化工機械設備基礎 第六章 壓力容器與化工設備常用材料

1、第二篇 化工設備設計基礎,第六章 壓力容器與化工設備常用材料,第一節(jié) 容器的結構與分類,一、容器的結構——反應設備——換熱設備——分離設備——貯運設備,離心機,鈦鋼復合反應釜,冷凝器,吸收塔,二、容器的分類,1．按形狀分類,——方形——球形——圓筒形,2．按容器厚度分類,,,,薄壁容器：厚度與其最大截面的內徑之比小于等于0.1厚壁容器：厚度與其最大截面的內徑之比大于0.1,3．按承壓性質和能力分類,內壓、外壓容

2、器,4．按壁溫分類,——常溫容器 -20-200度——高溫容器 達到材料蠕變溫度下工作 420-550度——中溫容器 指壁溫在常溫和高溫之間的容器。——低溫容器 -20度下,6．按結構材料分類,5．按支承形式分類,立式、臥式,金屬容器、非金屬容器,第二節(jié) 容器機械設計的基本要求,容器的總體尺寸——工藝尺寸,容器零部件的機械設計,(1)強度(2)剛度(3)穩(wěn)定性(4)耐久性(5)密封性(5)節(jié)省材料，便于制

3、造(5)方便操作，便于運輸,使用年限為10-15年。,,第三節(jié) 容器的標準化設計,一、標準化的意義,——從產品的設計、制造、檢驗和維修等方面：1、 有利于成批生產，縮短生產周期，提高產品質量，降低成本，從而提高產品的競爭能力；2、增加零部件的互換性，有利于設計、制造、安裝和維修，提高勞動生產率。3、標準化為組織專業(yè)化生產提供f有利條件，有利于合理地利用國家資源，節(jié)省原材料。4、能夠有效地保障人民的安全與健康；5、采用

4、國際性的標準化，可以消除貿易障礙，提局競爭能力。,二、容器零部件標準化的基本參數,公稱直徑DN,——鋼板卷制的筒體和成型封頭：內徑；——管子： 不是它的內徑，也不是外徑，而是小于管子外徑的一個數值。,公稱壓力 PN,——如果是選用標準零部件，則必須將操作溫度的最高工作壓力(或設計壓力)調控到所規(guī)定的某一公稱壓力等級，然后根據DN和PN選定該零件的尺寸?！绻悴考催x用標準件，則設計壓力就小必符合規(guī)定的公稱壓力。,第四節(jié) 化工

5、容器常用金屬材料的基本性能,選用材料的一般要求：1)材料品種符合中國資源與供應情況；2)材質可靠，能保證使用壽命；2) 足夠的強度；4)便于制造加工，焊接性能好；5) 經濟合算。,一、力學性能,彈性塑性強度硬度韌性,碳鋼,焊接,1、強度 是固體材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的特征。屈服極限σs強度極限σb持久極限σD——交變載荷，鋼材在設計溫度下經l0萬小時斷裂的持久強度的平均值。屈強比——σs/

6、σb，材料屈服后強化能力的高低,2．塑性 金屬在外力作用下產生塑性變形但不被破壞的能力。延伸率——δ斷面收縮率——ψ,抗拉強度與變形溫度的關系,3、韌性 材料對缺口或裂紋敏感程度的反映。 沖擊韌性 (J/m2)。 無塑性轉變溫度（最低使用溫度）——沖擊韌性的數值隨溫度降低而減小。在某一溫度區(qū)內沖擊韌性的數值突然明眼下降，材料變脆的溫度。 斷裂韌性—— 含裂紋構件抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力,4、硬

7、度 衡量固體材料軟硬程度的力學性能指標。表征材料表面局部抵抗壓力變形和斷裂的能力。,布氏硬度洛氏硬度維氏硬度,抗拉強度與硬度的關系：,冷拉異型鋼,5、 材料在高溫下的力學性能,溫度升高， 塑性增強，硬度下降,二、物理性能 相對密度、熔點、熱膨脹系數、導熱系數和導電性等,三、化學性能 材料在所處的介質中的化學穩(wěn)定性,1．耐腐蝕性,腐蝕速度——介質對材料的腐蝕速度在0.1mm/a 以下時，材料是耐腐蝕的。,2．抗

