（用）《化工设备基础》第一章教案（王绍良编第二版）

课名：《化工设备与维修 》 教 教学日期 授课班级 案 正 页 教材：《 化工设备基础》王绍良主编（第二版）№1

年 月 日 周 年 月 日 周 年 月 日 周 专业 班级 专业 班级 专业 班级

课题： §1-1化工生产对化工设备的基本要求 §1-2化工容器结构与分类

§1-3化工容器与设备有关标准规范简

§1-4-1化工设备常用材料—材料常用性能（简介）

教学目的：使学生了解化工容器、设备的结构与分类 钢制压力容器标准，化工设备常用材料的性能，掌

握化工生产对化工设备的基本要求。

教具及参考书：1）化工容器模型及换热器实物 2）《化工设备基础》王绍良主编、《化工容器及设备》张石铭主编 教学手段：1）组织学生观察换热器等设备结构，用容器教具图例助教

2）联系工程实际，采用启发式及讨论、分析与提问相结合的形式，实现师生互动。 教学过程:(课程内容、教学环节）

§1-1化工生产对化工设备的基本要求 一、化工生产的特点

二、化工生产对化工设备的基本要求 §1-2化工容器结构与分类 一、化工容器的基本结构 二、化工容器与设备的分类

§1-3化工容器与设备有关标准规范简介 一、常用材料标准

二、钢制压力容器规范简介

§1-4-1化工设备常用材料- 材料常用性能 一、材料常用性能 二、课堂练习 三、课堂小结 课型：综合型

重点、难点及智能培养等 1、重点：

（1）化工生产对化工设备的基本要求 （2）化工容器、设备的结构与分类 （3）GB150《钢制压力容器》适用范围 (4)材料的常用性能 2、难点：

(1)化工容器的分类 (2)材料的常用性能 作业： 课后记：

§1化工设备基础知识

§1-1化工生产对化工设备的基本要求 ※概念:

化工设备— ①化工生产用的静设备：指固定于基础上的静止的设备（如：塔设备、换热器、反应器等）

（也就是指化工生产中用的有内部件的壳体）

②化工生产用的动设备（即化工机器）——指有运转构件的设备.（如：压缩机、泵等） 化工机械—是化工设备和化工机器的统称，它是化工工艺过程的工具。

一个大型的氮肥厂，静设备占全厂设备总数的70％左右，动设备占全厂设备总数的30％左右。

容器（常指压力容器）—指无内部件的壳体（包括静设备的外壳）。 化工容器 —— 化工生产用的容器。 一、化工生产的特点：（P1-P2） 1、 生产连续性强； 2、 生产的条件苛刻； （1）、介质腐蚀性强； （2）、温度和压力变化大； （3）、介质大多易燃易爆有毒。（A）、易燃易爆介质有：氨气、氢气、苯蒸气、一甲胺、、三甲胺、甲烷、乙烷、乙烯、氯甲烷、环氧乙烷、丁烷、丁二烯、丁烯、丙稀、等。

（B）毒性介质:a、剧毒介质有：氟、氢氰酸、光气、氟化氢、碳酰氟、氯气. b、中度毒性介质（有毒介质）：二氧化硫、氨气、一氧化碳、氯乙烯、甲醇、氧化乙烯、硫化乙烯、二硫

化碳、硫化氢、二氧化氮等。C、轻度毒性介质有：有氢氧化钠、四氟乙烯、丙酮等。 3、生产原理多样性 ； 4、生产的技术含量高；

（易燃易爆介质 — 指与空气混合的爆炸下限小于百分之十，或爆炸上限和下限之差值大于或等于百分之二十的介质。）

二、化工生产对化工设备的基本要求 (一)安全性能的要求

1、化工设备用材具有足够的强度 2、化工设备用材具有良好的韧性 3、具有足够的刚度和抗失稳能力 4、具有良好的抗腐蚀性 5、具有可靠的密封性

（二）工艺性能要求

1、达到工艺指标 如储罐的储存量、换热器的传热量、反应器的反应速度、塔的传质效率等 2、生产效率高、消耗低

化工设备的生产效率：用单位时间内单位体积(或面积)所完成的生产任务来衡量。 消耗：指生产单位质量或体积产品所需要的资源(如:原料、燃料、电能等)。

（三）使用性能要求（p3）

1、结构合理、制造简单 2、运输与安装方便

3、操作、控制、维护简便

(四)经济性能要求

在满足前面的要求的前提下，应尽量减少化工设备的基建投资和日常维护、操作费用，并使设备在使用期内安全运行已获得较好的经济效益。

§1-2化工容器结构与分类

一、化工容器的基本结构（看P4图1-1）

（化工容器结构=筒体+封头（两个）+附件） 1、筒体 ； 2、封头（端盖）：半球形、椭圆形（常用）、蝶形、球冠形、 锥形 、平盖等

（封头与筒体的连接方式：1）、可拆连接即法兰连接方式；

2）不可拆连接即焊接方式）

3、 密封装置：（压力容器法兰连接的密封处、管法兰连接的密封处及人孔、手孔与其孔盖连接的密封处，

均为密封连接装置。）各密封连接装置可靠时压力容器才能安全运行。 4、 开孔与接管：由于工艺要求和检修及监控的需要，常在筒体或封头上开设不同大小的孔或安装接管，如：人孔、手孔、视镜孔、物料进出口接管、以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪表等接管开孔。 5、 支座

1）、立式容器支座（腿式、支承式、耳式、群式支座）（看p130-132图） 2）、卧式容器支座（支承式、鞍式（多用）、圈式）（看p129图） 3）、球形容器多采用柱式或群式支座。 6、 安全附件

（1） 安全装置：有安全阀、爆破片、紧急切断阀、安全联锁装置、压力表、液面计、测量仪表等。（在压力容器上设置一些安全装置和测量、控制仪表来监控工作介质的参数，以保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。）

二、化工容器与设备的分类（看P4-P5） （一）、按压力等级分类

1、按承压方式分类：（1）、（内压容器 - P内＞P外） （2）、（外压容器P外＞ P内）。 1）、内压容器—按设计压力(P)不同分类为：

低压容器（代号L） 0﹒1mPa ≤ P ＜ 1.6 mPa (表压值) 中压容器（代号M） 1﹒6 MPa ≤ P ＜10 m Pa 高压容器（代号H） 10 mPa ≤ P ＜ 100 mPa

