加工时熔化导致钢沿晶界开裂“压力加工时熔化导致钢沿晶界开裂“热脆热脆”。钢中要限硫含量：高级优质钢：S0.02%-0.03%；优质钢：S0.03%-0.045%；普通钢：S0.055%-0.7%以下。”。钢中要限硫含量：高级优质钢：S0.02%-0.03%；优质钢：S0.03%-0.045%；普通钢：S0.055%-0.7%以下。(1)S(1)S炼钢时由生铁和燃料带入。炼钢时由生铁和燃料带入。(2)P(2)P由生铁带入。使钢的强度硬度升高，而塑性、韧性显著下降。特别是使钢在低温时脆性急剧增加，称为由生铁带入。使钢的强度硬度升高，而塑性、韧性显著下降。特别是使钢在低温时脆性急剧增加，称为冷脆性冷脆性。比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中年冬发生断裂坠入河中高级优质钢：P0.025%；优质钢：P0.04%；普通钢：P0.085%。高级优质钢：P0.025%；优质钢：P0.04%；普通钢：P0.085%。（3）Mn（3）Mn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%。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%。（4）Si（4）Si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。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。2、碳钢的分类和编号原则2、碳钢的分类和编号原则分类分类含碳量2%含碳量2%，并有少量硅、锰以及磷、硫等杂质的铁碳合金。，并有少量硅、锰以及磷、硫等杂质的铁碳合金。按含碳量分：低碳钢；中碳钢；高碳钢按含碳量分：低碳钢；中碳钢；高碳钢 按品质分：普通碳钢和优质碳钢按品质分：普通碳钢和优质碳钢 按脱氧方法分：镇静钢、沸腾钢、半镇静钢和特殊镇静钢按脱氧方法分：镇静钢、沸腾钢、半镇静钢和特殊镇静钢 按用途分：结构钢、工具钢、锅炉钢等按用途分：结构钢、工具钢、锅炉钢等按用途分:工程用钢工程用钢:建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆渗 碳 钢调质 钢弹 簧钢滚动轴承钢耐 磨 钢机器用钢渗 碳 钢调质 钢弹 簧钢滚动轴承钢耐 磨 钢机器用钢结 构 钢结 构 钢刃具钢模具钢量具钢刃具钢模具钢量具钢工 具 钢工 具 钢不锈钢耐热钢不锈钢耐热钢特 殊 性能 钢特 殊 性能 钢Q235-A应用范围较广泛，良好塑性、韧性及加工工艺性能。板材：常温低压设备壳体和零部件；棒材和型钢：螺栓，螺母，支架，垫片，轴套，阀门、管件等。(2)优质碳素钢优质碳素钢S、P%0.035%例：例：45钢钢-Wc=0.45%65Mn：表示：表示Wc为为0.65%、含锰量较高（、含锰量较高（WMn=0.9-1.2%)的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。08F：表示：表示Wc为为0.08%的优质碳素结构钢，属沸腾钢。的优质碳素结构钢，属沸腾钢。牌号：两位数表示 含碳量的万分之几。除牌号：两位数表示 含碳量的万分之几。除08钢外，钢号间隔为钢外，钢号间隔为5优质碳素钢 GB/T 699优质碳素钢 GB/T 699依据含碳量不同：依据含碳量不同：优质低碳钢优质低碳钢：强度较低，塑性好，焊接性能好。：强度较低，塑性好，焊接性能好。（含C0.25%），如08、10、15、20、25；（含C0.25%），如08、10、15、20、25；常用作换热器的列管，设备接管。常用作换热器的列管，设备接管。优质中碳钢优质中碳钢：强度较高，韧性较好，焊接性能较差。：强度较高，韧性较好，焊接性能较差。（含C量0.3%0.60%）,如30、35、40、45、50与55；（含C量0.3%0.60%）,如30、35、40、45、50与55；45号钢搅拌轴。可作换热器管板等。45号钢搅拌轴。可作换热器管板等。优质高碳钢优质高碳钢：强度与硬度均较高。：强度与硬度均较高。（含C0.6%），如60、65、70、80。（含C0.6%），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。60、65钢主要用来制造弹簧，70、80钢用来制造钢丝绳等。（3）高级优质钢S0.02%0.03%；P0.025%，均0.03%。它的表示方法是在S0.02%0.03%；P0.025%，均0.03%。它的表示方法是在优质钢号后面加一个A字优质钢号后面加一个A字，如20A。，如20A。3、碳钢的品种及规格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（压力容器用热轧厚钢板）4mm6mm厚度间隔为0.5mm6mm30mm厚度间隔为 lmm30mm60mm厚度间隔为2mm一般碳素钢板材有 Q235-A、Q235-AF、08、10、15、20等。