环境工程设备材料.ppt

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1、环境工程设备与设计,主讲教师：食品学院 张仲欣电 话：,本课件使用说明,1、红颜色：标题；蓝颜色：需记笔记的内容；绿颜色：重点；黑颜色：解释性材料；棕颜色：重复前页的标题。2、页面切换声：“咔嚓”；页面上增加内容声：“铛”或“嗒嗒”。,教材：,普通高等教育“十一五”国家级规定教材环境工程设备 金兆丰主编化学工业出版社主要参考书：化工设备机械基础 董大勤主编化学工业出版社,本课件使用说明,主要内容及学时安排,绪论 2学时第1章 环境工程设备材料 8 学时第2章 容器设计与制造 16 学时第3章 管道与阀门 6 学时第4章 机械传动与减速器 10 学时第5章 环境工程设备设计实例 6 学时,本课程

2、的学习方法,一、开设本课程的目的与意义1.了解环境工程设备的相关知识，能认识设备。2.掌握环境工程设备的结构、原理、工作过程、特点等，为设备的选型配套打基础。3.掌握环境工程设备设计的基础知识与方法，为设备的设计与改造打基础。,二、本课程的学习方法1.提倡记笔记，必须做作业。2.期末考试：平时占30%，卷面占70%。缺课4次（注意：不是旷课4次）不得参加本课程的考试。3.答疑时间：周二晚上8点-10点，地点：2-231（2号楼2楼最西头）。,绪论,主要内容：1.环境工程设备的定义和分类2.机械类与容器类环保设备3.标准化知识简介4.环境工程设备的选用与设计原则,1.定义：以控制环境污染为目的的

3、设备，称为环境保护设备或环保设备环境保护设备是水污染治理设备、空气污染治理设备、固体废弃物处理设备、噪声与振动控制设备、放射性与电磁波污染防护设备的总称。,一、环境工程设备的定义与分类,按类别、亚类别、组别和型别四个层次进行分类。（1）按类别：即按控制的污染物对象分类水污染治理设备空气污染治理设备固体废弃物处理处置设备噪声与振动控制设备放射性与电磁波污染防护设备,2.分类：,2.分类：,（2）按亚类别：即按环保设备的原理和用途分类物理法化学法物理化学法（3）按组别：即按功能原理分类 如用于分离的原理有：沉淀澄清上浮气浮离心磁分离,2.分类：,（4）按型别分类：即按结构特性和工作方式如气浮分离器

4、的典型结构有：溶气气浮真空气浮分散空气气浮电解气浮泡沫分离器,二、机械类与容器类环保设备,单体设备可分为机械类与容器类两种类型机械类设备可分为通用设备与专用设备容器类设备可分为常压容器、中低压容器、高压容器等 常压：只承受容器内介质的静压低压：介质工作压力1.6MPa中压：介质工作压力为1.610MPa高压：介质工作压力为10100MPa容器类环境工程设备一般是指没有运动构件的设备，主要是指设备的外壳。,三、标准化知识简介,1.标准化的发展历史：由统一性决定2.标准化的主要作用：便于设计、生产、使用3.标准化和标准的定义：大家都遵守的规则4.标准的分类：国家、部门、行业、企业5.标准的代号和编

5、号：由名称、代号、编号、年份组成。如钢制压力容器（GB150-1998）,6.ISO9000和ISO14000：ISO为国际标准，9000为质量标准，1400为环保标准,四、环境工程设备的选用与设计原则,1.成套设备与单体设备：成套设备满足工艺要求，单体设备尽量选通用设备。2.通用设备的选用原则：适用、先进、安全、经济3.专用设备的设计原则：满足工艺要求、结构简单、成本低,第1章 环境工程设备材料,主要内容：1.材料的基本性能2.碳钢与铸铁3.合金钢4.有色金属及其合金5.非金属材料与复合材料6.材料的腐蚀与防腐7.环境工程设备材料选择,第一节 材料的基本性能,主要包括：力学性能、物理性能、化

6、学性能和加工性能一、力学性能力学性能是指材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，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决定许用应力的依据。,一、力学性能,1.强度是指材料抗变形或断裂的能力。（1）材料拉伸时的应力应变曲线应力：材料内部单位面积所受的力,应变：构件单位长度所产生的变形,应力的单位为MPa，即106N/m2,1.强度,材料拉伸时的应力应变曲线材料拉伸试验：试棒制备,材料拉伸过程演示,l0=10d0,l0=5d0,一般d0=10mm,1.强度,材料拉伸时的应力应变曲线（画出）,1.强度,p比例极限e弹性极限s屈服极限（屈服点）b强度极限E=tan()

