《化工设备材料》PPT课件
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化工设备设计概述PPT培训课件
工艺优化
总结词
工艺优化是在化工设备设计过程中， 通过对生产工艺的改进，提高设备的 生产效率和产品质量，降低能耗和生 产成本。
详细描述
工艺优化主要涉及对设备操作参数、 反应条件、工艺流程等方面的改进。 通过对这些工艺条件的优化，可以提 高设备的生产效率和产品质量，降低 能耗和生产成本。
材料优化
总结词
05
化工设备设计优化
结构优化
总结词
结构优化是化工设备设计中的重要环节 ，通过改进设备结构，提高设备的稳定 性和可靠性，降低能耗和生产成本。
VS
详细描述
结构优化主要涉及对设备内部流道、反应 器结构、换热器传热方式等方面的改进。 通过对这些结构的优化，可以提高设备的 传热和传质效率，降低流体阻力，减少设 备维修和更换的频率，从而降低生产成本 。
详细描述
壳体设计应考虑设备的工艺要求、操作压力、操作温度以及 各种外力因素，如重力、风载、地震等。常用的壳体材料有 碳钢、不锈钢、钛材等，根据不同的工艺介质和操作条件选 择合适的材料和结构形式。
设备附件设计
总结词
附件设计是化工设备的重要组成部分，包括管道、阀门、支撑结构等。
详细描述
附件设计需遵循工艺流程和操作要求，确保流体流动顺畅、控制精确。阀门应具 备足够的密封性和耐腐蚀性，支撑结构应考虑设备的振动和热膨胀等因素。同时 ，附件设计还应注重安全性和可靠性，如设置安全阀、防爆装置等。
材料优化是在化工设备设计过程中，通过对 设备材料的选择和改进，提高设备的耐腐蚀 性、耐高温性、耐高压性等性能指标，降低 设备制造成本和使用成本。
详细描述
材料优化主要涉及对设备材料的选用、材料 加工工艺的改进、材料表面处理等方面的改 进。通过对这些材料的优化，可以提高设备 的性能指标和使用寿命，降低设备的制造成 本和使用成本。
第6章化工设备主要零部件2化工设备ppt课件
13
图6-11 标准补强圈结构
14
图6-11 标准补强圈结构
注意： 1、 补强圈焊接后，补强圈和器壁要求很好贴合，使其与器壁一起受力，否则起不到补强作用。 2、为检验焊缝的紧密性，在补强圈上，设置有一个M10的螺纹孔，如图6-11所示。当补强圈焊接后
，可以由此通入0.4～0.5MPa的压缩空气，并通过在补强圈焊缝周围涂上肥皂液方法检查焊接质量。 15
由于存在上述缺点，采用补强圈补强的压力容器必须同时满足以下条件： （1）壳体材料的标准抗拉强度不超过540MPa，以免出现焊接裂纹； （2）补强圈的厚度不超过被补强壳体的名义壁厚的1.5倍； （3）被补强壳体的名义壁厚不大于38mm。 此外，在高温、高压或载荷反复波动的压力容器上，最好不要采用补强圈补强。
mm
接管外径 25 32 38454857
65
76
89
最小壁厚 3.5 3.5 3.5 4.0 4.0 5.0 5.0 6.0 6.0
2
6.2 开孔与补强
三、补强结构
常采用补强圈补强、接管补强和整体锻件补强来降低开孔附近的应力集中， 其结构如图6-9所示。 1、补强圈补强：是在开孔周围焊上一块圆环状金属来补强的一种方法，也称贴
6.2 开孔与补强
问题的提出
2、应力集中现象分析 如图6-8所示为一单向受拉的矩形薄板（分析孔周边应力）。 为了表示应力集中的程度，引入了应力集中系数K的概念，K等于开孔边缘
处的最大应力与不开孔的横截面上的应力之比值，即 K=σmax/σ 3、孔周围应力集中现象的特点 开孔附近的应力集中具有局限性，其作用范围极为有限； 开孔孔径的相对尺寸d/D越大，应力集中系数越大，所以开孔不宜过大； 被开孔壳体的δ/D越小，应力集中系数越大；将开孔四周壳体厚度增大，则可
图6-11 标准补强圈结构
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图6-11 标准补强圈结构
注意： 1、 补强圈焊接后，补强圈和器壁要求很好贴合，使其与器壁一起受力，否则起不到补强作用。 2、为检验焊缝的紧密性，在补强圈上，设置有一个M10的螺纹孔，如图6-11所示。当补强圈焊接后
，可以由此通入0.4～0.5MPa的压缩空气，并通过在补强圈焊缝周围涂上肥皂液方法检查焊接质量。 15
由于存在上述缺点，采用补强圈补强的压力容器必须同时满足以下条件： （1）壳体材料的标准抗拉强度不超过540MPa，以免出现焊接裂纹； （2）补强圈的厚度不超过被补强壳体的名义壁厚的1.5倍； （3）被补强壳体的名义壁厚不大于38mm。 此外，在高温、高压或载荷反复波动的压力容器上，最好不要采用补强圈补强。
mm
接管外径 25 32 38454857
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76
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最小壁厚 3.5 3.5 3.5 4.0 4.0 5.0 5.0 6.0 6.0
