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1、 第二篇第二篇 化工设备材料化工设备材料第六章第六章 化工设备材料及其选择化工设备材料及其选择概述n化工设备的使用环境 化工设备处在极其复杂的操作条件下运行，合理的选用和使用材料是设计化工设备的重要环节。 压力：真空低压中压 高压超高压温度：低温中温高温介质：腐蚀性；有毒；易燃；剧毒。制造：经过冷、热加工成型；焊接。概述n本章学习的要求掌握材料的性能，影响材料性能的因素以及改变材料性能的方法和途径；掌握金属材料的分类及牌号，化工设备常用金属材料：碳素钢、铸铁、低合金钢及特种钢的牌号、性能以及选用。了解有色金属材料、有机非金属材料的种类及应用。了解化工设备的腐蚀与防护措施。6.1 金属材料的性能
2、金属材料的性能力学性能力学性能是指金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力，如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选择及计算时决定许用应力的依据。 低碳钢的拉伸试验abcdfpesbogh = P/A0 = l / l0 曲线A0为试件的原始截面积l0为试件的初始标距材料强度的衡量指标以材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力来表示。材料在常温下材料在常温下的强度指标的强度指标屈服极限屈服极限s强度极限强度极限bn屈强比屈强比：s/ b 屈强比小，表明材料具有较大的屈强比小，表明材料具有较大的塑性储备塑性储备。强度及其主要指标强度及其主要指标固体材料在外力作用
3、下抵抗产生塑性变形或断裂的特性。例如： 容器爆裂； 管道破裂; 地脚螺栓拉断; 炉管爆裂； 强度不够！材料在高温下材料在高温下的强度指标的强度指标蠕变极限蠕变极限n持久强度持久强度Dn“蠕变蠕变”现象：现象： 高温高压的蒸汽管道下挠变形；高温高压下法兰及螺栓蠕变变形而泄漏；铅丝在常温下受重力作用而变长变细。 “蠕变强度蠕变强度”： 材料在高温高温下，抵抗发生缓慢塑性变形的能力能力，以 n n 表示，单位MPa 。持久强度（持久强度（ D D）n定义：在一定温度下，经过一定时间断定义：在一定温度下，经过一定时间断裂时的应力，以裂时的应力，以 D D 表示，单位表示，单位MPaMPa 。-是一定温
4、度和一定载荷下，材料抵抗是一定温度和一定载荷下，材料抵抗断裂的能力。断裂的能力。 n 材料抵抗断裂的能力越大，在相同的条件下，能支持的时间越久。n规定规定：化工设备设计寿命一般为化工设备设计寿命一般为十万小时十万小时，所以用试件在十万小时，所以用试件在十万小时断裂时的应力作为持久强度。断裂时的应力作为持久强度。疲劳强度疲劳强度n构件或零件受到大小和方向变化的交变载荷作用，应力远小于屈服点就断裂 疲劳。n“疲劳极限”构件或零件在交变载荷作用下不致断裂的最大应力。表示符号：-1 (MPa)。n例如： 频繁开、停车容器内压力或温度波动； 活塞式压缩机压缩气体容器及管道内压力波动； 离心泵频繁开停机或