品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢（1）钢板（压力容器用热轧厚钢板）4mm6mm厚度间隔为0.5mm6mm30mm厚度间隔为 lmm30mm60mm厚度间隔为2mm一般碳素钢板材有 Q235-A、Q235-AF、08、10、15、20等。（2）钢管（2）钢管无缝钢管和有缝钢管。无缝钢管和有缝钢管。无缝钢管有冷轧和热轧。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。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。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。有缝管、水煤气管，分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。（3）型钢（3）型钢有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不等边）、工字钢和槽钢。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；圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；扁钢常用作各种桨叶；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。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。（4）铸钢和锻钢（4）铸钢和锻钢铸钢用 ZG表示，ZG25、ZG35等，用于制造各种铸钢用 ZG表示，ZG25、ZG35等，用于制造各种承受重载荷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、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。、50等牌号。石油化工容器用20、25等制作管板、法兰、顶盖等。3.2.1.2 铸铁3.2.1.2 铸铁含碳量2%以上，含有 S、P、Si、Mn等杂质的铁碳合金。脆性材料，抗拉强度较低，但有含碳量2%以上，含有 S、P、Si、Mn等杂质的铁碳合金。脆性材料，抗拉强度较低，但有良好铸造性良好铸造性、耐磨性耐磨性、减振性减振性及及切削加工性切削加工性。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。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。铸铁分类铸铁分类根据石墨的存在形式分类根据石墨的存在形式分类灰铸铁灰铸铁碳主要以碳主要以片状石墨片状石墨形式存在的铸铁形式存在的铸铁球墨铸铁球墨铸铁碳主要以碳主要以球状石墨球状石墨形式存在的铸铁形式存在的铸铁可锻铸铁可锻铸铁碳主要以碳主要以团絮状石墨团絮状石墨形式存在的铸铁形式存在的铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁碳主要以碳主要以蠕虫状石墨蠕虫状石墨形式存在的铸铁形式存在的铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁灰铸铁1、灰铸铁1、灰铸铁 含碳量2.7%4.0%，含碳量2.7%4.0%，片状石墨片状石墨形式，断面暗灰色。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)。有优良的铸造性、减振性能，支架、阀体、泵体(机座、管路附件等)。HT和抗拉强度HT和抗拉强度b b值表示，如 HT100，其中100表示值表示，如 HT100，其中100表示b b100MPa。100MPa。常用灰铸铁牌号有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。常用灰铸铁牌号有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。2、球墨铸铁2、球墨铸铁在强度、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b b400MPa，18表示=18%。400MPa，18表示=18%。3、高硅铸铁3、高硅铸铁有有高的耐蚀性能高的耐蚀性能，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等。，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等。4、高镍铸铁4、高镍铸铁 镍元素含量14%-32%。韧性，延展性，抗拉强度好于普通铸铁，碱耐受性提高。随着镍的增多，耐温程度也有所提高。镍元素含量14%-32%。韧性，延展性，抗拉强度好于普通铸铁，碱耐受性提高。随着镍的增多，耐温程度也有所提高。