化工机械基础26.ppt

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1、概述概述过程装备用材料的种类过程装备用材料的种类(1)(1)金属材料金属材料 黑色金属黑色金属(如钢材如钢材)、有色金属、有色金属(如铝、铜等如铝、铜等)。(2)(2)非金属材料非金属材料 如橡胶、石棉、塑料等如橡胶、石棉、塑料等。(3)(3)复合材料复合材料 如玻璃纤维增强塑料如玻璃纤维增强塑料(FRP)。第二篇 工程材料第六章 过程装备材料 第一页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/316.1.1.1 6.1.1.1 金属材料的主要性能金属材料的主要性能(1)(1)力学性能力学性能 它是指材料在外力作用下表现出来的性能，它是指材料在外力作用下表现出来的性能，一般有以下几个主要指标

2、一般有以下几个主要指标:6.1 6.1 过程装备用金属材料过程装备用金属材料6.1.1 6.1.1 金属材料的基本知识金属材料的基本知识第二页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/32 1)1)机械强度机械强度 它是指材料抵抗外力作用避免引起破坏的能力，它是指材料抵抗外力作用避免引起破坏的能力，它是过程装备设计与选材的主要依据之一，是它是过程装备设计与选材的主要依据之一，是材料的重要机械性能指标。材料的重要机械性能指标。反映材料强度高低反映材料强度高低的指标有的指标有:屈服极限屈服极限(ReL或或Rp0.2)、抗拉强度抗拉强度(Rm)，高温时需要考虑蠕变极限高温时需要考虑蠕变极限(蠕变

3、极限n：1万小时变形量1%)。交变载荷作用时则需要考虑疲劳极限交变载荷作用时则需要考虑疲劳极限(-1：以106-107次不被破坏的应力)。第三页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/33 2)2)塑性塑性塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久变形塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力，通常的能力，通常用伸长率用伸长率和断面收缩率和断面收缩率Z表表示示。3)3)韧性韧性 韧性是指材料在断裂前吸收变形能量的能力。韧性是指材料在断裂前吸收变形能量的能力。韧性是材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。韧性是材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。评定材料韧性的指标通常评定材料韧性的指标通常以标准试样的冲击以

4、标准试样的冲击吸收功吸收功(AK)表示表示（使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积）。第四页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/34 4)4)硬度硬度硬度是指材料抵抗其它物体压入的能力，它硬度是指材料抵抗其它物体压入的能力，它是衡量材料软硬的判据。工程上常用的硬度是衡量材料软硬的判据。工程上常用的硬度指标为指标为布氏硬度布氏硬度(HBS、HBW)、洛氏硬度、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)和维氏硬度和维氏硬度(HV)等。等。硬度的大小说明材料的耐磨性及切削加工的硬度的大小说明材料的耐磨性及切削加工的可能性，通常材料硬度愈高，零件耐磨性愈可能性，通常材料硬度愈高，零件耐磨性愈

5、好，但其切削加工性能较差。好，但其切削加工性能较差。材料的硬度与强度之间存在近似的对应关系材料的硬度与强度之间存在近似的对应关系:材料的强度愈高，其硬度也高材料的强度愈高，其硬度也高。第五页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/35(2)(2)耐腐蚀性能耐腐蚀性能它是指它是指材料在使用工艺条件下抵抗腐蚀性介材料在使用工艺条件下抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力质侵蚀的能力。对于对于均匀腐蚀，在过程设备设计中通常是采均匀腐蚀，在过程设备设计中通常是采用普通钢材再留有一定的腐蚀裕量来解决的用普通钢材再留有一定的腐蚀裕量来解决的。对于对于有局部腐蚀的过程设备，则必须从选择有局部腐蚀的过程设备，则必须从

6、选择相应的耐腐蚀材料及防护措施着手解决相应的耐腐蚀材料及防护措施着手解决。第六页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/36(3)(3)加工工艺性能加工工艺性能n金属材料的加工工艺性能是指保证加工质量金属材料的加工工艺性能是指保证加工质量的前提下，加工的难易程度。的前提下，加工的难易程度。n金属材料的主要加工工艺性能有金属材料的主要加工工艺性能有：焊接性能、焊接性能、铸造性能、铸造性能、压力加工性能、机加工性能及压力加工性能、机加工性能及热处理性能等热处理性能等。第七页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/37n金属材料具有许多优良性能是和金属原子的金属材料具有许多优良性能是和金

7、属原子的聚集状态以及它的组织有关的。聚集状态以及它的组织有关的。n固态物质，根据其内部原子的聚集状态的不固态物质，根据其内部原子的聚集状态的不同分为晶体和非晶体两大类。同分为晶体和非晶体两大类。n所谓非晶体是其内部原子杂乱无章地不规则所谓非晶体是其内部原子杂乱无章地不规则的堆积。晶体则是其内部原子有规则的排列，的堆积。晶体则是其内部原子有规则的排列，所有的固态金属都是晶体所有的固态金属都是晶体。6.1.1.2 6.1.1.2 金属材料的晶体结构金属材料的晶体结构 第八页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/38晶体是由许多金属原子晶体是由许多金属原子(或离子或离子)在空间按一定几何形在