5、震动泵轴受力成交变式。 塑性及其主要指标塑性及其主要指标n金属的塑性：金属的塑性：外力作用下产生塑性变形，而不破坏的性质。n因塑性不足引起材料破坏的例子： 锻件裂纹; 卷板裂纹; 焊缝热影响区裂纹主要指标主要指标(1) 延伸率（）（2）断面收缩率（）断面收缩率（y y）如：纯铁的延伸率为50%， 20R的d5不小于25% ； 16MnR的d5不小于21%； 1Cr18Ni9Ti的d5不小于40%。积。断裂后试件的最小截面试件的原始截面积；式中kkFFFF000F%100y（3）冷弯性能）冷弯性能 室温下对试板以一定的内半径（R=0.53板厚）进行弯曲，a=1200或1800 ，是否出现裂纹或起
6、层。-是钢材塑性指标和冶金质量的综合指标是钢材塑性指标和冶金质量的综合指标。塑性指标的实际意义：塑性指标的实际意义：n便于成型加工和焊接。如弯卷、锻压、冷冲、焊接等；n使构件在承载后由于变形而避免发生断裂。压力容器及其零件都需要具备这压力容器及其零件都需要具备这个性质个性质。硬度的概念硬度的概念n金属材料表面抵抗其它硬物压入的能力。 n硬度高材料强度也高，耐磨性较好；综合性能指标综合性能指标。 布氏硬度试验示意图常用硬度指标：常用硬度指标： 布氏硬度（HBS); 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC); 维氏硬度（HV)等。硬度和强度间有一定关系：硬度和强度间有一定关系： 如：低碳钢b36HBS;
7、冲击韧性及指标（冲击韧性及指标（A Ak k）材料在外加动载荷作用下的一种吸收机械能，材料在外加动载荷作用下的一种吸收机械能，迅速塑性变形，抵抗断裂的能力。迅速塑性变形，抵抗断裂的能力。冲击韧性值的试验确定冲击韧性值的试验确定n摆锤冲断试样所失去的位能为冲击功冲击功（试件所吸收的功）： Ak =G(H1-H2) 焦耳焦耳！吸收功的高低取决于！吸收功的高低取决于 材料能否迅速塑性变形的能力。材料能否迅速塑性变形的能力。 冲击韧性与塑性的区别：冲击韧性与塑性的区别：材料的冲击韧性高，其塑性也高；反之，材料塑性高，材料的冲击韧性高，其塑性也高；反之，材料塑性高，其冲击韧性不一定高。其冲击韧性不一定高
8、。 静载荷下能够缓慢塑性变形的材料，在动载荷静载荷下能够缓慢塑性变形的材料，在动载荷下不一定能迅速塑性变形。下不一定能迅速塑性变形。本质区别在于本质区别在于材料在动载荷作用下是否能够材料在动载荷作用下是否能够迅速发迅速发生塑性变形生塑性变形，吸收冲击能量，吸收冲击能量。脆性材料的k值远低于塑性材料的k值。塑性金属当温度达到冷脆温度时，k值骤然下降，因此化工设备中，低温容器所用钢板的k值不得低于30J/cm2。铜合金、铝合金及含镍较高的镍合金，无k突变的临界温度。缺口敏感性缺口敏感性在带有一定应力集中的缺口缺口条件下，材料抵抗裂纹扩展的能力。 韧性范畴韧性范畴静载荷下抵抗裂纹扩展的性静载荷下抵抗
9、裂纹扩展的性能能。 冲击韧性？冲击韧性？ 是动载荷作用下抵抗裂纹扩展是动载荷作用下抵抗裂纹扩展的能力。的能力。物理性能物理性能密度，熔点，线膨胀系数，导热系数，比热容，电阻率，磁导率，弹性模量，泊桑比等。化工设备设计与制造主要考虑的物理性能化工设备设计与制造主要考虑的物理性能： 线膨胀系数线膨胀系数 异种钢焊接收缩率不同，引起变形或损坏； 复合钢板（如不锈钢与碳钢)热变性不同,容器壳体将会？ 设备衬里（如碳钢壳体内喷涂铝）热变性不同时？ 固定管板式换热器的管子与壳体线膨胀量相差过大，将会？ 碳钢表面电镀一层铜升温后会？弹性模量弹性模量E E与泊桑比泊桑比弹性模量E：金属材料对弹性变形抗力的指标
