化工设备常用材料

类。生疏化工设备中常用金属材料的机械性能指标和主要化学成分含量。〔普低钢和低第八章第一节概述化学工业是国民经济的根底产业，各种化学生产工艺的要求各不尽一样，如：压力从真空到的操作条件下运行。由于不同的生产条件对设备材料有不同的要求，因此，合理的选用材料是设计化工设备的主要环节。例如：对于高温容器，由于钢材在高温的长期作用下，材料的力学性能和金属组织都会发生织的稳定性。容器内部盛装的介质大多具有肯定的腐蚀性，因此需要考虑材料的耐腐蚀状况。对于频繁开、停车的设备或可能受到冲击载荷作用的设备，还要考虑材料的疲乏等；而低温条件下操作的设备，则需要考虑材料低温下的脆性断裂问题。>>>材料的力学性能材料的性能

>>>材料的物理性能>>>材料的化学性能>>>材料的加工性能一、力学性能力的依据。㈠强度材料的强度是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的力量。下的强度指标有屈服强度和抗拉〔压〕强度。需要考虑屈服强度与抗拉强度的比值〔屈强比，依据不同的设备要求，其比值则材料强度的利用率会降低。因此，过大、过小的屈强比都是不适宜的。在化工炼油设备中，很多零部件是长期在高温下工作的，对于制造这些零部件的金属材料的屈服限、抗拉强度限b都会发生显著变化，必需考虑温度性变化的现象，称为“蠕变”现象。例如，高温高压蒸汽管道虽然其承受的应力远力量，用蠕变极限n表示。蠕变极限是指试样在肯定温度下和在规定的持续时时的最大应力。对于长期承受交变应力作用的金属材料，还有考虑“疲乏破坏”。所谓“疲乏破坏”是指金属材料在小于屈服强度极限的循环载荷长期作用下发生破坏的现破坏的最大应力称为“疲乏强度”，以r〔见〔a〕式〕数或应力比，在对称循环时，(r=-1〕表示。对于一般钢材，以106～107次不被破坏的应力，作为疲乏强度。--------------〔a〕一、力学性能力的依据。㈡硬度硬度是指固体材料对外界物体机械作用〔如压陷、刻划〕的局部抵抗力量。而是反映材料弹性、强度与塑性等的综合性能指标。在工程技术中应用最多的是压入硬度，常用的指标有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和维氏硬度(HV)等。所得到的硬度值的大小实质上是表示金属外表抵抗压入物体(钢球或锥体)性能较好，而切削加工性能较差。依据阅历，大局部金属的硬度和强度之间有如下近似关系：低碳钢

≈0.36HBb高碳钢

≈0.34HBb灰铸铁

≈0.1HBb因而可用硬度近似地估量抗拉强度。一、力学性能力的依据。㈢ 塑性材料的塑性是指材料受力时，当应力超过屈服点后，能产生显著的变形而和断面收缩率性变形力量的指标。延长率〔〕延长率主要反映材料均匀变形的力量。它以试件拉断后，总伸长的长度与原始长度的比值百分率〔%〕来表示。〔〔2-1〕l〔2-1〕式中 试件断裂后的标距长度，mm2；ll----试件原始的标距长度，mm2；0l△ 断裂后试件确实定伸长量，mm2。ll0/d0=10〔d0为试样直径、短圆试样用l0/d0=5，分别在延长率下标以10和5来表示。断面收缩率 断面收缩率主要反映材料局部变形的力量。它以试件拉断后，断面缩小的面积与原始截面面积比值的百分率〔%〕来表示。〔〔2-2〕A式中 试件断裂后的最小截面积，mm2；AA----试件的原始截面积，mm2。0零件，其制作材料都应具有肯定塑性，一般要求5＝10％～20％。过高的塑性常常会导致强度降低。一、力学性能力的依据。㈣冲击韧性对于承受波动或冲击载荷的零件及在低温条件下使用的设备，其材料性能仅以kJ/cm2。韧性可理解为材料在外加动载荷突然攻击时的一种准时并快速塑性变形的由于k钢板，k30J/cm2。二、物理性能磁性、弹性模量与泊桑比等。密度是计算设备重量的常数。熔点低的金属和合金，其铸造和焊接加工都以免受热后因热胀量不同而松动或破坏。2-l。表2-l几种常用金属的物理性能金金属密度熔点比热容热导率线膨胀系数电阻率弹性模量泊桑比灰铸7.05～7.301200265～60541.7～52.210.0～12.567～180113～0.23～1570.27低7.85 4804810.6～12.211～13合金钢1500206镍铬7.9140051024.514.573206钢铜8.931084.938639816.716.73128钛4.5071688±10522.311.410.2420106铝2.7660.490024724723．626.5562铁高硅铸铁铁高硅铸铁碳钢及6.91220-524.763140～154-1400～196～0.24～0.280.25～0.30铅11.34327.4128.73429.30.31～0.340.32～0.420.32～0.36206.43 15～18 0.42镍8.902145347182.913.368.440.27～2070.29和抗氧化性。