8、空间按一定几何形式规则地紧密地排列而成。式规则地紧密地排列而成。把每一个原子看成一个小球，把这些小球用线条把每一个原子看成一个小球，把这些小球用线条连接起来，就这样得到一个空间格架，这种空间连接起来，就这样得到一个空间格架，这种空间格架叫格架叫“晶格晶格”，晶格的最小几何组成单元叫晶格的最小几何组成单元叫“晶胞晶胞”，如下图所示：如下图所示：(1)(1)金属晶体结构的概念金属晶体结构的概念 第九页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/39各种金属晶格结构是不同的，常见的金属晶格结各种金属晶格结构是不同的，常见的金属晶格结构如下图所示：构如下图所示：第十页，编辑于星期六：十八点 十九分。

9、2023/3/310(2)(2)金属材料具有不同的性能与其不同的晶体金属材料具有不同的性能与其不同的晶体结构有关。结构有关。例如，例如，纯铁在纯铁在910C以下具有体心立方晶格结以下具有体心立方晶格结构，称为构，称为-Fe；铁在铁在910C1394C为面心为面心立方晶格结构，称为立方晶格结构，称为-Fe。这两种晶格结构这两种晶格结构的铁，其溶碳能力是不同的：碳溶解到的铁，其溶碳能力是不同的：碳溶解到-Fe中形成的固溶体叫铁素体，其最大溶碳量不中形成的固溶体叫铁素体，其最大溶碳量不超过超过0.0218%；碳溶解到；碳溶解到-Fe中形成的固溶中形成的固溶体叫奥氏体，其最大溶碳量可达体叫奥氏体，其最

10、大溶碳量可达2.11%。这这两种性质完全不同的组织形式在钢中的存在两种性质完全不同的组织形式在钢中的存在状态也直接影响着钢的性能状态也直接影响着钢的性能。第十一页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/3116.1.1.3 6.1.1.3 铁碳合金相图铁碳合金相图 铁碳合金相图是用图解的方法表示铁碳合金在极其缓慢铁碳合金相图是用图解的方法表示铁碳合金在极其缓慢的冷却速度下，合金的成分、组织和性能之间的关系及其的冷却速度下，合金的成分、组织和性能之间的关系及其变化规律，又称铁碳合金平衡图。变化规律，又称铁碳合金平衡图。铁碳合金相图是人们在长期的生产和科学实验中总铁碳合金相图是人们在长期的生

11、产和科学实验中总结出来的，结出来的，对于了解钢中组织结构变化和制定热处理工对于了解钢中组织结构变化和制定热处理工艺具有极为重要的意义艺具有极为重要的意义。整个铁碳合金相图可以看成是由整个铁碳合金相图可以看成是由Fe-Fe3C、Fe3C-Fe2C、Fe2C-FeC和和FeC-C等各部分相图组成。然而，铁碳等各部分相图组成。然而，铁碳合金当含碳量超过合金当含碳量超过5%时机械性能和工艺性能都差而时机械性能和工艺性能都差而没有实际应用价值，没有实际应用价值，Fe3C的含碳量达到的含碳量达到6.69%，故，故实实际上普遍应用的铁碳合金相图是指际上普遍应用的铁碳合金相图是指Fe-Fe3C相图部分相图部分

12、。第十二页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/312 图图 简化的简化的Fe-Fe3C相图相图第十三页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/313(1)(1)铁碳合金相图中的基本相铁碳合金相图中的基本相 铁素体铁素体 碳溶于碳溶于-Fe中形成的固溶体称为铁素体，用中形成的固溶体称为铁素体，用F表示。表示。由于铁素体中碳的溶解度很小，最大溶解度在由于铁素体中碳的溶解度很小，最大溶解度在727C时为时为0.0218%，室温时溶碳量仅为，室温时溶碳量仅为0.0008%，因此，因此，铁素体的强度和硬度低、塑性好，力学性能与铁素体的强度和硬度低、塑性好，力学性能与纯铁相似纯铁相似。奥氏

13、体奥氏体 碳溶解到碳溶解到-Fe中形成的固溶体称为奥氏体，中形成的固溶体称为奥氏体，用用A表示。表示。由于奥氏体中碳的溶解度较大，在由于奥氏体中碳的溶解度较大，在727C时时为为0.77%，在，在1148C时达到最大溶碳量时达到最大溶碳量2.11%，因此，因此，奥氏体的强度和硬度不高，但塑性好，容易压力加工奥氏体的强度和硬度不高，但塑性好，容易压力加工。第十四页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/314渗碳体渗碳体 铁和碳形成的化合物铁和碳形成的化合物Fe3C称为渗碳体称为渗碳体，其含，其含碳量为碳量为6.69。渗碳体的硬度渗碳体的硬度很高，强度极低，脆性很高，强度极低，脆性非常大，

