1、7 过程设备常用材料过程设备常用材料7.1 过程设备用材的基本要求过程设备用材的基本要求7.2 过程设备常用材料过程设备常用材料7.3 钢的热处理钢的热处理7.4 金属材料的腐蚀与防腐金属材料的腐蚀与防腐7.5 过程设备金属材料的选择过程设备金属材料的选择概概 述述 过程设备是过程工业的过程设备是过程工业的物质基础和保障物质基础和保障：材料是任何设备功能完成的物质载体材料是任何设备功能完成的物质载体设备材料的重要性设备材料的重要性 1915年，合成尿素新工艺进入中试阶段，年，合成尿素新工艺进入中试阶段，但无法克服熔融尿素对钢材的腐蚀。但无法克服熔融尿素对钢材的腐蚀。1953年，年，才实现了才实
2、现了尿素的尿素的规模化生产，前提是荷兰科规模化生产，前提是荷兰科学家提高了铬镍不锈钢对熔融尿素的腐蚀。学家提高了铬镍不锈钢对熔融尿素的腐蚀。 过程工业的复杂性，材料选用具有的特过程工业的复杂性，材料选用具有的特点：点：复杂性、多样性、高要求复杂性、多样性、高要求神州六号返回舱的隔热材料保证了从神州六号返回舱的隔热材料保证了从2000C到到40C： 飞船返回舱的降温主要通过三种方法：飞船返回舱的降温主要通过三种方法：一是吸一是吸热式防热热式防热，在返回舱的某些部位，采用导热性能，在返回舱的某些部位，采用导热性能好、熔点高和热容量大的金属吸热材料来吸收大好、熔点高和热容量大的金属吸热材料来吸收大量
3、的气动热量；量的气动热量；二是辐射式防热二是辐射式防热，用具有辐射性，用具有辐射性能的钛合金及陶瓷等复合材料，将热量辐射散发能的钛合金及陶瓷等复合材料，将热量辐射散发出去；出去；三是烧蚀防热三是烧蚀防热，利用高分子材料在高温加，利用高分子材料在高温加热时表面部分材料融化、蒸发、升华或分解汽化热时表面部分材料融化、蒸发、升华或分解汽化带走大量热量的方法散热。带走大量热量的方法散热。 过程设备材料的过程设备材料的分类分类金属材料金属材料非金属材料非金属材料黑色金属及其合金黑色金属及其合金有色金属及其合金有色金属及其合金无机非金属材料无机非金属材料有机非金属材料有机非金属材料材料中应用最多的是什么类
4、型？为什么？材料中应用最多的是什么类型？为什么？选材原则：安全、适用、经济选材原则：安全、适用、经济1. 材质性能适用可靠，保证一定使用寿命；材质性能适用可靠，保证一定使用寿命；选材的基本要求选材的基本要求：2. 材料品种应符合国家资源和供应情况材料品种应符合国家资源和供应情况；3. 经济上合算。经济上合算。 7.1 过程设备用材的基本要求过程设备用材的基本要求过程设备用材的过程设备用材的性能性能要求要求 力学性能力学性能1. 强度强度 * 材料在高温和低温下的强度材料在高温和低温下的强度是确定材料是确定材料许用应力许用应力的依据，的依据， S， b是材料抵抗是材料抵抗塑性变形塑性变形和破坏的
5、能力和破坏的能力屈强比屈强比高的钢材，塑性储备降低，缺口敏感性增加。高的钢材，塑性储备降低，缺口敏感性增加。碳钢力学性能随温度的变化2. 塑性塑性：材料在外力作用下，产生塑性变形而不破：材料在外力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力，即材料断裂前塑性变形的能力，反应材坏的能力，即材料断裂前塑性变形的能力，反应材料可塑性的指标。料可塑性的指标。 =1020%3. 韧性韧性：指材料在塑性变形直至断裂的全过程中吸收：指材料在塑性变形直至断裂的全过程中吸收的能量，是材料强度和塑性的综合表现能力。一般用的能量，是材料强度和塑性的综合表现能力。一般用冲击韧性来评定。冲击韧性来评定。AK（J/cm2 ）4.
