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1、8.1 8.1 化化化化工设备常用金属材料的基本性能工设备常用金属材料的基本性能工设备常用金属材料的基本性能工设备常用金属材料的基本性能8.2 8.2 金金金金属材料的腐蚀与防护属材料的腐蚀与防护属材料的腐蚀与防护属材料的腐蚀与防护8.3 8.3 化化化化工设备常用材料工设备常用材料工设备常用材料工设备常用材料第第8章章 化工设备常用材料化工设备常用材料第二篇第二篇 化工容器及设备化工容器及设备1 1、常用材料、常用材料、常用材料、常用材料2 2、压力容器、压力容器、压力容器、压力容器3 3、化工设备、化工设备、化工设备、化工设备学习内容（三大部分）学习内容（三大部分）过程装备与控制专业两门课
2、过程装备与控制专业两门课过程装备与控制专业两门课过程装备与控制专业两门课 压力容器设计基础压力容器设计基础压力容器设计基础压力容器设计基础过过过过 程程程程 装装装装 备备备备 设设设设 计计计计 按照工艺类专业及其它相近的非机械类专业的要求，按照工艺类专业及其它相近的非机械类专业的要求，按照工艺类专业及其它相近的非机械类专业的要求，按照工艺类专业及其它相近的非机械类专业的要求，重点讲述过程装备与控制专业最基本、最重要的内容。重点讲述过程装备与控制专业最基本、最重要的内容。重点讲述过程装备与控制专业最基本、最重要的内容。重点讲述过程装备与控制专业最基本、最重要的内容。学习目的学习目的学习方法学
3、习方法注重与其它课程的联系。注重与其它课程的联系。注重与其它课程的联系。注重与其它课程的联系。设备的安全运行是工艺过程顺利实施的保障。设备的安全运行是工艺过程顺利实施的保障。设备的安全运行是工艺过程顺利实施的保障。设备的安全运行是工艺过程顺利实施的保障。工艺和设备都熟练的人更容易成功。工艺和设备都熟练的人更容易成功。工艺和设备都熟练的人更容易成功。工艺和设备都熟练的人更容易成功。生产企业遇到的技术问题往往是综合性的。生产企业遇到的技术问题往往是综合性的。生产企业遇到的技术问题往往是综合性的。生产企业遇到的技术问题往往是综合性的。注重实际知识的学习。注重实际知识的学习。注重实际知识的学习。注重实
4、际知识的学习。保证出勤率，提高课堂效率，认真完成作业。保证出勤率，提高课堂效率，认真完成作业。保证出勤率，提高课堂效率，认真完成作业。保证出勤率，提高课堂效率，认真完成作业。压力压力压力压力100100MPa MPa 低温低温低温低温到高温到高温到高温到高温制冷和深冷设备制冷和深冷设备制冷和深冷设备制冷和深冷设备普普普普冷：高于冷：高于冷：高于冷：高于-120-120 深冷：低于深冷：低于深冷：低于深冷：低于-120-120 10001000真空真空真空真空到超高压到超高压到超高压到超高压压力外压力外压力外压力外高内低高内低高内低高内低真空真空真空真空干燥干燥干燥干燥生产条件的复杂性决定过程设
5、备常用材料的多样性！生产条件的复杂性决定过程设备常用材料的多样性！生产条件的复杂性决定过程设备常用材料的多样性！生产条件的复杂性决定过程设备常用材料的多样性！生生产产条条件件温度温度温度温度压力压力压力压力介质介质介质介质合成金刚石、宝石合成金刚石、宝石合成金刚石、宝石合成金刚石、宝石超高压食品杀菌釜超高压食品杀菌釜超高压食品杀菌釜超高压食品杀菌釜处理量处理量处理量处理量一般介质和易燃、易爆、有毒及强腐蚀性介质一般介质和易燃、易爆、有毒及强腐蚀性介质一般介质和易燃、易爆、有毒及强腐蚀性介质一般介质和易燃、易爆、有毒及强腐蚀性介质材料材料材料材料性能性能性能性能物理性能物理性能物理性能物理性能力
6、力力力学学学学性性性性能能能能加工工艺加工工艺加工工艺加工工艺化化化化学学学学性性性性能能能能强度强度强度强度塑性塑性塑性塑性硬度硬度硬度硬度冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性抗氧化性抗氧化性抗氧化性抗氧化性线膨胀系数线膨胀系数线膨胀系数线膨胀系数熔点熔点熔点熔点密度密度密度密度导热系数导热系数导热系数导热系数导电性导电性导电性导电性焊接性能焊接性能焊接性能焊接性能铸造性能铸造性能铸造性能铸造性能可锻性可锻性可锻性可锻性切削加工性切削加工性切削加工性切削加工性8.1化化工设备常用金属材料的基本性能工设备常用金属材料的基本性能8.1.1 材料的力学性能材料的力学性能