14、对铁碳合金的力学性能有很大影响非常大，对铁碳合金的力学性能有很大影响。莱氏体莱氏体 当含碳量为当含碳量为4.30%的液态合金冷却到的液态合金冷却到1148C时，时，同时结晶出奥氏体和渗碳体的共晶混合物，称为莱氏体，同时结晶出奥氏体和渗碳体的共晶混合物，称为莱氏体，用用Ld表示表示；在；在727C以下，莱氏体中的奥氏体将发生共析以下，莱氏体中的奥氏体将发生共析转变，转变为珠光体，此时由珠光体和渗碳体所组成的莱转变，转变为珠光体，此时由珠光体和渗碳体所组成的莱氏体称为低温莱氏体，用氏体称为低温莱氏体，用Ld表示表示。莱氏体中由于含有大莱氏体中由于含有大量的渗碳体，其硬度高，但脆性很大量的渗碳体，其

15、硬度高，但脆性很大。珠光体珠光体 铁素体和渗碳体的共析混合物称为珠光体，铁素体和渗碳体的共析混合物称为珠光体，用用P表示表示。珠光体的力学性能介于铁素体和渗碳体之间。珠光体的力学性能介于铁素体和渗碳体之间。第十五页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/315(2)(2)铁碳合金相图中的主要特性点和特性线铁碳合金相图中的主要特性点和特性线 S点点共析点：共析点：当铁碳合金的含碳量为当铁碳合金的含碳量为0.77，奥氏体在奥氏体在727C时发生共析转变时发生共析转变，同时析出铁素体和，同时析出铁素体和渗碳体的共析混合物，即为珠光体渗碳体的共析混合物，即为珠光体。ACD线线液相线：液相线：所有

16、合金在此线以上是液相所有合金在此线以上是液相区，用符号区，用符号L表示。表示。合金冷却到此线开始合金冷却到此线开始结晶。结晶。AECF线线固相线固相线：所有合金在此线以下均是固体所有合金在此线以下均是固体状态状态。第十六页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/316ES线线Acm线：线：表示碳在奥氏体中的溶解度曲线表示碳在奥氏体中的溶解度曲线，由于在由于在1148C时奥氏体中溶碳量最大可达时奥氏体中溶碳量最大可达2.11，而在，而在727C时仅为时仅为0.77。同时，它也是合金在冷却过程中。同时，它也是合金在冷却过程中从奥氏体中析出二次渗碳体的开始线从奥氏体中析出二次渗碳体的开始线。G

17、S线线A3线：线：表示合金在冷却过程中从奥氏体中析表示合金在冷却过程中从奥氏体中析出铁素体的开始线出铁素体的开始线，或在加热时铁素体溶入奥氏体的终，或在加热时铁素体溶入奥氏体的终了线。了线。PSK线线共析线：又称共析线：又称A1线，线，在此线上发生共析在此线上发生共析转变，其转变产物为珠光体转变，其转变产物为珠光体。含碳量在。含碳量在0.02186.69的铁碳合金冷却到的铁碳合金冷却到727C时时都有共析转变发生。都有共析转变发生。第十七页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/317钢的机械性能不仅因其化学成分的不同而有钢的机械性能不仅因其化学成分的不同而有很大的差异，另一方面，即使化

18、学成分相同很大的差异，另一方面，即使化学成分相同的钢材，当加热到一定的温度时，若采用不的钢材，当加热到一定的温度时，若采用不同的冷却方式，则钢材的机械性能也会有很同的冷却方式，则钢材的机械性能也会有很大的差异，这是大的差异，这是由钢材内部组织结构发生变由钢材内部组织结构发生变化所引起的化所引起的。将钢材通过适当的加热、保温和冷却过程，将钢材通过适当的加热、保温和冷却过程，使钢材内部组织按照一定的规律变化，以获使钢材内部组织按照一定的规律变化，以获得预期的力学性能和加工性能，这种工艺过得预期的力学性能和加工性能，这种工艺过程就称为钢的热处理程就称为钢的热处理。6.1.1.4 6.1.1.4 钢的

19、热处理钢的热处理第十八页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/318常用的热处理方法常用的热处理方法:(1)(1)退火；退火；(2)(2)正火；正火；(3)(3)淬火；淬火；(4)(4)回火；回火；(5)(5)化学热处理。化学热处理。第十九页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/319 1)1)退火退火n退火是把钢件放在炉中加热至一定温度，根退火是把钢件放在炉中加热至一定温度，根据零件形状尺寸在该温度保温一定时间后，据零件形状尺寸在该温度保温一定时间后，然后随炉以缓慢的冷却速度冷却下来，以得然后随炉以缓慢的冷却速度冷却下来，以得到接近平衡状态组织的一种热处理工艺。到接近平衡状态