㈠耐腐蚀性2-2。表22常用材料在不同温度和浓度的酸碱盐类介质中的耐蚀性铁高硅<=铁高硅<=铁Si-15>=40<40沸<70碳钢--(80-100)7050-100<12070-10020〔80-100〕(70)%%%%%%-- (任〕(480)-- /-- //----1020100//气300(<27)(55)5035(10)(40)--//------(浓)(100)枯燥20//气300气<10<4010沸耐耐//硝酸硫酸硝酸硫酸盐酸氢氧化钠硫酸铵硫化氢尿素氨材料%灰铸--%70-10020(<35)(30)(34)(100) 耐 耐潮湿100耐耐〔25〕〔沸〕-<=35>=70-100120260480--80200 - -/〔70〕18-8 <50型不(60-80)锈钢 95沸(沸4080-100〔<10)--<=70(熔体〕/ 100 ///溶液与气体100铝〔80-95〕(30)>9560--铜--<50 60(80-100) 铅--<80<60(<90)(90)钛任沸535化炉、石油气制氢转化炉、工业锅炉、汽轮机等。在高温下，钢铁不仅与自由氧FeO氧化皮；还会与水蒸四、加工工艺性能加工工艺性能是化工设备选材时必需考虑的因素之一。㈠可铸性可铸造性主要是指液体金属的流淌性和凝固过程中的收缩和偏析倾向(合金凝固时化学成分的不均匀析出叫偏析)。流淌性好的金属能布满铸型，故能浇铸铸造性能较好。㈡可锻性性好。铸铁是脆性材料，目前，尚不能锻压加工。㈢焊接性焊接构造，因此材料焊接性是重要的工艺性能。㈣可切削加工性HT150、HT200)、碳钢都具有较好的切削性。第三节碳钢与铸铁95％以上的铁0.05％～41％左右的杂质元素所组成的合金，称“铁碳合金”。0.02％～2％者称为钢；2％者称为铸铁；当含碳量小于0.02％时，称纯铁(工业纯铁)；4.3％的铸铁极脆，后二者的工程应用价值都很小。一、铁碳合金的组织构造㈠ 金属的组织与构造在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织，如图2-1所示。如用电子显2-2所示。由于内部的微观组织和构造形式的不同，影响着金属材的强度高于前者。s铸铁是应用广泛的一种铁碳合金材料,一般碳以石墨形式存在，石墨有不同2-3所示。其中球状石墨的铸铁称球墨铸铁，它的强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。㈡ 纯铁的同素异构转变体心立方晶格的纯铁称-Fe，面心立方晶格的铁称为-Fe。-Fe可转变为-Fe，反之高温下的-Fe冷却可变为-Fe随温度发生变化的现象，称“同素异构转变“。纯铁的同素异构转变是在910℃恒过程。是钢进展热处理的依据。㈢ 碳钢的根本组织碳对铁碳合金性能的影响很大，铁中参加少量的碳，强度显著增加。这是由于碳引碳对铁碳合金性能的影响很大，铁中参加少量的碳，强度显著增加。这是由于碳引起了铁内部组织的变化，从而引起碳钢的力学性能的相应转变。碳在铁中的存在形式有固溶体〔两种或两种以上的元素在固态下相互溶解，而仍旧保持溶剂晶格原来形式的物铁素体 体〕、化合物和混合物三种。这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。碳溶解在-Fe中形成的固溶体称铁素体。由于-Fe原子间隙小，溶碳力量低〔在室温下只能溶解0.006％〕，所以铁素体强度和硬度低，但塑性和韧性很好。低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。奥氏体碳溶解在-Fe铁中形成的固溶体称奥氏体。-Fe原子间隙较大，故碳在-Fe中的溶解度比-Fe中大得多，如在723℃时可溶解0.8％，在1147℃时可达最大值2.06％。奥氏体组织是在-Fe发生同素异构转变时产生的。由于奥氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。铁碳合金中的碳不能全部溶入-Fe或-Fe中，其余局部的碳和铁形成一种化合物〔Fe3C〕，称为渗碳体。它的熔点约为1600℃，硬度高(约HB800)，塑性几乎等于零。纯粹的渗碳体又硬又脆无法应用。但在塑性很好的铁素体基体上散布着这些硬度很高的形式消灭。铁碳合金中，碳和硅的含量愈高，冷却愈慢，愈有利于碳以石墨形式析出，渗碳析出的石墨散布在合金组织中。铁碳合金中，当含碳量小于2％时，其组织是在铁素体体中散布着渗碳体，这就是碳素钢。随着含碳量的增加，碳素钢的强度与硬度也随之增大。当含碳量大于2％时，局部碳以石墨形式存在于铁碳合金中，这种合金称铸铁。石墨本身性软，且强度很低。从强度观点分析，分布在铸铁中的石墨，相当于在合金中挖了很多孔洞，所以铸铁的抗拉强度和塑性都比碳钢低。但是石墨的存在，并不减弱抗压强度，并且使铸铁具有肯定消震力量。