10、，是衡量材料产生弹性变形难易程度的。是衡量材料产生弹性变形难易程度的。 随着温度升高而降低随着温度升高而降低。泊桑比：拉伸试件的单位横向收缩与单位纵向伸长之比。 各种钢材近乎为 =0.3 =0.3 。化学性能化学性能金属材料所处介质中的化学稳定性，即是否会与介质发生化学或电化学反应，产生腐蚀。主要考虑的化学性能：1.耐腐蚀性耐腐蚀性对介质侵蚀的抵抗能力；金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。化工生产中所涉及的物料，常会有腐蚀性。材料的耐蚀性不强，必将影响设备使用寿命，有时还会影响产品质量。耐腐蚀性不是材料固有不变的特性,它随材料的工作条件而改变。腐蚀裕量 化
11、工设计中，为弥补因工作期间被介质腐蚀掉的金属厚度，事先附加到设计尺寸上去，从而加大计算出来的零件直径或壁厚，这部分增加的量为腐蚀裕度。在化工生产中，有很多设备和机械是在高温下操作的，如氨合成塔、硝酸氧化炉、石油气制氢转化炉、工业锅炉、汽轮机等。在高温下，钢铁不仅与自由氧发生氧化腐蚀，使钢铁表面形成结构疏松容易剥落的FeO氧化皮；还会与水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等气体产生高温氧化与脱碳作用，使钢的力学性能下降，特别是降低了材料的表面硬度和抗疲劳强度。因此，高温设备必须选用耐热材料。 2.抗氧化性抗氧化性在热加工的高温条件下抵抗氧化性介质氧化的能力。氧化性介质如水蒸气、CO2 、SO2等。金属材料
12、的工艺性能金属材料的工艺性能n可焊性能可焊性能母材及焊剂熔融状态的流动性、凝固收缩率、热塑性等；n铸造性能铸造性能流动性、凝固收缩率等；n可锻性能可锻性能抗热裂性、抗氧化性、热塑性等；n切削加工性能切削加工性能n热处理性能热处理性能看容器加工工艺看容器加工工艺制造压力容器的材料须具备什麽性能制造压力容器的材料须具备什麽性能6.2 金属材料的分类及牌号金属材料的分类及牌号 分类分类黑色金属 生铁 钢钢碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢钢普通钢优质钢高级优质钢按化学成分：按质量分：钢沸腾钢镇静钢半镇静钢钢建筑钢结构钢弹簧钢轴承钢工具钢特殊性能钢按冶炼方法分：按用途分：有色金属有
13、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钢铁牌号及表示方法钢铁牌号及表示方法1.牌号的表示原则依据国家标准GB221-2000,牌号中 化学元素化学符号或汉字表示； 产品用途、冶炼和浇铸方法汉字或汉语拼音字母表示。例如：沸腾钢F或沸 灰口铸铁HT或灰铁 铸钢ZG 锅炉钢g或锅 容器钢R或容2.2.钢号表示法钢号表示法例：优质碳素钢普通碳素钢Q235-A,F沸腾钢类别为A钢材屈服点(MPa)屈服点屈字的拼音首位字母沸腾钢含碳量为0.08%；容器钢含碳量为0.2%08F 20 R 低合金钢16MnR 16含碳量0.