7、强度强度强度强度强度是指在受到外力作用时，材料抵抗强度是指在受到外力作用时，材料抵抗强度是指在受到外力作用时，材料抵抗强度是指在受到外力作用时，材料抵抗塑性变形和断裂的能力。塑性变形和断裂的能力。塑性变形和断裂的能力。塑性变形和断裂的能力。常用表征方法常用表征方法常用表征方法常用表征方法：屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度这两个指标是确定材料这两个指标是确定材料这两个指标是确定材料这两个指标是确定材料许用应力许用应力许用应力许用应力的主要依据。的主要依据。的主要依据。的主要依据。材料不发生塑性变形的极限。材料不发生塑性变形的极限。材料不发生塑性变形的极限。材料不发
8、生塑性变形的极限。材料承受载荷的极限。材料承受载荷的极限。材料承受载荷的极限。材料承受载荷的极限。omnl图4.11 应力应变曲线高强钢的屈强比数值高强钢的屈强比数值高强钢的屈强比数值高强钢的屈强比数值较大，较大，较大，较大，s s s s和和和和b b b b比较比较比较比较接近，屈服后的强度接近，屈服后的强度接近，屈服后的强度接近，屈服后的强度裕量较小。裕量较小。裕量较小。裕量较小。低强钢的屈强比数值低强钢的屈强比数值低强钢的屈强比数值低强钢的屈强比数值较小，较小，较小，较小，s s和和和和 b b相差较相差较相差较相差较多，多，多，多，屈服后的强度裕屈服后的强度裕屈服后的强度裕屈服后的强
9、度裕量较大；量较大；量较大；量较大；：屈强比：屈强比：屈强比：屈强比 反映材料屈服后反映材料屈服后反映材料屈服后反映材料屈服后强化能力强化能力强化能力强化能力的高低。的高低。的高低。的高低。塑性塑性塑性塑性塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破塑性是指材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。坏的能力。坏的能力。坏的能力。常用表征方法常用表征方法常用表征方法常用表征方法：延伸率延伸率延伸率延伸率 断面收缩率断面收缩率断面收缩率断面收缩率 指材料在破坏前变形能力的大小指材料在破坏前变形能力的大小指材料在破坏
10、前变形能力的大小指材料在破坏前变形能力的大小化工设备的制造离不开冷作加工成型工艺，要求化工设备的制造离不开冷作加工成型工艺，要求化工设备的制造离不开冷作加工成型工艺，要求化工设备的制造离不开冷作加工成型工艺，要求材料必须具有良好的塑性。材料必须具有良好的塑性。材料必须具有良好的塑性。材料必须具有良好的塑性。可在拉伸试验中同时测得。可在拉伸试验中同时测得。可在拉伸试验中同时测得。可在拉伸试验中同时测得。若用塑性差的材料制造设备，往往在没有明显变形若用塑性差的材料制造设备，往往在没有明显变形若用塑性差的材料制造设备，往往在没有明显变形若用塑性差的材料制造设备，往往在没有明显变形的情况下而突然破坏。
11、危险性很大。的情况下而突然破坏。危险性很大。的情况下而突然破坏。危险性很大。的情况下而突然破坏。危险性很大。压力容器所用压力容器所用压力容器所用压力容器所用材料一般要求：材料一般要求：材料一般要求：材料一般要求：5 5 5 515151515一一一一20202020以上以上以上以上用用=5d的标准试件所得的延伸率的标准试件所得的延伸率因此，从化工设备的加工制造和安全运行角度考虑，因此，从化工设备的加工制造和安全运行角度考虑，因此，从化工设备的加工制造和安全运行角度考虑，因此，从化工设备的加工制造和安全运行角度考虑，要求材料的塑性要好。要求材料的塑性要好。要求材料的塑性要好。要求材料的塑性要好。
12、硬度硬度硬度硬度硬度是指金属材料的软硬程度，也即金属材料抵抗硬度是指金属材料的软硬程度，也即金属材料抵抗硬度是指金属材料的软硬程度，也即金属材料抵抗硬度是指金属材料的软硬程度，也即金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。它表示材料在一个小更硬的物体压入其内的能力。它表示材料在一个小更硬的物体压入其内的能力。它表示材料在一个小更硬的物体压入其内的能力。它表示材料在一个小的体积范围内，抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的的体积范围内，抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的的体积范围内，抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的的体积范围内，抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的能力。能力。能力。能力。常用表征方法常用表征方法常用表征