8、氧化性,四、工藝性能,鍛造性、焊接性、切削加工性、熱處理性能和冷彎性,五、其他性能1．組織穩(wěn)定性2．抗松弛性3．應變時效敏感性,第五節(jié) 碳鋼與鑄鐵,一、鋼鐵(鐵碳合金) 是由95％以上的鐵和0.05％~4％的碳及1％的雜質元素所組成的臺金。鋼——C%=0.02-2％鑄鐵——C%>2％，碳以石墨存在純鐵(工業(yè)純鐵)——C%<0.02％,純鐵在不同溫度下具有兩種不同的晶體結構,α鐵,γ鐵,同素異構轉變

9、 910 ℃,,,,灰口鑄鐵,>,>,碳鋼結構1)鐵素體—— 碳溶解在α-Fe中形成的固溶體。 強度、硬度低．2)奧氏體——碳溶解在γ-Fe中形成的固溶體。強度、硬度較低，塑性韌性較好。,鐵素體—— 碳溶解在α-Fe中,奧氏體——碳溶解在γ-Fe中,,,含碳量對碳鋼機械性能的影響,3)滲碳體——鐵、碳合金中的碳不能全部溶入Fe中，其余部分的碳和鐵形成一種化合物(一碳化鐵) 。熔點約為1600℃，硬度高(約H

10、B800)．塑性幾乎等于零,,鋼,二、鋼的熱處理,鋼的熱處理方法有退火、正火、淬火、回火等。,1．退火和正火,退火——把工件放在爐中緩慢加熱到臨界點以上的某一溫度，保溫一段時間，隨后隨爐緩慢冷卻下來，一般需20-40h或更長時間。正火——加熱后的工件從爐中取出置于空氣中冷卻下來．冷卻速度要比退火快一些，因而晶粒變細。目的——消除內應力，減少變形，改善組織，降低硬度，便于切削加工。,各種退火、正火的加熱溫度及冷卻速度,2．淬火和回火

11、 淬火——將工件加熱至淬火溫度(臨界點以上30-50℃)，并保溫一段時間，然后投入淬火劑中冷卻的一種熱處理工藝。淬火劑有空氣、油、水、鹽水；其冷卻能力按上述順序遞增。碳鋼一般在水和鹽水中淬火．合金鋼導熱性能比碳鋼差，為防止產生過高應力．一般在油中淬火。 淬火可以增加零件的硬度、強度和耐磨性。淬火時冷卻速度太快，容易引起零件變形或裂紋。冷卻速度太慢則達不到技術要求。因此，淬火常常是產品質量的關鍵所在。,回火——零件淬火后進行的較低

12、溫度的加熱與冷卻熱處理工藝。降低或消除零件淬火后的內應力，使金相組織趨于穩(wěn)定,淬火溫度范圍,高頻感應電爐、鏈條淬火,3)化學熱處理——將零件放在某種化學介質中，通過加熱、保溫、冷卻等方法，使介質中的某些元素滲入零件表面，改變表面層的化學成分和組織結構，從而使零件去面具有某些性能。 化學熱處理有滲碳、滲氮(氮化)、滲鉻、滲硅、滲鋁、氰化(碳與氮共滲)等；,井式氣體滲碳,真空滲鋅爐,第六節(jié) 低合金鋼及化工設備用的特種鋼,一、合金元

13、素對鋼的影響,鉻——提高耐腐蝕性能、抗氧化性能、提高鋼的強度、硬度和耐磨性，但它使鋼的塑性和韌性降低。 錳——提高鋼的強度，增加錳含量對提高低溫沖擊韌性有好處。 鎳——提高淬透性、強度，而又保持良好的塑性和韌性。 硅——可提高強度、高溫疲勞強度、耐熱性等等,3Cr2W8V 718 T10 等模具鋼,低合金鋼(亦稱低合金高強度鋼)——是在碳素鋼的基礎上加入少量Si，Mn，Ti，V，Nb，P等合金元素構成的． 含碳量較低，