化工设备材料－-青岛科技大学机电工程学院

第二篇压力容器第八章化工设备材料了解材料各项性能的意义、碳钢与铸铁、常用有色金属和非金属材料的分类。熟悉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。掌握化工设备材料选用的原则，掌握几种常用化工设备材料（普低钢和低合金钢）的牌号、性能、用途；掌握常用金属材料热处理的方法和作用。化学工业是国民经济的基础产业，各种化学生产工艺的要求各不尽相同，如：压力从真空到高压甚至超高压、温度从低温到高温以及腐蚀性、易燃、易爆物料等，使得设备处在极其复杂的操作条件下运行。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明显的变化，加之承受一定的工作压力，因此在选材时必须考虑到材料的强度及高温条件下组织的稳定性。容器内部盛装的介质大多具有一定的腐蚀性，因此需要考虑材料的耐腐蚀情况。对于频繁开、停车的设备或可能受到冲击载荷作用的设备，还要考虑材料的疲劳等；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。材料的性能:力学性能、物理性能、化学性能和加工性能。力学性能:决定许用应力--强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。物理性能：密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。化学性能：耐腐蚀性--金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力；抗氧化性--高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度，选耐热材料。加工工艺性能：可铸性－收缩与偏析；可锻性；焊接性；可切削加工性。第一节金属的晶体结构一、金属原子结构特点与金属键金属原子结构特点：最外层的电子数很少，一般只有一二个；而且这些最外层电子与原子核的结合力较弱，因此很容易脱离原子核的束缚而变成自由电子。金属键：在金属中，暂时摆脱原子核束缚的电子成为共有的自由电子，在所有的金属正离子之间穿梭运动，好像带负电的气体充满其间，把带正电的金属离子牢固地束缚在一起。这种金属原子之间的结合方式称为金属键。二、金属的晶体结构金属的结晶过程金属的结晶过程第二节铁碳合金“铁碳合金”由95％以上铁和0.05％～4％碳及1％左右杂质元素所组成合金。含碳量0.02％～2％称为钢；含碳量大于2％称为铸铁；含碳量小于0.02％时称纯铁(工业纯铁)；含碳量大于4.3％的铸铁极脆（一）铁铁在910oc以上是具有面心立方结构的γ－Fe(图a);铁在910oc以下是具有体心立方结构的α－Fe(图b)。a-Fe加热可变为g-Fe，反之高温下的g-Fe冷却可变为a-Fe。在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称“同素异构转变”。铁的同属异构转变是构成铁碳合金一系列性能的依据。－Fe变成－Fe铁的同素异构转变（二）碳碳在铁碳合金金中的存在形形式有三种：：碳溶解到铁的的晶格中形成成固溶体碳与铁形成化化合物混合物：碳以以石墨状态单单独存在。1、固溶体：：两种或两种种以上的元素素在固态下互互相溶解，而而仍然保持溶溶剂晶格原来来形式的物体体。如碳原子子挤到铁的晶晶格中间去又又不破坏铁所所具有的晶格格结构。（1））铁铁素素体体碳溶溶解解在在a-Fe中中形形成成固固溶溶体体称称铁铁素素体体。。低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。室温时，钢的组织中只有铁素体，没有奥氏体。（2））奥奥氏氏体体碳溶溶解解在在g-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比a-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a-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。2、、化化合合物物－－渗渗碳碳体体当铁铁碳碳合合金金中中的的碳碳不不能能全全部部溶溶入入铁铁素素体体或或奥奥氏氏体体中中时时，，剩剩余余的的碳碳将将与与铁铁形形成成化化合合物物－－碳碳化化铁铁（（Fe3C），这种种化合物称称为渗碳体体。渗碳体的熔熔点约1600℃，，硬度高，，塑性几乎乎等于零。。铁碳合金含含碳量小于于2％时，，其组织是是在铁素体体中散布着着渗碳体，，是碳素钢钢。含碳量大于于2％时，，部分碳以以石墨形式式存在，称称铸铁。抗抗拉强度和和塑性都比比碳钢低。。但铸铁具具有一定消消震能力。。3、混合物物－碳以石石墨状态单单独存在当铁碳合金金中的碳含含量较高，，合金从液液态以缓慢慢的速度冷冷却下来时时，合金中中没有溶入入固溶体的的碳将由极极大部份以以石墨状态态存在。