14、16%； Mn合金元素； R 容器钢。 特殊性能钢1Cr18Ni9 1含碳量0.1%（千分数）； Cr,Ni主要合金元素； 18含铬量18%； 9 含镍量9%。6.3 铁碳合金及金属的热处理铁碳合金及金属的热处理概述铁碳合金是铁和碳组成的合金，是由95以上的铁和0.054的碳及1左右的杂质元素所组成。纯铁(工业纯铁)钢铸铁铸铁24.3铁碳合金的组织结构n金属的组织结构在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织。用电子显微镜，可以观察到金属原子的各种规则排列。这种排列称为金属的晶体结构纯铁在不同温度下具有两种不同的晶体结构，即体心立方晶格与面心立方晶格。塑性较好强度较高铁碳合金的组织结构n铁910
15、以下，纯铁为体心立方晶格称a-Fe910以上，纯铁为面心立方晶格称为g-Fe910910(CCFeFeag 。加热冷却体心立方晶格）面心立方晶格）同素异构转变固态下铁原子重新排列固态下铁原子重新排列铁碳合金的组织结构n碳C在Fe中的存在形式有固溶体（两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体）、化合物和石墨三种。这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。C C溶解在溶解在FeFe的晶格中形成固溶体的晶格中形成固溶体727910 C 。铁素体奥氏体2%2.11%时，加热到高温亦不能形成单一的奥氏体，不适于进行热压加工。通常，将C=2.11%作为钢和铸铁的分界。铁碳合
16、金的组织结构C C以石墨状态单独存在以石墨状态单独存在当C2.11%时，铸铁：铁素体渗碳体石墨石墨本身性软，且强度很低。分布在铸铁中的石墨，相当于在合金基体（铁素体渗碳体）中挖了许多孔洞，所以铸铁的抗拉强度和塑性都比碳钢低。但由于石墨的存在，使铸铁具有良好的切削加工性，耐磨性，消振性和铸造性，并具有较大的抗压强度，因此常作承压构件。铁碳合金的组织结构铸铁中石墨有不同的组织形貌，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。铁碳合金的组织结构n碳钢的基本组织铁素体奥氏体渗碳体珠光体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，即其强度、硬度比
17、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。 铁碳合金的组织结构莱氏体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，是一种较粗而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。 马氏体马氏体是钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳原子在a-Fe中过饱和的固溶体。马氏体具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。 钢的热处理钢的性能取决于钢的组织结构，要改善钢的机械性能，必须改变钢的组织结构。钢的组织结构既和它的化学成分有关，又与钢材经历的加热和冷却过程有关。热处理热处理以消除钢材的某些缺陷或改善钢材的某些性能为目的，将钢材加热到一定温度，在此温度下保持一定时间，然后
18、以不同的速度冷却下来的一种加工工艺。 钢的热处理热处理工艺实例：热处理工艺实例：缝纫用钢针在火上烧，再慢慢冷下来后变软；建筑用铁线用火烧软；泵轴调质内韧外硬；扁铲淬火提高硬度和韧性 ；容器焊后退火消除内应力；（1 1）常用热处理工艺）常用热处理工艺缓慢加热，保温一定时间后 随炉冷却（曲线1） 退火退火； 空气中冷却（曲线2）正火正火 ； 作用：降低硬度，增加塑性，改善机械性能； 使组织均匀化，消除内应力。【注】加热温度为临界点（钢的内部组织发生转变的温度) 以上3050。 缓慢加热，保温一定时间 淬火剂中冷却（曲线3）； 淬火剂淬火剂: : 水，盐水用于 碳钢； 油用于合金钢。作用：提高硬度、
19、强度和耐磨性。 淬火淬火 淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却。淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却。 作用：消除内应力，稳定组织，满足技术要求。 回火又分为： 低温回火（150250 ）； 中温回火（300450 ）； 高温回火（500680）。回火回火低温回火中温回火高温回火150250 300450 500680 消除内应力，但不降低钢的硬度和耐磨性消除应力，降低硬度，提高弹性消除应力，可获得强度、韧性、塑性均较好的综合机械性能要求零件硬度高、强度大、耐磨，如：刃具、量具要求零件具有一定弹性、韧性和强度，如：轴类、刀杆、轴套要求零件具有强度、韧性、塑性等都较好的综合性能，如：轴类零件、连
20、杆、齿轮受力螺栓表2-3 45号钢(20mm-40mm)热处理后力学性能比较处理方法b /MPad/ak /J/cm2HB正火70080015205080163220调质7508502025 80120210250 淬火+高温回火 称为调质处理。调质处理。 效果效果：强度、塑性、韧性均提高 。要求碳含量在0.3%0.5%之间。（2 2）化学热处理）化学热处理将零件放在化学介质中进行 加热保温冷却的过程。 使零件表面改性。方式：渗碳，渗氮，渗铬，氰化等。6.4 碳素钢碳素钢碳钢中杂质对其性能的影响碳钢中杂质对其性能的影响锰锰(Mn) 来源在冶炼过程中加入锰铁。 作用钢材中锰含量高于0.8%时，即
21、为合金元素存在提高强度。是有益元素有益元素。硫硫(S)n来源矿石和焦炭。n存在形式：FeS。n作用FeS 的熔点低于钢材热加工开始温度， 它过早熔化，导致工件开裂，称为热脆性热脆性。 有害元素有害元素！ 磷(P)n来源矿石。n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“冷脆性冷脆性”。 有害元素！有害元素！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”。 “白点”裂纹源 有害元素！有害元素！碳钢的分类、牌号碳钢的分类、牌号普通碳素钢普通碳素钢n含P、S等有害杂质较多有害杂质较多（S0.055% P0.
