第一章化工设备常用材料及其选择(4)

1、2022-6-30化工设备机械基础化工设备机械基础Fundamental Chemical Process Fundamental Chemical Process EquipmentEquipment2022-6-301.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢碳钢在使用上所受限制： 1）强度低； 2）耐腐蚀性差； 3）使用范围窄。1.5.1 合金元素对钢的影响 合金钢：以改善钢材的性能为目的，在碳钢中特意加入一些合金元素所得的钢。2022-6-301.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢1 1、加入的元素、加入的元素1）铬 主加元素，可提高金属的

2、耐腐蚀性、抗氧化性、淬透性、强度、硬度，降低塑性和韧性。2）锰 可提高强度，低温冲击韧性。3）镍 可提高淬透性、耐腐蚀性、低温冲击韧性。4）硅 提高强度、高温疲劳强度、耐热性等，但降低了塑性和韧性。5）铝 显著细化晶粒，提高韧性，降低冷脆性，且价廉。2022-6-301.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢6）钼 提高高温强度、硬度，可防止回火脆性。7）钒 提高高温强度、淬透性、塑性。8）钛 提高强度、韧性、耐热性。9）稀土元素 提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。2022-6-301.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢小结：加入

3、的元素对钢性能的影响 1）降低钢材的临界淬火速度 2）提高铁素体的强度 3）减少马氏体的脆性 4）提高钢材的高温强度及抗氧化性 5）增强钢材的耐腐蚀性2022-6-301.5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢v1.5.2 低合金钢v合金元素：5% v含碳量：0.2%，v组 织：铁素体和珠光体。v力学性能：良好的焊接性能，较高的强度，耐腐蚀性和低温性能。v应 用：广泛用于桥梁、车辆、锅炉、化工容器和输油管等。v16MnR：大型化工设备v15MnVR:制造球形储罐2022-6-301.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢1.5.3 锅炉钢和容器钢 锅炉钢（g

4、 ）、容器钢（R）：类型：优质碳素钢、低合金钢要求如下： 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、加工工艺性。 5）有良好的低倍组织（用肉眼或低倍放大镜观察的高温合用肉眼或低倍放大镜观察的高温合金材料组织。低倍组织已广泛用作鉴别和判断材料质量以金材料组织。低倍组织已广泛用作鉴别和判断材料质量以及生产工艺是否完善的常规检验手段。）及生产工艺是否完善的常规检验手段。）2022-6-30表1-21推荐的材料：普通低碳钢：Q235-B Q235-C 优质低碳钢：20R 低合金钢：16MnR 15MnVRv 15MnVNbRv 18MnMoNbRv

5、13MnNiMoNbR 2022-6-301.1.5 5 低合金钢及化工设备特种钢低合金钢及化工设备特种钢1.5.4 不锈耐酸钢不锈耐酸钢不锈耐酸钢不锈钢：耐大气腐蚀的钢不锈钢：耐大气腐蚀的钢耐酸钢：能抵抗酸和其它强烈介质的钢耐酸钢：能抵抗酸和其它强烈介质的钢不锈钢不锈钢铬不锈钢：以铬为主铬不锈钢：以铬为主铬镍不锈钢：以铬、镍为主铬镍不锈钢：以铬、镍为主节镍（无镍）不锈钢节镍（无镍）不锈钢2022-6-30v1、铬不锈钢v铬的作用：v 能溶于铁的晶格中形成固溶体，耐蚀；v 氧化性介质中，能生成一层致密稳定的氧化膜，起保护作用。v耐蚀性影响因素：v 碳：与Cr形成铬的碳化物Cr23C6 ，使铁的

6、固溶体中的有效铬含量降低，耐蚀性下降；v 铬：含量大于13%，耐蚀性提高。v常用钢号： v lCr13、2Cr13、受冲击载荷较大的零件 0Cr13、0Cr17Ti耐氧化性酸和硫化氢气体的腐蚀，部分代替高铬镍型不锈钢2022-6-30v2、铬镍不锈钢v典型钢号：1Cr18Ni9，常表示为18-8v成分：含碳量0.14%，Cr含量17%19%，Ni含量8%11%v注：v 18-8在含有氯离子的溶液中腐蚀严重；v 容易产生晶间腐蚀。v 在强氧化剂介质中具有很高的耐蚀性，但在还原性介质中不耐蚀。v组织：热处理后常温下为单一奥氏体组织奥氏体不锈钢v用途：贮槽、塔器、反应釜、阀件等2022-6-30v晶

7、间腐蚀v 18-8在加热或自高温缓慢冷却时，碳会以碳化铬的形式沿晶间析出，形成奥氏体晶界附近的贫铬区（Cr含量12%），并在该区产生腐蚀的现象。v措施：v 重新进行淬火处理，使Cr、C再溶于奥氏体中；v 减少钢中碳含量，减少Cr的含量流失；v 在钢中加入与碳亲和力比Cr更强的Ti、Nb等元素，将碳固定住。2022-6-30v表1-17，不锈钢分类2022-6-301.1.6 6 化工设备材料的选择化工设备材料的选择1.6.1 选材一般原则 1、遵循标准： GB150-1998钢制压力容器 压力容器安全技术监察规程 HGJ15-89 钢制化工容器材料选用规定 2、压力容器承压构件使用普通低碳钢的

