化工设备常用材料.docx

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1、第八章 化工设备常用材料 了解材料各项性能的意义、碳钢与铸铁、常用有色金属和非金属材料的分类。 生疏化工设备中常用金属材料的机械性能指标和主要化学成分含量。 把握化工设备材料选用的原则，把握几种常用化工设备材料普低钢和低合金钢的牌号、性能、用途；把握常用金属材料热处理的方法和作用。第八章第一节 概 述化学工业是国民经济的根底产业，各种化学生产工艺的要求各不尽一样，如：压力从真空到 高压甚至超高压、温度从低温到高温 以及腐蚀性、易燃、易爆物料等，使得设备处在极其简单的操作条件下运行。由于不同的生产条件对设备材料有不同的要求，因此，合理的选用材料是设 计化工设备的主要环节。例如：对于高温容器，由于

2、钢材在高温的长期作用下，材料的力学性能和金属组织都会发生 明显的变化，加之承受肯定的工作压力 ，因此在选材时必需考虑到材料的强度及高温条件下组织的稳定性。容器内部盛装的介质大多具有肯定的腐蚀性，因此需要考虑材料的耐腐蚀状况。对 于频繁开、停车的设备或可能受到冲击载荷作用的设备，还要考虑材料的疲乏等；而低温条件下 操作的设备，则需要考虑材料低温下的脆性断裂问题。其次节 材料的性能材料的力学性能材料的性能材料的物理性能材料的化学性能材料的加工性能一、力学性能力学性能是指金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的力量，如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选择及计算时打算许用应力的

3、依据。 强度材料的强度是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的力量。一般来讲，材料强度仅指材料在到达允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力，像弹性极限、屈服点、抗拉强度、疲乏极限和蠕变极限等。材料在常温下的强度指标有屈服强度和抗拉压强度。屈服强度表示材料抵抗开头产生大量塑性变形的应力。抗拉强度表示材料抵抗外力而不致断裂的最大应力。在工程上，不仅需要材料的屈服强度高，而且还需要考虑屈服强度与抗拉强度的比值屈强比，依据不同的设备要求，其比值应适当。屈强比较小材料制造的零件具有较高的安全牢靠性，由于在工作时万一超载，也能由于塑性变形使金属的强度提高而不致马上断裂。但假设屈强比太低， 则材料强度的利用率

4、会降低。因此，过大、过小的屈强比都是不适宜的。在化工炼油设备中，很多零部件是长期在高温下工作的，对于制造这些零部件的金属材料的屈服限s s、抗拉强度限s b都会发生显著变化，必需考虑温度对力学性能的影响。通常随着温度上升，金属的强度降低而塑性增加。另外，金属材料在高温长期工作时，在肯定应力下，会随着时间的延长缓慢地不断发生塑性变化的现象，称为“蠕变”现象。例如，高温高压蒸汽管道虽然其承受的应力远小于工作温度下材料的屈服点，但在长期的使用中则会产生缓慢而连续的变形使管径日趋增大，最终可能导致裂开。材料在高温条件下抵抗这种缓慢塑性变形的力量，用蠕变极限s n表示。蠕变极限是指试样在肯定温度下和在规

5、定的持续时间内，产生的蠕变变形量总的或剩余的或第阶段的蠕变速度等于某规定值时的最大应力。对于长期承受交变应力作用的金属材料，还有考虑“疲乏破坏”。所谓“疲乏破坏”是指金属材料在小于屈服强度极限的循环载荷长期作用下发生破坏的现 象。疲乏断裂与静载荷下断裂不同，无论在静载荷下显示脆性或韧性的材料，在疲乏断裂时，都不产生明显的塑性变形，断裂是突然发生的，因此具有很大的危急性，常常造成严峻的事故。金属材料在循环应力下，经受无限次循环而不发生破坏的最大应力称为“疲乏强度”，以s r见a式表示 ，称为应力循环系数或应力比，在对称循环时，(r=-1表示。对于一般钢材，以 106107 次不被破坏的应力，作为