珠光 珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物。其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即体 其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。莱氏 莱氏体是珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。莱氏体具有较高的硬度，是一种较粗体 而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。马氏 马氏体是钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳原子在-Fe中过饱和的固溶体。马氏体 体具有很高的硬度，但很脆，延长性低，几乎不能承受冲击载荷。二、铁碳合金状态图2-4为铁碳合金状态图。㈠铁碳合金状态图中主要点、线含义：两曲线以下开头结晶。AE、CF线称为“固相线”，合金在该线以下全部结晶为固态。-莱氏体。ECF线又称“共晶线”C点称为“共晶点”。ES线以下奥氏体GS线以下析出铁素体。723℃的恒温下，奥氏体将全部转变为铁素体和渗碳体的共析组织-珠光体。㈡铁碳合金的分类2％以下称为“钢“2.0％以上的称为“生铁“铁。三、钢的热处理钢、铁在固态下通过加热、保温顺不同的冷却方式，转变金相组织以满足的热处理可以分为很多种类：2-5所示为钢的热处理曲线。㈠退火和正火退火是把钢〔工件〕放在炉中缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温消退局部内应力，防止工件变形。正火与退火不同之处，在于正火是将加热后的工件从炉中取出置于空气变细，钢的韧性可显著提高。铸、锻件在切削加工前一般要进展退火或正火。㈡淬火和回火淬火是将工件加热至淬火温度(30℃～50℃)术要求。因此，淬火常常是产品质量的关键所在。回火是零件淬火后进展的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。回火可术上需要的性能。回火处理有以下几种：低温回火:150℃～250℃范围内的回火称“低温回火”。低温回火后的组织主要是回火马氏体。它具有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。中温回火:温回火温度是300℃～450℃。要求强度高的轴类、刀杆、轴套等一般进展中温回火。高温回火:温回火温度为500℃～680℃。这种淬火加高温回火的操作，习惯上称为“调质处理“。由于调质处理比其它热处理方法能更好地改善综合力学性能，故广泛应用于各种重要零件的加工中，如各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。表2-345号钢经正火与调质两种不同热处理后的力学性能比较。2-345号钢(φ20mm-φ40mm)热处理后力学性能比较处理方法处理方法b/MPa700～800750～850/％15～2020～2550～8080～120HB163～220210～250进一步消退内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相类似。三、钢的热处理㈢外表淬火硬度、耐磨性和疲乏强度，而心部则具有肯定的韧性。㈣化学热处理化学热处理是将零件置于某种化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，零件外表具有某些特别性能。热处理有渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰化(碳与氮共渗)等。其中，渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性；渗铝可提性；渗硅可提高耐酸性等等。四、碳钢㈠常存杂质元素对钢材性能的影响(Mn)(Si)(S(P)〔氮〔N〕和氢〔H〕等元素。这些元素并非为改善钢材质量有意参加的，而是由矿石及冶炼过程中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢性能是有肯定影响，为了保证钢材的质量，在国家标准中对各类钢的化学成分都作了严格的规定。l.硫硫来源于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeSFe形成低熔点(985℃)FeS化合物的过早必需对钢中含硫量进展掌握。高级优质钢：S＜0.02%～0.03%；优质钢：S＜0.03%～0.045%；一般钢：S＜0.055%～0.7%以下。磷这种现象称“冷脆“。冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，含磷愈高，冷脆性愈P＜0.085%。锰锰是炼钢时作为脱氧剂参加钢中的。由于锰可以与硫形成高熔点(1600℃)的MnO0.5%～0.8%0.5%～0.8%0.7%～1.2%。硅硅也是炼钢时作为脱氧剂而参加钢中的元素。硅与钢水中的FeO能结成密使钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。冷静钢中的含硅量通常在0.1%～0.03%～0.07%0.5%，对钢性能影响不大。氧氧在钢中是有害元素。它是在炼钢过程中自然进入钢中的，尽管在炼钢末期FeO、MnO、SiO2、Al2O3严峻影响。氮200～300℃加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强Al、TiV进展固氮处理，使氮固AlN、TiNVN氢钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。白点常在轧制的厚板、大锻件中容器用钢，不允许有白点存在。氢产生白点冷裂的主要缘由是由于高温奥氏体限而在该处形成裂纹，即白点。㈡分类与编号依据实际生产和应用的需要，可将碳钢进展分类和编号。分类方法有多种:一般碳素钢MPQ235235MP。必要时钢号后面可标出表示质量等级和冶炼时脱氧方法的符号。质量等级符号分为A，B，C，D。脱氧方法符号F，b，Z，TZFMn脱氧，脱氧不完全的放出大量CO气体，消灭“沸腾“现象，故称为沸腾钢；假设在熔炼过程中参加硅、Z,Z脱氧状况介于以上二者之间时，称半冷静钢，用符号b；承受特别脱氧工艺冶炼时脱氧完全，称特别冷静钢，以符号TZ表示。化工压力容器用钢一般选用冷静Q195Q215Q235Q255Q275五个钢种。各个钢种GB700-88235MPaQ235A有良好的塑性Q235Q235A棒材和型钢用作螺栓、螺母、支架、垫片、轴套等零部件，还可制作阀门、管件等等。优质碳素钢质量高，同时保证钢材的化学成分和力学性能，但本钱较高。优质碳素钢的编08101520253035404550„80等。钢号数字表示钢中平均含碳量的万分之几。如45号钢表示钢中含碳量平均0.45%(0.42%～0.50%)450.45%(0.42%～0.50%)。锰含量较高的优质非合金钢，应将锰元素标出，如45Mn的不同，可分为优质低碳钢〔C＜0.25%08、10、15、20、25；优质中碳钢〔含C0.3%～0.60%〕30、35、40、45、5055；优质高碳钢〔含C0.6%，如60657080在化工设备制造中常用作热交换器列管、设备接收、法兰的垫片(08、10)。但可作为换热设备管板，强度要求较高的螺栓螺母等。45的传动轴(搅拌轴)。优质高碳钢的强度与硬度均较高。60、65簧，70、80高级优质钢高级优质钢比优质钢中含硫、磷量还少〔0.03%A20A。㈢碳钢的品种及规格钢板钢板厚度4mm～6mm钢板厚度6mm～30mm钢板厚度30mm～60mm

厚度间隔为0.5mm厚度间隔为lmm2mmQ235A、Q235A·F、08、10、15、20钢管钢管有无缝钢管和有缝钢管两类。无缝钢管有冷轧和热轧，冷轧无缝钢管外10、15、20用无缝管等。有缝管、水煤气管，分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。型钢型钢主要有圆钢、方钢、扁钢、角钢〔等边与不等边、工字钢和槽钢。各承及各种加强构造。铸钢和锻钢ZG3508、10、15、„、5020、25五、铸铁工业上常用的铸铁，其含碳量〔质量分数〕2%以上，并含有S、P、Mn性、减振性及切削加工性。在一些介质(浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等)铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特别性能铸铁等。㈠灰铸铁灰铸铁中的碳大部或全部以自由状态的片状石墨形式存在，断面呈暗灰色，2.7%～4.0%。灰铸铁的抗压强度较大，抗拉强度很低，冲击韧性碳化塔及淡盐水泵等。GB/T9439-1988HT〔灰铁二字的汉语拼音第一个字和抗拉强度HT100，100表示b＝100MPa。常用灰铸铁HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350。㈡球墨铸铁球墨铸铁简称球铁，是大体上为球状的石墨颗粒，分布在以铁为主要成分的中压阀门等，目前不少改用球墨铸铁。球墨铸铁的牌号〔GB/T1348-1988〕QT、抗拉强度值、延长率表示，如其中400表示 b＝400MPa，18表示 =18%。㈢高硅铸铁高硅铸铁是特别性能铸铁中的一种，是往灰铸铁或球墨铸铁中参加肯定量的却排管和热交换器等。