13、方法常用表征方法：HB HB 布氏硬度布氏硬度布氏硬度布氏硬度 HRC HRC 洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度 HV HV 维氏硬度维氏硬度维氏硬度维氏硬度 硬度大小反映材料的硬度大小反映材料的硬度大小反映材料的硬度大小反映材料的耐磨性能耐磨性能耐磨性能耐磨性能和和和和切削加工切削加工切削加工切削加工的可能性。的可能性。的可能性。的可能性。例例例例1 1：在螺栓连接法兰密：在螺栓连接法兰密：在螺栓连接法兰密：在螺栓连接法兰密封结构中，要求螺栓的封结构中，要求螺栓的封结构中，要求螺栓的封结构中，要求螺栓的硬度大于螺母的硬度。硬度大于螺母的硬度。硬度大于螺母的硬度。硬度大于螺母的硬度。一般硬度越
14、高，耐磨性能好，但切削加工性能较差。一般硬度越高，耐磨性能好，但切削加工性能较差。一般硬度越高，耐磨性能好，但切削加工性能较差。一般硬度越高，耐磨性能好，但切削加工性能较差。过程设备中的某些相互连接的配合结构，其零部件的过程设备中的某些相互连接的配合结构，其零部件的过程设备中的某些相互连接的配合结构，其零部件的过程设备中的某些相互连接的配合结构，其零部件的硬度有不同的要求：硬度有不同的要求：硬度有不同的要求：硬度有不同的要求：原因：原因：原因：原因：使螺母成为易损件使螺母成为易损件使螺母成为易损件使螺母成为易损件避免螺栓和螺母咬死避免螺栓和螺母咬死避免螺栓和螺母咬死避免螺栓和螺母咬死例例例例2
15、 2：管壳式换热器中管子与管板胀接时，要求管板：管壳式换热器中管子与管板胀接时，要求管板：管壳式换热器中管子与管板胀接时，要求管板：管壳式换热器中管子与管板胀接时，要求管板的硬度比管子的硬度高。的硬度比管子的硬度高。的硬度比管子的硬度高。的硬度比管子的硬度高。胀接管孔结构胀接管孔结构冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性指材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。指材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。指材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。指材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。常用表征方法常用表征方法常用表征方法常用表征方法：A AKVKV 吸收功吸收功吸收功吸收功 工程上通常用摆锤冲击试验来测定金属材料的冲工程上通常用摆
16、锤冲击试验来测定金属材料的冲工程上通常用摆锤冲击试验来测定金属材料的冲工程上通常用摆锤冲击试验来测定金属材料的冲击韧性，金属夏比缺口冲击试验原理如图所示：击韧性，金属夏比缺口冲击试验原理如图所示：击韧性，金属夏比缺口冲击试验原理如图所示：击韧性，金属夏比缺口冲击试验原理如图所示：是材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。是材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。是材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。是材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。图图11.2 11.2 冲击韧性的测定冲击韧性的测定用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击
17、用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处单位横截面单位横截面单位横截面单位横截面上所消耗的冲击功。上所消耗的冲击功。上所消耗的冲击功。上所消耗的冲击功。冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性 k目前常用的目前常用的目前常用的目前常用的101055mm101055mm，带，带，带，带2 mm2 mm深的深的深的深的V V形缺口形缺口形缺口形缺口夏氏冲击试样。夏氏冲击试样。夏氏冲击试样。夏氏冲击试样。标准上直接采用冲击功（标准上直接采用冲击功（标准上直接采用冲击功（
18、标准上直接采用冲击功（J J焦耳值），而不是采用焦耳值），而不是采用焦耳值），而不是采用焦耳值），而不是采用 k值。因为单位面积上的冲击功并无实际意义。值。因为单位面积上的冲击功并无实际意义。值。因为单位面积上的冲击功并无实际意义。值。因为单位面积上的冲击功并无实际意义。kMJ/m2韧性对压力容器材料是十分重要的，是压力容器必检韧性对压力容器材料是十分重要的，是压力容器必检韧性对压力容器材料是十分重要的，是压力容器必检韧性对压力容器材料是十分重要的，是压力容器必检的项目！的项目！的项目！的项目！塑性好的材料一般韧性也好，但塑性指标较高的材塑性好的材料一般韧性也好，但塑性指标较高的材塑性好的材料