8、限制范围见下表。2022-6-301.1.6 6 化工设备材料的选择化工设备材料的选择 3、一般情况下，按下列规则选材是经济的。（1）所需钢板厚度小于8mm时，在碳素钢与低合金钢之间，应优先选用碳素钢钢板。在以刚度设计或结构设计为主的场合，亦应尽量选用普通碳素钢钢板。（2）在以强度设计为主的场合，应根据材料对压力、温度、介质等的使用限制，依次选用Q235-B、Q235-C、20R(20g）、16MnR、15MnVR、18MnMoNbR等钢板；（3）所需不锈钢厚度大于12mm时，应尽量采用衬里等结构形式；另外，不锈钢应尽量不用作设计温度500 的耐热用钢。（4）尽量采用、试用无镍、少镍的不锈钢代

9、替铬镍不锈钢。2022-6-30v4、其它指导准则、其它指导准则v 1）碳素钢用于介质腐蚀性不强的常、低压容器或壁厚不）碳素钢用于介质腐蚀性不强的常、低压容器或壁厚不大的中压容器；大的中压容器；v 2）低合金钢，用于介质腐蚀性不强的中、高压容器；）低合金钢，用于介质腐蚀性不强的中、高压容器；v 3）不锈钢用于介质腐蚀性较强、设计温度大于）不锈钢用于介质腐蚀性较强、设计温度大于500或或小于小于-100 -100 的场合；的场合；v5、标准零部件（如法兰、人孔、手孔等）的材料选择符、标准零部件（如法兰、人孔、手孔等）的材料选择符合国家标准或行业标准。合国家标准或行业标准。2022-6-301.1

10、.6 6 化工设备材料的选择化工设备材料的选择5、钢材使用温度 钢材使用温度的下限，除奥氏体不锈钢及另有规定外，均高于-20 。1962022-6-30v1.6.2 选材实例分析选材实例分析v实例实例1 选择液氨贮罐材料（使用地：沈阳）选择液氨贮罐材料（使用地：沈阳）v1、分析贮罐操作条件、分析贮罐操作条件v 介质：贮罐内盛装经氨压缩机压缩并被水冷凝下来的液态氨。液氨介质：贮罐内盛装经氨压缩机压缩并被水冷凝下来的液态氨。液氨对大多数材料无腐蚀。对大多数材料无腐蚀。v 温度与压力：温度与压力：v 夏季贮罐经太阳暴晒，温度可达夏季贮罐经太阳暴晒，温度可达40 甚至更高，这时氨的饱和蒸汽甚至更高，这

11、时氨的饱和蒸汽压为压为1.485MPa（表压），（表压），v 冬季沈阳月平均最低气温为冬季沈阳月平均最低气温为-19.8 ，此时氨的饱和蒸汽压为，此时氨的饱和蒸汽压为0.09 MPa（表压），（表压），v 根据根据压力容器安全技术监察规程压力容器安全技术监察规程关于固定式液化气体容器设计关于固定式液化气体容器设计压力的规定，液氨贮罐的设计压力按压力的规定，液氨贮罐的设计压力按50 时液氨的饱和蒸汽压确定，为时液氨的饱和蒸汽压确定，为1.973MPa（表压），规定设计压力为（表压），规定设计压力为2.16MPa.2022-6-30v2、选择材料品种、选择材料品种v 该容器属于低温、中压范畴，同时

12、温度和压力该容器属于低温、中压范畴，同时温度和压力有波动。有波动。v 对材料的要求：耐压，耐低温，抗压力波动。对材料的要求：耐压，耐低温，抗压力波动。v 优先选择低合金钢，如优先选择低合金钢，如16MnR、15MnVR、15MnTi等材料。等材料。2022-6-30v实例实例2、选择浓硫酸贮罐材料、选择浓硫酸贮罐材料v已知贮罐容积为已知贮罐容积为40m3，间歇操作，通蒸汽清洗。，间歇操作，通蒸汽清洗。v1、分析贮罐操作条件、分析贮罐操作条件v介质为浓硫酸，是强腐蚀性介质，操作温度为常温，压力为常压。介质为浓硫酸，是强腐蚀性介质，操作温度为常温，压力为常压。v容器选材主要考虑腐蚀和制造因素。容器选材主要考虑腐蚀和制造因素。v2、选择材料品种、选择材料品种v耐浓硫酸腐蚀的材料：灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、耐浓硫酸腐蚀的材料：灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、18-8型不锈钢。型不锈钢。v其中，灰铸铁和高硅铸铁，抗拉强度低，又不可能铸造出大型设备，不其中