化工设备材料及其选择课件

NanjingUniversityofTechnology《食品机械基础》第二篇化工设备材料授课教师：仲兆祥第六章化工设备材料及选择碳钢

12低合金钢及化工设备用特种钢

4非金属材料

3有色金属材料化工设备的使用环境：压力：真空—低压—中压—高压—超高压温度：低温—常温—中温—高温介质：腐蚀性；有毒；易燃；剧毒。氨合成的压力有的达到32MPa高压聚乙烯生产压力为300MPa乙烯生产工艺中裂解炉温度高达1200℃乙烯深冷分离温度需降到-167℃

高压反应器

3)磷(P)来源——矿石。作用——溶于铁素体，使钢材常温下脆性增加，塑性、韧性下降，即所谓“冷脆性”。有害元素！4）氢(H)来源——钢由高温奥氏体冷至常温时，氢的溶解度降低，来不及到钢的表面逸出而积聚，并产生高压力，在钢材内产生“白点”。“白点”——裂纹源,有害元素！二.碳钢的分类、牌号（1）普通碳钢含P、S等有害杂质较多（S≤0.055%P≤0.045%)常用有：Q215-A,Q235-A,Q235-A.FQ235-B,Q235-C,Q275式中Q—普通碳钢，“屈服”的拼音首位字母。235——材料屈服点（MPa)A,B,C,D——钢材质量等级，越后越高。F——沸腾钢

（2）优质碳素钢特点：含硫、磷等杂质较少，均≤0.04%，杂质少，组织均匀，表面质量好。常用有：08,10,15,20,20g,20R,30Mn,40Mn等。式中数字--含C量的万分数;g--锅炉钢；

R--容器钢；

Mn---含锰元素约1%。

（3）高级优质钢

特点：磷硫杂质极少

P,S含量≤0.03%。表示法：如20A

1.成分特点：※由碳素钢+Si、Mn、Cu、Ti、V、Nb等元素组成；※含碳量均较低，≤0.2%；※合金元素总含量＜5%。2.相对于碳素钢，其性能特点：※强度提高；※耐腐蚀性能提高；※低温性能提高。低合金钢6.2低合金钢及化工设备用特种钢3.常用材料：板，管，圆钢等型材。4.用途：广泛用于造船，压力容器，桥梁，高压锅炉，汽车，矿山机械，农业机械等。5.常用材料：16MnR，15MnVR,18MnMoNbR,16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR….

碳素钢与低合金钢比较

类别品种sb

(MPa)ss(MPa)

σS/σb使用温度（℃）碳素钢Q235-A204004002402500.60.630～350-19～475低合金钢16Mn15MnV5205403604000.690.74-40～475-45～4503.常用的材料：锅炉钢——20g；12Mng,16Mng,15MnVg,18MnMoNbg。容器钢——（GB150-1998《钢制压力容器》推荐）Q235-B，Q235-C;20R;16MnR，15MnVR，15MnVNbR，18MnMoNbR。

7月20日上午天水方大建材有限公司某生产车间内的4个压力容器中一个不明原因脱离阀门，巨大的冲击力将该容器弹射出十余米，撞向生产车间后墙并将墙撞了个窟窿后才停了下来。由于“肇事”容器射出时磨擦力擦出火花，加之巨大的冲击力将电源震坏，因此事故现场上空火光一片。经查，事发时，生产车间有13名工人，其中4人不幸遇难，5人受伤。压力容器事故一甘肃天水压力容器爆炸山西嘉宝酒业锅炉爆炸压力容器事故二事故经过：2000年11月28日，宁波北仑发电厂发生锅炉爆炸，造成2人死亡，2人重伤，2人轻伤，直接经济损失30万元，间接损失20万元。事故原因：私自制造锅炉，自行安装投入使用，制造安装人员均没有专业方面的知识。