6、疲乏强度。-a一、力学性能力学性能是指金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的力量，如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选择及计算时打算许用应力的依据。 硬度硬度是指固体材料对外界物体机械作用如压陷、刻划的局部抵抗力量。它是由承受不同的试验方法来表征不同的抗力。硬度不是金属独立的根本性能， 而是反映材料弹性、强度与塑性等的综合性能指标。 在工程技术中应用最多的是压入硬度，常用的指标有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、 HRB)和维氏硬度(HV)等。所得到的硬度值的大小实质上是表示金属外表抵抗压入物体(钢球或锥体)所引起局部塑性变形的抗力大小。 一般状况下，硬度高的材料强

7、度高，耐磨性能较好，而切削加工性能较差。依据阅历， 大局部金属的硬度和强度之间有如下近似关系：低碳钢 s0.36 HBb高碳钢 s0.34 HBb灰铸铁 s0.1 HBb因而可用硬度近似地估量抗拉强度。一、力学性能力学性能是指金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的力量，如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选择及计算时打算许用应力的依据。塑性材料的塑性是指材料受力时，当应力超过屈服点后，能产生显著的变形而不即行断裂的性质。工程上以延长率s 和断面收缩率s 作为衡量金属静载荷下塑性变形力量的指标。1. 延长率s 延长率主要反映材料均匀变形的力量。它以试件拉断后，总伸长的长度

8、与原始长度的比值百分率s %来表示。2-1l2-1 式中试件断裂后的标距长度，mm2；l-试件原始的标距长度，mm2；0l断裂后试件确实定伸长量，mm2。延长率的大小与试件尺寸有关，为了便于进展比较，须将试件标准化。现国内承受的拉伸试样有：长圆试样用 l0/d0=10d0 为试样直径、短圆试样用l0/d0=5，分别在延长率下标以s 10和s 5来表示。2. 断面收缩率s断面收缩率主要反映材料局部变形的力量。它以试件拉断后，断面缩小的面积与原始截面面积比值的百分率s % 来表示。2-2A式中试件断裂后的最小截面积，mm2；A-试件的原始截面积，mm2。0断面收缩率的大小与试件尺寸无关。它不是一个

9、表征材料固有性能的指标， 但它对材料的组织变化比较敏感，尤其对钢的氢脆以及材料的缺口比较敏感。材料的延长率与断面收缩率值愈大，材料塑性愈好。塑性指标在化工设备设计中具有重要意义，有良好的塑性才能进展成型加工，如弯卷和冲压等；良好的塑性性能可使设备在使用中产生塑性变形而避开发生突然的断裂。承受静载荷的容器及零件，其制作材料都应具有肯定塑性，一般要求s 51020。过高的塑性常常会导致强度降低。一、力学性能力学性能是指金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的力量，如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选择及计算时打算许用应力的依据。 冲击韧性对于承受波动或冲击载荷的零件及在低温

10、条件下使用的设备，其材料性能仅考虑以上几种指标是不够的，必需考虑抗冲击性能。材料的抗冲击力量常以使其破坏所消耗的功或吸取的能除以试件的截面面积来衡量，称为材料的冲击韧度， 以s k表示，单位 J/cm2。韧性可理解为材料在外加动载荷突然攻击时的一种准时并快速塑性变形的力量。韧性高的材料一般都有较高的塑性指标，但塑性指标较高的材料，却不肯定具有较高的韧性，缘由是在静载下能够缓慢塑性变形的材料，在动载下不肯定能快速地塑性变形。因此，冲击值的凹凸，打算于材料有无快速塑性变形的力量。由于s k值在低温时会有不同程度的下降，故在化工设备中，低温容器所用钢板，s k值不得低于 30 J/cm2。二、物理性