高硅铸铁的牌号有：STSi11Cu2CrR、STSi15R、STSi15Mo3R第四节合金钢塑性、耐磨性以及物理、化学性能的要求也愈来愈高，碳钢已不能完全满足需要。合金钢是为得到或改善某些性能，在碳钢中添加适量的一种或多种合金元素所制成的钢。一、合金钢的分类与编号合金钢的种类较多。通常按合金元素总含量分为：低合金钢低合金钢高合金钢合金元素含量＜5%合金元素含量5%～10%合金元素含量＞10%按用途分为：我国国家标准规定，合金钢牌号的表示方法有两种，一种是用汉字牌号，如35铬钼；另一种是用国际化学符号，如35CrMo。其中数字表示平均含碳量〔质量分数1.5%时，可不标含量。如35CrMo可表以数字“1”；当平均质量分数≥1.5%、≥2.5%，≥3.5%时，在元素符号后2、3、436Mn2Si。二、合金元素对钢的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。铬是合金构造钢主加元素之一，在化学性能方面它不仅能提高金属耐腐蚀性能，也能提高抗氧化性能。当其含量到达13％时，能使钢的耐腐蚀力量显著提性，但它使钢的塑性和韧性降低。锰可提高钢的强度，增加锰含量对提凹凸温冲击韧性有好处。热强性能。镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。硅可提高强度、高温疲乏强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。为强脱氧剂，显著细化晶粒，提高冲击韧性，降低冷脆性。铝还能提高钢H2S以在耐热合金钢中常以它来代替铬。量钒，在保持钢的强度状况下，能改善钢的塑性。钛为强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒，提高韧性，减小铸锭缩孔和焊缝裂还可提高耐热性。稀土元素可提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。三、可焊接的低合金高强度构造钢0.25%。它比碳钢有较高的屈服强度300～1000MPa〕和屈强比〔s/b=0.65～0.95良好的焊接性能，较低的冷脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀力量。低合金高强度钢按性能和用途分为三大类：高强度钢按强度级别大致分为350MPa强度级〔 s为300MPa～450MPa，典型牌号为16M400MPa强度〔 s为500MPa～550MPa典型钢号为14MnMoV和500MPa强度级〔 s为600MPa～1000MPa，典型钢号为12MnNiCrMoVCu。这类钢用于船舶、车轴、压力容器、锅炉、输送管线等的焊接构造件。低温钢09Mn2V〔-70℃06MnNb〔-90℃〕等，用于制造低温设备的零部件。耐蚀钢10MnPNbRE气及海水腐蚀，12MnAlV强度钢可轧制成各种钢材，如板材、管材、棒材、型材等。大型化工容器承受16MnRl/3；与碳钢相比，用15MnV20g工(卷板、焊接)要求，选用适当强度级别的钢种。四、专业用钢为适应各种条件用钢的特别要求，对低合金钢的成分、工艺及性能作了相应焊接气瓶用钢等。它们的编号方法是在钢号后面分别加注g、RHP20g、16MnR要求。五、特别性能钢钢和高温合金及低温用钢。㈠不锈钢酸钢。不锈钢不肯定耐酸，而耐酸钢一般均有良好的不锈性能。对不锈钢最重钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢和马氏体不锈钢等。铁素体不锈钢12%左右时，能使钢的外表形成一层极薄且致密的铬氧化膜，阻挡了为了确保不锈钢具有耐腐蚀性能，使其含铬量大于12%，实际应用的不锈钢中的13％以上。此类钢的缺乏之处是，对晶间腐蚀比较敏感；当铬lCr13、2Cr13、0Cr13、0Cr17TilCr13(2Cr13(经调质处理后有较高的强度与韧性，焊接性能尚好。耐蒸汽、潮湿大气、淡水和〔＜30℃〕时也有较好的耐蚀性。在硫酸、盐酸、热硝酸、熔融碱中耐蚀性较低。主要用在化工机器中制造受冲击载荷较大的零件，如阀、阀件、塔盘中的浮阀、石0Cr13、0Cr17TiC少(含碳量C＜0．08％时，标注0；C＜0.03%时，标注00)Cr和防铁锈污染产品的耐蚀设备。奥氏体不锈钢以铬镍为主要合金元素的奥氏体不锈钢是应用最为广泛的一类不锈钢,此类Cr18Ni8材。对浓度65%以下，温度低于70℃或浓度60%以下、温度低于100℃的硝酸，以及倾向，严峻时往往引起钢板穿孔腐蚀。400℃～800℃的温度范围内，碳从奥氏体中以碳化铬形式沿晶界析出，使晶界四周的合金元素〔铬与镍〕含铬量降低到耐腐蚀所需的最低含量〔12%〕以下，腐蚀就在此贫铬区产生。这种沿晶界的腐蚀了防止晶间腐蚀，可实行以下几种方法。TiC、NbC、0Cr18NillNb削减不锈钢中的含碳量以防止产生晶间腐蚀。