超高压容器（代号U）P≥100 mPa

（真空容器：容器内的压力P内＜一个绝对大气压（约0﹒1 MPa）

（二）按工作原理与作用分类（P 5上）(找学生回答) (1)反应容器（代号R）： 用于完成介质的物理化学反应的容器(如：反应器（看P203图）、反应釜、

氨合成塔、蒸压釜、煤气发生炉、苯乙烯聚合釜、分解塔、高压釜、变换炉、蒸煮锅）

（2）换热器（代号E）: 用于完成介质热量交换的容器（如：管壳式余热锅炉、热交换器（看P188

图）、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器）

(3)分离容器（代号S）（也就是分离设备）:用于完成介质流体压力平衡缓冲和气体净化分离的容器。

即从混合物中分出一种所需的组分，或除去某些有害的杂质（如：旋风分离器（P 126图5-31）、

过滤器、蒸发器、除沫器、集油器、缓冲器、干燥塔等）

（4）储存容器（代号C、 其中球罐代号B）：用于贮存、盛装气体、液体、液化气体等介质的容器。

（如：液氨储罐、液化石油气储罐等）

（5）塔设备（也属于分离设备内）：用于吸收、蒸馏、萃取等化工单元操作，实现质量传递作用。（如：

炼油厂的常压塔、石油化工厂的乙烯精馏塔、化肥厂的脱碳塔等）

（三）按容器的相对壁厚分类：※ （1）薄壁容器：D0／Di≤1.2 或δ

（指中、低压容器） n /Di≤0.1 ；

（2）厚壁容器：D0／Di>1.2 或δn /Di＞0.1 ；（指高压容器）

（四）按支承形式分类

1、立式容器 2、卧式容器

（五）按材料分类：金属容器、非金属容器

（六）按几何形状分类：圆柱形、球形、椭圆形、锥形、矩形等容器 （七）压力容器按使用温度分类： 1、常温容器：（-20℃

3、低温容器（-20℃≥tm≥ - 50℃） 4、超低温容器：（tm＜-50℃）如液氢容器、液氦容器； （八）按安全技术管理分类（看P5-P6）（即按《压力容器安全技术监察规程》分类法分类）下表 压力容低压0.1≤P＜器类别 1.6MPa Ⅲ类 1、低压容器（毒性程度为极度和高度介质，且PV≥0.2 3MPa.M） 中压M Pa 1.6≤P＜10 M Pa 高压P≥10 其它 MPa 1、中压容器（介质毒性 1、高压容器 1、使用强度级别较高（指抗为极度和高度的危害介质） 2、高压管壳拉强度规定值下限 2、中压储存容器（介质为 式余热锅炉 бb L min≥540MPa）的材料制易燃或介质毒性为中度，且 3造的压力容器 PV≥10 MPa.M） 3、中压反应器 （易燃或 2、移动式压力容器，包括铁毒性程度为中度，且PV≥0.5 路罐车（介质为液化气体、低3MPa.M） 温液体）、罐式汽车〔液化气4、中压管壳式余热锅炉 体运输（半挂）车、低温液体5、中压搪玻璃压力容器 运输（半挂）车、永久气体运输（半挂）车〕和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体等） 3、球形储罐（容积V≥50m） 4、低温液体储存容器（容积3Ⅱ类 1、低压容器（毒性程度为极度和高度危害介质） 2、低压反应容器和低压储存容器（易燃介质或毒性为中度危害介质） 3、低压管壳式余热锅炉 4、低压搪玻璃压力容器 1、中压容器 V≥5m） 3Ⅰ类

除上述规定以外的低压容器为第一类压力容器

※提问：按安全技术管理分类法将压力容器划分为三类的依据是什么？

答：是①容器的P.V、②材料的抗拉强度б④介质危害的程度；

、 b L、③压力容器品种（即压力容器的作用）

§1-3化工容器与设备有关标准规范（简介）

一 、常用材料标准：（自学、看P6-P7） 二、压力容器规范简介（看P8- P9） （一）、ASME规范—是美国机械工程协会制定的《锅炉和受压容器规范》的简称。（它全面包括了锅炉和压力容器质量保证要求）。（自学）

（1）ASMEⅧ—1该规范第八篇第一分篇《压力容器》，属于常规设计标准，适宜设计压力P＜20 MPa的压力容器。它以弹性失效准则为依据，根据经验确定材料的许用应力，并对零件尺寸作出一些具体规定。（自学） （9页）

（2）ASMEⅧ—2为第八篇第二分篇《压力容器—另一规则》，采用的是分析设计标准。它要求对压力容器各区域的应力进行分析，并根据应力对容器失效的危害程度进行应力分类，再按不同的设计准则分别予以限制。（自学）

（3）ASMEⅧ—3第三篇《压力容器—另一规则》，适用于设计压力P≥70MPa的高压容器。它不仅要求对容器零部件做详细的应力分析和分类评价，而且要求做疲劳分析和断裂力学评估。（自学） （二）GB150-1998《钢制压力容器》： （它是中国第一部钢制压力容器国家标准，其主体是以设计为主的规范，具有法律效用、强制性的压力容器标准，现行为1998年版。） 1）、GB150主要考虑容器承受的载荷是： 静载荷，对高大容器也考虑了风载荷和地震载荷。 2）、GB150标准适用范围：

（1）适用设计压力范围：适用于设计压力P≤35 MPa的钢制压力容器 的设计、制造检验及验收。 （2）适用的设计温度范围：（根据钢材允许使用的温度确定）

（钢材允许使用的最低温度） -190℃＜设计温度t＜t蠕变（钢材的蠕变温度） 3)、GB150标准不适用下列容器：(看P8下让学生回答) （为什麽？）

(a)直接用火焰加热的容器、(b)核能装置中的容器、(c)经常搬运的容器、(d )旋转或往复运动的机械设备中自成整体或作为部件的受压室、(e) Di＜150㎜的容器、(f)设计压力P＜0.1MPa的容器（表压值）、(g)真空度＜0.02MPa的容器、(h)要求做疲劳分析的容器。 4）、GB150的技术内容有：（看P8- P9）

内、外压 筒体、封头和球壳的设计计算、零部件结构和尺寸的具体规定、密封设计、超压泄放装置的设置，以及容器的制造、检验与验收要求等。它包括10章正文、8个附录补充件和3个附录参考件；附录补充件包括：超压泄放装置、低温压力容器（t≤-20℃）、U形膨胀节等。附录参考件中有：密封结构设计、焊接接头设计、渗透探伤等。 5）、GB150设计准则及与ASMEⅧ—1的异同之处：（看P9中） (1)、GB150与ASMEⅧ—1相同处：

GB150它是以第一强度理论为设计准则（最大拉应力理论），将其最大主应力限制在许用应力之内（即要求б1＜〔б〕），它的基本思路与ASME相同Ⅷ—1；

（2）GB150与ASMEⅧ—1不同之处有： (a)中国 GB150-1998安全系数取nb=3,美国ASMEⅧ —1取 nb = 4 ;

(b)GB150-1998对局部应力参照“应力分析设计方法”做了适当的处理，采用第三强度理论（即最大剪应力理论），允许一些特定的局部应力超过材料的屈服点（即允许特定的局部应力б局部 ＞бs）。 （三）、JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》：（也是以设计为主的的规范）（自学） 1） JB4732-1995设计标准的设计基本思路与美国ASMEⅧ—2相同，是基于塑性失效准则分析的设计标准。它与GB150-1998相比，所设计的容器壁厚较薄，重量较轻，可节约材料20﹪—30﹪.但对容器的一切要求更严格。

2）JB4732-1995标准适用范围： (1)设计压力P≤100 MPa；

(2) 设计温度t ：以低于钢材蠕变极限控制其应力强度许用极限的相应温度。即以低于利用钢材的蠕

变极限确定的许用应力的相应的温度） (3)对最高许用设计温度〔tmax〕的控制: （a）碳素钢〔tmax〕＜375℃；（b）碳锰钢〔tmax〕＜375℃；（c）锰钼铌钢〔tmax〕＜400℃；（d）铬钼钢〔tmax〕＜475℃；（e）奥氏体不锈钢tmax＜425℃（即要低于本钢材蠕变温度）；

GB150-1998与JB4732 -1995的主要区别 （见下表所示） 项目 GB150-1998《钢制压力容器》 JB4732 -1995《钢制压力容器—分析设计标准》 设计压力P 0．1MPa ≤ P≤35 MPa,真空度≥0.02 0．1MPa ≤ P≤100 MPa , 真空度≥0.02 MPa MPa 设计温度t 根据材料的使用温度确定，可以从-196℃至钢材的蠕变限用温度 设计准则 弹性失效和失稳失效设计准则 低于以钢材蠕变控制其许用应力强度的相应温度，最高不超过475℃ 塑性失效、失稳失效和疲劳失效设计准则，局部应力采用极限分析和安定性分析结果来评定 采用最大剪应力理论。弹性有限元法，塑性分析，弹性理论和板壳理论公式 不限 应力分析法 采用最大主应力理论，以材料力学、板壳理论为基础，引用应力和形状系数 对介质的限制 不限 (四)、《压力容器安全技术监察规程》（P9下） 为了保证压力容器的安全运行，制订颁布了此《规程》。 国家质量技术监督局，根据压力容器产品使用的标准及有关技术法规来控制、监督压力容器的设计、制造、检验等各个环节。

1、《规程》的适用范围（同时具备下列条件的容器）： （1）最高工作压力（Pw）≥0.1MPa(不含液体静压力)；（这里均指表压力）

3

（2）Di≥0.15m(非圆形截面指截面最大尺寸)，且容积V≥ 0.025m;

（3）介质为气体、液化气体或最高工作温度tmax≥t沸（标准沸点温度）的液体。 （五）压力容器设计与制造的有关规则 （1）《压力容器设计单位资格管理与监督规则》 （2）《压力容器制造单位资格认可与管理规则》。

§1-4-1化工设备常用材料—材料常用性能 (看P10)