6、硬度硬度：指材料抵抗外物压入的能力，有：指材料抵抗外物压入的能力，有HB，HR。# 刚度刚度：保证材料不产生过量弹性变形：保证材料不产生过量弹性变形。弹性模量。弹性模量E、G ； 化学性能化学性能耐腐蚀性：耐腐蚀性：抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。 腐蚀：由于环境作用引起的破坏或变质。 分化学腐蚀和电化学腐蚀。 抗氧化性：抗氧化性：抵抗介质中的自由氧、硫及 其它杂质对钢的氧化腐蚀作用。 加工工艺性加工工艺性1. 可焊可焊 性：性：少的焊接缺陷2. 可锻性：可锻性：不发生热脆3. 可塑性：可塑性：优良的塑性加工性能4. 机械加工性能：机械加工性能：保证良好的切削性5. 可铸性好：可铸性好：铸造中收缩和
7、偏析小 材料的物理性能材料的物理性能导热系数导热系数： 设备要求传热线膨胀系数线膨胀系数：防止热应力密度密度：决定设备的重量熔点和导电性熔点和导电性：一一) ) 碳钢碳钢碳钢：碳含量在碳钢：碳含量在0.022之间的铁碳合金之间的铁碳合金;铸铁：碳含量大于铸铁：碳含量大于2的铁合金。的铁合金。1、 碳及常存杂质对钢材性能的影响碳及常存杂质对钢材性能的影响磷磷(P)硫硫(S)锰锰(Mn)硅硅(Si)碳碳(C) 钢材获得广泛应用钢材获得广泛应用, ,为什么？为什么？ 7.2 7.2 过程设备常用材料过程设备常用材料碳含量对材料机械性能影响碳含量对材料机械性能影响2 碳钢分类碳钢分类按含碳量分：低碳钢
8、按含碳量分：低碳钢 中碳钢中碳钢 高碳钢高碳钢按质量等级分：普通碳素钢按质量等级分：普通碳素钢 优质碳素钢优质碳素钢 高级优质碳素钢高级优质碳素钢按用途分：碳素结构钢按用途分：碳素结构钢 碳素工具钢碳素工具钢普通碳素结构钢：普通碳素结构钢：GB700-88Q235A FGB700-88国标号国标号产品质量等级产品质量等级，共分，共分A、B、C、D四级四级材料屈服限的保证值，材料屈服限的保证值，(厚度小于厚度小于16mm)F：沸腾钢，：沸腾钢，Z：镇静钢，：镇静钢，b:半镇静钢半镇静钢 除保证机械性能和化学成分外，还对磷、硫除保证机械性能和化学成分外，还对磷、硫及非金属夹杂物控制较严及非金属夹杂
9、物控制较严:C%、P%0.04%。它的牌号以含碳量的万分之数而定。它的牌号以含碳量的万分之数而定。 优质低碳钢优质低碳钢：0.6%；强度硬度均较高，塑性差，；强度硬度均较高，塑性差，常用于制造弹簧，刀具及耐磨零件。常用于制造弹簧，刀具及耐磨零件。分分 类类优质碳素结构钢优质碳素结构钢 ： 锅炉和压力容器用钢有特殊性，经常采用专锅炉和压力容器用钢有特殊性，经常采用专门用途的锅炉用钢和容器用钢。在钢号后分别门用途的锅炉用钢和容器用钢。在钢号后分别以以“ g ” 和和 “ R ”来表示。来表示。如如 20g，20R，16MnR 屈服限屈服限 强度限强度限铸钢：铸钢： ZG200400二二) ) 合金
10、钢合金钢 压力容器用低合金钢：合金元素总含量小于压力容器用低合金钢：合金元素总含量小于5%主要牌号主要牌号：16MnR，15MnVR，18MnMoNbR 35CrMoA1、 合金结构钢合金结构钢数数字字元素名称元素名称数字数字合金元素含量合金元素含量合金元素符号合金元素符号平均含碳量的万分数平均含碳量的万分数A如如 9SiCr（冷冲模具用钢）（冷冲模具用钢）数字数字元素名称元素名称数字数字合金元素含量合金元素含量合金元素符号合金元素符号平均含碳量的千分数平均含碳量的千分数当含碳量大于当含碳量大于1则不则不表示表示W18Cr4V(高速钢，如齿轮铣刀用钢高速钢，如齿轮铣刀用钢)2、 合金工具钢合金
