第四节金属材料选择

1、石油加工选论 班级：化学工程与技术2013级1班 学号：2013010033 姓名：孙西花第四节 金属材料选择前言： 金属材料被广泛应用于民用工业（机械制造、农业机械、交通运输、仪器仪表、炼油及化工设备、电机电器等）和国防工业（枪炮、坦克、飞机、军舰、火箭、导弹、宇宙飞船、核动力装置等常规和尖端武器）。 在压力容器制造业中，金属材料也具有其他材料无法替代的地位和作用。 金属材料品种繁多，力学性能各异，这种差异是由成分和组织决定的。了解金属的晶体结构和结晶规律，对控制材料的性能、正确选用材料、开发新材料有重要的指导意义。正文： 铁素体等属于体心立方晶格的金属具有冷脆性。在低温和应力不高的条件下，

2、可能发生脆性破坏。奥氏体具有面心立方晶格组织，不具有冷脆性。不同的金属材料具有不同的脆性转变温度。增加含锰量和含镍量可以降低钢的脆性转变温度。专用于低温的钢，在其钢号的尾部加D字。碳素钢和低合金钢管用于20及以下时，应进行不高于设计温度的低温冲击韧性试验。其最低冲击韧性试验温度可按表3一4一10确定。表3410 碳素钢和低合金钢管的最低冲击韧性试验温度钢号热处理状态厚度/mm最低冲击试验温度/10正火16-3020G正火16-2016Mn正火20-4009MnD正火16-50 碳素钢和低合金钢螺栓和螺母用于一20及以下时，应进行不高于设计温度的低温冲击韧性试验。其最低冲击韧性试验温度可按表3一

3、4一1l确定。表3411 碳素钢和低合金铜螺栓和螺母的最低冲击韧性试验温度钢号热处理状态最低冲击试验温度/16MnD调质-4009Mn2VD调质-5009MnNiD调质-7016MnMoD调质-4020MnMoD调质-3008MnNiCrMoVD调质-4010Ni3MoVD调质-50冲击韧性试验的冲击功不应小于表3-4- 12的规定(引自钢制压力容器 （GB 1501998表C2）。如果上表中的钢管壁厚较薄，不能制造标准试样时可免作冲击韧性试验。表3412 低温夏比V形缺口最低冲击功规定值钢材标准抗拉强度下限值k/MPa三个试样的冲击功平均值Akv/J钢材标准抗拉强度下限值k/MPa三个试样的

4、冲击功平均值Akv/J10mm*10mm*55mm10mm*10mm*55mm450185156502745051520奥氏体钢焊缝金属31注:1.试验温度下三个试样的冲击功平均值不得低于表中的规定:其中单个试样的冲击功可小于平均值，但不得小于平均值的70%。 2.标准抗拉强度下限值大于650MPa的螺栓等钢材的冲击功值按标准抗拉强度下限值等于650MPa锅材的要求，但40CrNiMo的低温冲击功应不小于31J(三个试样的平均值)。当采用奥氏体钢，其含碳量在0.1%以下，使用温度在一196以上时，可免作冲击韧性试验。现介绍钢制压力容器( GB 1501998 )附录C(标准的附录)低温压力容器

5、第C1.5条中关于“低温低应力工况”的规定，其目的在于提醒设计者遇到低温管道情况时，不仅要考虑一般低温工况，还要考虑“低温低应力工况”以及其他设计中可能遇到的情形。原文引用如下:"C1.5当壳体或其受压元件使用在“低温应力工况”下，若其设计温度加50后，高于一20时，不必遵循本附录的规定。“低温低应力工况”系指当壳体或其受压元件的设计温度虽然低于或等于一20，但其环向应力小于或等于钢材标准常温屈服点的六分之一，且不大于50MPa时的工况。 “低温低应力工况”不适用于钥材标准抗拉强度下限值大于54UMPa的低温容器。螺栓材料一般不列入低温低应力工况考虑，但应计及螺栓和壳体设计温度间的差

6、异。 七、铸铁 铸铁可用于制造低压阀门。铸铁中含碳量和含硅量高。硅有促进石墨化的作用，所以碳在铸铁中多以石墨的形式存在。石墨与钢铁比较，其强度和塑性很小。石墨减小了铸铁的承载面积，片状石墨可使其尖端产生应力集中。所以，铸铁的强度和韧性都比钢低。铸铁有高耐磨性、消振性和缺口敏感性。 碳在铸铁中析出的形态有渗碳体和石黑，析出石墨的称为灰口铁，析出渗碳体的称为白口铁，二者兼有的为麻口铁。白口铁硬而脆，在工业上应用价值不高。在工业上应用的有灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。 (一)灰铸铁 灰铸铁的牌号是用力学性能区分的。我国灰铸铁的代号是用“灰铁”的汉语拼音的字头“HT”表示，后部为最小抗拉强度。例如HT1