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6.2 开孔与补强
三、补强结构
常采用补强圈补强、接管补强和整体锻件补强来降低开孔附近的应力集中， 其结构如图6-9所示。 1、补强圈补强：是在开孔周围焊上一块圆环状金属来补强的一种方法，也称贴
6.2 开孔与补强
问题的提出
2、应力集中现象分析 如图6-8所示为一单向受拉的矩形薄板（分析孔周边应力）。 为了表示应力集中的程度，引入了应力集中系数K的概念，K等于开孔边缘
处的最大应力与不开孔的横截面上的应力之比值，即 K=σmax/σ 3、孔周围应力集中现象的特点 开孔附近的应力集中具有局限性，其作用范围极为有限； 开孔孔径的相对尺寸d/D越大，应力集中系数越大，所以开孔不宜过大； 被开孔壳体的δ/D越小，应力集中系数越大；将开孔四周壳体厚度增大，则可
化工设备常用材料PPT课件
2、淬火和回火
加热至淬火温度(临界点以上30℃～50℃)， 并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。
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：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。
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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。
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三、化学性能
1、耐腐蚀性
金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力
2、抗氧化性
高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度 选耐热材料
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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
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第二节 碳钢与铸铁
液相
符号 表示
F
A
Fe3C L
概念
性能
碳溶于α－Fe中 的间隙固溶体
碳溶于γ－Fe中 的间隙固溶体
具有良好的塑性和韧性， 但强度硬度不高
与溶碳量和晶粒大小有 关，硬度较低而塑性较 高，易于锻压成形
具有复杂晶格的 硬度很高而塑性和韧性
间隙化合物
几乎为零，脆性极大
基本组织： 单相组织： F、A、 Fe3C 莱氏体Ld：（A＋ Fe3C ）在共晶点上得到，塑性韧性很差，是硬而脆的组织 珠光202体3/1P2/：1 （ F＋ Fe3C ）在共析点上得到，具有良好的力学性能 22
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3、塑性
延伸率 δ
P
100%
L1 L
L 100%
断面收缩率 ψ A A1 100%
化工设备材料
感谢您的观看
汇报人：
其他领域的发展趋势
环保领域：随着 环保意识的提高， 化工设备材料在 环保领域的应用 将越来越广泛
生物医药领域： 化工设备材料在 生物医药领域的 应用将越来越重 要，如生物反应 器、生物制药等
电子信息领域： 随着电子信息产 业的快速发展， 化工设备材料在 电子信息领域的 应用将越来越广 泛
新能源领域：随着 新能源产业的快速 发展，化工设备材 料在新能源领域的 应用将越来越广泛， 如太阳能电池、燃 料电池等
复合材料的种类：金属复合材料、非金属复合材料、有机复合材料等 复合材料的特点：具有高强度、高韧性、耐腐蚀、耐高温等优良性能 复合材料的应用：广泛应用于化工、航天、汽车、建筑等领域
化工设备材料的 性能要求
耐腐蚀性
化学腐蚀：抵抗酸、碱、盐等化学 物质的腐蚀
物理腐蚀：抵抗高温、高压、冲击 等物理因素的腐蚀
耐磨性：抵抗磨损的能 力
导热性：传递热量的能 力
机械强度：抵抗外力破 坏的能力
环保性：对环境无污染 的能力
经济性
成本：选择价格低廉、性价比高的 材料
寿命：选择使用寿命长、耐用的材 料
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
维护费用：考虑设备的维护和维修 费用
回收利用：考虑材料的回收利用价 值
安全性
化学稳定性：材料应具有良好的化学稳定性，不易被腐蚀或分解 耐高温性：材料应具有良好的耐高温性，能够承受高温工作环境 耐低温性：材料应具有良好的耐低温性，能够承受低温工作环境 抗冲击性：材料应具有良好的抗冲击性，能够承受机械冲击和振动 防火性：材料应具有良好的防火性，能够防止火灾的发生和蔓延 环保性：材料应具有良好的环保性，不会对环境造成污染和危害