11、工具钢1)1)不锈钢不锈钢 铬不锈钢铬不锈钢：1Cr13、0Cr13、 9Cr18 ；铬镍不锈钢铬镍不锈钢 (18-8)：0Cr18Ni9、00Cr18Ni9；节镍不锈钢节镍不锈钢：1Cr18Mn8Ni5N、0Cr17Mn13Mo2N分类分类00：C% 0.03%；0：C% 0.08%；1： 0.08% C% 0.12%3、特殊钢、特殊钢 耐大气腐蚀钢和耐化学介质腐蚀钢的总称。耐大气腐蚀钢和耐化学介质腐蚀钢的总称。Cr对材料电极电位的影响铬镍不锈钢铬镍不锈钢 ： 典型钢号典型钢号(18-8) 0Cr18Ni9、00Cr18Ni9； 铬不锈钢铬不锈钢：1Cr13、0Cr13、 9Cr18 ；调质
12、处理后有较强的强度和韧性 ；弱腐蚀介质 ，温度低于30，有良好的耐蚀性；在硫酸、盐酸、熔融碱液中耐蚀性差 ；一般固溶处理；较高的强度，极好的塑性和韧性 ，焊接性能好；，焊接性能好；比铬不锈钢更好的耐蚀性；还原性介质、；还原性介质、cl不耐蚀；不耐蚀；容易发生晶间腐蚀。晶间腐蚀 发生晶间腐蚀的原因是什么？ 防止发生晶间腐蚀的方法：1 固溶处理；2 减少钢中含碳量；3 加入强亲碳元素：Ti、Nb2 2） 高温用钢高温用钢抗氧化钢：抗氧化钢：1Cr13Si3，1Cr23Ni13热强钢：热强钢：15CrMo,12Cr2Mo1,1Cr5Mo, 0Cr19Ni9,0Cr17Ni12Mo2等等 分为分为：和
13、和抗氧化钢抗氧化钢3 3） 低温用钢低温用钢以高铬镍钢为主以高铬镍钢为主热强钢热强钢低碳钢在538下的蠕变量与时间T的关系三）铸铁三）铸铁灰口铸铁：灰口铸铁：碳以自由态片状石墨存在，抗拉强度碳以自由态片状石墨存在，抗拉强度低，挤压强度高，用于制造耐压件。低，挤压强度高，用于制造耐压件。 HT100HT100可锻铸铁：可锻铸铁：石墨成团絮状石墨成团絮状, ,具有一定强度和塑性具有一定强度和塑性， 用于有振动和冲击的场合用于有振动和冲击的场合 KTH300KTH30006 06 球墨铸铁：石墨成球状球墨铸铁：石墨成球状, ,强度、塑性、韧性好强度、塑性、韧性好 可替代铸钢可替代铸钢QT500QT5
14、005 5 球化效果差，石墨形态为片状和蠕虫状球墨铸铁的金相组织（）球墨铸铁的金相组织（）石墨形态： 球状石墨、团状、团絮状、 蠕虫状 、片状石墨大小 ：17级球墨铸铁的金相组织（）球墨铸铁的金相组织（）球墨铸铁的金相组织（球墨铸铁的金相组织（3）球墨铸铁基体组织：铁素体+珠光体，珠光体含量65%球墨铸铁的金相组织（球墨铸铁的金相组织（4）珠光体的片间距（粗细）球墨铸铁的金相组织（球墨铸铁的金相组织（5） 球墨铸铁中的渗碳体形态四）四） 有色金属及合金有色金属及合金紫铜紫铜 ：T1，T2，T3黄铜：黄铜：H80，H68，H62铝：铝：L1,L2,L6硬铝：硬铝：AI-Cu-Mg的合金的合金,L