7、材料的弹性模量在比例极限内，=E,1.强度,长期静载对强度的影响：蠕变极限n交变载荷对强度的影响：疲劳极限-1交变载荷大小用应力循环系数或应力比衡量，r=min/max 疲劳极限-1以106107次交变这材料不被破坏的应力,许用应力,不同的设计对应不同的强度极限。安全系数是对设备安全性的保护，一般n=25。,2.硬度,硬度是指固体材料对外界物体机械作用（如压陷、刻划）的局部抵抗能力。是弹性、强度与塑性的综合性能指标。常用硬度表示方法：（1）布氏硬度(HB)：用于软质材料，如低碳钢，HB200300布氏硬度与抗拉强度的对应关系：低碳钢 b=0.36 HB高碳钢 b=0.34 HB灰铸铁 b=0.

8、1 HB（2）洛氏硬度(HRC、HRB)：用于硬质材料，如高碳钢或合金钢，HRC4060,3.塑性,延伸率,断面收缩率,化工设备材料一般要求5=1020%,其中p为断裂时的应变。L1和s1为断裂时的长度和断面面积。,4.冲击韧性冲击韧性k：使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积，即,低温容器所用钢板的k值不得低于0.3MJ/m2,二、物理性能,密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。,三、化学性能1.耐腐蚀性材料对周围介质侵蚀的抵抗能力2.抗氧化性材料抵抗高温氧化的能力。,四、加工工艺性能1.可铸性：收缩与偏析2.可锻性3.焊接性4.可切削加工性,第一

9、节 材料的基本性能,【作业】1.一个总重为700N的电机，用一个M8吊环螺钉起吊。螺纹根部直径为6.4mm，其截面上的应力有多大？2.一钢管，中径为D，厚度为，要受F的拉力。已知断面上的许用应力为。F允许多大？(圆环面积近似用中径周长乘以厚度),第一节 材料的基本性能,【作业答案】1.=22MPa2.F=D,第二节 碳钢与铸铁,碳钢即“铁碳合金”是由95以上的铁和0.054的碳及1左右的杂质元素所组成的合金。一般含碳量0.022的称为钢；大于2称为铸铁；含碳量小于0.02的称为纯铁(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、铁碳合金的组织结构,1.金属的组织与结

10、构,组织：在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织。,结构：电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称为金属的晶体结构，简称结构。不同温度下纯铁面心立方晶格与体心立方如下：,体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的强度高于前者。,1.金属的组织与结构,铸铁中的碳一般以石墨的形式存在，有不同的组织形貌。石墨在铸铁中的三种存在形式如下：,球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。,1.金属的组织与结构,2.纯铁的同素异构转变,体心立方晶格的纯铁称-Fe，面心立方晶格的铁称为-Fe。-Fe加热可变为-Fe，反之高温下的-Fe冷却可变为-Fe。在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称“同素异

11、构转变”。纯铁的同素异构转变是在910恒温下完成的。在固态下重新排列、结晶过程，是钢进行热处理的依据。,3.碳钢的基本组织碳在铁中的存在形式有固溶体、化合物和混合物三种。(固溶体：两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体。)这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。,（1）铁素体碳溶解在-Fe中形成固溶体称铁素体。-Fe原子间隙小，溶碳能力低（室温下0.006），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。（2）奥氏体碳溶解在-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比-Fe中大得多，如在723时可溶解0.8，在11

12、47时可达最大值2.06。奥氏体组织是在-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。,3.碳钢的基本组织,（3）渗碳体碳和铁形成一种化合物（Fe3C）称渗碳体。熔点约1600，硬度高。铁碳合金含碳量小于2时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，是碳素钢。含碳量大于2时，部分碳以石墨形式存在，称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具有一定消震能力。,3.碳钢的基本组织,（4）珠光体铁素体与渗碳体的机械混合物。力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、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。,3.碳钢的基本组织,（5）莱氏体珠光体和初