化工设备基础知识培训课件PPT课件
换热器
要点一
总结词
换热器是化工生产中用于实现热量交换的设备，其结构和 工作原理对于确保工艺过程的热量平衡至关重要。
要点二
详细描述
换热器有多种类型，如管式换热器、板式换热器、热管换 热器等。其结构通常包括壳体、传热管或板、冷热流体进 出口等部分。换热器的工作原理基于热传导和热对流，通 过冷热流体的交替流动实现热量交换。换热器的设计需充 分考虑工艺要求的传热面积、流体性质以及温度和压力条 件等因素，以确保热量交换的效率和安全性。
化工设备的日常维护与保养
日常维护
定期对化工设备进行清洁、润滑和紧 固等日常维护工作，确保设备正常运 行。同时，要定期检查设备的密封性、 振动等状况。
保养计划
制定并执行定期保养计划，包括对化 工设备的全面检查、清洗、更换磨损 件等。保养计划应根据设备的重要性 和磨损情况来确定。
05
化工设备的安全与环保
化工设备的制造工艺
铸造工艺
焊接工艺
通过将熔融的金属倒入模具中，冷却 凝固后形成设备零部件。铸造工艺适 用于制造复杂形状的零件。
通过熔融金属或高分子材料，将两个 或多个零部件连接在一起。焊接工艺 适用于制造大型设备和复杂结构。
锻造工艺
通过施加外力使金属坯料变形，从而 形成所需的零部件。锻造工艺可以提 高材料的机械性能。
化工设备基础知识培训课 件
• 化工设备概述 • 化工设备的结构与工作原理 • 化工设备的材料与制造 • 化工设备的操作与维护 • 化工设备的安全与环保
01
化工设备概述
化工设备的定义与分类
总结词
化工设备的定义、分类
详细描述
化工设备是指用于实现化学工业生产过程的各种机械和设备的总称。根据不同 的用途和功能，化工设备可分为多种类型，如反应设备、分离设备、换热设备、 储存设备等。
《化工设备》课件
传热设备的应用
传热设备广泛应用于化工、石 油、制药等领域，是实现工艺 流程中热量传递和平衡的关键
设备。
反应设备
反应设备概述
反应设备是化工生产中用于实现化学 反应的重要设备，主要包括反应釜、 固定床反应器等。
反应设备的分类
根据反应类型和工艺要求的不同，反 应设备可分为釜式反应器、管式反应 器、塔式反应器等类型。
02 化工设备的材料
CHAPTER
化工设备的材料分类
01
02
03
金属材料
如钢铁、铜、铝等，具有 高强度、耐腐蚀性等特点 ，广泛应用于化工设备制 造。
非金属材料
如玻璃、陶瓷、塑料等， 具有耐高温、化学稳定性 好等优点，适用于特定化 工设备。
复合材料
由两种或多种材料组成， 具有各组成材料的优点， 如高强度、耐腐蚀等，广 泛应用于化工设备制造。
备和管道。
陶瓷
具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀 性，适用于高温和腐蚀性环境。
塑料
质轻、耐腐蚀、绝缘性好，常用 于制造管道、阀门等化工设备。
化工设备材料的安全性要求
材料应无毒无害，不含有对健康有害 的物质。
材料应具有足够的强度和刚度，能够 承受工作载荷和压力，保证设备的安 全运行。
材料应具有良好的稳定性和耐久性， 能够承受各种环境条件下的使用。
04 化工设备的结构与特点
CHAPTER
化工设备的结构类型与特点
反应器 分离器 换热器 储罐
用于化学反应的设备，具有耐高温、高压、耐腐蚀等特点，分 为釜式、管式、塔式等多种类型。
用于将反应产物与其他物质分离的设备，如蒸馏塔、萃取塔等 ，要求具有高效、稳定、耐磨损等特点。
用于加热或冷却反应物质的设备，要求材料导热性能好、耐高 温、高压。
传热设备广泛应用于化工、石 油、制药等领域，是实现工艺 流程中热量传递和平衡的关键
设备。
反应设备
反应设备概述
反应设备是化工生产中用于实现化学 反应的重要设备，主要包括反应釜、 固定床反应器等。
反应设备的分类
根据反应类型和工艺要求的不同，反 应设备可分为釜式反应器、管式反应 器、塔式反应器等类型。
02 化工设备的材料
CHAPTER
化工设备的材料分类
01
02
03
金属材料
如钢铁、铜、铝等，具有 高强度、耐腐蚀性等特点 ，广泛应用于化工设备制 造。
非金属材料
如玻璃、陶瓷、塑料等， 具有耐高温、化学稳定性 好等优点，适用于特定化 工设备。
复合材料
由两种或多种材料组成， 具有各组成材料的优点， 如高强度、耐腐蚀等，广 泛应用于化工设备制造。
备和管道。
陶瓷
具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀 性，适用于高温和腐蚀性环境。
塑料
质轻、耐腐蚀、绝缘性好，常用 于制造管道、阀门等化工设备。
化工设备材料的安全性要求
材料应无毒无害，不含有对健康有害 的物质。
材料应具有足够的强度和刚度，能够 承受工作载荷和压力，保证设备的安 全运行。
材料应具有良好的稳定性和耐久性， 能够承受各种环境条件下的使用。
04 化工设备的结构与特点
CHAPTER
化工设备的结构类型与特点
反应器 分离器 换热器 储罐