7、50为最小抗拉强度为150MPa的灰铸铁。 (二)可锻铸铁 可锻铸铁中石墨的分布成团絮状，对金属基体的分割破坏小。使基体的强度、塑性和韧性可较大程度的发挥，所以可锻铸铁的力学性能比灰铸铁好，特别是塑性和韧性比灰铸铁高很多。 可锻铸铁的生产过程是先浇铸成白口铸铁件，然后再退火促进渗碳体分解，生成团絮状石墨。可生产形状复杂壁厚薄的管件。我国可锻铸铁的代号是用“可铁”的汉语拼音的字头“KT”表示，后部为最小抗拉强度和最低延伸率。例如KT35010为最小抗拉强度350MPa，延伸率为l0%的可锻铸铁。 (三)球墨铸铁球墨铸铁中石墨的分布成球状。球状石墨对金属基体的分割作用小。使基体的强度、塑性和韧性可

8、较大程度的发挥，所以球墨铸铁的力学性能比灰铸铁好，特别是塑性和韧性比灰铸铁高很多。球墨铸铁是在浇铸前在铁水中加人镁或稀土元素等球化剂，浇铸完成后，铸件中的碳形成球状石墨。球墨铸铁退火后可得球状石墨+铁素体，正火后可得球状石墨+球光体。我国球墨铸铁的代号是用“球铁”的汉语拼音的字头“QT”表示，后部为最小抗拉强度和最低延伸率。例如QT40015为最小抗拉强度为400MPa,延伸率为15%的球墨铸铁。八、高镍合金(一)Cr20Ni32Fe（Incoloy800）Cr20Ni32Fe高镍合金有标准型( Cr20Ni32Fe )高碳型 (1Cr20Ni32Fe)中碳型(0Cr20Ni32Fe)和低碳型

9、(00Cr20Ni32Fe )。标准型的含碳量为0.1%。高碳型处于标准型的上限，含碳量为0.05%一0.10%，主要用于600以上。在石化工业中可用于转化炉和裂解炉管等。Cr20Ni32Fe的化学成分为C0.1%、Si1.0%、Mn1.5%、Cr=19%23%、Ni=30%35%、Al=0.15%0.6%、Ti=0.15%0.6%、Cu0.75%、S0.015%、P0.02%。1 Cr20Ni32Fe的化学成分除碳、铝和钛的含量销有区别外，其余与Cr20Ni32Fe相同。1 C.r20Ni32Fe的含碳量为0.05%0.1%、含铝量为0.15%0.5%、含钛量小于0.3% 。这种钢的机械性能

10、见图3一4一6和图3一4一8。 由于这种钢的含铭量和含镍量高，抗大气腐蚀、氢和硫化氢腐蚀性能良好。抗有机酸和无机酸腐蚀与普通不锈钢相近。抗晶间腐蚀较差。抗应力腐蚀和孔腐蚀性能良好。图346 标准型Cr20Ni32Fe合金室温815时的机械性能（热轧棒材，980固溶处理）图348 高碳型Cr20Ni32Fe合金室温1100的机械性能（挤压管材，107*12.7mm，1095固溶处理）(二)NCu282.51.5（Monel，蒙乃尔合金)，Ni70Cu28 这两种材料为单相奥氏体合金。在还原性介质中的抗腐蚀性优于纯镍，在氧化性介质中优于纯铜。在氢氟酸和氟气中有良好的耐腐蚀性。 NCu282.51.5的化学成分为Cu =27%29%、Mn=1.21.8%、Fe=2%3%、Si0.1%、S0.01%、P0.005%、C0.20%、Pb0.002%、Bi0.002%，其余为Ni。 Ni70Cu28的化学成分为Ni=6367%、Mn2.0%、Fe2.5%、Si0.5%、S0.04%、C0.30%，其余为Cu。NCu282.51.5的高温机械性能见表3413。Ni70Cu28的高温机械性能见图347表3413 NCu282.51.5的高温机械性能机械性能温度/150200260427483538b/MPa52952