20、组织的一种热处理工艺。n钢经过退火处理后能达到消除内应力、强度钢经过退火处理后能达到消除内应力、强度和硬度下降而塑性、韧性提高的目的。和硬度下降而塑性、韧性提高的目的。n根据钢的成分和热处理目的要求不同，根据钢的成分和热处理目的要求不同，退火退火可以分为完全退火、再结晶退火、低温退火可以分为完全退火、再结晶退火、低温退火三种热处理工艺。三种热处理工艺。第二十页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/320 2)2)正火正火 正火是将钢件加热到正火是将钢件加热到GS或或ES线线(图图8-2)以上以上30C50C，经适当保温后在空气中冷却经适当保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。的一种热处理

21、工艺。正火与退火不同之处在正火与退火不同之处在于，于，正火时钢的冷却速度比退火时大，正火时钢的冷却速度比退火时大，因此，因此，所得组织更细，强度和硬度有所提高。所得组织更细，强度和硬度有所提高。正火处理具有减少钢件内应力、均匀组织和正火处理具有减少钢件内应力、均匀组织和细化晶粒，为最终热处理做好组织准备等作细化晶粒，为最终热处理做好组织准备等作用。另外，对于低碳钢也可以作为最终热处用。另外，对于低碳钢也可以作为最终热处理，因为正火使其晶粒细化，并使碳化物分理，因为正火使其晶粒细化，并使碳化物分布更均匀，以获得优良的综合性能。布更均匀，以获得优良的综合性能。第二十一页，编辑于星期六：十八点 十九

22、分。2023/3/321 3)3)淬火与回火淬火与回火n所谓淬火，就是把钢件加热到临界温度所谓淬火，就是把钢件加热到临界温度GS或或PSK线线(图图8-2)以上，使钢的组织成为单以上，使钢的组织成为单一的奥氏体，然后保温一定的时间后用油或一的奥氏体，然后保温一定的时间后用油或水急速冷却的热处理工艺。水急速冷却的热处理工艺。由于冷却速度很由于冷却速度很大且温度很低，钢材组织中的碳原子无能力大且温度很低，钢材组织中的碳原子无能力扩散被全部保留在铁素体中，形成一种硬度扩散被全部保留在铁素体中，形成一种硬度高、脆性大、塑性和韧性都很差且极不稳定高、脆性大、塑性和韧性都很差且极不稳定的过饱和固溶体，称为

23、马氏体。的过饱和固溶体，称为马氏体。淬火的主要目的是获得马氏体。由于马氏体淬火的主要目的是获得马氏体。由于马氏体是一种不稳定的组织，因此，是一种不稳定的组织，因此，淬火后一定要淬火后一定要进行回火进行回火。第二十二页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/322所谓回火就是将经过淬火后的钢件重新加热所谓回火就是将经过淬火后的钢件重新加热到到PSK线以下某一温度，以使其转变为较稳线以下某一温度，以使其转变为较稳定的组织，提高钢的综合力学性能。定的组织，提高钢的综合力学性能。在回火过程中，回火温度是决定回火后钢件在回火过程中，回火温度是决定回火后钢件机械能的主要因素。因此，常按回火温度的机械

24、能的主要因素。因此，常按回火温度的不同分为不同分为低温回火、中温回火、高温回火低温回火、中温回火、高温回火三三种热处理工艺。种热处理工艺。通常在生产上将淬火加高温回火的热处理称通常在生产上将淬火加高温回火的热处理称为调质处理为调质处理，它广泛应用于要求高强度、承，它广泛应用于要求高强度、承受交变载荷或冲击载荷的工件受交变载荷或冲击载荷的工件(如过程机器如过程机器中重要的轴等中重要的轴等)。第二十三页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/323 4)4)化学热处理化学热处理化学热处理是将钢件置入特殊介质中加热和化学热处理是将钢件置入特殊介质中加热和保温，使特殊介质中的一种或几种元素渗入保

25、温，使特殊介质中的一种或几种元素渗入钢件表面，改变其成分和组织，从而改变钢钢件表面，改变其成分和组织，从而改变钢件表面性能的热处理工艺件表面性能的热处理工艺。它可以提高钢件的耐蚀性、耐磨性、抗氧化它可以提高钢件的耐蚀性、耐磨性、抗氧化性、耐热性和抗疲劳性。化学热处理性、耐热性和抗疲劳性。化学热处理按照渗按照渗入的元素不同可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗入的元素不同可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗以及渗铝、渗铬、渗硼、渗硫和多元共渗等以及渗铝、渗铬、渗硼、渗硫和多元共渗等多种表面处理方法多种表面处理方法。第二十四页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/324钢材按其形状不同可分为若干类品种，过程钢材