用于化学反应的设备，具有耐高温、高压、耐腐蚀等特点，分 为釜式、管式、塔式等多种类型。
用于将反应产物与其他物质分离的设备，如蒸馏塔、萃取塔等 ，要求具有高效、稳定、耐磨损等特点。
用于加热或冷却反应物质的设备，要求材料导热性能好、耐高 温、高压。
化工设备基础培训PPT课件( 31页)
压力容器基本要求
• 化工生产的特殊性要求压力容器一般要满 足化工工艺要求，二是安全可靠，结构合 理。
• 1.强度 压力容器所有零部件都应有足够的强度，以保证 化工生产的安全运行。
• 2.刚性 压力容器要求有足够的刚性和稳定性。 • 3.耐久性 压力容器的耐久性要求有足够的耐蚀性、耐
疲劳、耐蠕变及抗断裂等性能。 • 4.密封性 在使用、安装和检修中应密切关注压力容器
压力容器的分类
3．按容器壁厚分 • 薄壁容器 是指器壁的厚度小于容器内径的1/10者，
K＝D0/Di<1.2 • 厚壁容器 是指器壁的厚度大于等于容器内径的
1/10者，即K＝D0/Di≥1.2 。 式中K为直径比，D0 是圆筒外径，Di是圆筒内径。 • 4．按工作温度分 • 常温容器 －20℃<t<300℃ • 高温容器 t≥300℃ • 低温容器 t≤-20℃ • 超低温容器 t<-50℃
压力容器零部件的标准化
压力容器零部件已经标准化，这样既增强了容器部件的互换性， 又解决了加工量小、成本高、质量差等问题，更利于专业化大 批量生产。我国原化学工业部、机械工业部等部门对容器零部 件制定了一系列标准。 • 容器零部件标准化的基本参数是公称直径和公称压力。 • 公称直径 是将压力容器的直径加以标准化以后的标准直径， 用“DN”表示。容器的公称直径是它的内径。管子的公称直径 既不是它的内径也不是它的外径，而是与两者相近的某一个数 值，故而是一个“名义”直径。采用无缝钢管制做筒体时其外 径为公称直径。 • 公称压力 是为了设计、制造和使用方便而人为地规定一个标 准压力，它分为若干标准压力等级，从而使容器的壁厚和部件 标准化，用“PN”表示。中低压范围分为0.25、0.6、1.0、2.5、 4.0、5.0MPa。 • 法兰的公称直径和公称压力是根据与之相配的容器或管子的标 准面制定的。
化工设备介绍ppt课件
荷而装设在设备上的一种安全装置。压力容器的安全附件 较多，但最常用的安全附件有安全泄压装置（安全阀、爆 破片、防爆帽）、压力表、液位计等。 安全泄压装置
安全泄压装置是为保证压力容器安全运行，防止它超 压的一种器具。
常见的安全泄压装置有安全阀、爆破片和防爆帽。
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28
四、储运压力容器
4.4 压力容器的安全附件 Ａ、安全阀
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40
5.3换热器分类
五、换热设备
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41
5.3换热器分类
五、换热设备
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42
5.3换热器分类
五、换热设备
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五、换热设备
5.4列管式换热器的基本结构形式 1）、列管式换热器的主要结构：
壳体、管箱、管板、换热管、折流挡板以及其它 附件组成。 2）、列管式换热器的工作原理：
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6
一、化工生产的特点
5 单元操作多，设备种类复杂
化工产品的生产是通过若干个化学反应和若干个物理操作实 现的，化工过程主要有传质、传热、流体流动、机械和热力五大 过程；各过程要通过单元操作来实现，常见的单元操作有：输送、 吸收、蒸馏、冷凝、萃取、分离、干燥、粉碎、分散、研磨等等， 各单元操作要通过不同的设备来实现，复杂的有机合成，多达十 几步反应、几乎要用到所有的单元操作，所以化工设备的用途、 操作条件、结构形式也千差万别。
32压力容器的组成1515介质危害性指介质的毒性易燃性腐蚀性氧化性等其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃a毒性33压力容器分类1616介质危害性指介质的毒性易燃性腐蚀性氧化性等其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃b易燃性可燃气体或蒸汽与空气的混合物遇着明火能够发生爆炸的浓度范围称爆炸浓度极限爆炸时的最低浓度称为爆炸下限最高浓度称为爆炸上限爆炸极限一般用可燃气体或蒸汽在混合物中的体积分数表示
安全泄压装置是为保证压力容器安全运行，防止它超 压的一种器具。
常见的安全泄压装置有安全阀、爆破片和防爆帽。