15、Y1L-1L-2防锈铝：防锈铝：AI-Mg的合金，的合金，LF21铸铝：铸铝：AI-Si的合金，的合金，ZL107作耐磨件：蒙乃尔合金作耐磨件：蒙乃尔合金作腐蚀件：作腐蚀件：Inconel合金和海氏合金合金和海氏合金铜及铜合金铜及铜合金铝及铝合金铝及铝合金镍及镍合金镍及镍合金铅及铅合金：铅锑合金，铅及铅合金：铅锑合金，PbSb4,五）五） 非金属材料非金属材料化工陶瓷：化学稳定性好化工陶瓷：化学稳定性好玻璃：表面光洁、耐腐蚀（搪玻璃设备玻璃：表面光洁、耐腐蚀（搪玻璃设备水泥：价廉水泥：价廉天然耐酸材料：花岗石、石墨、石棉等天然耐酸材料：花岗石、石墨、石棉等耐酸酚醛塑料耐酸酚醛塑料聚氯乙烯塑料聚
16、氯乙烯塑料聚乙烯聚乙烯聚四氟乙烯聚四氟乙烯玻璃钢玻璃钢无机材料无机材料有机材料有机材料将钢材通过适当的加热和冷却过将钢材通过适当的加热和冷却过程，使钢材的内部组织按一定的规律程，使钢材的内部组织按一定的规律变化，以获得预期的机械性能，称为变化，以获得预期的机械性能，称为钢的热处理。钢的热处理。 7.3 7.3 钢的热处理钢的热处理晶格晶格晶胞晶胞体心立方体心立方面心立方面心立方一、一、 金属的结晶组织金属的结晶组织 金属的结晶过程金属的结晶过程 金属结晶过程金属结晶过程晶核晶核液态液态 Fe铁的同素异构转变铁的同素异构转变 Fe910 C碳在铁中形成碳在铁中形成固溶体固溶体(F、A、M)钢的冷
17、却曲线化合物化合物：渗碳体：渗碳体Fe3C混合物混合物：珠光体：珠光体P室温平衡状态下铁碳合金组织中基本室温平衡状态下铁碳合金组织中基本组成物的机械性能组成物的机械性能名称名称符号符号结合类结合类型型b,MPaHBAk, J铁素体铁素体 F(或或) 固溶体固溶体2308050160渗碳体渗碳体Fe3C化合物化合物3080000珠光体珠光体P机械混机械混合物合物75018020252432 铁碳合金状态图铁碳合金状态图PAF+PP+Fe3C钢为什么可以进行热处理？钢为什么可以进行热处理？钢的热处理是将钢材通过适当的加热、钢的热处理是将钢材通过适当的加热、保温和冷却过程，使钢材的内部组织按一定保温
18、和冷却过程，使钢材的内部组织按一定的规律变化，以获得预期的机械性能。的规律变化，以获得预期的机械性能。 什么是钢的热处理？什么是钢的热处理？什么是钢的同素异构现象？什么是钢的同素异构现象？常用的热处理方法及应用有哪些？常用的热处理方法及应用有哪些？热热处处理理车车间间普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火表面淬火表面淬火化学热处理化学热处理火焰加热火焰加热感应加热感应加热渗碳渗碳氮化氮化碳氮共渗及其它碳氮共渗及其它二、常用热处理方法二、常用热处理方法 方法方法：把钢材加热到一定温度，保温：把钢材加热到一定温度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却的过程。一段时间后，随
19、炉缓慢冷却的过程。 目的目的：强度、硬度降低，塑性、韧性：强度、硬度降低，塑性、韧性提高；消除组织缺陷、消除内应力。提高；消除组织缺陷、消除内应力。 应用应用：消除铸件、焊件、锻件、热轧：消除铸件、焊件、锻件、热轧件、冷拉件等的内应力，冷作硬化件、冷拉件等的内应力，冷作硬化退火退火(annealing)高速钢的高速钢的退火曲线退火曲线 方法方法：把钢件加热到：把钢件加热到GS或或ES线以上线以上3050 C，经适当保温后，从炉中取出，经适当保温后，从炉中取出在空气中冷却。在空气中冷却。 目的目的：细化：细化P晶粒、减少钢件内应力、晶粒、减少钢件内应力、均匀组织。可作为最终热处理。均匀组织。可作