一、材料常用性能 （材料的性能分为：工艺性能和使用性能） (一)工艺性能（即制造性能）（要好）； 主要有铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削性能。

（工艺性能-反映材料在加工制造过程中所表现出来的特能）

（二）使用性能（要好）；包括物理性能、化学性能、和力学性能（即机械性能）。 （使用性能-反映材料在使用过程中所表现出来的特性）

1、物理性能~包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等

2、化学性能~指材料抵抗各种化学介质作用的能力（包括高温氧化、耐腐蚀性能等）。 3、力学性能（即机械性能）~ 指材料在外力的作用下所表现出来的性能。（包括：强度、

刚度、硬度、塑性、韧性、疲劳等）

1）、强度~ 反映材料在外力的作用下抵抗破坏的能力。（破坏的两种情况指：a发生较大

的塑性变形；b发生断裂破坏。）

A、反映材料强度的数量指标有：

（1）屈服点бS-反映材料在外力作用下抵抗发生塑性变形的能力（бS值越大则越不易发生塑性变形）(бS即表示材料失去对变形的抵抗能力，也标志材料出现了显著的塑性变

形)

（2）抗拉强度бb-反映材料在外（拉力）力作用下抵抗发生断裂的能力。即表示材料所能承受的最大应力值，也标志材料将失去承载能力。（бb越大材料越不易发生断裂） （бb表示塑性材料如钢材的抗拉强度

ΔΔ ΔΔ ΔΔ ΔΔ ΔΔ ΔΔ ΔΔ ΔΔ ΔΔ （脆性材料如铸铁有抗拉强度б

bL 和抗压强度бbY 且бbY＞бbL）

2）刚度-反映材料在外力作用下抵抗（弹性变形）变形的能力。

（如钢杆的抗拉压刚度指：EA值） 3）、塑性~反映材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。（材料若发生较大的塑

性变形而不破坏则说明塑性好）

（1）衡量材料塑性的指标有：（延伸率或称伸长率δ 与 断面收缩率Ψ）

δ≥5％的材料称为塑性材料；δ＜5％的称为脆性材料；（δ和Ψ的值越大，则材料的塑

性就越好）

4）、硬度-反映金属抵抗比它更硬物体压入其表面的能力。

（1）、常用的硬度试验指标有：布氏硬度HB和洛氏硬度HR a)、HB-布氏硬度：

HBS—实验时用钢球压头 HBW—实验时用硬质合金球 b)、洛氏硬：HRA 、HRB、HRC ；（常用HRC)；（用锥形金刚石压头做测试） （A、B、C指洛氏硬度的标度）

HRA—用于度量极硬材料表面承压能力（如硬质合金、表面淬硬层、渗碳层） HRB—用于度量较软材料的表面承压能力（如有色金属，退火、正火钢等）

HRC—用于度量很硬材料的表面承压能力（如淬火钢、调质钢等，多用于钢件热处理的

检查） 5）、冲击韧性—指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。

※冲击韧性指标—为冲击韧度A kV ； A kV的单位： J/cm2 ；

(A kV 越大则材料冲击韧性越好，抗冲击能力越强。)

※①脆性转变温度—材料的冲击韧性随温度的下降而减少，当低于某一温度时冲击韧性发生剧降，这时材料呈脆性，该温度称为——。

（低温工作的设备其选材应注意韧性（A kV值）是否足够。）

※②交变载荷—机械零件（如轴、齿轮、弹簧等）经常受到大小不同和方向变化的载荷作用，这种

载荷称为—。（载荷的大小和方向随时间的变化而变化，这种载荷称为—）

6）、疲劳 —机械零件（指材料）在交变载荷的的作用下，当引起的交变应力б交＜бb , 甚至

б

交＜бe弹性极限的情况下，经一定循环次数后，并无明显的外观变形却突然发

生断裂的现象称为材料的疲劳。

（1）反映材料抵抗疲劳能力的指标： 疲劳极限 бD ；

a、金属材料的疲劳性能（即бD）是在旋转弯曲疲劳实验机上测定的。

b、试验规范规定：各种金属材料指定寿命为（即循环基数）N0 ，（合金钢指定寿命N0 = 10次 ；低碳钢N0 = 5×10次 ;） c、疲劳极限 б

应力循环次数达到N 0 次，材料仍不发生疲劳断裂破坏，此时的最 大

应力值作为疲劳极限。

（①当金属承受的交变应力б交＜бD时，应力循环到无数次时，如达到规定的N0次时，也

D —

7

6

不会发生疲劳断裂破坏；②当б交＞бD 时，材料在经一定循环次数后，将会 发生疲劳断裂。）

三、课堂练习：

1、化工生产对化工设备提出了那些基本要求？

2、按安全技术管理将压力容器分为三类的依据是什么？ 3、何谓材料的机械性能（即力学性能）？

4、材料的机械性能（即力学性能）包括有哪些？

5、何谓材料的脆性转变温度、疲劳、疲劳极限、冲击韧性及其指标、硬度及其指标、塑性及其指标、强度及其指标？

四、课堂小结：

1、化工生产对化工设备的基本要求 （1）满足安全性能的要求 （2）满足工艺性能的要求 （3）满足使用性能满足 （4）满足经济性能的要求

2、将压力容器划分为三类的依据是： （1）容器压力与容积的乘积PV （2）介质危害程度

（3）压力容器品种（即压力容器的作用） （4）材料的抗拉强度

3、按设计内压力大小将内压容器划分为： 低压、中压、高压、超高压容器。

4、我国钢制压力容器设计标准是：GB150 5、我国压力容器安全技术管理法规是：《压力容器安全技术监察规程》。

（由国家质量技术监督局，根据压力容器标准和安全技术法规来控制、监督压力容器的设计、制造、检验等各个环节。）

6、化工设备对材料性能的要求： （1）工艺性能(即制造性能)要合适；（铸造、锻造、焊接、切削加工性能） （2）使用性能要好。（物理性能、化学性能、力学性能即机械性能）

（力学性能—强度бb、刚度E、硬度HB与HR、塑性δ与Ψ、冲击韧性αk、疲劳强度бD ；

(注：δ≥5％的材料称为塑性材料；δ＜5％的称为脆性材料；

五、作业（p22）：

思考题： 1-2（答案于P2 ∽P3）、 1-3（1）（答案于P4，把图1-1画一遍并标好）、

1-4（答案于P5下及材料的бb L min ） 、1-6、(答案于上表内 —即弹性失效（针对内压容器）和失稳失效（针对外压容器）设计准则) 1-8、（答案于P10下∽P11）

思考题1-9 ：脆性转变温度—材料的冲击韧性随温度的降低而减少，当低于某一温度时冲击韧性会发生剧降，材料呈现脆性，该温度称为 材料的 ——。

*答：低温工作的设备其选材应注意韧性 （即冲击韧度值A k V ） 是否足够。

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№2 教学日期 授课班级 年 月 日 周 年 月 日 周 年 月 日 周 专业 班级 专业 班级 专业 班级

课题：§1-4-2化工设备常用材料- 钢的热处理、金属材料 教学目的： 掌握碳钢、合金钢的牌号及各项的含义；掌握为化工设备选择钢材的基本原则。 教具及参考书：1）《金属工艺学》丁德全主编 2）《化工设备基础》王绍良主编、《化工容器及设备》张石铭主编