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四、储运压力容器
4.4 压力容器的安全附件 Ａ、安全阀
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5.3换热器分类
五、换热设备
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5.3换热器分类
五、换热设备
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5.3换热器分类
五、换热设备
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五、换热设备
5.4列管式换热器的基本结构形式 1）、列管式换热器的主要结构：
壳体、管箱、管板、换热管、折流挡板以及其它 附件组成。 2）、列管式换热器的工作原理：
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6
一、化工生产的特点
5 单元操作多，设备种类复杂
化工产品的生产是通过若干个化学反应和若干个物理操作实 现的，化工过程主要有传质、传热、流体流动、机械和热力五大 过程；各过程要通过单元操作来实现，常见的单元操作有：输送、 吸收、蒸馏、冷凝、萃取、分离、干燥、粉碎、分散、研磨等等， 各单元操作要通过不同的设备来实现，复杂的有机合成，多达十 几步反应、几乎要用到所有的单元操作，所以化工设备的用途、 操作条件、结构形式也千差万别。
32压力容器的组成1515介质危害性指介质的毒性易燃性腐蚀性氧化性等其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃a毒性33压力容器分类1616介质危害性指介质的毒性易燃性腐蚀性氧化性等其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃b易燃性可燃气体或蒸汽与空气的混合物遇着明火能够发生爆炸的浓度范围称爆炸浓度极限爆炸时的最低浓度称为爆炸下限最高浓度称为爆炸上限爆炸极限一般用可燃气体或蒸汽在混合物中的体积分数表示
化工设备图ppt课件
表4-4
减少焊接 任务量
4.4.2 化工设备常见焊缝的表达
化工设备常见焊缝：筒体对接、筒体与封头、筒体 与接纳、补强圈与筒体或封头、厚壁管补强、筒体 与管板、换热管与管板。
①画出节点放大▪ A图、；B类②焊标缝注节尺点寸：坡坡口口角角度α度、钝边
高，根部间隙等。
钝边P
工件厚度δ
单面焊
双面焊
坡口深度H 根部间隙b
4.3 化工设备图的简化画法 P86--
对于化工设备图中的规范化零部件， 在不影响视图正确、清楚地表达构造外 形大在图的装的前配构图造提中部下，分规等，范可采零采件用用、简各外化购画种件法简、。已在化有明画零细部表法件和。图管、口部表分中放写
明：
a 〕规范件、外购件的称号、规格、衔接规范、构造方式、 密封面方式等，外购件注明“外购〞字样；
8、不同资料的剖面表示方法
为了区分不同的资料，采用不同的剖面表示方式， 下面是几种常见资料的剖面方式。
金属资料 非金属资料
〔设备壳体、 各种零部件等〕
焊缝金属资料
(法兰垫片、设备
防腐隔热内衬等)
玻璃
〔液面计、视镜〕
混凝土
〔设备根底〕
砂、胶泥
〔管沟填埋、设 备防腐内衬等〕
耐火砖
〔设备耐火砖内衬等〕
可用粗点划线表示特殊喷涂外表 薄衬层：细实线，与设备轮廓线间隔约1～2mm。
可见轮廓线和过渡线
尺寸线、尺寸界线、剖面线、重合断面 的轮廓线、引出线 、螺纹的牙底线及齿 轮的齿根线
断裂处的边界线、视图和剖视的分 界线
4 双折线 5 虚线
约b/3 断裂处的边界线 约b/3 不可见轮廓线及过渡线
6 细点画线 7 粗点画线
化工设备材料及其选择培训讲义(PPT 99).ppt
如：纯铁的延伸率为50%，
20R的d5不小于25% ； 16MnR的d5不小于21%； 1Cr18Ni9Ti的d5不小于40%。
10
（3）冷弯性能
室温下对试板以一定的内半径（R=0.5～3 板厚）进行弯曲，a=1200或1800 ，是否出现裂 纹或起层。 -----是钢材塑性指标和冶金质量的综合指标。
在1500倍显微镜下观察 到的显微组织，即金属 的金相组织。
球状石墨：强度最好 细片状石墨：次之
金相组织结构直接影响 金属材料的性质。
粗片状石墨：差
如，铸铁中的石墨形式 不同，其性质也不同。
28
•纯铁在不同温度下的晶体结构：
29
30
2. 纯铁的同素异构转变：
910℃
γ-Fe
（面心立方晶格）
在——提高强度。是有益元素。
2）.硫(S)
来源——矿石和焦炭。 存在形式：FeS。 作用——FeS 的熔点低于钢材热加工开始温度，
它过早熔化，导致工件开裂，称为热脆性。
有害元素！
37
3). 磷(P) 来源——矿石。
作用——溶于铁素体，使钢材常温下脆性增加，
塑性、韧性下降，即所谓“冷脆性”。