19、一般韧性也好，但塑性指标较高的材塑性好的材料一般韧性也好，但塑性指标较高的材料，却不一定具有较高的韧性。料，却不一定具有较高的韧性。料，却不一定具有较高的韧性。料，却不一定具有较高的韧性。原因：在静载荷下能够缓慢塑性变形的材料，在动原因：在静载荷下能够缓慢塑性变形的材料，在动原因：在静载荷下能够缓慢塑性变形的材料，在动原因：在静载荷下能够缓慢塑性变形的材料，在动载荷下不一定能够迅速地塑性变形。载荷下不一定能够迅速地塑性变形。载荷下不一定能够迅速地塑性变形。载荷下不一定能够迅速地塑性变形。韧性好的材料，即使存在缺口，也有较好的防止发韧性好的材料，即使存在缺口，也有较好的防止发韧性好的材料，即使存
20、在缺口，也有较好的防止发韧性好的材料，即使存在缺口，也有较好的防止发生脆断和裂纹快速扩展的能力。生脆断和裂纹快速扩展的能力。生脆断和裂纹快速扩展的能力。生脆断和裂纹快速扩展的能力。图图11.3 11.3 温度对碳钢力学性能的影响温度对碳钢力学性能的影响当温度超过当温度超过当温度超过当温度超过350350时：时：时：时：强度降低，强度降低，强度降低，强度降低，塑性提高。塑性提高。塑性提高。塑性提高。温度对材料力学性能的影响温度对材料力学性能的影响温度对材料力学性能的影响温度对材料力学性能的影响一般金属材料的力学性能随温度的升高会发生显著的变化。一般金属材料的力学性能随温度的升高会发生显著的变化。
21、一般金属材料的力学性能随温度的升高会发生显著的变化。一般金属材料的力学性能随温度的升高会发生显著的变化。材料在高温下承受某一固定拉伸应力时，会随材料在高温下承受某一固定拉伸应力时，会随材料在高温下承受某一固定拉伸应力时，会随材料在高温下承受某一固定拉伸应力时，会随着时间的延续而不断发生着时间的延续而不断发生着时间的延续而不断发生着时间的延续而不断发生缓慢增长的塑性变形缓慢增长的塑性变形缓慢增长的塑性变形缓慢增长的塑性变形,这种现象称为蠕变。这种现象称为蠕变。这种现象称为蠕变。这种现象称为蠕变。蠕变蠕变在高温下工作的零件往往因蠕变而发生事故。在高温下工作的零件往往因蠕变而发生事故。在高温下工作的
22、零件往往因蠕变而发生事故。在高温下工作的零件往往因蠕变而发生事故。如：容器、管道直径逐步增大或壁厚不断减薄。如：容器、管道直径逐步增大或壁厚不断减薄。如：容器、管道直径逐步增大或壁厚不断减薄。如：容器、管道直径逐步增大或壁厚不断减薄。碳素钢碳素钢碳素钢碳素钢420420400-500 400-500 低合金钢低合金钢低合金钢低合金钢一定的应一定的应一定的应一定的应力作用力作用力作用力作用发生蠕变发生蠕变发生蠕变发生蠕变应力松弛应力松弛 常温下工作的零件，发生弹性变形后，如果变形总常温下工作的零件，发生弹性变形后，如果变形总常温下工作的零件，发生弹性变形后，如果变形总常温下工作的零件，发生弹性变
23、形后，如果变形总量保持不变，则零件内的应力将保持不变。量保持不变，则零件内的应力将保持不变。量保持不变，则零件内的应力将保持不变。量保持不变，则零件内的应力将保持不变。如高温压力容器中的连接螺栓，可能因松弛而引起如高温压力容器中的连接螺栓，可能因松弛而引起如高温压力容器中的连接螺栓，可能因松弛而引起如高温压力容器中的连接螺栓，可能因松弛而引起容器泄漏。容器泄漏。容器泄漏。容器泄漏。但在高温和应力作用下，随着时间的增长，如果变但在高温和应力作用下，随着时间的增长，如果变但在高温和应力作用下，随着时间的增长，如果变但在高温和应力作用下，随着时间的增长，如果变形总量保持不变，因蠕变而逐渐增加的塑性变
24、形将形总量保持不变，因蠕变而逐渐增加的塑性变形将形总量保持不变，因蠕变而逐渐增加的塑性变形将形总量保持不变，因蠕变而逐渐增加的塑性变形将逐步代替原来的弹性变形，从而使零件内的应力逐逐步代替原来的弹性变形，从而使零件内的应力逐逐步代替原来的弹性变形，从而使零件内的应力逐逐步代替原来的弹性变形，从而使零件内的应力逐渐降低，这种现象称为应力松驰。渐降低，这种现象称为应力松驰。渐降低，这种现象称为应力松驰。渐降低，这种现象称为应力松驰。蠕变蠕变应力松弛应力松弛高温高温应力应力时间时间泄漏泄漏材料的冷脆性材料的冷脆性某些材料在低温下，韧性明显下降，材料由塑性转某些材料在低温下，韧性明显下降，材料由塑性转