13、次渗碳体的共晶混合物。具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。（6）马氏体钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳在-Fe中过饱和的固溶体。具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。,3.碳钢的基本组织,从铁碳合金状态图中可以看出：温度和含碳量对钢铁组织影响的规律是：温度由高到低：液体奥氏体珠光体含碳量由低到高：铁素体渗碳体莱氏体即：不同含碳量的铁在不同的温度下有不同的组织结构。,3.碳钢的基本组织,三、钢的热处理,钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为热处理。常用的热处理方法有：,1.退火和正火退火：缓慢

14、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。目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分内应力，防止工件变形。正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。2.淬火和回火淬火：加热至淬火温度(临界点以上3050)，并保温一段时间，然后投入到淬火剂中冷却。目的：淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。,三、钢的热处理,回火：是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。目的：降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。在1502

15、50范围内的回火称“低温回火”。回火马氏体有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量具，要进行低温回火处理。中温回火温度是300450。有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。高温回火温度为500680。综合性能：强度、韧性、塑性等都较好淬火高温回火习惯上称为“调质处理”。用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。,2.淬火和回火,时效热处理：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。时效处理可进一步消除内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相似。,2.淬火和回火,3.表面淬火使零件表面层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨

16、性和疲劳强度，而心部则具有一定的韧性。4.化学热处理有渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰化(碳与氮共渗)等。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，表面比较硬，可显著提高耐磨和耐腐蚀性；渗硅可提高耐酸性等。,三、钢的热处理,四、碳钢1.常存杂质元素对钢材性能的影响,碳钢中的杂质元素有：硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等（1）硫：有害元素。FeS和 Fe形成低熔点(985)化合物。钢材热加工11501200，过早熔化而导致工件开裂，称为“热脆”。高级优质钢：S0.02%0.03%；优质钢：S0.03%0.045%；普通钢：S0.055%0.7%。,（2）磷

17、:有害元素。虽能使强度、硬度增高，但塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，使钢材显著变脆，称“冷脆”。使冷加工及焊接性变坏，高级优质钢：P0.025%；优质钢：P0.04%；普通钢：P0.085%。（3）锰: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Fe成为Mn进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是可以降低脆性，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%。,1.常存杂质元素对钢材性能的影响,（4）硅:脱氧剂。有益元素。硅与FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去

18、。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。（5）氧：有害元素。在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。,1.常存杂质元素对钢材性能的影响,（6）氮长时间放置或在200300加热，氮以氮化物的形式析出，硬度、强度提高，塑性下降。（7）氢氢会使钢材出现氢脆、白点等缺陷。即在断面上出现白色斑点，易断裂。,1.常存杂质元素对钢材性能的影响,2.分类与编号

19、,按用途分：建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢和特殊性能钢（不锈钢、耐热钢）按含碳量分：低碳钢、中碳钢和高碳钢按脱氧方式分：镇静钢和沸腾钢按品质分：普通钢、优质钢和高级优质钢（1）普通碳素钢编号：Q235-A，Q235屈服强度及数值（MPa）A质量等级，有A，B，C，D四级。脱氧方法有F，b，Z，TZ。其中Z镇静钢，在编号中忽略化工压力容器一般选用镇静钢。普通碳素钢有 Q195、Q215、Q235、Q255及 Q275五个钢种。,（2）优质碳素钢S0.03%0.045%；P0.04%08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、80等。即平均含碳量为万分之几。45号钢

20、中含碳量平均为0.45%(0.42%0.50%)。优质低碳钢（含C0.25%），如08、10、15、20、25；塑性好，焊接性能好，用于壳体、接管等。优质中碳钢（含C量0.3%0.60%）,如30、35、40、45、50与55；45号钢，用于搅拌轴、齿轮等传动零件。优质高碳钢（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。,2.分类与编号,（3）高级优质钢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，如20A。,2.分类与编号,品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢（1）钢板（压力容器用热扎厚钢

21、板）4mm6mm厚度间隔为0.5mm6mm30mm厚度间隔为 lmm30mm60mm厚度间隔为2mm一般碳素钢板材料有 Q235-A、Q235-AF、08、10、15、20等。,3.碳钢的品种及规格,但常用钢板厚度参见HG20581-1998,40mm没有奇数厚度的钢板（25代替24和26除外）,（2）钢管无缝钢管和有缝钢管。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。另外还有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、锅炉用无缝管等。有缝钢管和水煤气管：分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。,3.碳钢的品种及规格,（3）型钢有圆钢、方钢、扁钢、角钢（等边与不