依据国家标准GB221-2000,牌号中 化学元素——化学符号或汉字表示； 产品用途、冶炼和浇铸方法——汉字或汉语
拼音字母表示。 例如：沸腾钢——F或沸
灰口铸铁——HT或灰铁 铸钢——ZG 锅炉钢——g或锅 容器钢——R或容
24
2.钢号表示法
例：优质碳素钢——
08F 沸腾钢
20 R
含碳量为0.08%；
章化工设备材料及其选择
1.1概述 1）.化工设备的使用环境： 压力：真空—低压—中压—高
20R的d5不小于25% ； 16MnR的d5不小于21%； 1Cr18Ni9Ti的d5不小于40%。
10
（3）冷弯性能
室温下对试板以一定的内半径（R=0.5～3 板厚）进行弯曲，a=1200或1800 ，是否出现裂 纹或起层。 -----是钢材塑性指标和冶金质量的综合指标。
在1500倍显微镜下观察 到的显微组织，即金属 的金相组织。
球状石墨：强度最好 细片状石墨：次之
金相组织结构直接影响 金属材料的性质。
粗片状石墨：差
如，铸铁中的石墨形式 不同，其性质也不同。
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•纯铁在不同温度下的晶体结构：
29
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2. 纯铁的同素异构转变：
910℃
γ-Fe
（面心立方晶格）
在——提高强度。是有益元素。
2）.硫(S)
来源——矿石和焦炭。 存在形式：FeS。 作用——FeS 的熔点低于钢材热加工开始温度，
它过早熔化，导致工件开裂，称为热脆性。
有害元素！
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3). 磷(P) 来源——矿石。
作用——溶于铁素体，使钢材常温下脆性增加，
塑性、韧性下降，即所谓“冷脆性”。
依据国家标准GB221-2000,牌号中 化学元素——化学符号或汉字表示； 产品用途、冶炼和浇铸方法——汉字或汉语
拼音字母表示。 例如：沸腾钢——F或沸
灰口铸铁——HT或灰铁 铸钢——ZG 锅炉钢——g或锅 容器钢——R或容
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2.钢号表示法
例：优质碳素钢——
08F 沸腾钢
20 R
含碳量为0.08%；
章化工设备材料及其选择
1.1概述 1）.化工设备的使用环境： 压力：真空—低压—中压—高
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• 加工工艺性能：可铸性－收缩与偏析；可锻性；焊 接性；可切削加工性。
第一节 金属的晶体结构
一、金属原子结构特点与金属键
• 金属原子结构特点：最外层的电子数很少，一般只 有一二个；而且这些最外层电子与原子核的结合力 较弱，因此很容易脱离原子核的束缚而变成自由电 子。
• 金属键：在金属中，暂时摆脱原子核束缚的电子成 为共有的自由电子，在所有的金属正离子之间穿梭 运动，好像带负电的气体充满其间，把带正电的金 属离子牢固地束缚在一起。这种金属原子之间的结 合方式称为金属键。
• 材料的性能:力学性能、物理性能、化学性能和加工 性能。
• 力学性能:决定许用应力--强度、硬度、弹性、塑性、 韧性等。
• 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。
• 化学性能：耐腐蚀性Байду номын сангаас-金属和合金对周围介质侵蚀的 抵抗能力；抗氧化性--高温氧化，降低表面硬度和抗 疲劳强度，选耐热材料。
（1）铁素体
碳溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体。 a-Fe原子间隙小，溶碳能力低（最大溶解
度不超过0.02％），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。 室温时，钢的组织中只有铁素体，没有奥 氏体。
（2）奥氏体
碳溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。 g-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比a-Fe
第二篇 压力容器
第八章 化工设备材料
•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。 •熟悉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。 •掌握化工设备材料选用的原则，掌握几种常用化工设 备材料（普低钢和低合金钢）的牌号、性能、用途； •掌握常用金属材料热处理的方法和作用。
（一）铁 铁在910oc以上是具有面心立方结构的γ－Fe(图 a); 铁在910oc以下是具有体心立方结构的α－Fe(图b)。