25、某些材料在低温下，韧性明显下降，材料由塑性转某些材料在低温下，韧性明显下降，材料由塑性转变为脆性，这种现象称为材料的冷脆性。变为脆性，这种现象称为材料的冷脆性。变为脆性，这种现象称为材料的冷脆性。变为脆性，这种现象称为材料的冷脆性。具有体心立方晶格的金属，具有体心立方晶格的金属，具有体心立方晶格的金属，具有体心立方晶格的金属，如碳素钢和低合金钢如碳素钢和低合金钢如碳素钢和低合金钢如碳素钢和低合金钢具有面心立方晶格的材料，如铜、具有面心立方晶格的材料，如铜、具有面心立方晶格的材料，如铜、具有面心立方晶格的材料，如铜、铝和奥氏体不锈钢，冲击吸收功铝和奥氏体不锈钢，冲击吸收功铝和奥氏体不锈钢，冲击吸
26、收功铝和奥氏体不锈钢，冲击吸收功随温度的变化很小，在很低的温随温度的变化很小，在很低的温随温度的变化很小，在很低的温随温度的变化很小，在很低的温度下仍具有高的韧性。度下仍具有高的韧性。度下仍具有高的韧性。度下仍具有高的韧性。低温变脆的金属：低温变脆的金属：低温变脆的金属：低温变脆的金属：低温仍有很高韧低温仍有很高韧低温仍有很高韧低温仍有很高韧性的金属：性的金属：性的金属：性的金属：低温变脆低温变脆非常危险！非常危险！8.1.2 物理性能物理性能线膨胀系数线膨胀系数线膨胀系数线膨胀系数熔点熔点熔点熔点密度密度密度密度导热系数导热系数导热系数导热系数导电性导电性导电性导电性线膨胀系数线膨胀系数线膨
27、胀系数线膨胀系数：指材料在温度变化：指材料在温度变化：指材料在温度变化：指材料在温度变化1 1时单位长度的时单位长度的时单位长度的时单位长度的 伸缩变化量，单位为伸缩变化量，单位为伸缩变化量，单位为伸缩变化量，单位为-1-1。导热系数导热系数导热系数导热系数：指当温度梯度（温度差与器壁厚度的比：指当温度梯度（温度差与器壁厚度的比：指当温度梯度（温度差与器壁厚度的比：指当温度梯度（温度差与器壁厚度的比 值）为值）为值）为值）为1 1/m/m，每小时通过每平方米传，每小时通过每平方米传，每小时通过每平方米传，每小时通过每平方米传 热面积传过的热量，单位为热面积传过的热量，单位为热面积传过的热量，单
28、位为热面积传过的热量，单位为W/(W/(mKmK)。其值可从机械设计手册中查取。其值可从机械设计手册中查取。其值可从机械设计手册中查取。其值可从机械设计手册中查取。材料使用场合的不同，对其物理性能要求也不同。材料使用场合的不同，对其物理性能要求也不同。材料使用场合的不同，对其物理性能要求也不同。材料使用场合的不同，对其物理性能要求也不同。对衬里或复合钢板所制设备，应尽量使不同材料的对衬里或复合钢板所制设备，应尽量使不同材料的对衬里或复合钢板所制设备，应尽量使不同材料的对衬里或复合钢板所制设备，应尽量使不同材料的线膨胀系数相等或接近。线膨胀系数相等或接近。线膨胀系数相等或接近。线膨胀系数相等或接
29、近。如换热设备要求换热管材料有很好的导热性，同时如换热设备要求换热管材料有很好的导热性，同时如换热设备要求换热管材料有很好的导热性，同时如换热设备要求换热管材料有很好的导热性，同时由于管、壳的温差，计算温差应力时线膨胀系数是由于管、壳的温差，计算温差应力时线膨胀系数是由于管、壳的温差，计算温差应力时线膨胀系数是由于管、壳的温差，计算温差应力时线膨胀系数是一个主要物理性能参数。一个主要物理性能参数。一个主要物理性能参数。一个主要物理性能参数。8.1.3 化学性能化学性能金属的化学性能主要指金属在室温或高温时抵抗各金属的化学性能主要指金属在室温或高温时抵抗各金属的化学性能主要指金属在室温或高温时抵
30、抗各金属的化学性能主要指金属在室温或高温时抵抗各种介质化学侵蚀的能力。种介质化学侵蚀的能力。种介质化学侵蚀的能力。种介质化学侵蚀的能力。耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性耐腐蚀性金属和合金对周围介质（如大气、水汽、各种电金属和合金对周围介质（如大气、水汽、各种电金属和合金对周围介质（如大气、水汽、各种电金属和合金对周围介质（如大气、水汽、各种电解液）侵蚀的抵抗能力称为耐腐蚀性。解液）侵蚀的抵抗能力称为耐腐蚀性。解液）侵蚀的抵抗能力称为耐腐蚀性。解液）侵蚀的抵抗能力称为耐腐蚀性。耐蚀性指在一定条件下（介质种类、浓度、温度、压耐蚀性指在一定条件下（介质种类、浓度、温度、压耐蚀性指在一定条件下（介质种类、浓度
31、、温度、压耐蚀性指在一定条件下（介质种类、浓度、温度、压力、流速等）相对耐蚀，迄今为止还没有在任何腐蚀力、流速等）相对耐蚀，迄今为止还没有在任何腐蚀力、流速等）相对耐蚀，迄今为止还没有在任何腐蚀力、流速等）相对耐蚀，迄今为止还没有在任何腐蚀环境中均耐蚀的材料。因此，是否耐蚀必须针对具体环境中均耐蚀的材料。因此，是否耐蚀必须针对具体环境中均耐蚀的材料。因此，是否耐蚀必须针对具体环境中均耐蚀的材料。因此，是否耐蚀必须针对具体使用条件来确定。使用条件来确定。使用条件来确定。使用条件来确定。表表11-1 常用金属材料在不同介质中的耐腐蚀性常用金属材料在不同介质中的耐腐蚀性抗氧化性抗氧化性抗氧化性抗氧化