教学手段 2）联系工程实际，采用启发式、讨论|、分析与提问相结合的形式，实现师生互动。 教学过程:(课程内容、教学环节） 复习旧课：

新课§1-4-2化工设备常用材料- 钢的热处理、金属材料 一、钢的热处理 二、金属材料 （一）、碳钢 （二）、低合金钢 （三）、合金钢

三、选材的基本原则 四、课堂练习：

五、课堂小结

课型：综合型

重点、难点及智能培养等 1、重点：

（1）化工生产对化工设备的基本要求 （2）

（3）化工容器结构与分类

（4）GB150《钢制压力容器》适用范围 (5)材料的常用性能 2、难点：

(1)化工容器的分类 (2)材料的常用性能

作业：

课后记

复习旧课：

1、化工生产对化工设备提出了哪些基本要求？

2、按《压力容器安全技术监察规程》分类法，将压力容器分为三类的依据是什么？三类容器各包括的容器有哪些？

3、内压容器按设计压力(P)不同分类为哪几种？压力范围如何？

§1-4-2化工设备常用材料- 钢的热处理、金属材料 一、钢的热处理：（看p11）（部分自学）

热处理—指将钢在固态下加热到给定的温度，经过保温，然后按选定的冷却速度冷却，以改变其内部组

织结构，从而获得所需的性能的一种工艺，称—。

（一）、热处理的分类： 1、普通热处理：（包括：退火、正火、淬火、回火等） 2、表面热处理：（包括：表面淬火、化学热处理等） ※ 按零件生产工艺，热处理又可分类为： 1、预先热处理； 2、最终热处理； 例：一般零件的生产工艺过程是： （将毛坯）（1）锻造→预先热处理（有退火和回火，目的消除内应力 、降低硬度）→（2）机械加工（粗加工）→（3）最终热处理（有淬火加高回火（即调质处理）、表面淬火等，目的：使零件获得使用时所需要的性能）→（4）机械加工（精加工）。 调质处理—？ （二）、普通热处理的方法：

1、退火：将钢件加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷、坑冷）的热处

理工艺。（p12）

2、正火：是将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后空冷的热处理工艺。 （1）、正火和退火的用途与目的： （生产中优先采用正火。正火的冷却速度 u正火＞u退火退火的冷却速度；正火可得到的组织相对细，强度和硬度相对稍高）

a、用途：主要用于钢件加工时的“预先热处理”

b、目的：软化钢材以利切削加工；消除内应力以防止工件变形；细化粒，改善组织，为零件的最终热处理做好准备。

3、淬火：是将钢加热到适当温度，保温一定时间，快速冷却（水冷或油冷）的热处理工艺。

（淬火后的钢件硬而脆，组织不稳定，有内应力，不能满足使用要求。因此，淬火后要及时 回火。）

4、回火:是将淬火后的钢件加热到适当温度，保温一定时间，出炉空冷至室温的工艺。

1)、回火的种类：（按温度范围不同分为三类） （1）、低温回火：回火温度范围为150℃-250℃；

①、低温回火的目的与用途：可使钢件具有高硬度和高耐磨性。主要用于各种切削工具（如锉刀）、滚动轴承、渗碳件和表面淬火件等。

(2)中温回火：回火温度范围为350℃-500℃；

①、作用与用途：

可使钢件具有较高的弹性极限бe、屈服点бs 及一定的韧性αk和硬度HB。主要用于各种弹簧和模具等 （3）、高温回火：500℃-650℃；（看p12中）

①、目的与用途：可使钢件具有强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能 ；广泛用于汽车、拖拉机、机床等机械中的重要结构零件，如各种轴、齿轮、连杆、高强度螺栓等

调质处理—淬火后再加高温回火的热处理工艺，称—。 （三）、表面热处理

1、表面热处理的方法有：表面淬火和化学热处理 1）、表面淬火：将钢的表面快速加热到淬火温度，并随即喷水快速冷却，这一方法称—。（先

将钢调质处理→再表面淬火→而后低温回火）

（1）、特点与用途：（看p12下）

a、特点：不改变钢件表面的成分，只改变表面的组织，心部组织、性能不变，表层具有高硬度和高耐磨性。b、用途：如1、（感应加热表面淬火）用于中碳钢、中碳低合金结构钢钢件的表面淬火，如广泛用于汽车、拖拉机和工程机械中的齿轮、轴类等。也可用于高碳钢、低合金钢制造的工具和量具，以及铸铁冷轧辊等。如2、（火焰加热表面淬火 ：用乙炔-氧焰或煤气-氧焰，将工件表面快速加热到淬火温度，立即喷水冷却的淬火方法。适合大型工件，如大模数的齿轮等 —设备简单，投资少，但加热易过热，淬火质量不稳定） 2）、化学热处理—是向工件表面深入某种元素的热处理工艺。 （包括：渗碳、渗氮（氮化）、碳氮共渗（氰化）、渗金属等。） （1）渗碳：是向工件表面渗入碳原子的热处理工艺。

使表层含碳量高于心部，在经过淬火和低温回火，可获得外硬内韧的性能。适合低碳钢和低碳合金钢

(2)渗氮：是向工件表面渗入氮原子的热处理工艺。

渗氮用钢大都含有Gr Mo Al V等元素（如38GrMoAlA）

通过渗氮可使工件表层形成氮化膜，使钢表面具有高的硬度、耐磨性和耐蚀性。（工件心部的塑性和韧性，要在渗氮之前，通过调质处理获得。）

材料包括：金属材料、复合材料、非金属材料 （看P13上） 二、金属材料

*金属材料包括：1、铁（纯铁）； 2、黑色金属（以铁为基的合金）：如钢、铸铁、铁合金等； 3、非铁合金（有色金属）如铜及其合金、铝及其合金、铅及其合金等 * 1）、 钢的分类：（1）非合金钢（碳钢）—含碳量C＜2.11﹪的铁碳合金； （2） 低合金钢 ；（3）合金钢 ； （一）、非合金钢（碳钢）：

*（包括：1、碳素结构钢；2、优质碳素结构钢 ；3、碳素工具钢，T 7 —T 13 ） 1、（普通）碳素结构钢： 1)、钢牌号的表示方法：

Q（屈服极限的字母）+屈服极限的数值(单位MPa)+质量等级符号+脱氧方法符号 质量等级有：A级（最低级）、B、C、D级（最高级） 脱氧方法符号 ：F（沸腾钢）、b（半镇静刚）、Z（镇静钢 ，Z一般省略不标） 、 TZ（特

镇静钢）

例：Q235A —碳素结构钢，屈服极限为бS=235MPa ，A级质量，镇静钢，

其性能与用途：强度、塑性、焊接性、切削性等良好，价格低廉，广泛用于化工设备中。 2）、普通）碳素结构钢的牌号有：

Q 195、Q215、Q235、Q255、Q275(次钢号不分质量等级)（五种） 例：（Q235 AF）

2、优质碳素结构钢： 1）、钢牌号的表示方法：

以钢中平均含碳量质量分数的万分数（两位数）表示。

例：45—优质碳素结构钢，平均含碳量wc=45×1/104 =0.45﹪ 2)、优质碳素结构钢的牌号有：

10、15、20、25、 30 、35、 40、 45、50、55、60、65、70、75、80、85；

按含碳量不同可分为三类：※

（1）低碳钢（05、08）10、15、20、25、— 含碳量wc≤0.25﹪；

(a)性能与用途：强度低但塑性好，冷冲压及焊接性能良好，在化工设备中广泛用。特

例：（05 F、08F、10F、15F、20F）05、08、

（2）中碳钢30、35、40、45、50、55、60含碳量 0.30﹪≤wc≤0.60﹪；

(a)性能与用途：钢的强度与塑性适中，焊接性能较差，不适宜制造设备壳体，用造机械的零件如：轴、齿轮、连杆等。45钢用的最广。

（3）高碳钢65、70、75、80、85—含碳量wc≥0.65﹪；

(a)性能与用途：钢的强度、硬度均较高，塑性差，常用制造弹簧。常用65、70钢。 （4）专业用优质碳素结构钢：平均含碳质量分数wc=钢号两位数字×1/104 20R _压力容器用钢——含碳wc=0.20﹪；

20G (钢管) 20g(钢板) ——锅炉用钢； 16Q(16q) _桥梁用钢

2C 、3C、4 C、5 C 等 —船舶用钢。 （二）、低合金钢：（包括：低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金 专用钢）（看P13下）

（金钢与合金钢是在碳钢的基础上有目的地加入某些合金元素所形成的钢1、加入的合金元素：Si 、Mn 、Cr 、B 、W、V、Ni 、Ti、Nb、Al等 低合金—指钢中合金元素总质量分数wMe≤5﹪ (1)、高强度结构钢的牌号：Q295 、Q345（最常用）、Q390 、Q420、Q460 ； （a）、Q295（质量等级有A、B级）； （b）、（ Q345、Q390与Q420）都有（A、 B、 C 、D、 E级）； （c）Q460（C 、D、 E级）。 （2）低合金高强度结构钢的用途：（P13下）广泛用于桥梁、船舶、车辆、锅炉、化工容器