（4））珠珠光光体体铁素素体体与与渗渗碳碳体体的的机机械械混混合合物物。。力学学性性能能介介于于铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体之之间间，，即即其其强强度度、、硬硬度度比比铁铁素素体体显显著著提提高高；；塑塑性性、、韧韧性性比比铁铁素素体体差差，，但但比比渗渗碳碳体体要要好好得得多多。。（5））莱莱氏氏体体珠光光体体和和初初次次渗渗碳碳体体的的共共晶晶混混合合物物。。具有较高高的硬度度，是一一种较粗粗而硬的的金相组组织，存存在于白白口铸铁铁、高碳碳钢中。。（6）马马氏体钢和铁从从高温急急冷下来来的组织织，是碳碳原子在在a-Fe中中过饱和和的固溶溶体。具有很高高的硬度度，但很很脆，延延伸性低低，几乎乎不能承承受冲击击载荷。。二、铁碳碳合金状状态图铁碳合金金状态图图中主要要点、线线含义：：图中AC、CD两曲线线称为““液相线线”，合合金在这这两曲线线以上均均为液态态，从这这两曲线线以下开开始结晶晶。AE、CF线称称为“固固相线””，合金金在该线线以下全全部结晶晶为固态态。ECF水水平线段段，温度度为1147℃℃，在这这个温度度时剩余余液态合合金将同同时析出出奥氏体体和渗碳碳体的机机械混合合物-莱莱氏体。。ECF线又又称“共共晶线””，其中中C点称称为“共共晶点””。ES（Acm））与GS（A3）分别别为奥氏氏体的溶溶解度曲曲线，在在ES线线以下奥奥氏体开开始析出出二次渗渗碳体，，在GS线以下下析出铁铁素体。。PSK(A1)线为“共析线”，在723℃℃的恒温下下，奥氏氏体将全全部转变变为铁素素体和渗渗碳体的的共析组组织-珠光体。。钢在加热热时形成成单一的的奥氏体体组织。。所有生铁铁组织中中都有莱莱氏体，，多数碳碳以石墨墨状存在在，用作作铸件的的生铁称称为铸铁铁。三、钢的的热处理理钢、铁固固态下加加热、保保温和不不同的冷冷却方式式，改变变金相组组织以满满足所要要求的物物理、化化学与力力学性能能，称为为热处理理。1、退火火和正火火退火：把钢（（工件））放在炉炉中缓慢慢加热到到临界点点以上的的某一温温度，保保温一段段时间，，随炉缓缓慢冷却却下来的的一种热热处理工工艺。目的：消消除组织织缺陷、、降低硬硬度、提提高塑性性、便于于冷加工工、消除除内应力力、防止止工件变变形。正火是把钢（（工件））放在炉炉中缓慢慢加热到到临界点点以上的的某一温温度，保保温一段段时间，，置于空空气中冷冷却。目目的：细细化晶粒粒，提高高韧性，，有比退退火为高高的强度度与硬度度。正火与退退火不同之处处，在于正正火是将将加热后后的工件件从炉中中取出置置于空气气中冷却却。铸、、锻件切切削加工工前一般般进行退退火或正正火。2、淬火火和回火火淬火是把钢（（工件））放在炉炉中缓慢慢加热至至淬火温温度(临临界点以以上30℃～50℃)，并保保温一段段时间，，后投入入淬火剂剂中冷却却。淬火后得得到的组组织是马马氏体。。增加硬硬度、强强度和耐耐磨性。。淬火剂有有空气、、油、水水、盐水水，冷却却能力递递增。碳钢在水水和盐水水中淬火火，合金金钢在油油中淬火火。回火是淬火后后进行的的一种较较低温度度的加热热与冷却却热处理理工艺。。回火可以以降低或或消除零零件淬火火后的内内应力，，提高韧韧性。在150℃～250℃℃范围内内的回火火称“低低温回火火”。目目的不降降低硬度度消除内内应力。。刃具、、量具，，要进行行低温回回火处理理。中温回火火温度是是300℃～450℃℃。目的的消除内内应力降降低硬度度提高弹弹性。弹弹簧、刀刀杆、轴轴套等进进行中温温回火。。高温回火火温度为为500℃～680℃℃。调质处理理：淬火火后的高高温回火火。目的的获得较较高的综综合机械械性能。。用于各各种轴类类零件、、连杆、、齿轮、、受力螺螺栓等。。时效热处处理：材料经经固溶处处理或冷冷塑变形形后，在在室温或或高于室室温条件件下，其其组织和和性能随随时间而而变化的的过程。。时效可进进一步消消除内应应力，稳稳定零件件尺寸，，它与回回火作用用相类似似。3、表面面淬火使零件表表面层比比心部具具有更高高的强度度、硬度度、耐磨磨性和疲疲劳强度度，而心心部则具具有一定定的韧性性。4、化学学热处理理有渗碳、、渗氮(氮化)、渗铬铬、渗硅硅、渗铝铝、氰化化(碳与与氮共渗渗)等。。渗碳、氰氰化可提提高零件件的硬度度和耐磨磨性；渗铝可提提高耐热热、抗氧氧化性；；氮化与渗渗铬的零零件，表表面比较较硬，可可显著提提高耐磨磨和耐腐腐蚀性；；渗硅可提提高耐酸酸性等。。四、碳钢钢1、碳钢中的的元素除铁外还含有碳、锰、硅、、硫、磷、氧氧、氮、氢等，碳的含量与存存在形式对碳碳钢的性能具具有重要影响响，其他杂质元元素对钢材性性能也有重要要影响。（1）硫有害元素。FeS和Fe形成低熔熔点(985℃)化合物物。钢材热加加工1150～1200℃，过早熔熔化而导致工工件开裂，称称“热脆”。。高级优质钢：：S＜0.02%～0.03%；优质钢：S＜＜0.03%～0.045%；普通钢：S＜＜0.055%～0.7%以下。（2）磷有害元素。