Файл: 1 Выбор материалов 4 1 Характеристика стали марки 20К 4.docx

Титул

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Технология химических, нефтехимических и биотехнологических производств характеризуется широкой номенклатурой процессов, свойств сырья и продуктов, режимов и параметров работы машин и аппаратов.

По характеру воздействия на обрабатываемый продукт используемое оборудование принято разделять на машины и аппараты.

В аппаратах происходят физико-механические, тепловые, диффузионные, химические, биохимические, электрические и другие процессы.

В машинах технологические процессы происходят вследствие механического воздействия на обрабатываемый объект. Эти процессы называют механическими.

Деление технологического оборудования на машины и аппараты является условным. Имеются машины, в которых механическая обработка сочетается с нагревом, охлаждением, массообменном, химическими реакциями, и этому термину «технологическая машина» придают расширенное значение, понимая под этим любое техническое устройство, предназначенное для осуществления технологического процесса.

Значительную долю всего оборудования химических нефтехимических и биотехнологических производств составляют емкостная аппаратура, работающая под вакуумом или при избыточном давлении среды. Эти аппараты сложны и потенциально опасны, поэтому им уделяется особое внимание.

Целью курсовой работы является проектирование реактора с рубашкой. Поставленная цель реализуется путем решения следующих задач:

1. Описание выбранных материалов, используемых для изготовления проектируемого аппарата.

2. Прочностный расчет обечайки корпуса, рубашки, днищ и крышек.

3. Расчет укрепления отверстий.

3. Выбор фланцев.

4. Выбор и поверочный расчет опор.

В графической части курсового проекта изображены: сборочный чертеж корпуса аппарата с выносками узлов фланцевого соединения, опорного узла и соединения рубашки с корпусом

1 Выбор материалов

---

По условию аппарат изготавливается из листового проката стали марки 20К.

1.1 Характеристика стали марки 20К

Конструкционная качественная углеродистая сталь 20К используется для изготовления деталей сосудов и котлов, работающих при температурах до +450⁰С под давлением – днища, фланцы, барабаны (цельнокованые, сварные) паровых котлов, корпуса аппаратов, полумуфты.

Преимущества стали и недостатки

Марка стали 20 имеет основное достоинство – этот высококачественный сплав с хорошими технологическими характеристиками можно приобрести по умеренной цене. При использовании металла для производства продукции отмечаются его преимущества:

- является одновременно пластичным и прочным, устойчивым к истиранию;

- сохраняет необходимые качества при работе в диапазоне температур (-40 — +450 ^оС);

- имеет низкую флокеночувствительность;

- устойчив к воздействию среды, находящейся под высоким давлением (газ, пар);

- в структуре сплава практически не образуются трещины после его обработки давлением;

- металл обладает высокой свариваемостью (до его термообработки);

- после выполнения сварочных работ швы не требуется закаливать;

При использовании металла необходимо учитывать его главный недостаток – появление признаков коррозии на поверхности. Для недопущения такого процесса необходимо покрытие специальным защитным химсоставом (гальваника).

Сталь 20 — углеродистая. Именно процентное содержание вещества – углерода, определяет название сплава. По ГОСТу 1050-88 его должно быть от 0,17 до 0,24%, или среднее значение – 0,2%. Оно и используется для маркировки металла.

Состав и структура

Основа — железо. Дополнительные компоненты:

- Углерод (0,2%). От данного компонента зависит прочность, твердость сплава. Чем его больше, тем выше эти показатели, но при этом снижается пластичность.

- Марганец (0,6%). Это сильный раскислитель. При его добавлении снижается количество серы в составе. Увеличивает показатель прочности, износоустойчивости у поверхности структуры сплава. Улучшает ковку, сварку металла.

- Кремний (0,35%). Сильный раскислитель. Добавляется для уменьшения содержания азота, кислорода, водорода. Это снижает количество пор, газовых раковин, которые негативно влияют на прочность.

- Медь (0,3%), хром (0,2%), никель (0,3%). Эти компоненты нужны для повышения устойчивости к образованию ржавчины, увеличения механической стойкости.

---

- Сера (0,04%), фосфор (0,035%). Вредные компоненты, которые ухудшают его технические характеристики, свойства.

Состав стали представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Массовая доля элементов стали 20 по ГОСТ 1050-2013

C (Углерод)	Si (Кремний)	Mn (Марганец)	P (Фосфор)	S (Сера)	Cr (Хром)	Ni (Никель)	Cu (Медь)	Fe (Железо)
0,17 – 0,24	0,17 – 0,37	0,35 – 0,65	< 0,03	< 0,035	< 0,25	< 0,30	< 0,30	остальное

Если массовая доля алюминия не менее 0,02 или вводятся по отдельности или в любом сочетании Ti, V, Nb, Al (Ti + V + Nb + Al < 0,015), то содержание азота не нормируется. Допускается снижение уровня содержания кремния при применении других раскислителей, например, Al, Ti, V, Nb. Допускается снижение уровня содержания марганца при удовлетворении всех требований к механическим свойствам.

Характеристики и свойства

Физические свойства:

- Показатель плотности — 7850 кг/м3.

- Начало плавления сплава — от 1500 °C.

- Теплопроводность готовой продукции без увеличенного количества легирующих добавок — 48 Вт/м*К.

- Теплоемкость — 490 Дж/кг*К.

- Линейное расширение — 11.6*10-6 1/град.

- Электрическое сопротивление — 220 Мом*мм.

Химические свойства:

- Низкая устойчивость к воздействию щелочей, кислот.

- Быстрое образование ржавчины при длительном воздействии влаги.

Чтобы сделать сталь устойчивой к коррозионным процессам, производители наносят гальваническое покрытие, основой которого является хром, цинк.

Механические параметры:

1. 
   Простая механическая обработка.
   
2. 
   Средние показатели твердости, прочности.
   
3. 
   Модуль упругости — 200 Мпа.
   
4. 
   Относительное удлинение на разрыв — 26%.
   
5. 
   Максимальное сужение структуры — 55%.
   
6. 
   Предел выносливости металла — 14 кг/мм2.
   
7. 
   Ударная вязкость металлических поверхностей — 780 кДж/м2.
   
8. 
   Прочность структуры на разрыв — до 46 кг/мм2.
   

---

Металл хорошо проводит электрический ток, является паромагнетиком.

Механические свойства стали приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2
		410	25	55
		490	7	40
		390	21	50
		390-490		50	163
		340-440		50	163
		490	7	40	207
		410	25	55
		340-490	28		127
20	280	430	34	67	218
200	230	405	28	67	186
300	170	415	29	64	188
400	150	340	39	81	100
500	140	245	40	86	88
700		130	39	94
800		89	51	96
900		75	55	100
1000		47	63	100
1100		30	59	100
1200		20	64	100

---

Физические свойства стали приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3 - Физические свойства

Температура испытания, °С	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа	212	208	203	197	189	177	163	140
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа	78	77	76	73	69	66	59
Плотность, pn, кг/см3	7859	7834	7803	7770	7736	7699	7659	7917	7624	7600
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)		51	49	44	43	39	36	32	26	26
Уд. электросопротивление (p, НОм · м)		219	292	381	487	601	758	925	1094	1135
Температура испытания, °С	20- 100	20- 200	20- 300	20- 400	20- 500	20- 600	20- 700	20- 800	20- 900	20- 1000
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)	12.3	13.1	13.8	14.3	14.8	15.1	15.2
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С))	486	498	514	533	555	584	636	703	703	695

---