当钢中的含碳量降低后，00Cr19Nil0。超低碳不锈钢冶炼困难、价格很高。为了提高对氯离子Cl-Mo。如lCr18Nil2Mo3TiMoCu50%以下的硫酸中也具有较高的耐蚀性，也可提高在低浓度盐酸中的抗腐蚀性，如0Cr18Nil8Mo2Cu2Ti。0Cr18Ni91Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9或-196℃～600℃。用简洁得到的锰和氮代替不锈钢中的镍，进展出了铬锰镍氮系和铬锰氮系不锈Cr18Mn8Ni5、Cr18Mn10Ni5Mo3N。而用于制造尿素生产设备的0Cr17Mn13Mo2NlCr18Nil2Mo2TilCr18Nil2Mo3Ti上更强。工艺中，必需使用耐热钢及高温合金。往往到达1000℃以上。设备使用温度超过300℃～350℃即需选用耐热钢，一般700℃700℃～1000℃范围内，耐热钢就不能胜任，要承受高温合金。耐热钢是指高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性的合金钢。耐热钢主〔Cr〔Al〔Si〔Ni〔Mn〔V铌Nb、碳〔C、氮〔N、硼〔B〕和稀土元素Re〕等。Cr、Al、Si素体形成元素，可以被高温气体〔对耐热钢而言，主要是氧气〕氧化后生成一种的高温强度。BRe化性，并改善其热塑性。耐热钢按特性和用途可分为抗氧化钢〔又称高温不起蚀力量，且有较高的强度。常用来高温工作下的汽缸、螺栓及锅炉的过热器等。常用耐热钢的牌号、性能、用途列于表2-4。700℃以下，含有相当高的铬、镍成分和其他强化元素。镍基耐热700℃～900℃范围内使用得最广泛的一种高温合金。这类合金的1000℃以上才用。表2-4几种耐热钢特性与用途钢号钢号主要特点用途举例奥氏体钢，有良好的抗氧化性、加1Cr25Ni20Si2织较稳定，一般经固溶处理1200℃用于900℃左右的耐热零件，其加工锅炉吊架及其他3Cr18Mn12Si2N炉用零件多。性能同3Cr18Mn12Si2N用锅炉吊架及炉2Cr20Mn9Ni2Si2N高，工艺性能亦较3Cr18Mn12Si2N950℃，短期可用于稍好。1000～1050℃600℃以下有肯定强度，650℃以下1Cr5Mo有较好的抗氧化性和抗石油裂化过氢设备零件、紧固件程中的腐蚀。等在化工生产中，很多设备是处在低温工作条件下运行的，如深冷分别、空气分别等。制造低温设备〔设计温度≤-20℃〕的材料，要求最低工作温度下具有较好的韧性，以防止设备在运行时发生脆性裂开。而一般碳钢在低温下〔-20℃2-5列出了几种常用低温用钢的牌号、使用状态等。注：表中D注：表中D代表低温用钢；R代表容器用钢。钢号钢板状态厚度/mm屈服强度/Mpa最低冲击试验温度/℃16MnDR正火6～100315～255-3007MnNiCrMoVDR调质16～50490-40正火，正火加回15MnNiDR火6～60325～290-45正火，正火加回09Mn2VDR火6～36290～270-70正火，正火加回09MnNiDR火6～60300～260-70第五节有色金属材料常用的有铝、铜、铅、钛等。在石油、化工生产中，由于腐蚀、低温、高温、高压等特别工艺条件，很多化工设备及其零部件常常承受有色金属及其合金。有色金属有很多优越的特别性能，例如良好的导电性，导热性，密度小，熔价格比较昂贵。常用有色金属及合金的代号见表2-6。2-6常用有色金属及合金的代号名称名称黄青 铸造合轴承合铜 铝铅铜铜 金 金汉语拼音代号THQ LPbZCh铝是一种银白色金属，密度小〔2.7g/cm3，约为铁的三分之一，属于轻金Al2O3反射力量强和耐辐射，冲击不产生火花。挥发性介质的容器；铝不会使食物中毒，不沾污物品，不转变物品颜色，因此，二、铜和铜合金铜属于半贵重金属，密度〔8.94g/cm3，铜及其合金具有高的导电性和导工生产中得到广泛应用。㈠纯铜垫片。铜耐稀硫酸、亚硫酸、稀的和中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸及其它非氧化性酸等介质的腐蚀，对淡水、大气、碱类溶液的耐蚀力量很好。铜不耐各种浓度的硝酸、氨和铵盐溶液。在氨和铵盐溶液中，会形成可溶性的铜氨离子[Cu(NH4)3]2+，故不耐腐蚀。变形纯铜的牌号Tl、T2、T3、TU1、TU2、TP1、TP2T1、T2T3纯度高，主要用作真空器件。TP1、TP2冷凝器、蒸发器、换热器、热交换器的零件等。㈡铜合金铜、白铜、青铜三大类。三、钛及其合金钛的密度小〔4.507g/cm3在军工、航空、化工领域中日益得到广泛应用。性好，易于加工成型，冲压、焊接、切削加工性能良好；在大气、海水和大多数酸、碱、盐中有良好的耐蚀性。钛也是很好的耐热材料。它常用于飞机骨架、耐带材、管材和钛丝等。四、镍及其合金镍是稀有贵重金属，密度8.93g/cm3，具有很高的强度和塑性，有良好的延长镍主要应用在制碱工业，用于制造处理碱介质的化工设备。