主要用于：泵、阀门、过滤板和反应釜等。主要用于：泵、阀门、过滤板和反应釜等。3.2.2 奥氏体不锈钢3.2.2 奥氏体不锈钢不锈钢定义：在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。不锈钢定义：在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。含铬11%以上或同时含镍的钢种含铬11%以上或同时含镍的钢种，耐腐蚀性能好。，耐腐蚀性能好。化工管道的腐蚀化工管道的腐蚀裂解管内壁的高温腐蚀减薄裂解管内壁的高温腐蚀减薄奥氏体不锈钢主要是奥氏体不锈钢主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。性能特点：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。）型不锈钢。性能特点：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含氯离子，发生晶间腐蚀的倾向。不锈钢中合金元素的作用不锈钢中合金元素的作用 1、低碳：碳高，则降低耐蚀性。1、低碳：碳高，则降低耐蚀性。2、Cr：是提高耐蚀性的主要元素2、Cr：是提高耐蚀性的主要元素 形成稳定致密的Cr 形成稳定致密的Cr2 2O O3 3氧化膜.氧化膜.Cr含量大于13%时，可显著提高基体电极电位。Cr含量大于13%时，可显著提高基体电极电位。提高钢的淬透性。提高钢的淬透性。3、Ni：获得单相奥氏体组织。3、Ni：获得单相奥氏体组织。4、Mo：耐有机酸腐蚀。4、Mo：耐有机酸腐蚀。5、Ti,Nb:防止奥氏体钢晶间腐蚀.5、Ti,Nb:防止奥氏体钢晶间腐蚀.铁原子在空间排列的方式：铁原子在空间排列的方式：面心立方晶格面心立方晶格八个原子构成立方体，在立方体的每一面的中心还有一个原子，塑性好。八个原子构成立方体，在立方体的每一面的中心还有一个原子，塑性好。体心立方晶格体心立方晶格在立方体的体积中心还有一个原子，强度高。在立方体的体积中心还有一个原子，强度高。密排六方晶格密排六方晶格由12个原子构成简单六方体，且在上下两个六方面的中心各有一个原子，在上、下两个六方面的中间还有三个原子。由12个原子构成简单六方体，且在上下两个六方面的中心各有一个原子，在上、下两个六方面的中间还有三个原子。碳在-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体(A)，最高溶碳量为1148时的wc=2.11，最小为727时的wc=0.77；奥氏体具有高塑性、低硬度和强度，其力学性能为：b400MPa、170-220HBS。碳在-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体(A)，最高溶碳量为1148时的wc=2.11，最小为727时的wc=0.77；奥氏体具有高塑性、低硬度和强度，其力学性能为：b400MPa、170-220HBS。奥氏体主要存在于727以上的高温范围内，利用这一特性，工程上常将钢加热到高温奥氏体状态下进行塑性成形。奥氏体主要存在于727以上的高温范围内，利用这一特性，工程上常将钢加热到高温奥氏体状态下进行塑性成形。晶间腐蚀晶间腐蚀在在400800400800的温度范围内，碳从奥氏体中以碳化铬（Cr的温度范围内，碳从奥氏体中以碳化铬（Cr2323C C6 6）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）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晶间腐蚀。奥氏体不锈钢晶界的奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出析出晶间腐蚀晶间腐蚀提高不锈钢抗晶间腐蚀性能的方法提高不锈钢抗晶间腐蚀性能的方法（1）固溶处理，加热至1065-1120（1）固溶处理，加热至1065-1120o oC，则CrC，则Cr2323C C6 6会溶解，均匀的分布于晶粒，然后急冷使不致沉淀。（2）加入稳定元素钛或铌等強碳化物形成元素形成碳化钛和碳化铌以減少晶界铬缺乏现象。（3）降低含碳量，冶炼低碳(C 0.03)不锈钢和超低碳(C+N 0.002)不锈钢。会溶解，均匀的分布于晶粒，然后急冷使不致沉淀。（2）加入稳定元素钛或铌等強碳化物形成元素形成碳化钛和碳化铌以減少晶界铬缺乏现象。（3）降低含碳量，冶炼低碳(C 0.03)不锈钢和超低碳(C+N 0.002)不锈钢。常用钢种 广泛用于化工设备及管道 标号：标号：平均含碳量的千分数平均含碳量的千分数+合金元素+合金元素+合金元素含量的平均百分数合金元素含量的平均百分数。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。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。