虽虽能使强度、、硬度增高，，但塑性、冲冲击韧性显著著降低。特别是在低温温时，使钢材材显著变脆，，称“冷脆””。使冷加加工及焊接性性变坏，高级优质钢：：P＜0.025%；；优质钢：P＜0.04%；普通钢：P＜0.085%。（3）锰脱氧剂。有益益元素。MnS(1600℃)，，部分消除除硫的有害作作用。锰具有很好的的脱氧能力，，与FeO成成为MnO进进入炉渣，从从而改善钢的的品质，特别别是降低脆性性，提高强度度和硬度。在0.5%～～0.8%以以下下时时，，看看成成是是常常存存杂杂质质。。优质质碳碳素素结结构构钢钢中中，，正正常常含含锰锰量量是是0.5%～～0.8%；；高高锰锰结结构构钢钢可可达达0.7%～～1.2%。。（4））硅脱氧剂剂。有有益的的元素素。硅与FeO能结结成密密度较较小的的硅酸酸盐炉炉渣而而被除除去。。硅在钢钢中溶溶于铁铁素体体内使使强度度、硬硬度增增加，，塑性性、韧韧性降降低。。镇静钢钢中的的含硅硅量常常在0.1%～～0.37%，，沸腾腾钢中中只含含有0.03%～0.07%。由于钢钢中硅硅含量量一般般不超超过0.5%，，对钢钢性能能影响响不大大。（5））氧有害元元素。。在炼炼钢末末期要要加入入锰、、硅、、铁和和铝进进行脱脱氧，，但不不可能能除尽尽。FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使强强度、、塑性性降低低。尤尤其是是对疲疲劳强强度、、冲击击韧性性等有有严重重影响响。（6））氮长时间间放置置或在在200～～300℃℃加热热氮以以氮化化物形形式的的析出出，硬硬度、、强度度提高高，塑塑性下下降，，发生生时效效。钢液中中加入入Al、Ti或或V进进行固固氮处处理，，使氮氮固定定在AlN、TiN或VN中中，可可消除除时效效倾向向。（7）氢氢氢脆、白白点等缺缺陷。变脆：氢氢化物变变形小白点：组组织缺陷陷处扩散散氢，时时间长2、分类类与编号号按用途：：建筑及及工程用用钢、结结构钢、、弹簧钢钢、轴承承钢、工工具钢和和特殊性性能钢（（不锈钢钢、耐热热钢）按含碳量量：低碳碳钢、中中碳钢和和高碳钢钢按脱氧方方式：镇镇静钢和和沸腾钢钢按品质：：普通钢钢、优质质钢和高高级优质质钢（1）普普通碳素素钢Q235-A，，屈服强强度数值值（MPa）质量等级级A，B，C，，D。脱氧方法法为F，，b，Z，TZ。化工压力力容器用用钢一般般选用镇镇静钢。。普通碳素素钢有Q195、Q215、Q235、Q255及Q275五个个钢种。。（2）优优质碳素素钢S＜0.03%～0.045%；；P＜0.04%08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、……80等等。平均均含碳量量的万分分之几。。45号号钢中含含碳量平平均为0.45%(0.42%～0.50%)。。45Mn，锰含含量较高高的优质质非合金金钢。优质低碳碳钢（含含C＜0.25%），，如08、10、15、20、25；塑塑性好，，焊接性性能好，，壳体、、接管。。优质中碳碳钢（含含C量0.3%～0.60%）,如如30、、35、、40、、45、、50与与55；；45号钢搅搅拌轴优质高碳碳钢（含含C＞0.6%），如如60、、65、、70、、80。。60、、65钢钢主要用用来制造造弹簧，，70、、80钢钢用来制制造钢丝丝绳等。。（3）高高级优质质钢S＜0.02%～0.03%；P＜0.025%，均＜0.03%。它的表示示方法是是在优质质钢号后后面加一一个A字字，如20A。。3、碳钢钢的品种种及规格格品种：钢钢板、钢钢管、型型钢、铸铸钢和锻锻钢（1）钢钢板（压压力容器器用热扎扎厚钢板板）4mm～～6mm厚度间间隔为0.5mm6mm～～30mm厚度度间隔为为lmm30mm～60mm厚厚度间隔隔为2mm一般碳素素钢板材材有Q235-A、、Q235-A·F、08、10、15、20等。（2）钢钢管无缝钢管管和有缝缝钢管。。无缝钢管管有冷轧轧和热轧轧。普通无缝缝钢管常常用材料料有10、15、20等。专门用途途的无缝缝钢管，，如热交交换器用用钢管、、石油裂裂化用无无缝管、、锅炉用用无缝管管等。有有缝管如如水煤气气管，分分镀锌(白铁管管)和不不镀锌(黑铁管管)两种种。（3）型钢有圆钢、方钢钢、扁钢、角角钢（等边与与不等边）、、工字钢和槽槽钢。圆钢与方钢主主要用来制造造各类轴件；；扁钢常用作各各种桨叶；角钢、工字钢钢及槽钢可做做各种设备的的支架、塔盘盘支承及各种种加强结构。。（4）铸钢和和锻钢铸钢用ZG表示，ZG25、ZG35等等，用于制造造各种承受重重载荷的复杂杂零件，如泵泵壳、阀门、、泵叶轮等。。锻钢有08、、10、15、…、50等牌号。石石油化工容器器用20、25等制作管管板、法兰、、顶盖等。五、铸铁含碳量2%以以上，含有S、P、、Si、Mn等杂质质。脆性材料，抗抗拉强度较低低，但有良好好铸造性、耐耐磨性、减振振性及切削加加工性。在一些介质(浓硫酸、醋醋酸、盐溶液液、有机溶剂剂等)中有相相当好的耐腐腐蚀性能。铸铁可分为灰灰铸铁、可锻锻铸铁、球墨墨铸铁、蠕墨墨铸铁和特殊殊性能铸铁等等。