11、能金属材料的物理性能有密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊桑比等。密度是计算设备重量的常数。熔点低的金属和合金，其铸造和焊接加工都较简洁，工业上常用于制造熔断器等零件；熔点高的合金则可用于制造要求耐高温的零件。金属及合金受热时，一般都会有不同程度的体积膨胀，因此双金属材料的焊接，要考虑它们的线膨胀系数是否接近，否则会因膨胀量不等而使容器或零件变形或损坏。有些设备的衬里及其组合件，其线膨胀系数应和根本材料一样， 以免受热后因热胀量不同而松动或破坏。常用金属材料的物理性能列于表 2-l。表 2-l 几种常用金属的物理性能金属密度熔点比热容 热导率 线膨胀系数 电阻率弹

12、性模量泊桑比灰铸7.057.30120026560541.752.210.012.5 67180113 0.231570.27低 7.854804810.612.21113合金钢1500206镍铬7.9140051024.514.573206钢铜8.931084.938639816.716.73128钛4.507168810522.311.410.2420106铝2.7660.4900 24724723626.5562铁高硅铸铁碳钢及6.91220-524.763140154-1400196 0.240.280.250.30铅 11.34327.4128.73429.30.310.340.32

13、0.420.320.36206.4315180.42镍 8.902145347182.913.368.440.272070.29三、化学性能金属的化学性能是指材料在所处介质中的化学稳定性，即材料是否会与四周介质发生 化学或电化学作用而引起腐蚀。金属的化学性能指标主要有耐腐蚀性和抗氧化性。 耐腐蚀性金属和合金对四周介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗力量叫做耐腐蚀性。化工生产中所涉及的物料，常会有腐蚀性。材料的耐蚀性不强，必将影响设备使用寿命，有时还会影响产品质量。常用金属材料在酸碱盐类介质中的耐蚀性见表 2-2。表 2 一 2 常用材料在不同温度和浓度的酸碱盐类介质中的耐蚀性铁高硅=40

14、40沸70碳钢-(80-100)7050-10012070-1002080-100(70)%-(任(480)-/-/-1020100/气300(27)(55)5035(10)(40)-/-(浓)(100)枯燥20/气300气104010沸耐耐/硝酸硫酸盐酸氢氧化钠硫酸铵 硫化氢 尿素氨材料%灰铸-%70-10020(35) (30)(34)(100)耐耐潮湿100 耐 耐 25 沸-=70-100120260480-80 200-/7018-850型不 (60-80)锈钢95沸(沸腾 4080-10010)-9560-铜-5060(80-100)(20)铅-8060 (90)(90)钛任沸53

15、5 抗氧化性在化工生产中，有很多设备和机械是在高温下操作的，如氨合成塔、硝酸氧化炉、石油气制氢转化炉、工业锅炉、汽轮机等。在高温下，钢铁不仅与自由氧发生氧化腐蚀，使钢铁外表形成构造疏松简洁剥落的 FeO 氧化皮；还会与水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等气体产生高温氧化与脱碳作用，使钢的力学性能下降， 特别是降低了材料的外表硬度和抗疲乏强度。因此，高温设备必需选用耐热材料。四、加工工艺性能金属和合金的加工工艺性能是指可铸造性能、可锻造性能、可焊性能和可切削加工性能等。这些性能直接影响化工设备和零部件的制造工艺方法和质量。故加工工艺性能是化工设备选材时必需考虑的因素之一。 可铸性可铸造性主要是指液体金属

16、的流淌性和凝固过程中的收缩和偏析倾向(合金凝固时化学成分的不均匀析出叫偏析)。流淌性好的金属能布满铸型，故能浇铸较簿的与外形简单的铸件。铸造时，熔渣与气体较易上浮，铸件不易形成夹渣与气孔，且收缩小。铸件中不易消灭缩孔、裂纹、变形等缺陷，偏析小，铸件各部位成分较均匀。这些都使铸件质量有所提高。合金钢与高碳钢比低碳钢偏析倾向大，因此，铸造后要用热处理方法消退偏析。常用金属材料中，灰铸铁和锡青铜铸造性能较好。 可锻性可锻性是指金属承受压力加工(锻造)而变形的力量，塑性好的材料，锻压所需外力小，可锻性好。低碳钢的可锻性比中碳钢及高碳钢好；碳钢比合金钢可锻性好。铸铁是脆性材料，目前，尚不能锻压加工。 焊