32、性化工生产中，许多设备是在高温下操作的，如氨合化工生产中，许多设备是在高温下操作的，如氨合化工生产中，许多设备是在高温下操作的，如氨合化工生产中，许多设备是在高温下操作的，如氨合成塔、硝酸氧化炉、工业锅炉、汽轮机等。成塔、硝酸氧化炉、工业锅炉、汽轮机等。成塔、硝酸氧化炉、工业锅炉、汽轮机等。成塔、硝酸氧化炉、工业锅炉、汽轮机等。高温下，钢铁不仅与自由氧发生氧化腐蚀，使钢铁高温下，钢铁不仅与自由氧发生氧化腐蚀，使钢铁高温下，钢铁不仅与自由氧发生氧化腐蚀，使钢铁高温下，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氧化皮，还会与水蒸表面形成结构疏松容易剥落的氧化皮，还会与水蒸表面形
33、成结构疏松容易剥落的氧化皮，还会与水蒸表面形成结构疏松容易剥落的氧化皮，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气、二氧化碳、二氧化硫等气体产生高温氧化与脱气、二氧化碳、二氧化硫等气体产生高温氧化与脱气、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，特别是降低了材料碳作用，使钢的力学性能下降，特别是降低了材料碳作用，使钢的力学性能下降，特别是降低了材料碳作用，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。的表面硬度和抗疲劳强度。的表面硬度和抗疲劳强度。的表面硬度和抗疲劳强度。因此，高温设备必须具有抗氧化能力。因此，高温设备必须具有抗氧化能力。因
34、此，高温设备必须具有抗氧化能力。因此，高温设备必须具有抗氧化能力。8.1.4 加工工艺性能加工工艺性能为使加工工艺简便并保证质量、降低成本，要求材料具有良好为使加工工艺简便并保证质量、降低成本，要求材料具有良好为使加工工艺简便并保证质量、降低成本，要求材料具有良好为使加工工艺简便并保证质量、降低成本，要求材料具有良好的加工工艺性能。的加工工艺性能。的加工工艺性能。的加工工艺性能。金属材料的加工工艺性能包括金属材料的加工工艺性能包括金属材料的加工工艺性能包括金属材料的加工工艺性能包括可焊性可焊性可焊性可焊性、可锻性可锻性可锻性可锻性、可铸性可铸性可铸性可铸性、切切切切削加工削加工削加工削加工和和
35、和和热处理性能热处理性能热处理性能热处理性能等。等。等。等。对化工设备用材的加工工艺性要求，取决于设备的结构和加对化工设备用材的加工工艺性要求，取决于设备的结构和加对化工设备用材的加工工艺性要求，取决于设备的结构和加对化工设备用材的加工工艺性要求，取决于设备的结构和加工方式。例如：工方式。例如：工方式。例如：工方式。例如：多数设备的壳体用多数设备的壳体用多数设备的壳体用多数设备的壳体用板材卷焊板材卷焊板材卷焊板材卷焊制造而成，要求材料具有良好的制造而成，要求材料具有良好的制造而成，要求材料具有良好的制造而成，要求材料具有良好的塑性塑性塑性塑性、良好的、良好的、良好的、良好的切削加工性能切削加工
36、性能切削加工性能切削加工性能和和和和焊接性能焊接性能焊接性能焊接性能等。等。等。等。管道的弯管需要冷弯成型，也需要管材有良好的塑性。管道的弯管需要冷弯成型，也需要管材有良好的塑性。管道的弯管需要冷弯成型，也需要管材有良好的塑性。管道的弯管需要冷弯成型，也需要管材有良好的塑性。腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀是材料在各种是材料在各种是材料在各种是材料在各种环境环境环境环境作用下发生的破坏和变质。作用下发生的破坏和变质。作用下发生的破坏和变质。作用下发生的破坏和变质。自然环境自然环境自然环境自然环境人为环境人为环境人为环境人为环境腐蚀造成的经济损失：腐蚀造成的经济损失：腐蚀造成的经济损失：腐蚀造成的经济损失：全球
37、：全球：全球：全球：（1919191995959595）年）年）年）年 7000700070007000亿美元亿美元亿美元亿美元/年，约占各国国民年，约占各国国民年，约占各国国民年，约占各国国民生产总值（生产总值（生产总值（生产总值（GNPGNPGNPGNP）的的的的2%4%2%4%2%4%2%4%。美国：美国：美国：美国：1995199519951995年年年年3000300030003000亿美元，人均亿美元，人均亿美元，人均亿美元，人均1100110011001100美元。美元。美元。美元。我国：我国：我国：我国：1997199719971997年，年，年，年，2800280028002