26、按其形状不同可分为若干类品种，过程装备制造中所用的常见钢材品种如表装备制造中所用的常见钢材品种如表8-1所所示，每一品种的钢材又有一系列不同的规格。示，每一品种的钢材又有一系列不同的规格。6.1.2 6.1.2 过程装备常用钢材过程装备常用钢材 6.1.2.1 6.1.2.1 钢材的品种和规格钢材的品种和规格 钢材冶炼厂所生产的钢材品种和规格一般应钢材冶炼厂所生产的钢材品种和规格一般应符合国家标准的规定，用户可根据工程实际符合国家标准的规定，用户可根据工程实际情况合理选用钢材品种和规格。情况合理选用钢材品种和规格。第二十五页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/325第二十六页，编辑于

27、星期六：十八点 十九分。2023/3/326钢材的品种很多，钢材的分类比较复杂，而且各钢材的品种很多，钢材的分类比较复杂，而且各种标准不尽一致。为了便于生产、保管、选材和种标准不尽一致。为了便于生产、保管、选材和研究，我国常用的钢材分类有如下五种：研究，我国常用的钢材分类有如下五种：6.1.2.2 6.1.2.2 钢材的分类钢材的分类 (1)(1)根据钢材的化学成分，可分为碳素钢和合金钢两大根据钢材的化学成分，可分为碳素钢和合金钢两大类类，其中碳素钢按含碳量的多少又分为低碳钢，其中碳素钢按含碳量的多少又分为低碳钢(含碳含碳量量0.25%)、中碳钢、中碳钢(含碳量在含碳量在0.25%0.60%之

28、间之间)和高碳钢和高碳钢(含碳量含碳量0.60%)，合金钢按合金元素的，合金钢按合金元素的总量又分为低合金钢总量又分为低合金钢(合金元素的总量在合金元素的总量在10%以下以下)和高合金钢和高合金钢(合金元素的总量大于合金元素的总量大于10%)。第二十七页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/327(2)(2)根据钢材的品质，可分为根据钢材的品质，可分为普通钢普通钢(钢中所含有害杂质钢中所含有害杂质S0.050%、P0.045%)、优质钢优质钢(钢中所含有害杂质钢中所含有害杂质S0.035%、P0.035%)、高级优质钢高级优质钢(钢中所含有害钢中所含有害杂质杂质S0.025%、P0.0

29、25%)和和特级优质钢特级优质钢(钢中所钢中所含有害杂质含有害杂质S0.015%、P0.025%)四类四类。(4)(4)根据钢材的金相组织，根据钢材的金相组织，按退火组织分为亚共析钢、按退火组织分为亚共析钢、共析钢和过共析钢共析钢和过共析钢；按正火组织分为珠光体钢、贝按正火组织分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。(3)(3)根据钢材的冶炼方法，根据钢材的冶炼方法，按炉的种类分为平炉钢、转炉按炉的种类分为平炉钢、转炉钢和电炉钢钢和电炉钢；按脱氧的程度分为镇静钢、半镇静钢按脱氧的程度分为镇静钢、半镇静钢和沸腾钢和沸腾钢。第二十八页，编辑于星期六：十八点 十九分。2

30、023/3/328(5)(5)根据钢材的用途，可分为结构钢、工具钢根据钢材的用途，可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢三大类，其中和特殊性能钢三大类，其中结构钢又分为建结构钢又分为建筑用钢、专门用钢筑用钢、专门用钢(如锅炉和压力容器专用如锅炉和压力容器专用钢板等钢板等)和机械零件用钢和机械零件用钢。此外，还可根据此外，还可根据GB/T13304钢分类将钢材钢分类将钢材进行分类：进行分类：第一部分是按化学成分分为非合第一部分是按化学成分分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类；金钢、低合金钢和合金钢三大类；第二部分第二部分是按主要质量等级和主要性能或使用特性进行是按主要质量等级和主要性能或使用特性进行再

31、分类。再分类。第二十九页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/329(1)(1)碳素钢碳素钢n碳素钢是由铁和碳组成的铁碳合金，碳素钢是由铁和碳组成的铁碳合金，其含碳量为其含碳量为0.02%2.11，是各种工业生产中被广泛应用的一种金属材料。是各种工业生产中被广泛应用的一种金属材料。n根据钢的质量等级，碳素钢可分为根据钢的质量等级，碳素钢可分为碳素结构钢和优质碳素碳素结构钢和优质碳素结构钢结构钢。n碳素结构钢有一定的强度、良好的塑性、韧性和加工工碳素结构钢有一定的强度、良好的塑性、韧性和加工工艺性，特别是焊接性能良好。虽然品质差一些，但仍能艺性，特别是焊接性能良好。虽然品质差一些，但仍能