22、045%)n常用有：Q215-A, Q235-A, Q235-A.F #Q235-B, # Q235-C, Q275 (参见表1-6）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 #GB150-98规定使用材料规定使用材料优质碳素钢优质碳素钢特点：特点：含硫、磷等杂质较少含硫、磷等杂质较少，均0.04%，杂质少，组织均匀，表面质量好。 常用有：常用有：08,1010,15,15,2020,20g,20g,2020R R,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
23、素约1%。 高级优质钢高级优质钢 磷硫杂质极少磷硫杂质极少 P,s含量0.03%。 表示法：如20A 碳钢的性能n力学性能含碳量C，强度和硬度 ，塑性使用温度温度，强度，塑性普通碳钢：-20+400优质碳钢：-40+450热处理条件经退火处理的碳钢，硬度低，塑性好；调质处理提高中、高碳钢的综合力学性能零件尺寸截面尺寸小的，强度和硬度稍高，塑性稍差碳钢的性能n制造工艺性能铸造性优于合金钢，不如铸铁，钢铸件一般需进行正火或退火处理，来消除应力，细化晶粒可锻性良好，低碳钢板可冷卷，薄低碳钢板可冷冲压可焊性随C 含量的增加而变差，低碳钢由于具有良好的塑性和可焊性，适于制造容器碳钢的性能n耐腐蚀性耐蚀性
24、较差，在盐酸、硝酸、稀硫酸、醋酸、氯化物溶液及浓碱液中均会强烈腐蚀；碳钢在浓硫酸中由于出现钝态，因此耐蚀性较好。例如：用浓硫酸吸收三氧化硫的吸收塔可用碳钢制造；浓度小于30%的稀碱溶液，可使碳钢表面生成不溶性的氢氧化铁和氢氧化亚铁保护膜，所以在温度不高的稀碱液中耐蚀。碳钢的性能n性能的不足之处强度较低，屈强比较低；耐蚀性较差；使用温度范围较窄，高温强度低，无法满足某些工艺过程所提出的高温或低温的要求。6.5 合金钢及特种钢合金钢及特种钢概述为改善钢材性能，在碳钢中特意熔合某些合金元素所得的钢，统称为合金钢。常用合金元素有：Cr、Mn、Ni、Si、B、W、Mo、V、Ti等。低合金钢合金元素含量5
25、%中合金钢合金元素含量5%10%高合金钢合金元素含量10%铬：耐腐蚀抗氧化； 提高了强度硬度和耐磨性； 使钢材的韧性和塑性降低。锰：提高强度和低温冲击韧性。镍：提高淬透性，保持良好塑性和韧性； 提高耐腐蚀性和低温冲击韧性； 提高热强性能。硅：提高强度、高温疲劳强度、耐热性、耐H2S腐蚀； 降低了塑性和冲击韧性。合金元素对钢的影响低合金钢n合金元素与钢号合金元素有：Mn、 V、 Nb、 Cr、 N、Mo，(1%) (25%)钢号16Mn：含C量0.16%，含Mn量1.5%09Mn2V：含C量0.09%，含Mn量1.41.8%，含V量0.040.1%注意：钢号上得含量与实际标准的规定的含量有所不同
26、。 相对于碳素钢，其性能特点性能特点：强度提高；耐腐蚀性能提高；低温性能提高。 碳素钢与低合金钢比较碳素钢与低合金钢比较 类别 品种 b (MPa) s(MPa) S/b使用温度 （）碳素钢Q235-A 20 400 400 240 250 0.6 0.630350-19475低合金钢 16Mn 15MnV 520 540 360 400 0.69 0.74-40475-45450 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。 常用材料： 16MnR，15MnVR,18MnMoNbR, 16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR.类别类别代表钢号代表钢号主要