20、为最终热处理。 应用应用：广。如锻造的：广。如锻造的 法兰与换热器的法兰与换热器的 管板的最终热处理。管板的最终热处理。正正 火火(normalising) 方法方法：把钢材加热到一定温度，保：把钢材加热到一定温度，保温一段时间后，快速冷却的过程。温一段时间后，快速冷却的过程。 目的目的：得到马氏体组织、提高表面：得到马氏体组织、提高表面硬度、提高强度和耐磨性。硬而脆。硬度、提高强度和耐磨性。硬而脆。淬淬 火火(harding)40Cr钢的钢的淬火曲线淬火曲线 方法方法：将淬火后的钢件重新加热到：将淬火后的钢件重新加热到PSK线以下的某一温度，经较长时间线以下的某一温度，经较长时间的保温后，在
21、油中或空气中冷却。的保温后，在油中或空气中冷却。调质处理调质处理：淬火后高温回火的热处理。：淬火后高温回火的热处理。 提高综合机械性能。用于重载零件。提高综合机械性能。用于重载零件。 目的目的：降低或消除钢件的内应力，并：降低或消除钢件的内应力，并可通过控制回火温度，获得不同的机可通过控制回火温度，获得不同的机械性能。械性能。回回 火火(tempering)表表 面面 淬淬 火火 方法方法：将钢件放在一定的介质中加热：将钢件放在一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工和保温，使介质中的活性原子渗入工件表面，改变表面化学成分以获得预件表面，改变表面化学成分以获得预期的组织和性能的一种热处
22、理过程。期的组织和性能的一种热处理过程。化学热处理化学热处理 根据渗入元素的不同，可分为根据渗入元素的不同，可分为渗碳渗碳、渗氮渗氮等。等。材料及热处理材料及热处理的应用分析的应用分析电厂中的汽轮机电厂中的汽轮机 汽轮机是一台在汽轮机是一台在高温高温（540540 600600） 、高高 压压（1616 25MPa25MPa）蒸汽作用下）蒸汽作用下高速旋转高速旋转 （3000r/min3000r/min）、长期连续运行的机器。由）、长期连续运行的机器。由 于工作条件苛刻，因此对其零部件所采用于工作条件苛刻，因此对其零部件所采用 的材料要求很高。的材料要求很高。 一些主要部件要求高强度、耐高温、
23、耐腐一些主要部件要求高强度、耐高温、耐腐 蚀，不同的部件还有一些不同的特殊性能蚀，不同的部件还有一些不同的特殊性能 要求。要求。焊接结构的低压外缸焊接结构的低压外缸高中压内缸（铸钢件）高中压内缸（铸钢件）电厂检修中的汽轮机电厂检修中的汽轮机高中压转子高中压转子低压转子低压转子汽轮机叶片汽轮机叶片摩摩擦擦压压力力机机模模锻锻叶叶片片叶叶片片自自由由锻锻出出坯坯自由锻出坯的毛坯叶片叶片的材料有哪些要求？叶片的材料有哪些要求？在工作条件下必须承受较大的离心力和弯应在工作条件下必须承受较大的离心力和弯应力：材料必须具有的基本的力：材料必须具有的基本的强度强度和和韧性韧性，还须具，还须具有有耐蚀性耐蚀性
24、、抗氧化性抗氧化性、足够的、足够的疲劳强度疲劳强度，良好的，良好的刚度刚度、减振性能等等；、减振性能等等；高压级的动叶片高压级的动叶片工作于高温蒸汽介质中，还工作于高温蒸汽介质中，还应考虑蠕变强度、持久极限等高温性能；应考虑蠕变强度、持久极限等高温性能；低压级动叶片低压级动叶片尤其是末级叶片，由于工作在尤其是末级叶片，由于工作在湿蒸汽区，叶片更长，离心力更大，故需考虑材料湿蒸汽区，叶片更长，离心力更大，故需考虑材料具有更高的强度，抗水滴冲蚀和应力腐蚀等问题。具有更高的强度，抗水滴冲蚀和应力腐蚀等问题。 汽轮机叶片材料主要为汽轮机叶片材料主要为不锈钢：不锈钢：1Cr13、2Cr13、1Cr12M