32、满足一般结构件的要求，且价格低廉，因而得以广泛应满足一般结构件的要求，且价格低廉，因而得以广泛应用，常热轧成钢板、型钢、钢筋等，用作低压螺栓、螺用，常热轧成钢板、型钢、钢筋等，用作低压螺栓、螺母、支架及要求不高的轴类零件等。母、支架及要求不高的轴类零件等。6.1.2.3 6.1.2.3 压力容器用钢压力容器用钢压力容器用钢根据压力容器用钢根据GB150所引用的钢材标准，主要为所引用的钢材标准，主要为碳素钢碳素钢、低合金钢低合金钢(包括低合金高强度结构钢、低温用钢、包括低合金高强度结构钢、低温用钢、中温抗氢钢和低合金耐蚀钢中温抗氢钢和低合金耐蚀钢)和和高合金钢高合金钢(包括不锈钢和包括不锈钢和耐

33、热钢耐热钢)三大类三大类:第三十页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/330 1)1)碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢的牌号通常由四部分组成：碳素结构钢的牌号通常由四部分组成：第一部分是前缀符号第一部分是前缀符号+强度值，如通用结构钢前缀符强度值，如通用结构钢前缀符号为代表屈服强度的拼音字母号为代表屈服强度的拼音字母“Q”，强度值采用厚，强度值采用厚度度16mm的最低屈服强度值的最低屈服强度值(MPa)；第二部分第二部分(必要时必要时)为钢的质量等级符号，用英文字母为钢的质量等级符号，用英文字母A、B、C、D、表示；表示；第三部分第三部分(必要时必要时)为脱氧方式表示符号，沸腾钢标以为

34、脱氧方式表示符号，沸腾钢标以符号符号“F”，镇静钢标以符号，镇静钢标以符号“Z”或不标注，特殊镇或不标注，特殊镇静钢标以符号静钢标以符号“TZ”或不标注；或不标注；第四部分第四部分(必要时必要时)为产品用途、特性和工艺方法表示符为产品用途、特性和工艺方法表示符号。号。第三十一页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/331Q235AF表示厚度表示厚度16mm的最低屈服强度值的最低屈服强度值为为235MPa、质量等级为、质量等级为A级的沸腾碳素结级的沸腾碳素结构钢。构钢。Q235A、Q235B及及Q235C分别表示厚度分别表示厚度16mm的最低屈服强度值为的最低屈服强度值为235MPa的低

35、碳的低碳镇静钢，钢板质量等级分别为镇静钢，钢板质量等级分别为A、B、C。第三十二页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/332 2)2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢 与碳素结构钢相比，优质碳素结构钢所含有害杂质与碳素结构钢相比，优质碳素结构钢所含有害杂质(S0.035%，P0.035%)及非金属夹杂物较少，塑性及及非金属夹杂物较少，塑性及韧性较高，并可通过热处理强化，多用于较为重要的韧性较高，并可通过热处理强化，多用于较为重要的零件，是应用极广的一种过程装备用钢。但成本比碳零件，是应用极广的一种过程装备用钢。但成本比碳素结构钢高。素结构钢高。优质碳素结构钢的牌号通常由五部分组成：优质碳

36、素结构钢的牌号通常由五部分组成：第一部第一部分是以两位阿拉伯数字表示平均含碳量分是以两位阿拉伯数字表示平均含碳量(万分之几万分之几)；第二部分第二部分(必要时必要时)为当含锰量较高的优质碳素结构为当含锰量较高的优质碳素结构钢，加锰元素符号钢，加锰元素符号Mn；第三部分第三部分(必要时必要时)表示钢材冶表示钢材冶金质量，即高级优质钢、特级优质钢分别以金质量，即高级优质钢、特级优质钢分别以A、E表表示，优质钢不用字母表示；示，优质钢不用字母表示；第四部分第四部分(必要时必要时)为脱氧为脱氧方式表示符号；方式表示符号；第五部分第五部分(必要时必要时)为产品用途、特为产品用途、特性和工艺方法表示符号。

37、性和工艺方法表示符号。第三十三页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/333 20，表示平均含碳量为万分之二十，表示平均含碳量为万分之二十(即即0.20%)的优质的优质碳素结构钢碳素结构钢。40Mn，表示平均含碳量为万分之四十，表示平均含碳量为万分之四十(即即0.40%)且且含锰量为含锰量为0.70%1.00%的优质碳素结构钢的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢在压力容器制造中应用较多的是优质碳素结构钢在压力容器制造中应用较多的是10、20钢钢管和钢钢管和16Mn、20、35钢锻件，其中钢锻件，其中10、20钢钢管钢钢管主要用于压力容器各种接管、换热设备换热管等的主要用于压力容器各种接管、

38、换热设备换热管等的制造，制造，16Mn、20、35钢锻件则主要用于压力容器法钢锻件则主要用于压力容器法兰、换热设备管板或强度要求较高的螺栓、螺母等兰、换热设备管板或强度要求较高的螺栓、螺母等的制造。此外，的制造。此外，45钢常用于轴、齿轮等零件的制造。钢常用于轴、齿轮等零件的制造。第三十四页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/334(2)(2)低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢n低合金高强度结构钢是在低碳的碳素钢基础低合金高强度结构钢是在低碳的碳素钢基础上，通过添加少量合金元素，从而达到提高上，通过添加少量合金元素，从而达到提高钢的强度和改善其综合性能的目的。钢的强度和改善其综合性