27、用途主要用途高强度钢16Mn、16MnR、15MnV、 15MnVR用于船舶、车轴、压力容器、锅炉、输送管线等的焊接结构件。 低温钢09Mn2V(-70 )、06MnNb(-90 )用于制造低温设备的零部件耐蚀钢10MnPNbRe（耐海水）12MnAlV（耐硫化氢）对大气、海水、硫化氢等环境有一定耐蚀性锅炉钢和容器钢锅炉钢和容器钢1.工作环境：锅炉：中温或高温；中压或高压。容器：压力；温度；介质腐蚀；操作特点。2.对材质要求：1）较高的强度；2）良好的塑性、韧性和冷弯性能；3）较低的缺口敏感性；4）良好的焊接性能和其他工艺性能；5）良好的冶金质量。 3.常用的材料：锅炉钢 20g；12Mng,
28、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。 4.标准： 压力容器用钢板GB6654-1996 压力容器用碳素钢和低合金厚钢板YB/T40-87不锈耐酸钢不锈耐酸钢不锈-耐大气腐蚀；耐酸-耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀。铬不锈钢铬不锈钢-如如1Cr13, 2Cr13, 0Cr13等。等。 第一个数字-含碳量的千分数千分数见表1-5(1-4）； Cr13-含铬13%。组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中形成固溶体。“不锈不锈”的的原因： 在氧化性介质中
29、，铬能生成一层稳定而致密的氧氧化膜化膜，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碳含量越低越好。 铬的作用： 能提高耐腐蚀性能能提高耐腐蚀性能。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、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。硬度和耐磨性，而塑性、韧性降低。n用作受载荷大的耐蚀零件，如轴类，活塞杆、螺栓、浮阀等。铬镍不锈钢铬镍不锈钢n常用铬镍不锈钢型号:0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti 式中 0-含碳量的千分数千分数；（见表1-5） Cr18-含铬
30、量18%左右； Ni9-含镍量9%左右。 通常以铬镍平均含量“18-8”标志这种钢。n组织特征：C、Cr、Ni固溶于奥氏体晶格中，是单一的奥氏体组织单一的奥氏体组织。 性能特点性能特点: : 耐腐蚀性好耐腐蚀性好 Cr含量13%，表面形成氧化膜氧化膜； 组织为单一的奥氏体单一的奥氏体，在电解液中不能形成微电池，避免了电化学腐蚀。 力学性能优异力学性能优异。见P298附录五 在400850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%）导致晶间腐蚀晶间腐蚀。 ！不能反复施焊，否则必须进行热处理不能反复施焊，否则必须进行热处理。 不耐氯离子腐蚀。不耐氯离子腐蚀。耐热钢耐热钢n 高温
31、环境-原油加热、裂解、催化等。如转化炉炉管，工作温度为650800。 碳钢使用温度一般在碳钢使用温度一般在400以下以下。 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：高温设备对材料的要求：化学稳定性化学稳定性。抵抗高温气体（O2、H2S、SO2 等)腐蚀的能力。钢的表面能生成致密的氧化膜氧化膜。抗氧化钢抗氧化钢抗高温氧化，强度不高。 Cr13SiAl, Cr25Ti, Cr25Ni12等。热强性热强性。抗高温蠕变