1、灰铸铁2.7%～4.0%，片片状石墨形式式，断面暗灰灰色。有优良的铸造造性、减振性性能，支架、、阀体、泵体体(机座、管管路附件等)。在化工生产中中可做烧碱生生产中的熬碱碱锅、联碱生生产中的碳化化塔及淡盐水水泵等。HT和和抗抗拉拉强强度度sb值表表示示，，如如HT100，，其其中中100表表示示sb＝100MPa。。常用用灰灰铸铸铁铁牌牌号号有有HT100、、HT150、、HT200、、HT250、、HT300、、HT350。。2、、球球墨墨铸铸铁铁简称称球球铁铁。。在强强度度、、塑塑性性和和韧韧性性方方面面大大大大超超过过灰灰铸铸铁铁，，甚甚至至接接近近钢钢材材。。用QT、、抗抗拉拉强强度度值值、、延延伸伸率率表表示示，，如如QT400-18，，其其中中400表表示示sb＝400MPa，，18表表示示d=18%。。3、、高高硅硅铸铸铁铁有高高的的耐耐蚀蚀性性能能，，含含硅硅量量增增加加耐耐蚀蚀性性增增加加。。强度度低低、、脆脆性性大大及及内内应应力力大大，，易易于于脆脆裂裂热导导率率小小，，线线膨膨胀胀系系数数大大，，不不适适于于制制造造温温差差较较大大的的设设备备，，否否则则容容易易产产生生裂裂纹纹。。常用用于于各各种种耐耐酸酸泵泵、、冷冷却却排排管管和和热热交交换换器器牌号号有有：：STSi11Cu2CrR、、STSi15R、、STSi15Mo3R等等。。合金金钢钢在碳碳钢钢中中添添加加适适量量的的一一种种或或多多种种合合金金元元素素，，得得到到或或改改善善某某些些性性能能。。一、分类类与编号号按合金元元素总含含量分：：合金含量量<5%，低合合金钢合金含量量5%-10%，中合合金钢合金含量量>10%，高高合金钢钢按用途分分：合金结构构钢调质结构构钢、表表面硬化化钢低碳马氏氏体钢、、非调质质结构钢钢合金工具具钢特殊性能能钢不锈钢和和耐热钢钢等合金钢的的钢号表表示方法法：一种是汉汉字牌号号，如35铬钼钼；另一种是是用国际际化学符符号，如如35CrMo。表示含碳碳量平均均为万分分之三十十五(或或0.35%)，含Cr、、Mo在在1%左左右。当平均质质量分数数≥1.5%、、≥2.5%，，≥3.5%时时，在元元素符号号后面应应标明含含量，可可相应表表示为2、3、、4。如如36Mn2Si。二、合金金元素对对钢的影影响目前常用用的合金金元素有有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，，钨(W)，钼钼(Mo)，钒钒(V)，钛(Ti)和稀土土元素(Re)等。1、铬提高耐腐腐蚀性能能和抗氧氧化性能能。含量达到到13％％时，能能使钢的的耐腐蚀蚀能力显显著提高高，并增增加钢的的热强性性。提高钢的的淬透性性，显著著提高钢钢的强度度、硬度度和耐磨磨性，但但使塑性性和韧性性降低。。2、锰锰提高强强度和和提高高低温温冲击击韧性性。3、镍镍提高淬淬透性性，有有很高高的强强度，，而又又保持持良好好的塑塑性和和韧性性。提高耐耐腐蚀蚀性和和低温温冲击击韧性性。镍基合合金具具有更更高的的热强强性能能。镍被广广泛应应用于于不锈锈耐酸酸钢和和耐热热钢中中。4、硅硅提高强强度、、高温温疲劳劳强度度、耐耐热性性及耐耐H2S等介介质的的腐蚀蚀性。。硅含量量增高高会降降低钢钢的塑塑性和和冲击击韧性性。5、铝铝强脱氧氧剂，，显著著细化化晶粒粒，提提高冲冲击韧韧性，，降低低冷脆脆性。。提高抗抗氧化化性和和耐热热性，，对抵抵抗H2S介质质腐蚀蚀有良良好作作用。。价格便便宜，，在耐耐热钢钢中常常以它它来代代替铬铬。6、钼钼提高高高温强强度、、硬度度、细细化晶晶粒、、防止止回火火脆性性。钼钼能抗抗氢腐腐蚀。。7、钒钒于固溶溶体中中提高高高温温强度度，细细化晶晶粒，，提高高淬透透性。。铬钢中中加少少量钒钒，在在保持持钢的的强度度情况况下，，能改改善钢钢的塑塑性。。8、钛钛强脱氧氧剂，，可提提高强强度、、细化化晶粒粒，提提高韧韧性，，减小小铸锭锭缩孔孔和焊焊缝裂裂纹等等倾向向。在不锈锈钢中中稳定定碳，，防止止晶间间腐蚀蚀提高耐热性性。9、稀土元元素提高强强度，，改善善塑性性、低低温脆脆性、、耐腐腐蚀性性及焊焊接性性能。。三、专专业用用钢锅炉用用钢，，压力力容器器用钢钢、焊焊接气气瓶用用钢等等。在钢号号后面面分别别加注注g、R或或HP等，，如20g、16MnR和15MnVHP等。。质地均均匀、、杂质质含量量低，，能满满足某某些力力学性性能的的特殊殊检验验项目目要求求。四、特特殊性性能钢钢不锈钢钢、耐耐热钢钢和高高温合合金及及低温温用钢钢1、不不锈钢钢不锈钢钢和耐耐酸钢钢的统统称，，也称称不锈锈耐酸酸钢。。一般称称耐空空气、、蒸汽汽和水水等弱弱腐蚀蚀介质质的钢钢为不不锈钢钢。称耐酸酸、碱碱、盐盐等强强烈腐腐蚀性性介质质的钢钢为耐耐酸钢钢。通常按按钢的的金相相组织织分为为铁素素体不不锈钢钢、奥奥氏体体不锈锈钢、、奥氏氏体-铁素素体双双相不不锈钢钢和马马氏体体不锈锈钢等等（1））铁铁素素体体不不锈锈钢钢含碳碳≤≤0.15％％，，铬铬量量在在12～～30％％。。