39、能的目的。低合金高强度结构钢采用低碳的目的是为了低合金高强度结构钢采用低碳的目的是为了提高钢的塑性，以便获得良好的焊接性能和提高钢的塑性，以便获得良好的焊接性能和冷变形性能，其碳的质量分数一般不超过冷变形性能，其碳的质量分数一般不超过0.20%。低合金高强度结构钢的优良性能是靠添加少低合金高强度结构钢的优良性能是靠添加少量合金元素来实现的量合金元素来实现的，常用的合金元素有锰，常用的合金元素有锰(Mn)、铌、铌(Nb)、钛、钛(Ti)、钒、钒(V)和铜和铜(Cu)等，等，其总质量分数一般不超过其总质量分数一般不超过3。第三十五页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/335低合金高强度结

40、构钢的牌号表示方法和碳素低合金高强度结构钢的牌号表示方法和碳素结构钢的牌号表示方法相同结构钢的牌号表示方法相同，例如，例如，Q345C表示厚度表示厚度16mm的最低屈服强度值为的最低屈服强度值为345MPa、质量等级为、质量等级为C级的低合金高强度级的低合金高强度结构钢。结构钢。低合金高强度结构钢不仅强度明显高于具有低合金高强度结构钢不仅强度明显高于具有相同含碳量的碳素钢，而且具有良好的塑性、相同含碳量的碳素钢，而且具有良好的塑性、焊接性能和一定的耐蚀性能，因此，低合金焊接性能和一定的耐蚀性能，因此，低合金高强度钢广泛用于车辆、船舶、高压容器、高强度钢广泛用于车辆、船舶、高压容器、输油输气管道

41、、起重运输机械和大型钢结构输油输气管道、起重运输机械和大型钢结构桥梁等重要结构件的制造。桥梁等重要结构件的制造。第三十六页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/336(3)(3)不锈钢不锈钢n不锈钢是指具有耐大气、酸、碱和盐等介质不锈钢是指具有耐大气、酸、碱和盐等介质腐蚀作用的合金结构钢腐蚀作用的合金结构钢，这一类合金结构钢，这一类合金结构钢实际上是在低碳的碳素钢基础上，通过添加实际上是在低碳的碳素钢基础上，通过添加较多的合金元素较多的合金元素(总量超过总量超过10以上以上)而形成而形成的。的。n由于较多含量合金元素的加入提高了钢的整由于较多含量合金元素的加入提高了钢的整体热力学稳定性

42、，使钢呈现电化学性能稳定体热力学稳定性，使钢呈现电化学性能稳定的组织，并使钢在腐蚀性介质中呈现稳定的的组织，并使钢在腐蚀性介质中呈现稳定的钝态或表面生成致密的保护膜，从而极大地钝态或表面生成致密的保护膜，从而极大地提高了钢的耐蚀性能，还具备较好的耐热性提高了钢的耐蚀性能，还具备较好的耐热性能。能。第三十七页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/337n不锈钢牌号的表示方法是由化学元素符号和不锈钢牌号的表示方法是由化学元素符号和表示各元素含量的阿拉伯数字表示，其中碳表示各元素含量的阿拉伯数字表示，其中碳含量以两位或三位阿拉伯数字表示碳含量最含量以两位或三位阿拉伯数字表示碳含量最佳控制值佳

43、控制值(以万分之几或十万分之几计以万分之几或十万分之几计)，合，合金元素含量以合金元素符号及阿拉伯数字表金元素含量以合金元素符号及阿拉伯数字表示。示。n例如，碳含量不大于例如，碳含量不大于0.08%、铬含量为、铬含量为18%20%、镍含量为、镍含量为8%11%的不锈钢，牌的不锈钢，牌号为号为06Cr19Ni10；碳含量不大于碳含量不大于0.03%、铬、铬含量为含量为16%19%、钛含量为、钛含量为0.1%1%的的不锈钢，牌号为不锈钢，牌号为022Cr18Ti。第三十八页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/338不锈钢中的不锈钢中的常用合金元素有铬、镍、钼、铜、常用合金元素有铬、镍、钼

44、、铜、钛、硅、锰和氮等钛、硅、锰和氮等，根据所含主要合金元素，根据所含主要合金元素的不同，不锈钢常分为三类的不同，不锈钢常分为三类：1)1)以铬为主的铬不锈钢以铬为主的铬不锈钢(如如06Cr13等等)；2)2)以铬、镍为主的铬镍不锈钢以铬、镍为主的铬镍不锈钢(如如06Cr19Ni10、06Cr19Ni11Ti等等)；3)3)铬镍钼不锈钢铬镍钼不锈钢(如如022Cr19Mo3Si2N 等等)。第三十九页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/339过程设备制造中所用的低碳和超低碳不锈钢，过程设备制造中所用的低碳和超低碳不锈钢，均属于高合金结构钢，大多是既耐腐蚀又耐均属于高合金结构钢，大多是