17、接性这是指能用焊接方法使两块金属结实地联接，且不发生裂纹，具有与母体材料相当的强度，这种能熔焊的性能称焊接性。焊接性好的材料易于用一般焊接方法与工艺进展焊接，不易形成裂纹、气孔、夹渣等缺陷，焊接接头强度与母材相当。低碳钢具有优良的焊接性，而铸铁、铝合金等焊接性较差。化工设备广泛承受焊接构造，因此材料焊接性是重要的工艺性能。 可切削加工性切削加工性是指金属是否易于切削。切削性好的材料，刀具寿命长，切屑易于折断脱落，切削后外表光滑。灰铸铁(特别是 HT150、HT200)、碳钢都具有较好的切削性。第三节 碳钢与铸铁钢和铸铁是工程应用最广泛、最重要的金属材料。它们是由 95以上的铁和 0.054的碳

18、及 1左右的杂质元素所组成的合金，称“铁碳合金”。一般含碳量在 0.022者称为钢； 大于 2者称为铸铁；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，后二者的工程应用价值都很小。一、铁碳合金的组织构造金属的组织与构造在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织，如图2-1 所示。如用电子显微镜，可以观看到金属原子的各种规章排列。这种排列称为金属的晶体构造，简称构造。纯铁在不同温度下具有两种不同的晶体构造，即体心立方晶格与面心立方晶格，如图 2-2 所示。由于内部的微观组织和构造形式的不同，影响着金属材料的性质。纯铁在体心立方晶格构造时，塑性比面心立方晶格构造的好，而

19、后者的强度高于前者。s铸铁是应用广泛的一种铁碳合金材料,一般碳以石墨形式存在，石墨有不同的组织形貌，见图 2-3 所示。其中球状石墨的铸铁称球墨铸铁，它的强度最高； 细片状石墨次之；粗片状石墨最差。纯铁的同素异构转变体心立方晶格的纯铁称s -Fe，面心立方晶格的铁称为s -Fe。s -Fe 经加热可转变为s -Fe，反之高温下的s -Fe 冷却可变为s -Fe。这种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。这一转变是铁原子在固态下重排列的过程，实质上也是一种结晶过程。是钢进展热处理的依据。碳钢的根本组织碳对铁碳合金性能的影响很大，铁中

20、参加少量的碳，强度显著增加。这是由于碳引起了铁内部组织的变化，从而引起碳钢的力学性能的相应转变。碳在铁中的存在形式有固溶体两种或两种以上的元素在固态下相互溶解，而仍旧保持溶剂晶格原来形式的物铁素体体、化合物和混合物三种。这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。碳溶解在a-Fe 中形成的固溶体称铁素体。由于a-Fe 原子间隙小，溶碳力量低在室温下只能溶解 0.006，所以铁素体强度和硬度低，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。奥 氏体碳溶解在g-Fe 铁中形成的固溶体称奥氏体。g-Fe 原子间隙较大，故碳在g-Fe 中的溶解度比a-Fe 中大得多，如在 723时可溶解

21、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。铁碳合金中的碳不能全部溶入a-Fe 或g-Fe 中，其余局部的碳和铁形成一种化合物Fe3C，称为渗碳体。它的熔点约为 1600，硬度高(约 HB800)，塑性几乎等于零。 纯粹的渗碳体又硬又脆无法应用。但在塑性很好的铁素体基体上散布着这些硬度很高的微粒，将大大提高材料的强度。 渗碳体在肯定条件下可以分解为铁和碳，其中碳以石墨形式消灭。铁碳合金中，碳和硅的含量愈高，冷却愈慢，愈有利于碳以石墨形式析出，渗 碳析出的石墨散布在合金组织中。 铁碳合金中，当