和输油管等。（用途举例见P14表1-1） （三）、合金钢 （看P13~P14） 1、合金钢牌号的表示方法：

含碳量数字 +合金元素符号 +合金元素含量数字 ↓ ↓

含碳量数字为两位数时：表示平 ） 数字表示含合金元素平均 均含碳质量分数的万分数，为一位数） 质量分数的百分数，当合 时表示平均含碳质量分数的千分数。） 金元素平均质量分数＜1.5﹪

时不标数字。

例：40Cr ——（合金调质钢-中碳）

平均含碳wc=40×1/10 =0.40﹪； 平均含铬wcr ＜1.5﹪ 例：1 Cr 18 Ni9 Ti （属高合金钢→铬镍不锈钢→18 - 8型钢，又叫

奥氏体不锈钢） 1---表示平均含碳wc =1×1/10=0.1﹪ ; Cr 18---表示平均含铬wcr=18×1/10=18﹪ ;等。 Ni9---表示平均含镍wNi=9×1/10 =9﹪ ;

Ti---表示平均含钛wTi ＜1.5﹪ ；

2、合金钢的种类：合金渗碳钢、合金调质钢、滚动轴承钢、不锈钢、耐热钢等。

23

4

2

1）渗碳钢 （包括碳素渗碳钢和合金渗碳钢两类 ) ----含 低碳

（1）渗碳钢的性能与用途：经渗碳+淬火+低温回火后使用，具有外硬内韧的性能，用于制造承受强烈冲击载荷和摩摖磨损的零件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴，活塞销等。（让学生回答）

（2）碳素渗碳钢的牌号：15（渗碳）、20（渗碳）等

(3)合金渗碳钢的牌号：20 Cr 、 20 Cr Mn Ti（应用最广泛）、20 Mn V B等 2)调质钢 （包括碳素调质钢和合金调质钢 两类）--含中碳

（1）调质钢的性能与用途：经调质后使用，具有良好的综合机械性能，广泛用于制造汽车、拖拉机 、机床上的轴、齿轮、连杆、螺栓、螺母等是机械零件用钢的的主体。（让学生回答） （2）碳素调质钢的牌号:40(调质)、45(调质)、50(调质)---价廉

（3）合金调质钢的牌号:40 Cr 35 Si Mn、35 Cr Mo、40 Mn B等 （40 Cr、是典型钢种，用于制造一般尺寸的重要零件）（提问各钢号各项的含义？） 3）、滚动轴承钢（P14）

（1）滚动轴承钢的用途：用于制造滚动轴承的内、外圈以及滚动体，还可制造模具、量具等工具。 （2）、滚动轴承钢牌号的表示 ※：

字母G(滚字的汉语拼音字首)+ Cr元素符号+含铬质量分数的千分数+其他合金元素符号，碳的含量不标出。（含碳wc≥1.0﹪）

例：G Cr15 ——表示含wcr=15×1/103=1.5﹪ ， G —表示滚动轴承用钢。 （3）、滚动轴承钢牌号有：

G Cr9、 G Cr15、 G Cr15 Si Mn 等 。在大气、润滑剂中耐腐蚀 4）、不锈钢 (P14下- P15)

不锈钢—只能够抵抗空气、蒸汽和水等弱腐蚀性介质腐蚀的钢，称为—。 耐酸钢—能抵抗酸、碱、盐等强腐蚀性介质腐蚀的钢，称为—。 （日常习惯上把不锈钢和耐酸钢不锈钢）

（1）不锈钢按化学成分分类：铬不锈钢、铬镍不锈钢

当不锈钢中含铬量wcr≥11.7﹪时才具有耐腐蚀性；含碳量wc越低，耐腐蚀性越高，但强度、硬度就越低。大多数含碳量wc=0.1﹪-0.2﹪；

但做刃具的不锈钢，含碳量则较高，wc=0.85﹪-0.95﹪，以保证具有足够的强度和硬度。 （2）、铬不锈钢的牌号：

1 Cr13、2 Cr13、3Cr13、4Cr13、1 Cr17、7 Cr17属铁素体 ）8 Cr17等 ※提问：各钢号含碳、含铬量是？1 Cr17—含碳wc=1×1/103=0.1﹪，含 （3）铬镍不锈钢（奥氏体不锈钢）的牌号： wcr=17×1/102= 17﹪；

0 Cr19Ni9、 1Cr19Ni9 、 1Cr18Ni9 Ti 、 00 Cr18 Ni11 、 0 Cr18 Ni 10 等 0—表示平均含碳量 0.03﹪＜ wc≤0.08﹪；（低碳） 00—表示平均含碳量wc ≤0.03﹪；（微碳） （4）不锈钢的用途：（看P15）

(a)、1 Cr13、2 Cr13、3Cr13、4Cr13、7 Cr17的耐腐蚀性差，主要用于弱腐蚀性条件下

工作的机械零件、工具、，如汽轮机叶片、阀门零件、量具、轴承、医疗器械等。

（b）、1 Cr17、0 Cr19Ni9、1Cr19Ni9 、1Cr18Ni9 Ti 耐蚀性较高，主要用于强腐蚀性条件

下工作的设备。

5）、耐热钢： (分两类为：抗氧化钢、热强钢)

（1）抗氧化钢---在高温下有较好的抗氧化性又有一定的强度的钢 (a)、抗氧化钢常用牌号：0 Cr19Ni9、 3Cr18 Mn 12 Si 2 N 等

(b) 抗氧化钢性能与用途：在高温下有较好的抗氧化性和一定的强度。可用于长期在燃烧环境中工作、有一定的强度的零件，如各种加热炉底板，渗碳箱等；

（2）热强钢—高温下有一定的抗氧化能力和较高的强度以及良好组织稳定性的钢。 (a) 热强钢牌号：1 Cr13、1Cr18Ni9 Ti、1 Cr5 Mo、1 Cr11 Mo V 等

（b）热强钢性能与用途：高温下有一定的抗氧化能力和较高的强度以及良好组织稳定性。可用于汽轮机、燃气轮机的转子和叶片，锅炉过热器、内燃机的排气阀、石油裂解管等零件。（看P15中 ，让学生回答） （四）、铸铁（自学） —含碳量wc＞2.11﹪的铸造铁、碳硅的合金，称——。 1、铸铁的性能与用途：（让学生 回答）(P15中)

与钢相比，铸铁含碳C、Si量高，杂质S 、P较多，组织中有石墨。因此，铸铁的力学性能（бbL、δ与Ψ、AVK）比钢低得多,但铸铁具有优良的铸造性、减振性、耐磨性、切削加工性以及低的缺口敏感性等，而且生产工艺和设备简单，成本低，工业生产中广泛应用。 2、铸铁的分类：

按石墨形态不同铸铁分类为：灰口铸铁（HT）、球墨铸铁（QT）、 可锻铸铁(KT)、 蠕墨铸铁（RuT）

（1）灰口铸铁（HT）: ( 石墨形态—为片状，看p15, 图1-2a) 牌号有:HT150、HT200、HT250

(a)牌号的表示：HT (灰铁两字汉语拼音字首)+ 数字（最低抗拉强度值MPa） 例：HT150——灰口铸铁，бbLmin=150MPa (试件的直径d=30㎜)

※用途：可作为承受中等载荷的零件如机座、支架、箱体、刀架、床身、轴承座、工作台、带轮、法兰、泵体、阀体、管路附件（工作压力不大）、飞轮、电动机座等。 （2）、球墨铸铁（QT）： (石墨形态—为球状，看图1-2b) 牌号有：QT400 —18、QT400—15、QT450—10

QT500—07、QT600—03、QT700—02、QT800—02、QT900—02 ①牌号表示法：

QT（球铁两字汉语拼音字首）+数字（бbLmin最低抗拉强度值MPa）+ 数字（δmin最低延伸率值）

例：QT600—03 球墨铸铁，бbLmin=600MPa，δmin=3﹪；

※用途：可制作载荷大，受力复杂的零件，如汽车、拖拉机曲轴、连杆、凸轮轴，部分磨床、铣床、车床的主轴、机床蜗杆、涡轮，轧钢机轧辊，大齿轮，汽缸体，桥式起重机大小滚轮等（QT700—02、QT800—02 用途与QT600—03相同）。 (3)可锻铸铁（KT） （石墨形态—为团絮状，看图1-2c） ※牌号有：例1：黑心可锻铸铁（铁素体）— KTH300 - 06