合金能在500℃时保持高的力学性能，能在750℃以下抗氧化，在非氧化性酸、盐和有机溶液中比纯镍、纯铜更具耐蚀性。五、铅及其合金硬度低、强度小，不宜单独作为设备材料，只适于做设备的衬里。铅的热导率小，不适合做换热设备的用材；纯铅不耐磨，格外软。但在很多介质中，特别是在硫酸(80%92%的冷硫酸)中铅具有很高的耐蚀性。纯铅好。硬铅的主要牌号为PbSb4、PbSb6、PbSb8PbSb10。铅在硫酸、化肥、化纤、农药、电器设备中可用来做加料管、鼓泡器、耐酸泵和阀门等零件。由于铅具有耐辐射的特点，在工业上用作X射线和 射线的防护材料。铅合金的自润性、磨合性和减振性好，噪音小，是良好的轴承合金。铅合金还用于铅蓄电池极板、铸铁管口、电缆封头的铅封等。第六节非金属材料非金属材料具有优良的耐腐蚀性，原料来源丰富，品种多样，适合于因地制温材料和耐火材料。应用非金属材料做化工设备，除要求有良好的耐腐蚀性外，还应有足够的强丰富。〔主要包括陶瓷、搪瓷、岩石、玻璃等〕及有机非金属材料〔主要包括塑料、涂料、橡胶等〕20～30材料〔玻璃钢、不透性石墨等。一、无机非金属材料㈠化工陶瓷化工陶瓷具有良好的耐腐蚀性，足够的不透性、耐热性和肯定的机械强度。或温差急变而易裂开。塔、贮槽、容器、泵、阀门、旋塞、反响器、搅拌器和管道、管件等。㈡化工搪瓷左右的高温煅烧，使瓷釉密着在金属外表。化工搪瓷具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和电绝缘性能，但易碎裂。搪瓷的热导率不到钢的1/4，热膨胀系数大。故搪瓷设备不能直接用火焰加-30℃～270℃。目前我国生产的搪瓷设备有反响釜、贮罐、换热器、蒸发器、塔和阀门等。㈢辉绿岩铸石辉绿岩铸石是用辉绿岩熔融后制成，可制成板、砖等材料作为设备衬里，也的耐腐蚀性能。㈣玻璃〔耐热玻璃〕或高铝玻璃，它们有好的热稳定性和耐腐蚀性。器、隔膜阀等。玻璃虽然有耐腐蚀性、清洁、透亮、阻力小、价格低等特点，但质脆、耐温度急变性差，不耐冲击和振动。。下面分述——㈠工程塑料塑料是用高分子合成树脂为主要原料，在肯定温度、压力条件下塑制成的型〔泵、阀等〕的总称。在工业生产中广泛应用的塑料即为“工程塑料“。各种应用领域的要求，往往参加添加剂以改善产品性能。一般添加剂有：填料：填料：主要起增加作用，提高塑料的力学性能；增塑剂：降低材料的脆性和硬度，提高树脂的可塑性与松软性；润滑剂：防止塑料在成型过程中粘在模具或其它设备上；稳定剂：延缓材料的老化，延长塑料的使用寿命；固化剂：加快固化速度，使固化后的树脂具有良好的机械强度。两大类。热塑性材料是由可以经受反复受热软化〔或熔化〕和冷却凝固的树脂为根本〔或熔化〕和冷却凝固后变成不熔状态的树脂为根本成分制成的，它的特点是在肯定温度不能用加热的方法使之再软化，典型的产品有酚醛树脂、氨基树脂等。能和电绝缘性能，价格较低，因此广泛应用在化工生产中。工程塑料种类：硬聚氯乙烯〔PVC，塑料聚乙烯〔PE〕料PF，聚四氟乙烯〔PTFE〕塑料，玻璃钢硬聚氯乙烯〔PVC〕塑料〔、有肯定的机械强度，加工成型便利，焊接性能较好等特点。但它的热导率小，耐-10～+55℃60～90℃时，强度显著下降。化2-7。2-7化工用硬聚氯乙烯塑料的物理、力学性能名名称密度/g·cm-3抗拉 冲击强抗弯强度强度 度/MPa/MPa /J·m2断后伸长率〔%〕硬度/HB低压聚乙烯1.30～1.5845～5080～9030～4020～4014～17离心泵、通风机、管道、管件、阀门等。目前很多工厂成功地用硬聚氯乙烯来代替不锈钢、铜、铝、铅等金属材料作耐腐蚀设备与零件，所以它是一种很有进展前途的耐腐蚀材料。聚乙烯〔PE〕塑料聚乙烯是由乙烯聚合制得的热塑性树脂。有优良的电绝缘性、防水性和化学高密度聚乙烯又称低压聚乙烯，可做管道、管件、阀门、泵等，也可以做设备衬2-8。2-8聚乙烯塑料的物理、力学性能名称名称密度/g·cm-3拉伸强度抗压强度/MPa /MPa冲击强度/J·m2断后伸长硬度率/HD〔%〕低压聚乙烯0.941～0.96521～3818.6～24.580～106720～100 60～70耐酸酚醛塑料〔PF〕〔石棉、石墨、玻璃纤维等〕做填料的一种热固性塑料.它有良好的耐腐蚀性和耐热性。能耐多种酸、盐和有机溶剂的腐蚀。-30℃～可用酚醛胶泥修补。聚四氟乙烯〔PTFE〕塑料聚四氟乙烯塑料具有优异的耐腐蚀性，能耐强腐蚀性介质〔硝酸、浓硫酸、〕腐蚀。耐腐蚀性甚至超过贵重金属金和银，有塑料王之称。的耐热和耐寒性，使用温度范围为-200℃～250℃。玻璃钢玻璃钢又称玻璃纤维增加塑料。它用合成树脂为粘结剂，以玻璃纤维为增加车、搅拌器、泵、管道、阀门等，应用越来越广泛。氧玻璃钢〔常用、酚醛玻璃钢〔耐酸性好、呋喃玻璃钢〔耐腐蚀性好、聚酯玻璃钢〔施工便利〕等。㈡涂料涂刷设备、管道的外外表，也常用于设备内壁的防腐涂层。