22、含碳量小于 2时，其组织是在铁素体体中散布着渗碳体，这就是碳素钢。随着含碳量的增加，碳素钢的强度与硬度也随之增大。 当含碳量大于 2时，局部碳以石墨形式存在于铁碳合金中，这种合金称铸铁。石墨本身性软，且强度很低。从强度观点分析，分布在铸铁中的石墨，相当于在合金中挖了很多孔洞，所以铸铁的抗拉强度和塑性都比碳钢低。但是石墨的存在，并不减弱抗压强度， 并且使铸铁具有肯定消震力量。珠 光珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物。其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即体其强度、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。莱 氏莱氏体是珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。莱氏体具有较高的硬度，是一

23、种较粗体而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。马 氏马氏体是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。马氏体体具有很高的硬度，但很脆，延长性低，几乎不能承受冲击载荷。二、铁碳合金状态图铁碳合金的组织是比较简单的。不同含碳量或一样含碳量温度不同时，有不同的组织状态，性能也不一样。铁碳合金状态图明确反映出含碳量、温度与组织状态的关系，是争论钢铁的重要依据，也是铸造、锻造及热处理工艺的主要理论依据。图 2-4为铁碳合金状态图。 铁碳合金状态图中主要点、线含义：图中 AC、CD 两曲线称为“液相线”，合金在这两曲线以上均为液态，从这两曲线以下开头结晶。AE、CF 线称为“固

24、相线”，合金在该线以下全部结晶为固态。ECF 水平线段，温度为 1147，在这个温度时剩余液态合金将同时析出奥氏体和渗碳体的机械混合物-莱氏体 。ECF 线又称“共晶线”，其中 C 点称为“共晶点”。ESAcm与 GSA3分别为奥氏体的溶解度曲线，在 ES 线以下奥氏体开头析出二次渗碳体，在 GS 线以下析出铁素体。PSK(A1)线为“共析线”，在 723的恒温下，奥氏体将全部转变为铁素体和渗碳体的共析组织-珠光体。 铁碳合金的分类铁碳合金按工业上的应用、特性可以分为两局部，即钢与生铁。含碳量在 2以下称为“钢“钢在加热时形成单一的奥氏体组织。含碳量在 2.0以上的称为“生铁“全部生铁组织中都

25、有莱氏体，多数碳以石墨状存在，用作铸件的生铁称为铸铁。三、钢的热处理钢、铁在固态下通过加热、保温顺不同的冷却方式，转变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，这种加工工艺称为热处理。热处理工艺不仅应用于钢和铸铁，亦广泛应用于其它材料。依据热处理加热和冷却条件的不同，钢的热处理可以分为很多种类：图 2-5所示为钢的热处理曲线。 退火和正火退火是把钢工件放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却下来的一种热处理工艺。退火的目的在于调整金相组织， 细化晶粒，促进组织均匀化，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工； 消退局部内应力，防止工件变形。正火与退火不同之处，在

26、于正火是将加热后的工件从炉中取出置于空气中冷却。正火和退火作用相像，由于正火的冷却速度要比退火快一些，因而晶粒变细，钢的韧性可显著提高。铸、锻件在切削加工前一般要进展退火或正火。 淬火和回火淬火是将工件加热至淬火温度(临界点以上 3050)，并保温一段时间，然后投入淬火剂中冷却的一种热处理工艺。淬火后得到的组织是马氏体。为了保证良好的淬火效果，针对不同的钢种，淬火剂有空气、油、水、盐水，其冷却力量按上述挨次递增。碳钢一般在水和盐水中淬火，合金钢导热性能比碳钢差， 为防止产生过高应力，一般在油中淬火。淬火可以增加零件的硬度、强度和耐磨性。淬火时冷却速度太快，简洁引起零件变形或裂纹。冷却速度太慢则