25、o、2Cr12MoV、2Cr12NiMo1W1V、2Cr11NiMoNbVN、0Cr17Ni4Cu4Nb等等汽轮机叶片选什么材料？汽轮机叶片选什么材料？ 叶片材料的热加工叶片材料的热加工: 钢中钢中0.11%的碳，具有较高的强度；的碳，具有较高的强度；217%的铬，具有良的铬，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性；好的耐腐蚀性和抗氧化性； 钼、钒、铌、铝、铜等元素的添加，提高钢的回火抗力或钼、钒、铌、铝、铜等元素的添加，提高钢的回火抗力或产生沉淀硬化作用，使钢在高温下仍保持足够的强度。产生沉淀硬化作用，使钢在高温下仍保持足够的强度。 调质状态下使用调质状态下使用低压外缸装焊低低压压外外缸缸装装焊焊低压
26、缸由于体积较大，承受的温度、压力低压缸由于体积较大，承受的温度、压力均比较低，因此一般采用低碳结构钢（均比较低，因此一般采用低碳结构钢（碳素结碳素结构钢构钢 Q235-AQ235-A）钢板焊接结构。钢板焊接结构。低压汽缸的材料有哪些要求？低压汽缸的材料有哪些要求？ 如何选材？如何选材？ 钢板下料钢板下料成形成形拼装拼装焊接焊接除应力热处理除应力热处理喷丸清理喷丸清理探伤检验。探伤检验。 低压外缸怎样热加工？低压外缸怎样热加工？ 参考书参考书 腐蚀工程腐蚀工程 M.G.方坦纳方坦纳, N.D.格林著格林著 左景伊译左景伊译 腐蚀电化学原理腐蚀电化学原理 曹楚南编著曹楚南编著 金属腐蚀学金属腐蚀学
27、 朱日彰等编写朱日彰等编写 金属腐蚀理论及应用金属腐蚀理论及应用 魏宝明主编魏宝明主编 7.4 金属材料的腐蚀与防腐金属材料的腐蚀与防腐国内主要专业杂志国内主要专业杂志中国腐蚀与防护学报中国腐蚀与防护学报腐蚀与防护腐蚀与防护l腐蚀科学与防护技术腐蚀科学与防护技术l四川化工与腐蚀控制四川化工与腐蚀控制l全面腐蚀控制全面腐蚀控制l表面技术表面技术材料保护材料保护 国外主要专业杂志国外主要专业杂志 Corrosion Material PerformanceNational Association of Corrosion EngineersNACE（美国腐蚀工程师协会）（美国腐蚀工程师协会） Co
28、rrosion Science British Corrosion Journal 什么是腐蚀和金属材料的腐蚀？定义：定义：金属材料金属材料和周围环境发生和周围环境发生化学化学或或电化学电化学的的作用而变质和破坏。作用而变质和破坏。工程材料工程材料和周围环境发生和周围环境发生相互作用相互作用而变质和破坏。而变质和破坏。三个基本要素三个基本要素腐蚀的对象腐蚀的对象腐蚀的性质腐蚀的性质腐蚀的后果腐蚀的后果举例举例19751975年美国芝加哥一个大的炼油厂一根年美国芝加哥一个大的炼油厂一根15cm15cm的不的不锈钢弯管腐蚀破裂引起爆炸和火灾，停车锈钢弯管腐蚀破裂引起爆炸和火灾，停车6 6周，这次周