a-Fe加热可变为g-Fe，反之高温下的g-Fe冷却可变为a-Fe。 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”。 铁的同属异构转变是构成铁碳合金一系列性能的依据。
• 二、金属的晶体结构
• 金属的结晶过程
• 金属的结晶过程
第二节 铁碳合金
“铁碳合金”由95％以上铁和0.05％～4％ 碳及1％左右杂质元素所组成合金。
• 含碳量0.02％～2％称为钢； • 含碳量大于2％称为铸铁； • 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
（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。
（5）莱氏体
珠光体和初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，是碳原 子在a-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。
二、 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，从这两曲线以下开始结晶。
• AE、CF线称为“固相线”，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”。
• ES（Acm）与GS（A3）分别为奥氏体的溶解度曲线，在 ES线以下奥氏体开始析出二次渗碳体，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。
钢在加热时形成单一的奥氏体组织。
所有生铁组织中都有莱氏体，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。
• g－Fe变 成a－Fe
铁的同素异构转变
（二）碳 碳在铁碳合金中的存在形式有三种：
• 碳溶解到铁的晶格中形成固溶体 • 碳与铁形成化合物 • 混合物：碳以石墨状态单独存在。
1、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。如碳原子挤到铁的晶格 中间去又不破坏铁所具有的晶 格结构。
• 渗碳体的熔点约1600℃，硬度高，塑性几乎等于零。
• 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、混合物－碳以石墨状态单独存在
当铁碳合金中的碳含量较高，合金从液态以 缓慢的速度冷却下来时，合金中没有溶入固溶 体的碳将由极大部份以石墨状态存在。
• 化学工业是国民经济的基础产业，各种化学生产工艺的要求 各不尽相同，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 其复杂的操作条件下运行。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，加之承受一定 的工作压力 ，因此在选材时必须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一定的腐 蚀性，因此需要考虑材料的耐腐蚀情况。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 劳等；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。
中大得多，如在723℃时可溶解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。
2、化合物－渗碳体
• 当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中 时，剩余的碳将与铁形成化合物 －碳化铁（Fe3C）， 这种化合物称为渗碳体。
第一节 金属的晶体结构
一、金属原子结构特点与金属键
• 金属原子结构特点：最外层的电子数很少，一般只 有一二个；而且这些最外层电子与原子核的结合力 较弱，因此很容易脱离原子核的束缚而变成自由电 子。
• 金属键：在金属中，暂时摆脱原子核束缚的电子成 为共有的自由电子，在所有的金属正离子之间穿梭 运动，好像带负电的气体充满其间，把带正电的金 属离子牢固地束缚在一起。这种金属原子之间的结 合方式称为金属键。
• 材料的性能:力学性能、物理性能、化学性能和加工 性能。
• 力学性能:决定许用应力--强度、硬度、弹性、塑性、 韧性等。
• 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。
• 化学性能：耐腐蚀性Байду номын сангаас-金属和合金对周围介质侵蚀的 抵抗能力；抗氧化性--高温氧化，降低表面硬度和抗 疲劳强度，选耐热材料。
（1）铁素体
碳溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体。 a-Fe原子间隙小，溶碳能力低（最大溶解