27、达不到技术要求。因此，淬火常常是产品质量的关键所在。回火是零件淬火后进展的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。回火可以降低或消退零件淬火后的内应力，提高韧性；使金相组织趋于稳定，并获得技术上需要的性能。回火处理有以下几种：1. 低温回火:淬火后的零件在 150250范围内的回火称“低温回火”。低温回火后的组织主要是回火马氏体。它具有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。当要求零件硬度高、强度大、耐磨时，如刃具、量具，一般要进展低温回火处理。2. 中温回火:当要求零件具有肯定的弹性和韧性，并有较高硬度时，可承受中温回火。中温回火温度是 300450。要求强度高的轴类、刀杆、轴套等一般进展中温

28、回火。3. 高温回火:要求零件具有强度、韧性、塑性等都较好的综合性能时，承受高温回火。高温回火温度为 500680。这种淬火加高温回火的操作，习惯上称为“调质处理“。由于调质处理比其它热处理方法能更好地改善综合力学性能，故广泛应用于各种重要零件的加工中，如各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。表 2-3 为 45 号钢经正火与调质两种不同热处理后的力学性能比较。表 2-3 45 号钢(20mm-40mm)热处理后力学性能比较处理方法正火调质sb /MPa 700800750850d/15202025ak /J/cm2508080120HB163220210250此外，生产上还承受时效热处理工艺

29、。所谓时效是指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。时效可进一步消退内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相类似。三、钢的热处理 外表淬火钢的外表淬火是将工件的外表通过快速加热到临界温度以上，在热量还来不及传导至心部之前，快速冷却。这样转变钢的表层组织，而心部没有发生相变仍保持原有的组织状态。 经过外表淬火，可使零件外表层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨性和疲乏强度，而心部则具有肯定的韧性。 化学热处理化学热处理是将零件置于某种化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法， 使介质中的某些元素渗入零件外表，转变外表层的化学成分和组织构造，从而使零件外表具有某

30、些特别性能。热处理有渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰化(碳与氮共渗)等。其中，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，外表比较硬，可显著提高耐磨和耐腐蚀性；渗硅可提高耐酸性等等。四、碳钢 常存杂质元素对钢材性能的影响一般碳素钢除含碳以外，还含有少量锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧O、氮N和氢H等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意参加的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢性能是有肯定影响， 为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。l.硫硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有

31、害元素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS 和 Fe 形成低熔点(985)化合物。而钢材的热加工温度一般在 11501200以上，所以当钢材热加工时，由于 FeS 化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为“热脆”。含硫量愈高，热脆现象愈严峻，故必需对钢中含硫量进展掌握。高级优质钢：S0.02%0.03%；优质钢：S 0.03%0.045%；一般钢：S0.055%0.7%以下。2. 磷磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高，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， 这种现象称“冷脆“。 冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，含磷愈

32、高，冷脆性愈大，故钢中对含磷量掌握较严。高级优质钢： P0.025%；优质钢： P0.04%； 一般钢： P0.085%。3. 锰锰是炼钢时作为脱氧剂参加钢中的。由于锰可以与硫形成高熔点(1600)的MnS，肯定程度上消退了硫的有害作用。锰具有很好的脱氧力量，能够与钢中的FeO 成为 MnO 进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低钢的脆性，提高钢的强度和硬度。因此，锰在钢中是一种有益元素。一般认为，钢中含锰量在 0.5% 0.8%以下时，把锰看成是常存杂质。技术条件中规定，优质碳素构造钢中，正常含锰量是 0.5%0.8%；而较高含锰量的构造钢中，其量可达 0.7%1.2%。4. 硅硅也是炼钢时

33、作为脱氧剂而参加钢中的元素。硅与钢水中的 FeO 能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，因此硅是一种有益的元素。硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。冷静钢中的含硅量通常在 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。5. 氧氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期要参加锰、硅、铁和铝进展脱氧，但不行能除尽。氧在钢中以 FeO、MnO、SiO2、Al2O3 等夹杂形式，使钢的强度、塑性降低。尤其是对疲乏强度、冲击韧性等有严峻影响。6. 氮铁素体溶解氮的力量很低。当钢中溶有过饱和的氮