бbLmin=３００MPa，δmin＝6﹪；

※用途：制作弯头、三通管件、中低压阀门。

例2 ：珠光体可锻铸铁—KTZ450-06 —бbLmin=450 MPa，δmin＝6﹪；

用途：可制载荷较高和耐磨损零件，如曲轴、凸轮、连杆、齿轮、活塞环、摇臂、轴套、耙片、万向接头、棘轮、扳手、传动链条、犁刀、矿车轮等（ 4）、蠕墨铸铁（RuT） （石墨形态蠕虫状） 例：RuT340 —бbLmin=340 MPa

性能与用途：蠕墨铸铁的力学性能介于相同基体的灰口铸铁和球墨铸铁之

间，其铸造性能和热传导性、耐疲劳性及减震性与灰口铸铁相近。主要用来制造大功率柴油机汽缸盖、汽缸套，电动机外壳、机座、机床床身、阀体、起重机卷筒，纺织机零件、钢锭模等铸件。 5）、特殊性能铸铁：(a)耐磨铸铁（包括：抗磨铸铁、低合金白口铸铁、普通白口铸铁、中锰球墨铸铁、冷硬铸铁）（b）减摩铸铁（高磷铸铁、钒钛铸铁）（c）耐热铸铁（有中硅铸铁、高鉻铸铁、镍铬硅铸铁、镍铬球墨铸铁、中硅球墨铸铁等）(d)耐蚀铸铁（高硅铸铁—含硅wsi=10﹪—18﹪，广泛用于化工石油、化纤、冶金等工业的设备，如泵、管道、阀门、储罐

的出口等；高铬铸铁—含wcr=20﹪-35﹪,耐各种氧化性酸和多种盐；高镍铸铁—耐强力的热苛性碱溶液。） 三、有色金属(自学)

铝及其铝合金、铜及其合金、铅及其合金、滑动轴承合金 —如锡基轴承合金（又称锡基巴氏合金 ZSn Sb 11Cu6 ）制轴瓦、轴承衬） 四、非金属材料（自学）： 1、无机非金属材料：（如陶瓷、搪瓷、玻璃等） 2、有机非金属材料：（如塑料、橡胶、涂料等） 五、选材的基本原则(看P18)（找学生回答）

选择化工设备用的钢材，除应考虑容器的工作压力、温度和介质的腐蚀外，还要考虑钢材的加工工艺和价格等。

（一） 选材的基本原则：

1、 化工容器用钢一般使用镇静钢，若是受压元件用钢应符合国家标准GB150—1998规

定。

2、 化工容器应优先选用低合金钢。按强度设计时，若使用低合金钢的壁厚可比使用碳

钢减薄15﹪以上，则可采用低合金钢，否则采用碳钢。 a、中低压容器一般可选用屈服强度бS =250、300、350 MPa级别的普通低低合金钢。 b、直径较大Di较大、压力较高的中压容器可选用бS = 400MPa的普通低合金钢。 C、高压容器则宜选用бS = 400~500MPa的普通低低合金钢。

3、化工容器用钢应有足够的塑性、适当的强度和良好的冲击韧性。故压力容器用钢板的伸长率（必须）δ＞14﹪。当δ＜18﹪时，加工时要特别注意。一般钢材冲击韧性A KV ≥50—60J/㎝2 为宜。

4、不同的材料其弹性模量E值的大小相差不多，因此，按刚度设计的容器（如外压容器）不宜采用强度过高的材料，选Q235为宜。 （13页）

5、对于使用场合为强腐蚀介质的，应选用耐腐蚀的不锈钢，且尽量使用铬镍不锈钢钢种。 6、高温容器用钢应选用耐热钢，以保证抗高温氧化和高温蠕变。

a、蠕变—长期在高温下工作的容器，材料内部的应力б＜＜бS时，容器会发生缓慢的、连续不断的塑性变形，即所谓蠕变。（长期的蠕变将使设备产生过大的塑性变形，最终导致破坏。）

b、材料产生蠕变的温度:

当碳钢t＞350℃， 合金钢＞400℃时，就应考虑蠕变问题。 7、 低温容器（工作温度tw＜-20℃的设备 ） 用钢应考虑钢材的低温脆性问题。选材时 首先考虑钢种在低温时的冲击韧性。

①要求在 -19.99℃∽ 0℃作夏比(V型缺口，且横向取样）低温冲击试验。 ??②并要求：20R 的低温冲击功A KV ≥18 J； 16MnR 、 15MnVR 的低温冲击功A KV ≥20 J； 15MnVNR 、 18MnM0NbR 、 13MnNiM0NbR 的低温冲击功A KV ≥27 J； §1-5金属材料的腐蚀与防护（P19）

一、腐蚀— 金属材料在周围的介质作用下发生破坏称为—— 。 二、腐蚀的类型：

（一）按腐蚀特征分类为： 1、均匀腐蚀；

2、局部腐蚀（包括：区域腐蚀、点蚀、晶间腐蚀等） （二）、按腐蚀机理分类为：

1、化学腐蚀：指金属与干燥的气体或非电解质溶液产生化学作用引起的腐蚀。

（1）化学腐蚀的特点：腐蚀过程中无电流产生，且温度越高，腐蚀介质浓度越大，腐蚀速度越快。

2、电化学腐蚀：是指金属与电解质溶液产生电化学作用引起的腐蚀。（金属在酸、碱、盐溶

液、土壤、海水中的腐蚀属于电化学腐蚀）

（1）电化学腐蚀的特点：腐蚀过程中有电流的产生。 三、防腐的措施（P20） 1、隔离腐蚀介质（P20） 2、电化学保护：（P21） ①阴极保护法（多用） ②阳极保护法 3、缓蚀剂保护：（多用于酸洗操作和循环冷却水的水质处理中）。 ①阳极型缓蚀剂 ②阴极型缓蚀剂 ③混合型缓蚀剂 六、课堂练习：

1、何谓钢的热处理？

2、钢的普通热处理包括哪几种？表面热处理有哪几种？ 3、何谓钢的调质处理？

4、何谓材料的力学（机械）性能？包括那些？

何谓材料的强度、刚度、塑性、韧性、硬度和疲劳及其数量指标是？ 5说明下列钢牌号的名称、各项的含义？

Q235A Q235AF Q275 Q295E Q345C 、 Q420B 、 20 Cr Mn Ti 40 Mn B、 00 Cr18 Ni11、 0 Cr18 Ni 10、3Cr13、G Cr15 Si Mn 滚动轴承钢

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wcr=18 ×1／10=18﹪ 含铬wcr=15×1／10=1.5﹪ 3Cr18 Mn 12 Si 2 N (抗氧化钢) 1Cr18 Ni9 Ti 、25、45、60、65、70 七、课堂总结 1、钢的分类：

非合金钢（碳钢）—含碳量C＜2.11﹪的铁碳合金。 1、（普通）碳素结构钢1)、钢牌号的表示方法：

Q（屈服极限的字母）+屈服极限的数值(单位MPa)+质量等级符号+脱氧方法符号

Q 195、Q215、Q235、Q255、Q275(次钢号不分质量等级) 2、优质碳素结构钢： 1）、钢牌号的表示方法：

以钢中平均含碳量质量分数的万分数（两位数）表示。 3、低合金钢高强度结构钢的牌号：Q295 、Q345（最常用）、Q390 、Q420、Q460 ； 4、合金钢的种类：合金渗碳钢、合金调质钢、滚动轴承钢、不锈钢、耐热钢等。 （1）合金钢牌号的表示方法：

含碳量数字 +合金元素符号 +合金元素含量数字 ↓ ↓

含碳量数字为两位数时：表示平 ） 数字表示含合金元素平均 均含碳质量分数的万分数，为一位数） 质量分数的百分数，当合 时表示平均含碳质量分数的千分数。） 金元素平均质量分数＜1.5﹪ 时不标数字。 （2）铬镍不锈钢（奥氏体不锈钢）的牌号：