有有些些钢钢种种还还含含有有钼钼、、钛钛等等元元素素。。不锈锈纲纲中中的的含含碳碳量量都都较较低低，，Cr23C6而消消耗耗了了铬铬。。都都在在13％％以以上上。。对晶晶间间腐腐蚀蚀比比较较敏敏感感；；铬铬含含量量高高时时，，脆脆性性转转变变温温度度高高，，可可焊焊性性较较差差。。lCr13、、2Cr13、、受受冲冲击击载载荷荷较较大大的的零零件件。。0Cr13、、0Cr17Ti耐耐氧氧化化性性酸酸和和硫硫化化氢氢气气体体的的腐腐蚀蚀，，部部分分代代替替高高铬铬镍镍型型不不锈锈钢钢（2））奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢优异异的的综综合合性性能能，，包包括括优优良良的的力力学学性性能能，，冷冷、、热热加加工工和和成成型型性性，，可可焊焊性性和和在在许许多多介介质质中中的的良良好好耐耐蚀蚀性性。。含氯氯离离子子，，发发生生晶晶间间腐腐蚀蚀的的倾倾向向。。锰和和氮氮代代替替不不锈锈钢钢中中的的镍镍，，发发展展出出了了铬铬锰锰镍镍氮氮系系和和铬铬锰锰氮氮系系不不锈锈钢钢。。例例如如Cr18Mn8Ni5、、Cr18Mn10Ni5Mo3N。。在400℃℃～～800℃℃的的温温度度范范围围内内，，碳碳从从奥奥氏氏体体中中以以碳碳化化铬铬（（Cr23C6）形形式式沿沿晶晶界界析析出出，，使使晶晶界界附附近近的的合合金金元元素素（（铬铬与与镍镍））含含铬铬量量降降低低到到耐耐腐腐蚀蚀所所需需的的最最低低含含量量（（12%））以以下下，，腐腐蚀蚀就就在在此此贫贫铬铬区区产产生生。。这这种种沿沿晶晶界界的的腐腐蚀蚀称称为为晶晶间间腐腐蚀蚀。。防止晶间腐腐蚀的方法法：1）降低含含碳量<0.06%时不易易产生，<0.03%时可靠靠地克服，，超低碳不不锈钢，如如00Cr19Nil02）稳定碳碳原子，加加入Ti，，Nb，V，Mo稳稳定剂，广广泛用，0Cr18Nil0Ti、0Cr18NillNb3）形成双双相组织，，加入铁素素体促成元元素Ti，，Al，Si，Mo，铁素体体含铬高、、补充快，，5%以内内，阻断腐腐蚀通路。。防止晶间腐腐蚀的方法法：4）控制热热规范，快快速加热和和冷却，或或非常缓慢慢。5）补充热热处理稳定化退火火（免疫处处理）：850度保保温2小时时，充分扩扩散高温淬火水水冷（固熔熔）：1100度度左右加热热后淬火，，单相奥氏氏体加入Mo提提高对氯离离子Cl-的耐蚀能力力，lCr18Nil2Mo3Ti。。0Cr18Nil8Mo2Cu2Ti。同时加加入Mo、Cu，则在室室温、浓度度为50%以下的硫硫酸中也具具有较高的的耐蚀性，，也可提高高在低浓度度盐酸中的的抗腐蚀性性2、耐热钢钢和高温合合金例如石油化化工的乙烯烯裂解、氨氨的合成等等，温度往往往达到1000℃℃以上。300℃～～350℃℃即需选用用耐热钢，，一般耐热热钢工作温温度都在700℃以以下，700℃～～1000℃用高温温合金。耐热钢Cr、Al、Si铁素体体形成元素素，被高温温气体氧化化后生成一一种致密的的氧化膜。。Ni、Mn奥氏体形形成元素，，提高高温强强度和改善善抗渗碳性性。V、Nb、、Ti形成成强碳化物物提高高温温强度。C和N扩大大和稳定奥奥氏体提高高高温强度度B和Re均均为耐热钢钢中添加的的微量元素素，可以显显著提高钢钢材的抗氧氧化性，并并改善其热热塑性。耐热钢按特性和用用途可分为为抗氧化钢钢（又称高高温不起皮皮钢）和热热强钢。抗氧化钢是是指高温下下具有较好好的抗氧化化性，并有有适当强度度的钢种。。热强钢高温温下有较好好的抗氧化化性和耐腐腐蚀能力，，且有较高高的强度。。常用来高高温工作下下的汽缸、、螺栓及锅锅炉的过热热器等。高温合合金铁基合合金、、镍基基合金金、钴钴基合合金。。铁基耐耐热合合金工工作温温度在在700℃℃以下下，含含有相相当高高的铬铬、镍镍成分分和其其他强强化元元素。。镍基耐耐热合合金是是目前前在700℃～～900℃℃范围围内使使用得得最广广泛的的一种种高温温合金金。这这类合合金的的镍含含量通通常在在50%以以上。。钴基耐耐热合合金的的高温温强度度主要要靠固固溶强强化获获得。。钴价价格昂昂贵，，应用用受到到很大大的限限制，，一般般在1000℃℃以上上才用用。3、、低低温温用用钢钢深冷冷分分离离、、空空气气分分离离等等。。（（温温度度≤≤-20℃℃））目前前国国外外低低温温设设备备用用的的钢钢材材主主要要是是以以高高铬铬镍镍钢钢为为主主，，也也有有使使用用镍镍钢钢、、铜铜和和铝铝等等。。我国国无无铬铬镍镍的的低低温温钢钢材材系系列列。。16MnDR、、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR压力容器器材料多多种多样样钢——用用的最多多有色金属属非金属复合材料料压力容器器材料选选择其他1、压压力容容器用钢钢的基本本要求压力容器器用钢的的基本要要求较高的强强度良好的塑塑性、韧韧性、制制造性能能和与介介质相容容性改善钢材材性能的的途径化学成分分的设计计组织结构构的改变变零件表面面改性一、、化化学学成成分分钢材材化化学学成成分分对对其其性能能和热处处理理有较较大大的的影影响响。。