34、，在放置较长一段时间后或随后在 200300加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。钢液中参加 Al、Ti 或 V 进展固氮处理，使氮固定在 AlN、TiN 或 VN 中，可消退时效倾向。7. 氢钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。白点常在轧制的厚板、大锻件中觉察，在纵断面中可看到圆形或椭圆形的白色斑点；在横断面上则是瘦长的发丝状裂纹。锻件中有了白点，使用时会发生突然断裂，造成不测事故。因此，化工容器用钢，不允许有白点存在。 氢产生白点冷裂的主要缘由是由于高温奥氏体冷至较低温时，氢在钢中的溶解度急剧降低。当冷却较快时，氢原子来不及集中到钢的外表而逸出，就

35、在钢中的一些缺陷处由原子状态的氢变成分子状态的氢。氢分子在不能集中的条件下在局部地区产生很大压力，这压力超过了钢的强度极限而在该处形成裂纹，即白点。 分类与编号依据实际生产和应用的需要，可将碳钢进展分类和编号。分类方法有多种:1. 一般碳素钢一般碳素钢钢号冠以“Q”，代表钢材屈服强度，后面的数字表示屈服强度数值MPa。如 Q235 钢，其屈服强度值为 235MPa。必要时钢号后面可标出表示质量等级和冶炼时脱氧方法的符号。质量等级符号分为 A，B，C，D。脱氧方法符号分为 F，b，Z，TZ。脱氧方法符号 F 是指只用弱脱氧剂 Mn 脱氧，脱氧不完全的沸腾钢。这种钢在钢液往钢锭中浇注后，钢液在锭模

36、中发生自脱氧反响，钢液中放出大量 CO 气体，消灭“沸腾“现象，故称为沸腾钢；假设在熔炼过程中参加硅、铝等强氧化剂，钢液完全脱氧，则称冷静钢，以 Z 表示,一般状况 Z 省略不标； 脱氧状况介于以上二者之间时，称半冷静钢，用符号b；承受特别脱氧工艺冶炼时脱氧完全，称特别冷静钢，以符号 TZ 表示。化工压力容器用钢一般选用冷静钢。 一般碳素钢有 Q195、 Q215、 Q235、 Q255 及 Q275 五个钢种。各个钢种的质量等级可参见 GB700-88。其中屈服强度为 235MPa 的 Q235 一 A 有良好的塑性、韧性及加工工艺性，价格比较廉价，在化工设备制造中应用极为广泛。 Q235

37、一 A 板材用作常温低压设备的壳体和零部件， Q235 一 A 棒材和型钢用作螺栓、螺母、支架、垫片、轴套等零部件，还可制作阀门、管件等等。2. 优质碳素钢优质钢含硫、磷有害杂质元素较少，其冶炼工艺严格，钢材组织均匀，外表质量高，同时保证钢材的化学成分和力学性能，但本钱较高。 优质碳素钢的编号仅用两位数字表示，钢号挨次为 08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、80 等。钢号数字表示钢中平均含碳量的万分之几。如 45 号钢表示钢中含碳量平均为 0.45%(0.42%0.50%)。如 45 号钢表示钢中含碳量平均为 0.45%(0.42% 0.50%)。锰含量较高的优质非合金

38、钢，应将锰元素标出，如45Mn。 依据含碳量的不同，可分为优质低碳钢含 C0.25%，如 08、10、 15、20、25；优质中碳钢含C 量 0.3%0.60%,如 30、35、40、45、50 与 55；优质高碳钢含C0.6%，如60、65、70、80。优质低碳钢的强度较低，但塑性好，焊接性能好。在化工设备制造中常用作热交换器列管、设备接收、法兰的垫片(08、10)。优质中碳钢的强度较高、韧性较好，但焊接性能较差，不适宜做化工设备的壳体。但可作为换热设备管板，强度要求较高的螺栓螺母等。45 号钢常用作化工设备中的传动轴(搅拌轴)。优质高碳钢的强度与硬度均较高。60、65 钢主要用来制造弹簧，