38、800亿人民币，约占我国亿人民币，约占我国亿人民币，约占我国亿人民币，约占我国GNPGNPGNPGNP的的的的4%4%4%4%。人均：人均：215215元元/年年8.2 金金属材料的腐蚀与防护属材料的腐蚀与防护据统计，腐蚀损失为自然灾害（地震、风灾、水灾、据统计，腐蚀损失为自然灾害（地震、风灾、水灾、火灾等）损失总合的火灾等）损失总合的6 6倍。倍。直接损失：造成资源的大量浪费直接损失：造成资源的大量浪费全球每年有约全球每年有约30%的钢铁产品因腐蚀而报废，其中的钢铁产品因腐蚀而报废，其中 的三分之一（的三分之一（10%）的钢铁几乎变为无用的废铁。）的钢铁几乎变为无用的废铁。我国，每年因腐蚀而
39、损失的钢铁约我国，每年因腐蚀而损失的钢铁约1000万吨，几乎万吨，几乎 相当于首钢全年的钢产量。相当于首钢全年的钢产量。间间接接损损失失 停产，更新设备停产，更新设备 产品和原材料的流失产品和原材料的流失 泄漏造成的环境危害泄漏造成的环境危害 能源浪费：腐蚀产物和污垢致使锅炉、换热器能源浪费：腐蚀产物和污垢致使锅炉、换热器 等设备传热效率下降所带来的能源浪费。等设备传热效率下降所带来的能源浪费。其它：如腐蚀产物给产品质量带来的影响，在其它：如腐蚀产物给产品质量带来的影响，在 生物、制药等工业中尤显突出。生物、制药等工业中尤显突出。化工生产中由腐蚀造成的设备跑、冒、滴、漏以及废化工生产中由腐蚀造
40、成的设备跑、冒、滴、漏以及废水、废渣、废气等造成的环境破坏，除短期效益受损水、废渣、废气等造成的环境破坏，除短期效益受损外，更有对人类生存环境所带来的严重破坏。外，更有对人类生存环境所带来的严重破坏。为为防止腐蚀防止腐蚀 ，化工设备大量采用含，化工设备大量采用含铬、镍的不锈钢铬、镍的不锈钢以及铜、铝、锌、铅、钼、钛以及铜、铝、锌、铅、钼、钛等金属，这些金属大等金属，这些金属大多数在地球上已所剩无几，只够人类开采几十年。多数在地球上已所剩无几，只够人类开采几十年。从长远考虑，加强防腐工作，对减少材料的损失，从长远考虑，加强防腐工作，对减少材料的损失，防止地球上有限的矿产资源过早枯竭具有深远意义。
41、防止地球上有限的矿产资源过早枯竭具有深远意义。单纯的机械作用所引起的破坏，不属于腐蚀。单纯的机械作用所引起的破坏，不属于腐蚀。单纯的机械作用所引起的破坏，不属于腐蚀。单纯的机械作用所引起的破坏，不属于腐蚀。按按按按作用机理，可将腐蚀分为作用机理，可将腐蚀分为作用机理，可将腐蚀分为作用机理，可将腐蚀分为化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀、电化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀。1.1.化学腐蚀：化学腐蚀：化学腐蚀：化学腐蚀：金属与干燥气体和非电解质溶液直接发生化学作金属与干燥气体和非电解质溶液直接发生化学作金属与干燥气体和非电解质溶液直接发生化学作金属与干燥气体和非电解质溶液直接发生化学作 用而
42、引起的破坏。用而引起的破坏。用而引起的破坏。用而引起的破坏。金属腐蚀是金属及其合金与周围介质发生化学或电化金属腐蚀是金属及其合金与周围介质发生化学或电化金属腐蚀是金属及其合金与周围介质发生化学或电化金属腐蚀是金属及其合金与周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏。学作用而引起的破坏。学作用而引起的破坏。学作用而引起的破坏。特点：直接反应，过程中无电流产生。特点：直接反应，过程中无电流产生。特点：直接反应，过程中无电流产生。特点：直接反应，过程中无电流产生。例如：金属的高温氧化、高温硫化和氢腐蚀。例如：金属的高温氧化、高温硫化和氢腐蚀。例如：金属的高温氧化、高温硫化和氢腐蚀。例如：金属的高温氧化
43、、高温硫化和氢腐蚀。8.2.1腐蚀的原理腐蚀的原理Fe+1/2O2=FeO4Fe+3O2=2Fe2O33Fe+2O2=Fe 3O4不同温度下的氧化膜有不同的组成：不同温度下的氧化膜有不同的组成：不同温度下的氧化膜有不同的组成：不同温度下的氧化膜有不同的组成：碳钢碳钢（Fe,C,Fe3C）1)铁碳合金的高温氧化与脱碳铁碳合金的高温氧化与脱碳高温氧化高温氧化加入加入加入加入Cr,Si,AlCr,Si,AlCr,Si,AlCr,Si,Al等元素提高抗氧化能力。等元素提高抗氧化能力。等元素提高抗氧化能力。等元素提高抗氧化能力。低于低于低于低于570570570570，氧化物中不含，氧化物中不含，氧化物