质的状况下，涂层简洁脱落，使得涂料在设备内壁面的应用受到了限制。些塑料涂料，如聚乙烯涂料、聚氯乙烯涂料等。够均匀，流平性差。㈢不透性石墨不透性石墨是由各种树脂浸渍石墨消退孔隙后得到的。它的优点是：具有较能保证产品纯度；加工性能良好。但它的缺点是：机械强度较低、性脆。全爆破片等。化工设备的腐蚀分类及产生缘由如以下图所示：常见的金属腐蚀破坏的形态有均匀腐蚀为了防止化工设备的腐蚀，可选择下面的措施：一、金属的腐蚀金属材料外表由于受到四周介质的作用而发生状态变化，从而使金属材料患病的方式，金属的腐蚀可分为化学腐蚀与电化学腐蚀两类。(金属的高温氧化，钢的脱碳，氢脆，氢腐蚀)蚀在金属的外表上，腐蚀过程中没有电流的产生。化及脱碳就是一种高温下的气体腐蚀，是化工设备中常见的化学腐蚀之一。金属的高温氧化〔物质传递,因而起到了肯定的保护作用。此后，金属的氧化将通过氧向内集中或金属离子向外集中而进展。假设金属氧化物的熔点较低，或金属氧化物易挥发，化过程。一般加热温度愈高，金属氧化的速度愈快。由于这些元素与氧的亲和力强，可以生成致密的保护性的氧化物。钢的脱碳O2、H2O、CO2、H2Fe3C↑FeCO＝3Fe十CO↑3 2 2↑FeC十CO＝3Fe2CO↑3 2↑ FeC十HO＝3FeCO十↑ 3 2 2脱碳使碳的含量削减，金属的外表硬度和抗疲乏强度降低。同时由于气体的气体的侵蚀作用是防止钢脱碳的有效方法。氢脆象。如静载下的滞后断裂〔即应力腐蚀、钢中的发裂、白点、氢鼓泡等。导致滞后断裂，降低疲乏抗力，甚至产生内应力。氢腐蚀200℃～600℃〔或微裂纹材料化学成分和组织状态、长久时间均有关系。碳，溶入的氢会使钢中的碳化物分解，生成甲烷气，由于甲烷的生成与聚拢，形在外加应力下空洞会在垂直方向连续而使钢开裂。腐蚀有一起始温度和起始压力，它是衡量钢材抵抗氢腐蚀力量的一个指标。为了防止氢腐蚀的发生，可以降低钢中的含碳量，使其没有碳化物(Fe3C)不易与氢作用，也可以避开氢腐蚀。㈡电化学腐蚀各种酸、碱、盐溶液、工业用水等的腐蚀，都属于电化学腐蚀。腐蚀原电池表将两者相连，觉察有电流通过。由于锌的电位较铜的电位低，电流是从高电位流向低电位，即是从铜板流向凡进展复原反响的电极就叫阴极。因此，在原电池中，低电位极为阳极，高电位为阴极。阳极：锌失去电子而被氧化，发生如下反响：Zn→Zn+十2e阴极：酸中的氢离子承受电子而复原，成为氢气逸出：2H+十2e→H2↑由此可见，在上述反响中，锌不断的溶解而遭到破坏，即被腐蚀。金属发生2-6。微电池与宏电池就形成很多微小的原电池。这些微小的原电池称为微电池。形成微电池的缘由很多，常见的有金属外表化学组成不均一(如铁中的铁素〔存在内应力〕等。样，在碳钢法兰与不锈钢螺栓之间也会形成腐蚀。浓差电池一种金属制成的容器中盛有同一电解质溶液，由于在金属的不同区域，介质pH的局部电位较正成为阴极。电化学腐蚀的过程反响。这三个环节相互联系，缺一不行。否则，腐蚀过程将会停顿。二、金属腐蚀损伤与破坏的形式依据金属腐蚀破坏的形态可分为均匀腐蚀和局部腐蚀〔非均匀腐蚀。而局部腐蚀又可分为区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、外表下腐蚀等。各种腐蚀形式如图2-7所示。大。种腐蚀是很危急。往往是裂纹的发源处。晶间腐蚀是指金属或合金的晶粒边界受到腐蚀破坏的现象。性猛烈降低。而且这种腐蚀不易检查，易造成突发性事故，危害性极大。大多数500℃～800℃时，有可能产生晶间腐蚀(参见本章第四节)。应力腐蚀是材料在腐蚀和肯定拉应力的共同作用下发生的裂开。材料应力腐蚀对环境有高度选择性。例如，奥氏体不锈钢在含Cl-的水中产生应力腐蚀，而在只含NO3-的水中不产生应力腐蚀；反之，一般碳钢在含NO3-的水中产生应力腐蚀，在含Cl-的水中不产生应力腐蚀。另外在发生应力腐蚀的体系中必需存在发生在焊接剩余应力区。三、金属设备的防腐措施以承受多种防腐蚀措施对设备进展防腐。㈠衬覆保护层腐蚀普遍承受的方法。保护性掩盖层分为金属涂层和非金属涂层两大类。金属涂层〔〔的方法制备。一般都是有空隙的。非金属涂层开。非金属涂层可分为无机涂层和有机涂层。无机涂层指搪瓷或玻璃涂层，硅酸盐水泥涂层和化学转化涂层。搪瓷涂层用年。化学转化涂层又称化学膜，主要应用铬酸盐处理膜、磷酸盐处理膜等。有50℃以下使用。㈡ 电化学保护金属的腐蚀速度，甚至使金属的腐蚀完全停顿。这种通过转变金属-电解质的电极保护。阴极保护阴极保护法是通过外加电流使被保护的金属阴极极化以掌握金属腐蚀的方冷却槽、卤化物结晶槽、真空制盐蒸发器等。阴极保护法可分为外加电流法和牺牲阳极法。外加电流法是把被保护的金属设备与直流电源的负极相连，电源的正极和一硅铸铁、镀铂钛、镍、铅银合金和钢铁等。2-8阴极保护示意图阳极保护阳极保护是把被保护设备与外加的直流电源阳极相连，在肯定的电解质术简单，使用的不多。㈢腐蚀介质的处理在对金属