22、等边）、工字钢和槽钢。圆钢与方钢主要用来制造各类轴件；扁钢常用作各种桨叶；（4）铸钢和锻钢铸钢用 ZG表示，如ZG25、ZG35等，用于制造各种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、50等牌号。石油化工容器用20、25等制作管板、法兰、顶盖等。,3.碳钢的品种及规格,含碳量2%以上，含有 S、P、Si、Mn等杂质。脆性材料，抗拉强度较低，但有良好的铸造性、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)中有相当好的耐腐蚀性能。铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。,五、铸铁,1.灰铸铁含碳2.7%4.0%，片状

23、石墨形式，断面暗灰色。有优良的铸造性、减振性能，用于支架、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。编号：HT200，HT灰铸铁，200抗拉强度sb值，MPa。常用灰铸铁牌号有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。2.球墨铸铁石墨呈球形，简称球铁。在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材。编号：QT400-18，QT球墨铸铁，400 抗拉强度sb值，MPa，18延伸率d=18%。,五、铸铁,3.高硅铸铁有高的耐蚀性能，含硅量增加，耐蚀性增加。强度低、脆性大、内应力大，易于脆裂热导率小，线膨胀系数

24、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牌号有：STSi11Cu2CrR、STSi15R、STSi15Mo3R等。,五、铸铁,第三节 合金钢,在碳钢中添加适量的一种或多种合金元素，得到或改善某些性能，称为合金钢。一、分类与编号按合金元素总含量分：合金含量10%：高合金钢按用途分：合金结构钢 调质结构钢、表面硬化钢 低碳马氏体钢、非调质结构钢 合金工具钢 特殊性能钢:不锈钢和耐热钢等,低合金钢的编号表示方法：12CrNi3。12表示含碳量为万分之十二(或0.12%)，Cr、Ni3所含的主要合金元素及其含量，数字为百分数，含量1.5%时，不标数字，如Cr

25、 含量为0.4%，则不标数字，Ni3表示镍含量为3%左右。,一、分类与编号,二、合金元素对钢的影响目前常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。1.铬提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。含量达到13时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但使塑性和韧性降低。2.锰提高强度和低温冲击韧性。,3.镍提高淬透性，有很高的强度，而又保持良好的塑性和韧性。提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。镍基合金具有更高的热强性能。镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。4.硅提高强

26、度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。,二、合金元素对钢的影响,5.铝强脱氧剂，显著细化晶粒，提高冲击韧性，降低冷脆性。提高抗氧化性和耐热性，对抵抗H2S介质腐蚀有良好作用。价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。6.钼提高高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。钼能抗氢腐蚀。7.钒在固溶体中提高高温强度，细化晶粒，提高淬透性。铬钢中加少量钒，在保持钢的强度情况下，能改善钢的塑性。,二、合金元素对钢的影响,8.钛强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒，提高韧性，减小铸锭缩孔和焊缝裂纹等倾向。在不锈钢中稳定碳，防止晶间腐蚀，提高耐热性。9.稀土元素提高强度，改

27、善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。,二、合金元素对钢的影响,三、可焊接的低合金高强度钢碳含量通常小于0.25%。有较高的屈服强度（3001000MPa）和屈强比（s/b=0.650.95），较好的冷热加工性能、良好的焊接性能，较低的冷脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀能力。主要有高强度钢、低温钢和耐蚀钢1.高强度钢350MPa强度级，典型牌号为16Mn；400MPa强度级，典型牌号为14MnMoV500MPa强度级，典型牌号为12MnNiCrMoVCu,2.低温钢主要有09Mn2V(-70)、06MnNb(-90)3.耐蚀钢10MnPNbRe钢耐海洋大气及海水腐蚀，12MnAlV钢制造炼油

28、厂耐高温硫化氢设备。大型化工容器16MnR，质量比碳钢轻l/3；与碳钢相比，用15MnV制造球形贮罐可节省钢材约45%。根据容器的具体操作条件(温度、压力)和制造加工(卷板、焊接)要求选用。,三、可焊接的低合金高强度钢,四、专业用钢锅炉用钢，压力容器用钢、焊接气瓶用钢等。在钢号后分别加注g、R或HP等，如20g、16MnR和15MnVHP等。质地均匀、杂质量低，能满足某些力学性能的特殊检验项目要求。,五、特殊性能钢不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢1.不锈钢不锈耐热钢和不锈耐酸钢的统称。编号：1Cr18Ni9Ti，0Cr18Ni9其中最前边的数字表示碳的千分含量，若小于千分之一，也要标注0。后