1、、碳碳压力容器用钢钢的含碳量一一般不应大于于0.25%碳含量强度增加可焊性变差焊接时易在热热影响区出现现裂纹在钢中加入钒钒、钛、铌等等元素，可提提高钢的强度度和韧性。2、钒、钛、、铌等3、S、P是是钢中最主要要的有害元素素硫——能促进进非金属夹杂杂物的形成，，使塑性和韧韧性降低。磷——能能提高钢钢的强度度，但会会增加钢钢的脆性性，特别别是低温温脆性。。将硫和磷磷等有害害元素含含量控制制在很低低水平，，即大大大提高钢钢材的纯纯净度可提高钢钢材的韧韧性、抗抗应变时时效性能能、抗回回火脆化化性能、、抗中子子辐照脆脆化能力力和耐腐腐蚀性能能。因此，与与一般结结构钢相相比，压压力容器器用钢对对硫、磷磷、氢等等有害杂杂质元素素含量的的控制更更加严格格。例如，中中国压力力容器用用钢的硫硫和磷含含量分别别应低于于0.020%和和0.030%。随着冶炼炼水平的的提高，，目前已已可将硫硫的含量量控制在在0.002%以内。化学成分分对热处处理也有有决定性性的影响响，如果果对成分分控制不不严，就就达不到到预期的的热处理理效果。。过程设备备设计二、力学学性能材料的力力学行为为—由于载荷荷（如载载荷种类类、作用用方式等等）和应应力状态态的不同同，以及及钢材在在受力状状态下它所处的的工作环环境的不不同，钢钢材受力力后所表表现出的的不同行行为，称称为材料料的力学学行为。钢材的力力学行为为，不仅与钢钢材的化学成分分、组织织结构有关，而且与与材料所所处的应力状态态和环境有密切的的关系。。力学性能能决定力力学行为为钢材的力学性能能主要是表表征强度度、韧性性和塑性性变形能能力的判判据，是是机械设设计时选选材和强强度计算算的主要要依据。。a、压力力容器设设计中，，常用的的强度判判据包括抗拉拉强度ббb屈服点ббs持久极限限蠕变极限限疲劳极限限б-1b、压力容器器设计中，常常用的塑性判判据延伸率率δ5断面收收缩率率c、压压力容容器设设计中中，常常用的的韧性性判据据冲击吸吸收功功Akv韧脆转转变温温度断裂韧韧性韧性临界裂裂纹尺尺寸的的大小小主要要取决于于钢的的韧性性。如果钢钢的韧韧性高高，压压力容容器所所允许许的临临界裂裂纹尺尺寸就就越大大，安安全性性也越越高。。为防止止发生生脆性性断裂裂和裂裂纹快快速扩扩展，，压力力容器器常选选用韧韧性好好的钢钢材。。如16MnR钢钢板，，要求求在00C时的的横向向（指指冲击击试件件的取取样方方向））Akv不小于于31J。。当使使用温温度低低于或或等于于-200C时，，需要要考虑虑低温温冲击击韧性性，并并根据据应力力水平平、设设计温温度和和厚度度，确确定夏夏比V型缺缺口冲冲击试试验温温度和和Akv的指标标。夏比V型缺缺口冲冲击吸吸收功功Akv对温度度很敏敏感，能较好好地反反映材材料的的韧性性，与与断裂裂韧性性有较较好的的数值值联系系，世世界各各国压压力容容器规规范标标准都都对Akv提出了了要求求。Akv三、制制造工工艺性性能制造过过程中中进行行冷卷卷、冷冷冲压压加工工的零零部件件要求求钢材材有良良好的的冷加加工成成型性性能和和塑性性，其其延伸伸率δδ5应在15～～20%以以上。。为检检验钢钢板承承受弯弯曲变变形能能力，，一般般应根根据钢钢板的的厚度度，选选用合合适的的弯心心直径径，在在常温温下做做弯曲曲角度度为1800的弯曲曲实验验。试试样外外表面面无裂裂纹的的钢材材方可可用于于压力力容器器制造造。

冷加加工的的要求求

焊接接的要要求可焊性性：指指在一一定焊焊接工工艺条条件下下，获获得优优质焊焊接接接头的的难易易程度度。钢钢材的的可焊焊性主主要取取决于于它的的化学学成份份。碳———其中中影响响最大大的是是含碳碳量。。含碳碳量愈愈低，，愈不不易产产生裂裂纹，可可焊性性愈好好。一般认认为，，Ceq小于0.4%时时，可可焊性性优良良；Ceq大于0.6%时时，可可焊性性差。。中国国目前前对压压力容容器用用钢尚尚未规规定碳碳当量量要求求，但但上述述计算算碳当当量的的公式式对分分析焊焊接裂裂缝的的敏感感性具具有一一定的的参考考价值值。合金元元素———影影响通通常是是用碳碳当量量Ceq来表示示。式中的的元素素符号号表示示该元元素在在钢中中的百百分含含量2、、压力力容器器钢材材的选选择压力容器零件材料选择综合考虑压力容器的使用条件零件的功能和制造工艺材料性能材料使用经验（历史）材料价格规范标准3、压力容容器常常用钢钢材一、钢钢材形形状钢材的的形状状包括括板、管管、棒棒、锻锻件、、铸件件等。压压力容容器用用钢主主要是是板、管管材和锻件（1））钢板板壳体、、封头头、板板状构构件等等下料、、卷板板、焊焊接、、热处处理较高的的强度度、良良好的的塑性性、韧韧性、、冷弯性性能和和焊接接性能能主要用用途加工要要求性能要要求（2））钢管管接管、、换热热管等等无缝钢钢管、、卷制制下料、、焊接接、热热处理理较高的的强度度、塑塑性和和良好好的焊接性性能主要用用途主要来来源加工要要求性能要要求（3）锻件高压容器的平盖、端部法兰与接管法兰等Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别。