化工设备课件第二节化工设备常用钢材的特性.ppt

第二节化工设备常用材料的性能 工程上广泛应用的金属材料是钢和铸铁，它们的总产量要比其他一切金属产量的总和还要多几百倍。钢和铸铁由95%以上的铁和0.05％-4％的碳及1％左右的其他杂质元素组成，因此钢和铸铁又称为“铁碳合金”。一般含碳量在0. 02％-2％的称为钢，含碳量大于2％的称为铸铁。当含碳量小于0.02％时，称为工程纯铁，极少使用；当含碳量大于4.3％时，铸铁太脆,没有实际应用价值. 一 铁碳合金的组织结构 工业上作为结构使用的金属材料是固态。固态金属都属于晶体物质。各种铁碳合金表面上看来似乎一样，但其内部徽观情况却有着很大的差别。如果用金相分析的方法，在金相显徽镜下可以看到它们的差异。通常在低于1500倍的显微镜下观察到的金属的晶粒，称为金属的显微组织，简称组织，如图2-6所示。如果用X光和电子显微镜则可以观察到金属原子的各种规则排列，称为金属的晶体结构，简称结构。 这种金属内部的微观组织和结构的不同形式，影响着金属材料的性质。图2-7所示为灰铸件中石墨的不同组织形式. 1．纯铁的同素异构转变 上述体心立方晶格的纯铁称为a-Fe，而面心立方晶格的纯铁称为Y-Fe, a-Fe经加热可转变为Y-Fe，反之高温下的Y-Fe冷却可变为a-Fe。这种在固态下晶体构造随温度发生改变的现象，称为“同素异构转变”。这一同素异构转变是在910℃下恒温完成的。如图2-9所示，铁的同素异构转变，是固态下铁原子重新排列的过程，实质上也是一种结晶过程。 2 铁与碳的相互关系和碳钢的基本组织 碳对铁碳合金性能的影响极大，铁中加人少量的碳以后，强度显著增加，这是由于碳加人后引起了内部组织改变的缘故。 碳在铁中的存在形式有固溶体,化合物和混合物. (1)铁素体(F) (2)奥氏体(A) (3)渗碳体(C) (4)珠光体 (5)莱氏体 (6)马氏体 铁素体(F)和奥氏体(A) 铁素体(F) 奥氏体(A) 二、碳钢 1、碳钢中杂质对其性能的影响 （1）锰的影响：锰可脱氧和减轻硫的有害作用，是一种有益元素。 （2）硅的影响：硅溶于铁素体使钢的强度、硬度提高，是一种有益元素。 （3）硫的影响：硫以FeS的形式存在于钢中，能和铁形成低熔点的化合物（985 0C ）在热加工时 ，可过早的熔化，而导致工件开裂，这种现象称为“热脆性”。是一种有害元素。钢中含硫量控制在007%以下。 （4）磷的影响：磷溶于铁素体使铁素体在室温的强度提高，而塑性、韧性下降，既产生所谓“冷脆性”。是一种有害元素。钢中含磷量控制在0.07%以下。 （5）氧的影响：氧在钢中以等杂质形式存在，它们的熔点高并以颗粒存在于钢中，从而破坏了钢基体的连续性，而剧烈降低钢的机械性能。 （6）氮的影响：当钢中溶有过量的氮，在加热至200 0C ~250 0C时，会发生氮化物的析出，称为“时效”。使钢的硬度、强度提高，塑性下降。 （7）氢的影响：氢在钢中的严重危害是造成“白点”。使用时会突然断裂，造成事故。化工容器用钢，不允许有白点存在。 普通钢：根据GB700-1988规定，普通碳素钢钢种以屈服强度的数值区分，屈服强度有五个级别，既Q 195、Q 215、Q 235、Q 275。其钢号表示方法为：碳素结构钢的牌号由代表钢材屈服点字母、屈服点的数值、材料质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成，例如 Q235-A.F，其中： Q-钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；235-钢材屈服点的数值，单位为Mpa;A(B、C、D)-钢材质量等级；F(b、Z)- 脱氧方法中沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母，（半镇静钢和镇静钢汉语拼音首位字母，在牌号组成表示方法中，“Z”符号予以省略）。这种钢含硫磷等有害杂质较多（含S ＜0.055%,P＜0.045%).在化工容器与设备中用的最多的Q235A.F,Q235-A,Q235-B,Q235-C。 优质钢: 这种钢除保证钢材的化学成分和机械强度外，还对含硫、磷等杂质的量进行严格控制，（通常含S、P均≤0.004%），非金属夹杂物少，组织均匀，表面质量较好。按含锰量又分为正常含锰量和较高含锰量两种。它的牌号是按含碳量的万分之几来表示的。如含碳量在0. 45%的优质碳素钢称为45号钢。 正常含锰量的钢号有08、10、15、20、等。较高含锰量的钢号有30Mn、40Mn等。在化工容器与设备中应用最多的优质碳素钢有10、15、20、等。 高级优质钢: 这种钢的特点是含硫、磷等杂质比优质碳素