45、既耐腐蚀又耐高温。高温。除了铬不锈钢之外，这些高合金结构钢均具除了铬不锈钢之外，这些高合金结构钢均具有良好的高温或低温性能。有良好的高温或低温性能。因此，需要在高温或低温工况下使用时可根因此，需要在高温或低温工况下使用时可根据不锈钢相关标准选择必要的耐高温或低温据不锈钢相关标准选择必要的耐高温或低温钢材。钢材。第四十页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/340(4)(4)锅炉和压力容器专用钢板锅炉和压力容器专用钢板为了确保锅炉和压力容器的使用安全，锅炉和压力为了确保锅炉和压力容器的使用安全，锅炉和压力容器在制造技术要求上非常严格，其承压元件应采容器在制造技术要求上非常严格，其承压元件

46、应采用锅炉和压力容器专用钢板。用锅炉和压力容器专用钢板。这类钢板要求质地均匀，对硫、磷等有害元素的控这类钢板要求质地均匀，对硫、磷等有害元素的控制更加严格制更加严格(S0.015%，P0.025%)，且需要进行某，且需要进行某些机械性能方面特殊项目的检验。些机械性能方面特殊项目的检验。锅炉和压力容器的专用钢板有锅炉和压力容器的专用钢板有Q245R、Q345R、Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR。低温压。低温压力容器的专用钢板有力容器的专用钢板有16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR。第四十一页，

47、编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/341Q245R是制造锅炉和压力容器专用的碳素钢是制造锅炉和压力容器专用的碳素钢板。板。Q345R是制造锅炉和压力容器专用的低合金是制造锅炉和压力容器专用的低合金高强度钢板，具有良好的综合力学性能、焊高强度钢板，具有良好的综合力学性能、焊接性能、工艺性能及低温冲击韧性。接性能、工艺性能及低温冲击韧性。Q345R是国产锅炉和压力容器专用钢板中使用量最是国产锅炉和压力容器专用钢板中使用量最大的一个钢号，主要用于制造大的一个钢号，主要用于制造-20C400C的中低压压力容器、多层高压容器及其承压的中低压压力容器、多层高压容器及其承压结构件结构件。16MnD

48、R是制造是制造-40C级低温压力容器的专用级低温压力容器的专用钢板，可用于液氨储罐等的制造钢板，可用于液氨储罐等的制造。第四十二页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/342工业上常用的铸铁是工业上常用的铸铁是含碳量为含碳量为2.11%4.5%的铁碳合金的铁碳合金，并含有硫、磷、硅、锰等杂质。，并含有硫、磷、硅、锰等杂质。铸铁是一种脆性材料，抗拉强度、塑性、韧铸铁是一种脆性材料，抗拉强度、塑性、韧性等力学性能均较低，但性等力学性能均较低，但具有很高的减摩性、具有很高的减摩性、耐磨性和优异的消振性以及低的缺口敏感性耐磨性和优异的消振性以及低的缺口敏感性。铸铁的生产成本低廉，铸造性能好，且

49、具有铸铁的生产成本低廉，铸造性能好，且具有优良的切削加工性，因此，在工业生产中得优良的切削加工性，因此，在工业生产中得到了普遍应用。到了普遍应用。8.1.3 8.1.3 铸铁铸铁 第四十三页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/343 常用的铸铁有如下几种：常用的铸铁有如下几种：(1)(1)灰铸铁灰铸铁 碳的全部或大部分以游离状态的片状石墨形式存碳的全部或大部分以游离状态的片状石墨形式存在于铸铁中，其在于铸铁中，其断口呈暗灰色断口呈暗灰色。灰铸铁是目前应用最广泛的一类铸铁可用于制造承受压灰铸铁是目前应用最广泛的一类铸铁可用于制造承受压应力及要求消振、耐磨的零件，如过程装备中泵、压缩应力

50、及要求消振、耐磨的零件，如过程装备中泵、压缩机的支架、底盘、阀体、泵体、管路附件等。在化工生机的支架、底盘、阀体、泵体、管路附件等。在化工生产中可用于制作纯碱或染料介质中工作的压力容器、泵产中可用于制作纯碱或染料介质中工作的压力容器、泵体、法兰等。体、法兰等。灰铸铁的牌号以灰铸铁的牌号以 HT加数字表示，如加数字表示，如HT100、HT150、HT200等等。后面的数字表示其抗拉强度值。后面的数字表示其抗拉强度值(MPa)，数，数字愈大，强度愈高。字愈大，强度愈高。第四十四页，编辑于星期六：十八点 十九分。2023/3/344(2)(2)球墨铸铁球墨铸铁 球墨铸铁是将铁水经过球化处理和孕育处理