级别越高，要求检验项目越多，越严格，价格越高。主要用途分级二、钢钢材类类型碳素钢钢低合金金钢高合金金钢（按化化学成成分分分类））1、碳碳素钢钢含碳量量小于于2.06％的铁铁碳合合金。。以及及少量量的硫硫、磷磷、硅、氧氧、氮氮等元元素。。压力容容器用用钢碳素结结构钢钢压力容容器专专用钢钢板Q235系系列钢钢板；；10、、20钢钢钢管；；20、、35钢锻锻件。。20R20R的特特点和和应用用场合合强度低低，塑塑性和和可焊焊性较较好价价格低低廉；；常用于于常压压或中中、低低压容容器；；也做垫垫板、、支座座等零零部件件材料料。R----压力力容器器专用用钢板板892、低低合金金钢◆是一种种低碳碳低合合金钢钢，合合金元元素含含量较较少（（总量量一般般不超超过3%），，具有有优良良的综综合力力学性性能，，其强强度、、韧性性、耐耐腐蚀性性、低低温和和高温温性能能等均均优于于相同同含碳碳量的的碳素素钢。。特点及及优点点◆采用低低合金金钢，，不仅仅可以以减薄薄容器器的壁壁厚，，减轻轻重量量，节约钢材材，而且且能解决决大型压压力容器器在制造造、检验验、运输、安装中因因壁厚太厚所所带来的各种种困难，以16MnR代代替碳素钢制制造设备可以以节省钢材1／3，以15MnVR代替碳素钢钢制造设备可可以节省钢材材45％。16MnR、、15CrMoR、16MnDR、、15MnNiDR、09MnNiDR;压力容器常常用低合金金钢：16Mn、、09MnD;16Mn、、20MnMo、16MnD、09MnNiD、12Cr1MoV。钢板钢管锻件D----低温用钢钢应用介绍1、16MnR◆屈服点为为340MPa级的压力容容器专用钢钢板◆我国压力容容器行业使使用量最大大的钢板◆具有良好的的综合力学学性能、制制造工艺性性能◆主要用于制制造中低压压压力容器器和多层高高压容器应用介绍2、16MnDR、、15MnNiDR、09MnNiDR◆低温压力力容器用钢钢，工作在在-20℃及更低温度度的压力容容器专用钢钢板16MnDR可用于-40℃的的钢种液氨储罐等等设备（降低碳含含量，并加加镍和微量量钒）15MnNiDR提高了低温温韧性-40℃℃级低温球球形容器09MnNiDR-70℃℃级低温压压力容器用用钢用于制造液液丙烯（-47.7℃）、、液硫化氢氢（-61℃））等设备应用介绍3、15CrMoR◆低合金珠光光体热强钢钢◆中温抗氢钢钢板◆用于制造壁壁温不超过过560℃℃的压力力容器应用介绍4、20MnMo、、09MnNiD20MnMo常制造使用用温度为-40～470℃℃的重要大大中型锻件件良好的热加加工和焊接接工艺性能能09MnNiD良好的低温温韧性常制造使用用温度为-40～45℃的的低温容器器3、高合金金钢压力容器中中采用的低低碳或超低低碳高合金金钢大多是是耐腐蚀、耐高温钢铬钢铬镍钢铬镍钼钢（1）铬钢钢但不耐硫酸酸、盐酸、、热磷酸等等介质的腐腐蚀0Cr13是常用的铁铁素体不锈钢钢有较高的强强度、塑性性、韧性和和良好的切切削加工性性能在室温的稀稀硝酸以及及弱有机酸酸中有一定定的耐腐蚀蚀性（2）铬镍镍钢0Cr18Ni9、、0Cr18Ni10Ti、、00Cr19Ni10三种种钢均属于于奥氏体不锈锈钢。但长期在水水及蒸汽中中工作时，，0Cr18Ni9有晶间腐蚀倾向，并且且在氯化物物溶液中易易发生应力腐蚀开裂。具有较高的的抗晶间腐腐蚀能力，，可在-196℃～～600℃℃温度范围围内长期使使用。为超低碳不不锈钢，具具有更好的的耐蚀性。。0Cr18Ni9在固溶态，，具有良好好的塑性、、韧性、冷冷加工性，，在氧化性性酸和大气气、水、蒸蒸汽等介质质中耐腐蚀蚀性亦佳0Cr18Ni10Ti00Cr19Ni10（3））铬铬镍镍钼钼钢钢耐应应力力腐腐蚀蚀、、小小孔孔腐腐蚀蚀的的性性能能良良好好，，适适用用于于制制造造介介质质中中含含氯氯离离子子的的设设备备。。00Cr18Ni5Mo3Si2奥氏氏体体-铁铁素素体体双双相相不不锈锈钢钢复合合板板基层层：与与介介质质不不接接触触，，主主要要起起承承载载作作用用，，通常常为为碳碳素素钢钢和和低低合合金金钢钢。。复层层：与与介介质质直直接接接接触触，，要要求求与与介介质质有有良良好好的的相相容容性性，，通常常为为不不锈锈钢钢、、钛钛等等耐耐腐腐蚀蚀材材料料，，其其厚厚度度一一般般为基基层层厚厚度度的的1/10~1/3。。复合合板板应应用用特特点点①用用复复合合板板制制造造耐耐腐腐蚀蚀压压力力容容器器，，可可大大量量节节省省昂昂贵贵的的耐耐腐腐蚀蚀材材料料，，从从而而降降低低压压力力容容器器的的制制造造成成本本。。②复复合合板板的的焊焊接接比比一一般般钢钢板板复复杂杂，，焊焊接接接接头头往往往往是是耐耐腐腐蚀蚀的的薄薄弱弱环环节节，，因因此此壁壁厚厚较较薄薄、、直直径径小小的的压压力力容容器器最最好好不不用用复复合合板板。。