0 Cr19Ni9 1Cr19Ni9 1Cr18Ni9 Ti、 00 Cr18 Ni11、 0 Cr18 Ni 10 等 0—表示平均含碳量 0.03﹪＜ wc≤0.08﹪；（低碳） 00—表示平均含碳量wc ≤0.03﹪；（微碳）

4、选材的基本原则：(P18- P19)

八、作业

P22思考题：1-10(答案P11)、1-11 （答案P12） 、 1-12（答案P12） 、1-13（答案P12）、1-14、1-17（答案P18- P19）、 1-19（答案P20-P21）

《第一章内容汇总》

1、化工生产对化工设备的基本要求 (一)安全性能的要求 1）、化工设备用材具有足够的强度 2）、化工设备用材具有良好的韧性 3）、具有足够的刚度和抗失稳能力 4）、具有良好的抗腐蚀性 5）、具有可靠的密封性 （二）工艺性能要求 1）、达到工艺指标 2）、生产效率高、消耗低 （三）使用性能要求（p3） 1）、结构合理、制造简单 2）、运输与安装方便 3）、操作、控制、维护简便 ； (四)经济性能要求

尽量减少化工设备的基建投资和日常维护、操作费用，安全运行，获得较好的经济效益。 2、 化工容器结构的基本结构（看P4图1-1） 3、化工容器与设备的分类（看P4-P5） 4、按承压方式分类：（1）、（内压容器 - P内＞P外） （2）、（外压容器P外＞ P内）。 5、内压容器—按设计压力(P)不同分类为：

低压容器（代号L） 0﹒1mPa ≤ P ＜ 1.6 mPa (表 压值) 中压容器（代号M） 1﹒6 MPa ≤ P ＜10 m Pa 高压容器（代号H） 10 mPa ≤ P ＜ 100 mPa

超高压容器（代号U）P≥100 mPa； 6、按容器的相对壁厚分类：

（1）薄壁容器：D0／Di≤1.2 或δn /Di≤0.1 ； （2）厚壁容器：D0／Di>1.2 或δn /Di＞0.1 ；

7、力学性能（即机械性能）~ 指材料在外力的作用下所表现出来的性能。（包括：强度、刚度、硬度、

塑性、韧性、疲劳等）

1）、强度~ 反映材料在外力的作用下抵抗破坏的能力。（破坏的两种情况指：a发生较大的塑性变形；

b发生断裂破坏。）

A、反映材料强度的数量指标有：

（1）屈服点бS（2）强度极限бb

脆性材料铸铁的强度指标有抗拉强度бbL 和抗压强度бbY

2）刚度-反映材料在外力作用下抵抗（弹性变形）变形的能力。

3）、塑性~反映材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。 （1）衡量材料塑性的指标有：（延伸率或称伸长率δ 与 断面收缩率Ψ）

δ≥5％的材料称为塑性材料；δ＜5％的称为脆性材料；

4）、硬度-反映金属抵抗比它更硬物体压入其表面的能力。 （1）、常用的硬度试验指标有：布氏硬度HB和洛氏硬度HR a)、HB-布氏硬度：

HBS—实验时用钢球压头 HBW—实验时用硬质合金球 b)、洛氏硬：HRA 、HRB、HRC ；（常用HRC)；（用锥形金刚石压头做测试） （A、B、C指洛氏硬度的标度）

HRA—用于度量极硬材料表面承压能力（如硬质合金、表面淬硬层、渗碳层） HRB—用于度量较软材料的表面承压能力（如有色金属，退火、正火钢等）

HRC—用于度量很硬材料的表面承压能力（如淬火钢、调质钢等，多用于钢件热处理的检查） 5）、冲击韧性—指材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。

※冲击韧性指标—为冲击韧度A kV ； A kV的单位： J/cm ；

※①脆性转变温度—材料的冲击韧性随温度的下降而减少，当低于某一温度时冲击韧性发生剧降，这时材料呈脆性，该温度称为——。

※②交变载荷—机械零件（如轴、齿轮、弹簧等）经常受到大小不同和方向变化的载荷作用，这种载荷称

为—。

（载荷的大小和方向随时间的变化而变化，这种载荷称为交变载荷） 6）、疲劳 —机械零件（指材料）在交变载荷的的作用下，当引起的交变应力б交＜бb , 甚至б交＜бe弹性极限的情况下，经一定循环次数后，并无明显的外观变形却突然发生断 裂的现象称为材料的疲劳。

3

8、低压容器（毒性程度为极度和高度介质且PV≥0.2 MPa.M），为Ⅲ类 ；

3

9、低压容器（毒性程度为极度和高度介质且PV≥0.2 MPa.M），为Ⅱ类 ；

10、GB150-1998《钢制压力容器》它是以弹性失效（内压容器）和失稳失效（外压容器）为设计准则，采

用最大主应力理论（即第一强度理论也即最大拉应力理论）。 ①适宜设计压力P：0．1MPa ≤ P≤35 MPa,真空度≥0.02 MPa

②适宜设计温度t：根据材料的使用温度确定，可以从-196℃至钢材的蠕变限用温度 11、JB4732 -1995《钢制压力容器—分析设计标准》

①适宜设计压力0．1MPa ≤ P≤100 MPa , 真空度≥0.02 MPa ；

②低于以钢材蠕变控制其许用应力强度的相应温度，最高不超过475℃ ； 12、按安全技术管理分类法将压力容器划分为三类的依据是什么？

答：是①容器的P.V、②材料的抗拉强度бb L、③压力容器品种（即压力容器的作用）、 ④介质危害的程度；

13、热处理—指将钢在固态下加热到给定的温度，经过保温，然后按选定的冷却速度冷却，以改变其内部

组织结构，从而获得所需的性能的一种工艺，称— 14、热处理的分类： 1）、普通热处理：（包括：退火、正火、淬火、回火等） 2）、表面热处理：（①表面淬火、②化学热处理（包括：渗碳、渗氮（氮化）、碳氮共渗（氰化）、渗金属等）

3)、 按零件生产工艺，热处理又可分类为： （1）、预先热处理；（2）、最终热处理； 4）、、回火:是将淬火后的钢件加热到适当温度，保温一定时间，出炉空冷至室温的工艺。 （1）、低温回火：回火温度范围150℃- 250℃； (2)中温回火：回火温度范围350℃- 500℃； （3）、高温回火：500℃- 650℃；

2

5）调质处理 — 淬火+高温回火的热处理工艺 ； 15、（普通）碳素结构钢： 1)、钢牌号的表示方法：

Q（屈服极限的字母）+屈服极限的数值(单位MPa)+质量等级符号+脱氧方法符号 质量等级有：A级（最低级）、B、C、D级（最高级） 脱氧方法符号 ：F（沸腾钢）、b（半镇静刚）、Z（镇静钢，Z一般省略不标）、TZ（特镇静钢） 例：Q235A —碳素结构钢，屈服极限为бS=235MPa ，A级质量，镇静钢， 2）、普通）碳素结构钢的牌号有：

Q 195、Q215、Q235、Q255、Q275(次钢号不分质量等级)（五种） 例：（Q235 AF）

16、优质碳素结构钢的牌号有：

10、15、20、25、 30 、35、 40、 45、50、55、60、65、70、75、80、85； 按含碳量不同可分为三类：※

（1）低碳钢（05、08）10、15、20、25、— 含碳量wc≤0.25﹪；

如：（05 F、08F、10F、15F、20F）05、08、

（2）中碳钢30、35、40、45、50、55、60含碳量 0.30﹪≤wc≤0.60﹪； （3）高碳钢65、70、75、80、85—含碳量wc≥0.65﹪；

（4）专业用优质碳素结构钢： 20R _压力容器用钢—平均含碳质量分数wc=0.20﹪； 20G (钢管) 20g(钢板) ——锅炉用钢； 16Q(16q) _桥梁用钢

2C 、3C、4 C、5 C 等 —船舶用钢。 17、低合金钢：

低合金—指钢中合金元素总质量分数wMe≤5﹪

(1)、低合金高强度结构钢的牌号：Q295 、Q345（最常用）、Q390 、Q420、Q460 ； （a）、Q295（质量等级有A、B级）； （b）、（ Q345、Q390与Q420）都有（A、 B、 C 、D、 E级）； （c）Q460（C 、D、 E级）。 18、合金钢 1）、合金钢牌号的表示方法：