不锈耐酸钢不锈---耐大气腐蚀；耐酸---耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀。常用品种：1）铬不锈钢---如1Cr13,2Cr13,0Cr13等。第一个数字---含碳量的千分数；Cr13---含铬13%。◎组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中形成固溶体。◎“不锈”的原因：在氧化性介质中，铬能生成一层稳定而致密的氧化膜，对钢材起保护作用。◎性能特点：碳的作用---与铬生成碳化铬(Cr23C6)，消耗大量的铬。为保证耐腐蚀性能，不锈钢中碳含量越低越好。

铬的作用：——能提高耐腐蚀性能。实际铬不锈钢的平均含铬量≥13%。——能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而塑性、韧性降低。用作受载荷大的耐蚀零件，如轴类，活塞杆、螺栓、浮阀等。

性能特点:①耐腐蚀性好※Cr含量≥13%，表面形成氧化膜；※组织为单一的奥氏体，在电解液中不能形成微电池，避免了电化学腐蚀。②力学性能优异。③在400～850℃期间，碳生成碳化铬在晶界析出，使晶界附近贫铬（铬含量低于12%）导致晶间腐蚀。！不能反复施焊，否则必须进行热处理。④不耐氯离子腐蚀。

耐热钢高温环境---原油加热、裂解、催化等。如转化炉炉管，工作温度为650～800℃。碳钢使用温度一般在400℃以下。如20钢500℃时屈服点只有50MPa,变得很软，钢中的Fe3C分解出石墨碳（石墨化过程）；同时钢表面生成氧化皮，层层剥落。——碳钢在高温下强度和抗氧化性均下降。

高温设备对材料的要求：①化学稳定性。——抵抗高温气体（O2、H2S、SO2等)腐蚀的能力。加入Cr、Al、Si等合金元素，钢的表面能生成致密的氧化膜，保护钢的表面。Cr13SiAl,Cr25Ti,Cr25Ni12等。②热强性——抗高温蠕变能力热强钢——抗蠕变，有一定抗氧化能力12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等6.3.有色金属铜及其合金：纯（紫）铜黄铜（铜锌合金）锡青铜（铜锡合金）铝青铜（无锡青铜）轻金属及其合金铝及铝合金钛及钛合金镁及镁合金

1.特性：1）密度小，体轻；2）导电、导热性好。不产生火花；3）塑性高，强度低；4）易冷加工，可焊，可铸；5）耐低温；6）一定的耐腐蚀性；7）不污染食物。浓硝酸设备、热交换器、食品工业设备等铝及其合金3.青铜常用材料：锡青铜（铜锡合金）——铸造青铜用场较多。特点：良好的耐腐蚀性，耐磨性。用场：泵壳，轴承，涡轮，阀门等。钛及其合金特点：1）密度不大而强度高；2）耐腐蚀性能近乎或超过不锈钢；3）耐热。用场：航空工业，化学工业。6.4非金属材料无机非金属材料1.化工陶瓷特点：1）良好的耐腐蚀性能；2）足够的不透性、耐热性；3）一定的机械强度；4）性脆易裂，导热性差。用场：化工陶瓷设备及管道，管件等。2.化工搪瓷——含高硅的瓷釉经900℃煅烧，密着在金属胎表面而成。特点：1）优良的耐腐蚀性能；2）优良的电绝缘性能；3）易碎裂。用场：搪瓷设备，如反应釜、储罐、换热器、塔、阀门等。有机非金属材料1.工程塑料高分子合成树脂+填料——提高力学性能；增塑剂——降低硬度和脆性；稳定剂——延缓老化；固化剂——加快固化速度。特点：1）良好的耐腐蚀性能；2）一定的机械强度；3）密度不大；4）价格较低。常用材料：硬聚氯乙烯塑料聚乙烯塑料耐酸酚醛塑料聚四氟乙烯塑料玻璃钢塑料瓶底的数字

一般矿泉水瓶子，底部标示1

/Upload升装，底部标示22.涂料——高分子胶体的混合物溶液。用途：设备防腐