3.2、有色金属和非非金属一、有色金属属使用状态在退火状态下下的强度比较较稳定，一般般都在退火状状态下使用选用时应注意意选择同类有有色金属中的的合适牌号压力容器常用用有色金属：：铜及其合金铝及其合金镍和镍合金钛和钛合金在没有氧存在在的情况下，，铜在许多非氧化性酸中都是比较耐耐腐蚀的。但但铜最有价值值的性能是在在低温下保持持较高的塑性性及冲击韧性性，是制造深冷设备的良好材料。。1、铜及其合合金特性：3.3、有色金属和非非金属半贵重金属1、纯铜（紫紫铜）低温时时可保保持较较高的的塑性性和冲冲击韧韧性，，用于于制作作深冷冷设备备和高高压设设备垫垫片。。耐稀硫硫酸、、亚硫硫酸、、稀的的和中中等浓浓度的的盐酸酸、醋醋酸、、氢氟氟酸及及其它它非氧氧化性性酸等等介质质的腐腐蚀，，对淡淡水、、大气气、碱碱类溶溶液的的耐蚀蚀能力力很好好。不耐各各种浓浓度的的硝酸酸、氨氨和铵铵盐溶溶液。。2、铜铜合金金黄铜：：铜与与锌的的合金金称黄黄铜白铜：：镍的的质量量分数数含量量低于于50%的的铜镍镍合金金称为为简单单（普普通））白铜铜，再再加入入锰、、铁、、锌或或铝等等元素素的白白铜称称为复复杂（（特殊殊）白白铜。。青铜：：其它它合金金。铜铜与锡锡的合合金称称为锡锡青铜铜；铜铜与铝铝、硅硅、铅铅、铍铍、锰锰等组组成的的合金金称无无锡青青铜。。（1））黄铜铜铜与锌锌的合合金称称黄铜铜。铸造性性能好好，力力学性性能比比纯铜铜高，，耐蚀蚀性能能与纯纯铜相相似，，在大大气中中耐腐腐蚀性性比纯纯铜好好，价价格便便宜，，应用用较广广。在黄铜铜中加加入锡锡、铝铝、硅硅、锰锰等元元素，，特种种黄铜铜。锰、铝铝能提提高强强度；；铝、、锰和和硅提提高抗抗蚀性性和减减磨性性；铝铝能改改善切切削加加工性性。常用的的黄铜铜牌号号有H80、H68、H62等H80大气气、淡淡水及及海水水中有有较高高耐腐腐蚀性性、加加工性性能优优良，，可作作薄壁壁管和和波纹纹管。。H68塑性性好，，可在在常温温下冲冲压H62在室室温下下塑性性较差差，但但机械械强度度较高高，易易焊接接，价价格低低廉，，可做做深冷冷设备备的筒筒体、、管板板、法法兰及及螺母母等。。锡黄铜HSn70-l含有有1%的锡锡，能提高高在海水中中的耐蚀性性。称海军军黄铜。（2）白铜铜镍含量低于于50%的的铜镍合金金称为简单单（普通））白铜，再加入锰、、铁、锌或或铝等元素素的白铜称称为复杂（（特殊）白白铜。白铜是工业业铜合金中中耐腐蚀性性能最优者者，抗冲击击腐蚀、应应力腐蚀性性能亦良好好，是海水水冷凝管的的理想材料料。（3）青铜铜铜与锡的合合金称为锡锡青铜；铜铜与铝、硅硅、铅、被被、锰等组组成的合金金称无锡青青铜。锡青铜分铸铸造锡青铜铜和压力加加工锡青铜铜。锡青铜典型型牌号ZQSn10-1，，有高强度度和硬度，，能承受冲冲击载荷，，耐磨性很很好，具有有优良的铸铸造性，比比纯铜耐腐腐蚀。锡青铜用来来铸造耐腐腐蚀和耐磨磨零件，如如泵壳、阀阀门、轴承承、蜗轮、、齿轮、旋旋塞等。无锡青铜力力学性能好好2、铝及其其合金特性：◆铝很轻（密度度约为钢的三三分之一），，耐浓硝酸、、醋酸、碳酸、、氢铵、尿素素等，不耐碱碱；◆在低温下具有有良好的塑性性和韧性；◆使用温度范围围为-269~200℃；◆有良好的成型型和焊接性能能。应用：可用来制作压压力较低的贮贮罐、塔、热热交换器，防防止污染产品品的设备及深深冷设备铝：L1,L2,…………L6硬铝：AI-Cu-Mg的合金,LY1L-1L-2防锈铝：AI-Mg的合金，LF21铸铝：AI-Si的合金金，ZL107铝及铝合金（1）工业纯纯铝工业高纯铝用用于抗硫腐蚀蚀，浓硝酸设设备，高压釜釜、槽车、贮贮槽、阀门、、泵。工业纯铝，耐耐硫腐蚀、防防污染而不要要求强度的设设备，例如：：反应器、热热交换器、深深冷设备、塔塔器等。（2）防锈铝铝由铝锰系或铝铝镁组成的铝铝合金，强度度比纯铝高，，用于中等强强度的零件或或设备；制造油箱、管管道、低压容容器、铆钉及焊制容器。。由于熔焊的铝铝材在低温(0～-196℃)下冲冲击韧性不下下降，很适合合做低温设备备。3）铸造铝合合金是铝、硅合金金。Al-Si系系，俗称"硅硅铝明"，典典型牌号ZAlSi7Mg，合金号号为ZL101；Al-Cu系系，应用最早早，热强性高高，300℃℃，耐腐蚀性性较差。典型型牌号ZAlCu5Mn，合金号为为ZL201；Al-Mg系系，室温力学学性能高，耐耐腐蚀性能好好，但热强性性低。铸造性性能差，典型型牌号ZAlMg10，，合金号为ZL301；；Al-Zn系系，Zn在Al中溶解度度大，再加入入硅及少量镁镁、铬等元素素，具有良好好的综合性能能，典型牌号号ZAlZn11Si17，合金号号为ZL401。铝的铸造性、、流动性好，，铸造时收缩缩率和生成裂裂纹的倾向性性都很小。耐蚀性好，且且密度小，广广泛用来铸造造形状复杂的的耐蚀零件，，如管件、泵泵、阀门、汽汽缸、活塞等等。3、铅及其合合金硬度低、强度度小，不宜单单独作为设备备材料，只适适于做设备的的衬里。热导率小；纯纯铅不耐磨，，非常软。但但在许多介质质中，特别是是在硫酸(80%的热硫硫酸及92%的冷硫酸)中铅具有很很高的耐蚀性性。铅与锑合金称称为硬铅，硬硬度、强度都都比纯铅高，，在硫酸中的的稳定性也比比纯铅好。