29、，这次腐蚀事故总维修费腐蚀事故总维修费5050万美元，停车造成的税收损失万美元，停车造成的税收损失高达高达500500万美元。万美元。美国：1949年 55亿美元 19601969年 150200亿美元 1975年 700亿美元 1982年 1269亿美元 1995年 8000亿美元 英国：1969年 13.65亿英镑（27.3亿美元）腐蚀的危害腐蚀的危害3. 造成巨大的经济损失5. 造成金属资源和能源的浪费4. 造成设备的破坏事故2. 阻碍新技术的发展1.危及人身安全危及人身安全经济损失包括直接损失和间接损失经济损失包括直接损失和间接损失直接损失：指采用防护技术的费用和发生腐蚀破坏以后的维修
30、、更换费用和劳务费用。间接损失：指设备发生腐蚀破坏造成停工、停产；跑、冒、滴、漏造成物料流失；腐蚀使产品污染，质量下降，设备效率降低，能耗增加；在计算壁厚时需增加腐蚀裕度，造成钢材浪费等。耐蚀性耐蚀性 指材料抵抗环境介质腐蚀的能指材料抵抗环境介质腐蚀的能力力腐蚀性腐蚀性 指环境介质腐蚀材料的强弱程度指环境介质腐蚀材料的强弱程度腐蚀过程的本质腐蚀过程的本质 金属金属 金属化合物金属化合物 G0 自发过程自发过程 不可逆过程不可逆过程 研究和研究和控制腐蚀具有重要意义控制腐蚀具有重要意义腐蚀的分类腐蚀的分类 按环境分类：按环境分类： 大气腐蚀大气腐蚀 土壤腐蚀土壤腐蚀 海水腐蚀海水腐蚀 高温气体腐
31、蚀高温气体腐蚀 化工介质腐蚀化工介质腐蚀 按破坏形态分类：按破坏形态分类： 全面腐蚀全面腐蚀 局部腐蚀局部腐蚀 按相互作用的性质：按相互作用的性质： 化学腐蚀化学腐蚀 电化学腐蚀电化学腐蚀(a) 均 匀 腐 蚀(b)区 域 腐 蚀(c)点 腐 蚀(d) 晶 间 腐 蚀图 7-8 腐蚀的常见形式 腐蚀速度的表示方法腐蚀速度的表示方法失重腐蚀速度失重腐蚀速度V V- - 单位：单位：gmgm2 2 .h .h V V- -与与VpVp之间的换算之间的换算年腐蚀深度年腐蚀深度VpVp 单位：单位：mm/ymm/ytswV.thVpdVVp76. 8定义：定义：金属在干燥的气体和非电解质溶金属在干燥的
32、气体和非电解质溶液中发生化学反应所引起的腐蚀破坏叫化学腐液中发生化学反应所引起的腐蚀破坏叫化学腐蚀。腐蚀过程无电流产生，腐蚀产物存在于金蚀。腐蚀过程无电流产生，腐蚀产物存在于金属表面。属表面。例如：例如：金属的高温氧化及脱碳，氢腐蚀金属的高温氧化及脱碳，氢腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀 钢在高温中的氧化 570 C以下以下Fe3O4Fe2O3570 C以上以上Fe2O3Fe3O4FeO 金属及其合金与电解质接触时发生电化学作用而引起的腐蚀。Zn在稀硫酸中溶解示意图在稀硫酸中溶解示意图 电化学腐蚀电化学腐蚀宏宏观观异种金属接触形成电偶电池异种金属接触形成电偶电池金属处于不同浓度的介质中形成浓差电池金属处
33、于不同浓度的介质中形成浓差电池金属处于温度不同的介质中形成温差电池金属处于温度不同的介质中形成温差电池微微观观化学性质不均匀化学性质不均匀微观组织不均匀微观组织不均匀物理状态不均匀物理状态不均匀表面膜不完整表面膜不完整 腐蚀原电池的类型腐蚀原电池的类型 金属在电解质溶液间产生电化学作用而引金属在电解质溶液间产生电化学作用而引起的腐蚀破坏。起的腐蚀破坏。腐蚀过程中有电流产生。腐蚀过程中有电流产生。1. 同一金属上有不同电位的部分存在或是同一金属上有不同电位的部分存在或是 存存在电位差的不同金属或合金；在电位差的不同金属或合金；2. 阴极和阳极互相连接，并处于互相连通的阴极和阳极互相连接，并处于互