29、边为所含的主要合金元素及其含量，数字为百分数，含量1.5%时，不标数字，如Cr 含量为18%左右，Ni含量为9%左右，Ti 含量1.5%，则不标数字。,2.耐热钢和高温合金例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，温度往往达到1000以上。300350即需选用耐热钢，一般耐热钢工作温度都在700以下，7001000用高温合金。,（1）耐热钢Cr、Al、Si：铁素体形成元素，被高温气体氧化后生成一种致密的氧化膜。Ni、Mn：奥氏体形成元素，提高高温强度和改善抗渗碳性。V、Nb、Ti：形成强碳化物，提高高温强度。C和N：扩大和稳定奥氏体，提高高温强度。B和Re：均为耐热钢中添加的微量元素，可以显著提高钢

30、材的抗氧化性，并改善其热塑性。按特性和用途分为抗氧化钢（又称高温不起皮钢）和热强钢。抗氧化钢指在高温下有较好的抗氧化性，并有适当的强度。热强钢在高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力，且有较高的强度。常用来做高温工作下的汽缸、螺栓及锅炉的过热器等。,2.耐热钢和高温合金,（2）高温合金铁基合金、镍基合金、钴基合金。铁基耐热合金工作温度在700以下，含有相当高的铬、镍成分和其他强化元素。镍基耐热合金是目前在700900范围内使用得最广泛的一种高温合金。这类合金的镍含量通常在50%以上。钴基耐热合金的高温强度主要靠固溶强化获得。钴价格昂贵，应用受到很大的限制，一般在1000以上才用。,2.耐热钢和高温

31、合金,3.低温用钢深冷分离、空气分离等。（温度-20）目前国外低温设备用的钢材主要是以高铬镍钢为主，也有使用镍钢、铜和铝等。我国低温钢材系列主要有：16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR,第四节 有色金属及其合金,主要包括：铜、铝、铅、铸造合金、轴承合金等。一、铝及其合金质轻，导电导热性好，易于加工。铝不会产生火花，常用于制作含易挥发性介质的容器；铝不会产生食物中毒，不污染物品，不改变物品颜色，在食品工业中可代替不锈钢；铝的导热性能好，适合于作换热设备。,1.纯铝（1）高纯铝抗硫腐蚀，可用于浓硝酸设备，如高压釜、槽车、贮槽、阀门、泵。（2

32、）工业高纯铝 纯度高，可用于制造铝箔。（3）工业纯铝 用于接触含硫物质但要求不高的设备，例如：反应器、热交换器、深冷设备、塔器等。,一、铝及其合金,2.铝合金是铝中加入合金元素而成，强度提高，主要用于要求质轻而强度高的航空零件。化工上常用铸造铝合金，主要有：铝硅合金：制造泵壳铝铜合金：制造简单铸件铝镁合金：力学性能高，耐腐蚀性能好，但热强性低。多用于食品机械零件。铝锌合金：制造复杂铸件和日用品。,一、铝及其合金,二、铜及其合金导热导电性好，易于加工，色泽美观。1.纯铜（紫铜）低温时可保持较高的塑性和冲击韧性，用于制作深冷设备和高压设备垫片；耐稀硫酸、亚硫酸、稀的和中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸及

33、其它非氧化性酸等介质的腐蚀，对淡水、大气、碱类溶液的耐蚀能力很好；不耐各种浓度的硝酸、氨和铵盐溶液。,2.铜合金是铜中加入合金元素而成，强度提高。主要有：黄铜：铜与锌的合金称为黄铜白铜：铜与镍的合金称为白铜青铜：铜与锡的合金称为锡青铜；铜与铝、硅、铅、铍、锰等组成的合金称无锡青铜。,（1）黄铜铸造性能好，力学性能比纯铜高，耐蚀性能与纯铜相似，在大气中耐腐蚀性比纯铜好，价格便宜，应用较广。在黄铜中加入锡、铝、硅、锰等元素，形成特种黄铜。锰、铝能提高强度；铝、锰和硅提高抗蚀性和减磨性；铝能改善切削加工性。常用的黄铜牌号有H80、H68、H62等，数字为含铜量。H80：用于大气、淡水及海水中有较高耐