44、中不含，氧化物中不含FeOFeOFeOFeO，由，由，由，由FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4和和和和FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3构成。构成。构成。构成。氧化层组织致密、稳定，附着在钢材表面上不易脱落，氧化层组织致密、稳定，附着在钢材表面上不易脱落，氧化层组织致密、稳定，附着在钢材表面上不易脱落，氧化层组织致密、稳定，附着在钢材表面上不易脱落，能起到保护膜的作用。能起到保护膜的作用。能起到保护膜的作用。能起到保护膜的作用。高于高于高于高于570570570570时，生成由时，生成由时，生成由时，生成由FeOFeOFeOFeO、FeFeFeF
45、e2 2 2 2O O O O3 3 3 3、FeFeFeFe3 3 3 3O O O O4 4 4 4组成的结构组成的结构组成的结构组成的结构疏松的氧化膜，起不到保护作用，使碳钢被腐蚀。疏松的氧化膜，起不到保护作用，使碳钢被腐蚀。疏松的氧化膜，起不到保护作用，使碳钢被腐蚀。疏松的氧化膜，起不到保护作用，使碳钢被腐蚀。脱碳脱碳同时由于气体的析出，破坏了钢表面膜的完整性，使同时由于气体的析出，破坏了钢表面膜的完整性，使同时由于气体的析出，破坏了钢表面膜的完整性，使同时由于气体的析出，破坏了钢表面膜的完整性，使耐腐蚀性进一步降低。耐腐蚀性进一步降低。耐腐蚀性进一步降低。耐腐蚀性进一步降低。钢的脱碳
46、是指在高温气体作用下，钢的表面在产生钢的脱碳是指在高温气体作用下，钢的表面在产生钢的脱碳是指在高温气体作用下，钢的表面在产生钢的脱碳是指在高温气体作用下，钢的表面在产生氧化皮的同时，金属表层发生渗碳体减少的现象。氧化皮的同时，金属表层发生渗碳体减少的现象。氧化皮的同时，金属表层发生渗碳体减少的现象。氧化皮的同时，金属表层发生渗碳体减少的现象。高于高于高于高于700700700700时，钢中的时，钢中的时，钢中的时，钢中的渗碳体渗碳体渗碳体渗碳体FeFe3C C 与与与与 OO2、COCO、HH2OO发生反应：发生反应：发生反应：发生反应：Fe3CO2=3FeCO2Fe3CCO=3Fe2CO F
47、e3CH2O=3FeCOH2钢材脱碳钢材脱碳钢材脱碳钢材脱碳材料表面的碳含量降低材料表面的碳含量降低材料表面的碳含量降低材料表面的碳含量降低力学性能下降力学性能下降力学性能下降力学性能下降特别是降低了表面硬度特别是降低了表面硬度特别是降低了表面硬度特别是降低了表面硬度和抗疲劳强度和抗疲劳强度和抗疲劳强度和抗疲劳强度铁碳合金在高温下的铁碳合金在高温下的铁碳合金在高温下的铁碳合金在高温下的氢腐蚀氢腐蚀氢腐蚀氢腐蚀：分：分：分：分氢脆氢脆氢脆氢脆和和和和氢侵蚀氢侵蚀氢侵蚀氢侵蚀2）氢腐蚀）氢腐蚀 氢脆阶段：氢脆阶段：氢脆阶段：氢脆阶段：温度、压力较低温度、压力较低温度、压力较低温度、压力较低 或高温
48、高压但接触时间不长或高温高压但接触时间不长或高温高压但接触时间不长或高温高压但接触时间不长此阶段氢只是以原子的形式渗入到钢中，向钢材内部此阶段氢只是以原子的形式渗入到钢中，向钢材内部此阶段氢只是以原子的形式渗入到钢中，向钢材内部此阶段氢只是以原子的形式渗入到钢中，向钢材内部扩散，被钢的基体溶解吸收，但并不发生反应。只是扩散，被钢的基体溶解吸收，但并不发生反应。只是扩散，被钢的基体溶解吸收，但并不发生反应。只是扩散，被钢的基体溶解吸收，但并不发生反应。只是由于氢的渗入使材料的韧性降低，材料变脆。由于氢的渗入使材料的韧性降低，材料变脆。由于氢的渗入使材料的韧性降低，材料变脆。由于氢的渗入使材料的韧
49、性降低，材料变脆。可通过低压加热或常温静置从钢材中除去。可通过低压加热或常温静置从钢材中除去。可通过低压加热或常温静置从钢材中除去。可通过低压加热或常温静置从钢材中除去。钢材受高温高压的氢气作用而变脆钢材受高温高压的氢气作用而变脆钢材受高温高压的氢气作用而变脆钢材受高温高压的氢气作用而变脆甚至破裂的现象称为氢腐蚀甚至破裂的现象称为氢腐蚀甚至破裂的现象称为氢腐蚀甚至破裂的现象称为氢腐蚀氢侵蚀阶段氢侵蚀阶段氢侵蚀阶段氢侵蚀阶段：氢气环境和一定压力下，在氢气环境和一定压力下，在氢气环境和一定压力下，在氢气环境和一定压力下，在200200600600时，低碳钢或低合金钢发生表面脱碳和皮下鼓时，低碳钢或
50、低合金钢发生表面脱碳和皮下鼓时，低碳钢或低合金钢发生表面脱碳和皮下鼓时，低碳钢或低合金钢发生表面脱碳和皮下鼓泡或微裂纹的现象称为泡或微裂纹的现象称为泡或微裂纹的现象称为泡或微裂纹的现象称为氢侵蚀氢侵蚀氢侵蚀氢侵蚀。Fe3C+2H23Fe+CH4 随着反应的进行，生成的甲烷在钢材内部积聚，形成随着反应的进行，生成的甲烷在钢材内部积聚，形成随着反应的进行，生成的甲烷在钢材内部积聚，形成随着反应的进行，生成的甲烷在钢材内部积聚，形成局部高压，使钢材内部出现大量细小裂纹和气泡，造局部高压，使钢材内部出现大量细小裂纹和气泡，造局部高压，使钢材内部出现大量细小裂纹和气泡，造局部高压，使钢材内部出现大量细小