34、相连通的电解质溶液中。电解质溶液中。电化学腐蚀的电化学腐蚀的条件条件： 电化学腐蚀电化学腐蚀3.温度和压力的影响温度和压力的影响4.应力对腐蚀的影响应力对腐蚀的影响2.腐蚀介质酸碱性的影响腐蚀介质酸碱性的影响1. 合金元素的影响合金元素的影响 影响腐蚀的因素影响腐蚀的因素导 线被 保 护 设 备电 解 质 溶 液直 流 电 源+-图 7-9辅 助 阳 极0含 量腐蚀速度3 / 82 / 81 / 8n / 8图 7 - 7 金属设备的防腐蚀措施金属设备的防腐蚀措施3.添加缓蚀剂添加缓蚀剂4.合理的结构设计合理的结构设计2.电化学保护电化学保护1. 涂复保护层涂复保护层结 构 部 位不合理结构改
35、进后的结构原因高温气体入口管管口易局部过热储槽器壁与底部的联结容易积料不同厚度的换热器壳体与管板的联结焊缝易产生热应力和应力集中容器出口管容易积液容器进口管料液沿器壁流动 选材原则：选材原则： 选材方法：选材方法：1. 满足使用要求：工作温度、压力、介质满足使用要求：工作温度、压力、介质及周围环境对材料的要求及周围环境对材料的要求2. 经济性要求：材料费用与设备加工费用的经济性要求：材料费用与设备加工费用的总额为最小总额为最小 查手册和资料，现场访问，实验查手册和资料，现场访问，实验7.5 过程设备材料的选择过程设备材料的选择1、压力容器用材符合的标准、压力容器用材符合的标准 GB150-19
36、98钢制压力容器； GB6654-1996压力容器用钢板； GB4726-1994压力容器用碳素钢和低合金钢锻件2、压力容器用钢一般用镇静钢、压力容器用钢一般用镇静钢3、以强度为主的中压、高压容器一般低合金钢、以强度为主的中压、高压容器一般低合金钢4、以刚度设计为主的压力容器，不宜采用强度、以刚度设计为主的压力容器，不宜采用强度过高的材料。过高的材料。思考题思考题 钢材为什么获得广泛应用？钢材为什么获得广泛应用？ 以铁的冷却曲线说明什么叫同素异构转以铁的冷却曲线说明什么叫同素异构转变？变？ 碳钢在常温平衡状态下的基本组织是什碳钢在常温平衡状态下的基本组织是什么？有什么性能特点？么？有什么性能特
37、点？ 什么叫热处理？为什么钢可以热处理？什么叫热处理？为什么钢可以热处理？叙述钢的常用热处理方法及应用。叙述钢的常用热处理方法及应用。 改变钢性能的主要途径有哪些？为什么？改变钢性能的主要途径有哪些？为什么？ 为什么铬镍不锈钢的含碳量都很低？经常为什么铬镍不锈钢的含碳量都很低？经常采用何种形式的处理后使用？为什么？采用何种形式的处理后使用？为什么？ 叙述叙述 40Cr和和1Cr13两种钢的类型及性能特两种钢的类型及性能特点。点。 分析化学腐蚀和电化学腐蚀的区别。提高分析化学腐蚀和电化学腐蚀的区别。提高设备耐腐蚀能力的主要途径有哪些？设备耐腐蚀能力的主要途径有哪些？以班级为单位到机械学院做实验。以班级为单位到机械学院做实验。实验指导：张凯老师实验指导：张凯老师 Tel: 64252251/64253188实验内容：热处理和硬度测定实验内容：热处理和硬度测定实验地址：实验十楼实验地址：实验十楼114室室实验时间：油气实验时间：油气1班班4月月29日上午日上午9:15 油气油气2班班4月月29日上午日上午10:30实验报告要求： 叙述实验原理和实验步骤叙述实验原理和实验步骤 分析加热温度和冷却速度对钢的性能分析加热温度和冷却速度对钢的性能影响影响 绘制绘制45钢回火温度与硬度的关系曲线钢回火温度与硬度的关系曲线图图 分析实验中存在的问题。分析实验中存在的问题。