32、能力。热强钢热强钢抗蠕变，有一定抗氧化能力。 12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。 Cr提高抗氧化性，强化并稳定金相组织。 Mo提高高温强度，强化并稳定金相组织，提高再结晶温度。 Ni形成奥氏体组织，提高高温强度和耐腐蚀性。 Ti稳定金相组织，不锈钢中能减少铬与碳的化合。 Al,Si提高高温抗氧化性，本身生成致密的氧化膜。合金元素的作用：低温用钢低温用钢n低温环境天然气液化、空气分离、润滑油脱脂、轻烃回收等。n普通碳钢在低温下（-20以下）变脆，冲击韧性显著下降。n低温用钢的组织成分特点低温用钢的组织成分特点：一般低温（一般低温（-40-20 )钢钢含碳量很低的
33、铁素碳量很低的铁素体体组织，再加入适量的Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元素。 如：16MnDR，09MnNiDR等。深冷（深冷（-40以下)用钢用钢含碳量低的奥氏体碳量低的奥氏体组织。 如：15Mn26Al4。钢材的品种和规格钢材的品种和规格1）钢板）钢板P320附录十2 2）钢管）钢管P306附录七 无缝钢管无缝钢管表示法： 如 f21910其中 219钢管的外径,mm； 10钢管名义壁厚,mm。 有缝钢管有缝钢管 由板卷焊接而成。用于水管，蒸汽管等。 如 1吋,1/4吋,3/4吋等.3）型钢）型钢n圆钢n方钢n扁钢n等边角钢n不等边角钢n工字钢n槽钢4）铸钢和锻钢）铸钢和锻钢钢水铸
34、造成型-铸钢。如：ZG200-400 式中200-屈服点 400-抗拉强度。钢坯锻压成型 -锻钢6.6 化工设备材料选择化工设备材料选择化工设备材料选择的一般原则化工设备材料选择的一般原则要考虑要考虑：n设备的操作条件压力、温度、介质特性、操作特点；n材料的使用性能力学性能、物理性能、化学性能；n加工工艺性能焊接性能、热处理性能、冷弯性能及其他冷热加工性能；n经济合理性及设备结构材料价格、制造费用和使用寿命。 选材一般原则选材一般原则：1）压力容器用钢材应符合GB150-1998钢制压力容器的要求，设计压力不大于35MPa。接受压力容器安全技术监察规程的监督。2）压力容器承压件用普通碳钢钢板的
35、适用范围：钢板牌号使用温度 设计压力 MPa壳体厚度 mm 其他限制Q235-B03501.620不得用于高度毒性和极度危害介质Q235-C04002.5303.3.设计温度应在允许使用温度范围内设计温度应在允许使用温度范围内。见书p49表1-30。4.4.耐腐蚀耐腐蚀 ! !同时考虑正常生产、停车、空料、内填料等的实际情况。5 5.经济性好经济性好6 6.其他其他（1）高压设备应优先选用低合金高、中强度钢，从而节省钢材。（2）承受刚度控制的设备，不宜采用高强度材料。（3）1Cr18Ni9Ti 钢材使用温度不高于500时，许用应力按0Cr18Ni10Ti 选取。实例分析选择材料品种：可选灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、铬镍不锈钢和碳钢用瓷砖衬里。例如：某磷肥厂需设计一个浓硫酸贮罐，容积为40m 3 ，间歇操作，通蒸汽清洗。分析贮罐操作条件：介质为浓硫酸，是强腐蚀介质，操作温度为常温，压力为常压。容器选材主要考虑腐蚀和制造因素。综合以上分析，碳钢做罐壳以满足机械强度、内衬非金属以解决耐腐蚀问题是较合适的材料选择方案。