度不超过0.02％），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。 室温时，钢的组织中只有铁素体，没有奥 氏体。
（2）奥氏体
碳溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。 g-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比a-Fe
第二篇 压力容器
第八章 化工设备材料
•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。 •熟悉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。 •掌握化工设备材料选用的原则，掌握几种常用化工设 备材料（普低钢和低合金钢）的牌号、性能、用途； •掌握常用金属材料热处理的方法和作用。
（一）铁 铁在910oc以上是具有面心立方结构的γ－Fe(图 a); 铁在910oc以下是具有体心立方结构的α－Fe(图b)。
a-Fe加热可变为g-Fe，反之高温下的g-Fe冷却可变为a-Fe。 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”。 铁的同属异构转变是构成铁碳合金一系列性能的依据。
• 二、金属的晶体结构
• 金属的结晶过程
• 金属的结晶过程
第二节 铁碳合金
“铁碳合金”由95％以上铁和0.05％～4％ 碳及1％左右杂质元素所组成合金。
• 含碳量0.02％～2％称为钢； • 含碳量大于2％称为铸铁； • 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
（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。
（5）莱氏体
珠光体和初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，是碳原 子在a-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。
二、 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，从这两曲线以下开始结晶。
• AE、CF线称为“固相线”，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”。
• ES（Acm）与GS（A3）分别为奥氏体的溶解度曲线，在 ES线以下奥氏体开始析出二次渗碳体，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。
钢在加热时形成单一的奥氏体组织。
所有生铁组织中都有莱氏体，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。
• g－Fe变 成a－Fe
铁的同素异构转变
（二）碳 碳在铁碳合金中的存在形式有三种：
• 碳溶解到铁的晶格中形成固溶体 • 碳与铁形成化合物 • 混合物：碳以石墨状态单独存在。
1、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。如碳原子挤到铁的晶格 中间去又不破坏铁所具有的晶 格结构。
• 渗碳体的熔点约1600℃，硬度高，塑性几乎等于零。
• 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、混合物－碳以石墨状态单独存在
当铁碳合金中的碳含量较高，合金从液态以 缓慢的速度冷却下来时，合金中没有溶入固溶 体的碳将由极大部份以石墨状态存在。
• 化学工业是国民经济的基础产业，各种化学生产工艺的要求 各不尽相同，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 其复杂的操作条件下运行。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，加之承受一定 的工作压力 ，因此在选材时必须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一定的腐 蚀性，因此需要考虑材料的耐腐蚀情况。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 劳等；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。
中大得多，如在723℃时可溶解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。
2、化合物－渗碳体
• 当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中 时，剩余的碳将与铁形成化合物 －碳化铁（Fe3C）， 这种化合物称为渗碳体。