39、70、80 钢用来制造钢丝绳等。3. 高级优质钢高级优质钢比优质钢中含硫、磷量还少均0.03%。它的表示方法是在优质钢号后面加一个 A 字，如 20A。 碳钢的品种及规格1. 钢板钢板厚度 4mm6mm 钢板厚度 6mm30mm 钢板厚度 30mm60mm厚度间隔为 0.5mm 厚度间隔为 lmm 厚度间隔为 2mm一般碳素钢板材有 Q235 一 A、 Q235 一 AF、08、10、15、20 等。2. 钢管钢管有无缝钢管和有缝钢管两类。无缝钢管有冷轧和热轧，冷轧无缝钢管外径和壁厚的尺寸精度均较热轧为高。一般无缝钢管常用材料有 10、15、20 等。另外，还有特地用途的无缝钢管，如热交换器用

40、钢管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。有缝管、水煤气管，分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。3. 型钢型钢主要有圆钢、方钢、扁钢、角钢等边与不等边、工字钢和槽钢。各种型钢的尺寸和技术参数可参阅附录和有关标准。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构造。4. 铸钢和锻钢铸钢用 ZG 表示，牌号有 ZG25、 ZG35 等，用于制造各种承受重载荷的简单零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。锻钢有 08、10、15、50 等牌号。石油化工容器用锻件一般承受 20、25 等材料，用以制作管板、法兰、顶盖等。五、铸铁工业上常用的铸铁，其

41、含碳量质量分数一般在 2%以上，并含有 S、 P、Si、 Mn 等杂质。铸铁是脆性材料，抗拉强度较低，但具有良好的铸造性、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) 中具有相当好的耐腐蚀性能。铸铁生产本钱低廉，因此在工业中得到普遍应用。铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特别性能铸铁等。 灰铸铁灰铸铁中的碳大部或全部以自由状态的片状石墨形式存在，断面呈暗灰色， 一般含碳量在 2.7%4.0%。灰铸铁的抗压强度较大，抗拉强度很低，冲击韧性低，不适于制造承受弯曲、拉伸、剪切和冲击载荷的零件。但它的耐磨性、耐蚀性较好，与其它钢材相比，有优良的铸造性、减振性

42、能，较小的缺口敏感性和良好的可加工性，可制造承受压应力及要求消振、耐磨的零件，如支架、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。GB/T9439-1988 中，灰铸铁的牌号用名称HT灰铁二字的汉语拼音第一个字母和抗拉强度 b 值表示，如 HT100，其中 100 表示 b100MPa。常用灰铸铁牌号有 HT100、 HT150、 HT200、 HT250、 HT300、 HT350。 球墨铸铁球墨铸铁简称球铁，是大体上为球状的石墨颗粒，分布在以铁为主要成分的金属基体中而构成的铸铁材料。球墨铸铁在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接

43、近钢材。在酸性介质中，球墨铸铁耐蚀性较差，但在其它介质中耐腐蚀性比灰铸铁好。它的价格低于钢。由于它兼有一般铸铁与钢的优点，从而成为一种型构造材料。过去用碳钢和合金钢制造的重要零件，如曲轴、连杆、主轴、中压阀门等，目前不少改用球墨铸铁。球墨铸铁的牌号GB/T1348-1988用 QT、抗拉强度值、延长率表示，如QT400-18，其中 400 表示b400MPa，18 表示=18%。 高硅铸铁高硅铸铁是特别性能铸铁中的一种，是往灰铸铁或球墨铸铁中参加肯定量的合金元素硅等熔炼而成的。高硅铸铁具有很高的耐蚀性能，且随含硅量的增加耐蚀性能增加。高硅铸铁强度低、脆性大及内应力形成倾向大，在铸造加工、运输、安装及使用过程中假设处之不当易于脆裂。高硅铸铁热导率小，线膨