34、腐蚀性、加工性能优良，可作薄壁管和波纹管。H68：塑性好，可在常温下冲压。H62：在室温下塑性较差，但机械强度较高，易焊接，价格低廉，可做深冷设备的筒体、管板、法兰及螺母等。锡黄铜 HSn70-l含有1%的锡，能提高在海水中的耐蚀性。称海军黄铜。,2.铜合金,（2）白铜镍含量低于50%的铜镍合金称为简单（普通）白铜，再加入锰、铁、锌或铝等元素的白铜称为复杂（特殊）白铜。白铜是工业铜合金中耐腐蚀性能最优者，抗冲击腐蚀、应力腐蚀性能亦良好，是海水冷凝管的理想材料。（3）青铜锡青铜分铸造锡青铜和压力加工锡青铜。锡青铜典型牌号 ZQSn70-1，有高强度和硬度，能承受冲击载荷，耐磨性很好，具有优良的铸

35、造性，比纯铜耐腐蚀。锡青铜用来铸造耐腐蚀和耐磨零件，如泵壳、阀门、轴承、蜗轮、齿轮、旋塞等。无锡青铜力学性能好。,2.铜合金,三、钛及其合金钛合金的密度小（4.507g/cm3）、强度高、耐腐蚀性好、熔点高。工业纯钛牌号有 TA0、TA2、TA3(编号愈大、杂质含量愈多)。纯钛加工性能良好；有良好的耐蚀性。钛也是很好的耐热材料。在钛中添加锰、铝或铬钼等元素，可获得性能优良的钛合金。,四、镍及其合金高强度和塑性，好的延伸性和可锻性。好的耐腐蚀性，用于制造处理碱介质的化工设备。Ni-Cu合金中的蒙乃尔耐蚀合金应用最广。蒙乃尔合金能在500时保持高的力学性能，能在750以下抗氧化，在非氧化性酸、盐和

36、有机溶液中比纯镍、纯铜更具耐蚀性。,五、铅及其合金硬度低、强度小，不宜单独作为设备材料，只做设备的衬里。热导率小，纯铅不耐磨，非常软。但在许多介质中，特别是在硫酸中，铅具有很高的耐蚀性。铅与锑合金称为硬铅，硬度、强度都比纯铅高，在硫酸中的稳定性也比纯铅好。硬铅的主要牌号为 PbSb4、PbSb6、PbSb8和 PbSb10。铅和硬铅在硫酸、化肥、化纤、农药、电器设备中可用来做加料管、鼓泡器、耐酸泵和阀门等零件。由于铅具有耐辐射，在工业上用作 X射线和g射线的防护材料。铅合金的自润性、磨合性和减振性好，是良好的轴承合金。铅合金还用于铅蓄电池极板、铸铁管口、电缆封头的铅封等。,第五节 非金属材料,

37、既可用作结构材料，又能作设备的保护衬里、涂层，还可做设备的密封材料、保温材料和耐火材料。非金属材料分为无机非金属材料（陶瓷、搪瓷、岩石、玻璃等）和有机非金属材料（塑料、涂料、橡胶等）及近年来发展的复合材料（玻璃钢、不透性石墨等）。,一、无机非金属材料1.陶瓷好的耐腐蚀性、耐热性和一定的机械强度。导热性差，热膨胀系数较大，受碰击或温差急变而易破裂。2.搪瓷由含硅量高的瓷釉通过900左右的高温煅烧，使瓷釉密着在金属表面。有优良的耐腐蚀性能、力学性能和电绝缘性能，但易碎裂。热导率不到钢的1/4，热膨胀系数大。不能直接用火焰加热，以免损坏搪瓷表面，可以用蒸汽或油浴缓慢加热。使用温度为-30270。,3

38、.辉绿岩铸石用辉绿岩熔融后制成，可制成板、砖等材料作设备衬里，也可作管材。铸石除对氢氟酸和熔融碱不耐腐蚀外，对各种酸、碱、盐都具有良好的耐腐蚀性能。4.玻璃 化工用的玻璃不是一般的钠钙玻璃，而是硼玻璃（耐热玻璃）或高铝玻璃，它们有好的热稳定性和耐腐蚀性。具有耐腐蚀性、清洁、透明、阻力小、价格低等特点，但质脆、耐温度急变性差，不耐冲击和振动。,一、无机非金属材料,二、有机非金属材料1.工程塑料是用高分子合成树脂为主要原料，加入添加剂以改善产品性能。热塑性材料遇热软化或熔融，冷却后又变硬，可反复多次。主要有聚氯乙烯、聚乙烯等。热固性塑料固化后不能用加热的方法使之再软化，如酚醛树脂、氨基树脂等。有良