含碳量数字 +合金元素符号 +合金元素含量数字 ↓ ↓

含碳量数字为两位数时：表示平 ） 数字表示含合金元素平均 均含碳质量分数的万分数，为一位数） 质量分数的百分数，当合 时表示平均含碳质量分数的千分数。） 金元素平均质量分数＜1.5﹪ 时不标数字。 ①40Cr ——（合金调质钢-中碳）

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平均含碳wc=40×1/10=0.40﹪； 平均含铬wcr ＜1.5﹪

②1 Cr 18 Ni9 Ti （属高合金钢→铬镍不锈钢→18 - 8型钢，又叫奥氏体不锈钢

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1---表示平均含碳wc =1×1/10=0.1﹪ ;

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Cr 18---表示平均含铬wcr=18×1/10=18﹪ ;等。

2

Ni9---表示平均含镍wNi=9×1/10=9﹪ ; Ti---表示平均含钛wTi ＜1.5﹪ ；

19、合金钢的种类：合金渗碳钢、合金调质钢、滚动轴承钢、不锈钢、耐热钢等。 1）渗碳钢 （包括碳素渗碳钢和合金渗碳钢两类 ) ----含 低碳 （2）碳素渗碳钢的牌号：15（渗碳）、20（渗碳）等

(3)合金渗碳钢的牌号：20 Cr 、 20 Cr Mn Ti（应用最广泛）、20 Mn V B等

2)、调质钢 （包括碳素调质钢和合金调质钢 两类）--含中碳 （1）（2）碳素调质钢的牌号:40(调质)、45(调质)、50(调质)---价廉 （2）合金调质钢的牌号:40 Cr 35 Si Mn、35 Cr Mo、40 Mn B等 3）、滚动轴承钢（P14）

①、滚动轴承钢牌号的表示 ※：

字母G(滚字的汉语拼音字首)+ Cr元素符号+含铬质量分数的千分数+其他合金元素符号，碳的含量不标出。（含碳wc≥1.0﹪）

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例：G Cr15 ——表示含wcr=15×1/10=1.5﹪ ， G —表示滚动轴承用钢。 ②、滚动轴承钢牌号有：

G Cr9、 G Cr15、 G Cr15 Si Mn 等 。在大气、润滑剂中耐腐蚀 4）、不锈钢 (P14下- P15)

不锈钢—只能够抵抗空气、蒸汽和水等弱腐蚀性介质腐蚀的钢，称为—。 耐酸钢—能抵抗酸、碱、盐等强腐蚀性介质腐蚀的钢，称为—。 （日常习惯上把不锈钢和耐酸钢不锈钢）

（1）不锈钢按化学成分分类：铬不锈钢、铬镍不锈钢 ①铬不锈钢的牌号：

1 Cr13、2 Cr13、3Cr13、4Cr13、1 Cr17、7 Cr17属铁素体 ）8 Cr17等

3

※提问：各钢号含碳、含铬量是？1 Cr17—含碳wc=1×1/10=0.1﹪，含

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②铬镍不锈钢（奥氏体不锈钢）的牌号： wcr=17×1/10= 17﹪；

0 Cr19Ni9、 1Cr19Ni9 、 1Cr18Ni9 Ti 、 00 Cr18 Ni11 、 0 Cr18 Ni 10 等 0—表示平均含碳量 0.03﹪＜ wc≤0.08﹪；（低碳） 00—表示平均含碳量wc ≤0.03﹪；（微碳） 5）、耐热钢： (分两类为：抗氧化钢、热强钢)

①、抗氧化钢常用牌号：0 Cr19Ni9、 3Cr18 Mn 12 Si 2 N 等 ②热强钢牌号：1 Cr13、1Cr18Ni9 Ti、1 Cr5 Mo、1 Cr11 Mo V 等 20、铸铁的分类：

按石墨形态不同铸铁分类为：灰口铸铁（HT）、球墨铸铁（QT）、 可锻铸铁(KT)、 蠕墨铸铁（RuT） （1）灰口铸铁（HT）: ( 石墨形态—为片状) ① 牌号有:HT150、HT200、HT250

②牌号的表示：HT (灰铁两字汉语拼音字首)+ 数字（最低抗拉强度值MPa） 例：HT150——灰口铸铁，бbLmin=150MPa (试件的直径d=30㎜) （2）、球墨铸铁（QT）： (石墨形态—为球状) ①牌号有：QT400 —18、QT400—15、QT450—10

QT500—07、QT600—03、QT700—02、QT800—02、QT900—02

②牌号表示法：

QT（球铁两字汉语拼音字首）+数字（бbLmin最低抗拉强度值MPa）+ 数字（δmin最低延伸率值） 例：QT600—03 球墨铸铁，бbLmin=600MPa，δmin=3﹪；

(3)可锻铸铁（KT） （石墨形态—为团絮状，看图1-2c） 例1：黑心可锻铸铁（铁素体）— KTH300 - 06

бbLmin=３００MPa，δmin＝6﹪；

例2 ：珠光体可锻铸铁—KTZ450-06 —бbLmin=450 MPa，δmin＝6﹪； （4）、蠕墨铸铁（RuT） （石墨形态蠕虫状） 例：RuT340 —бbLmin=340 MPa 5）、特殊性能铸铁：

①耐磨铸铁（包括：抗磨铸铁、低合金白口铸铁、普通白口铸铁、中锰球墨铸铁、冷硬铸铁）②减摩铸

铁（高磷铸铁、钒钛铸铁）

③耐热铸铁（有中硅铸铁、高鉻铸铁、镍铬硅铸铁、镍铬球墨铸铁、中硅球墨铸铁等）

④耐蚀铸铁（高硅铸铁—含硅wsi=10﹪—18﹪；高铬铸铁—含wcr=20﹪-35﹪,耐各种氧化性酸和多种盐；高镍铸铁—耐强力的热苛性碱溶液。） 21、、有色金属

滑动轴承合金 —如锡基轴承合金（又称锡基巴氏合金 ZSn Sb 11Cu6）制轴瓦、轴承衬） 22、选材的基本原则：

1)、化工容器用钢一般使用镇静钢； 2)、化工容器应优先选用低合金钢。

a、中低压容器一般可选用屈服强度бS =250、300、350 MPa级别的普通低低合金钢。 b、直径较大Di较大、压力较高的中压容器可选用бS = 400MPa的普通低合金钢。 C、高压容器则宜选用бS = 400~500MPa的普通低低合金钢。

3)、化工容器用钢应有足够的塑性、适当的强度和良好的冲击韧性。必须δ＞14﹪。当δ＜18﹪时，加工

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时要特别注意。一般钢材冲击韧性A KV ≥50—60J/㎝ 为宜。

4)、按刚度设计的容器（如外压容器）不宜采用强度过高的材料，在满足耐蚀前提下，选Q235为宜。 5)、对于使用场合为强腐蚀介质的，应选用耐腐蚀的不锈钢，且尽量使用铬镍不锈钢钢种。 6)、高温容器用钢应选用耐热钢，以保证抗高温氧化和高温蠕变。

①、蠕变—长期在高温下工作的容器，材料内部的应力б＜＜бS时，容器会发生缓慢的、连续不断的塑性变形，即所谓蠕变。（长期的蠕变将使设备产生过大的塑性变形，最终导致破坏。） ②、材料产生蠕变的温度:

当碳钢t＞350℃， 合金钢＞400℃时，就应考虑蠕变问题。

7)、低温容器（工作温度tw＜-20℃的设备 ） 用钢应考虑钢材的低温脆性问题。选材时 首先考虑钢种在低温时的冲击韧性AKV值要足够大。

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教 案 正 页

№3 第二章 化工设备力学基础 教学日期 授课班级 年 月 日 周 年 月 日 周 年 月 日 周 专业 班级 专业 班级 专业 班级

课题：§2-1 教学目的 教具及参考书 教学手段

联系工程实际，采用启发式、讨论、分析与提问相结合的形式，实现师生互动。 教学过程:(课程内容、教学环节） 复习旧课： 新课§

四、课堂练习：

五、课堂小结

课型：综合型

重点、难点及智能培养等 1、重点： 2、难点：

作业：

课后记

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