39、好的耐腐蚀性能、一定的机械强度、良好的加工性能和电绝缘性能，价格较低。,（1）硬聚氯乙烯（PVC）塑料使用温度-10+55。当温度在6090时，强度显著下降。（2）聚乙烯（PE）塑料在室温下，除硝酸外，对各种酸、碱、盐溶液均稳定，对氢氟酸特别稳定。（3）耐酸酚醛塑料（PF）使用温度为-30+130。这种塑料性质较脆、冲击韧性较低。（4）聚四氟乙烯（PTFE）塑料耐腐蚀性强。甚至超过贵重金属金和银，有塑料王之称。常用作耐腐蚀、耐高温密封元件及高温管道。有良好的自润滑性，还可以用作无油润滑压缩机的活塞环。,1.工程塑料,（5）玻璃钢又称玻璃纤维增强塑料。用合成树脂为粘结剂，以玻璃纤维为增强材料，按

40、一定成型方法制成。具有优良的耐腐蚀性能，强度高，具有良好的工艺性能，是一种新型非金属材料。树脂不同而差异很大。环氧玻璃钢（常用）、酚醛玻璃钢（耐酸性好）、呋喃玻璃钢（耐腐蚀性好）、聚酯玻璃钢（施工方便）等。,1.工程塑料,2.涂料品种多，选择范围广、适应性强、使用方便、价格低、适于现场施工等。涂层较薄容易脱落，应用受到了限制。防锈漆、底漆、大漆、酚醛树脂漆、环氧树脂漆以及某些塑料涂料，如聚乙烯涂料、聚氯乙烯涂料等。用静电喷涂。涂料利用率高，容易进行机械化、自动化的大型生产，减少溶剂和涂料的挥发和飞溅，涂膜质量稳定。,3.不透性石墨由各种树脂浸渍石墨消除孔隙后得到有较高的化学稳定性和良好的导热性

41、，热膨胀系数小，耐温度急变性好；不污染介质，能保证产品纯度；加工性能良好。机械强度较低、性脆。常被用来作腐蚀性强介质的换热器，如氯碱生产中应用的换热器和盐酸合成炉。,第六节 材料的腐蚀及防腐,一、材料的腐蚀,常见的金属腐蚀破坏的形态有均匀腐蚀和局部腐蚀（区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀等）,二、材料的防腐,第七节 环境工程设备材料选择,从设备结构、制造工艺、使用条件和寿命等方面考虑，而且还要从设备工作条件下材料的物理性能、力学性能、耐腐蚀性能及材料价格与来源、供应等方面综合考虑。,一、材料的物理、力学性能方面一般中、低压设备屈服极限235到345MPa级。若直径较大、压力较高，最好采用普低钢（普通低

42、合金钢），强度级别宜用400MPa级或以上。操作温度超过400，还需考虑材料的蠕变强度和持久强度。压力容器用钢材，钢材延伸率d5不得低于14%。当d518%时，加工应特别注意。钢管不宜强度级别过高，弯管率很关键，要求塑性好。,二、材料的耐腐蚀性例如某磷肥厂需设计一个40m3浓硫酸贮罐，可选灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、铬镍不锈钢和碳钢用瓷砖衬里等。灰铸铁、高硅铸铁抗拉强度低、质脆，不能铸造大型设备，故不宜采用。碳钢的机械强度高、质韧，焊接性能好，但稀硫酸腐蚀严重，故也不能采用。不锈钢价格比较贵，焊接加工要求较高。可用碳钢做罐壳，内衬非金属较合适,三、材料的经济性碳钢与普低钢的价格比较低廉，应优先选用。考虑国家生产与供应情况，因地制宜选取，品种应尽量少而集中，以便于采购与管理。,四、其他方面压力容器的材料选择应根据容器的操作条件、腐蚀情况及制造加工要求，依照国家标准GB150-1998的规定，并按GB6654-1996压力容器用钢板与JB 4726-94 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件的规定选用。为了节省材料，中、高压容器应优先选用普通低合金钢（16MnR、15MnVR）。,