第六章 化工设备材料及其选择

NanjingUniversityofTechnology《食品机械基础》第二篇化工设备材料授课教师：仲兆祥第六章化工设备材料及选择碳钢

12低合金钢及化工设备用特种钢

4非金属材料

3有色金属材料化工设备的使用环境：压力：真空—低压—中压—高压—超高压温度：低温—常温—中温—高温介质：腐蚀性；有毒；易燃；剧毒。氨合成的压力有的达到32MPa高压聚乙烯生产压力为300MPa乙烯生产工艺中裂解炉温度高达1200℃乙烯深冷分离温度需降到-167℃

高压反应器6.1碳钢一.碳钢中杂质对其性能的影响1）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，即为合金元素存在——提高强度。有益元素。2）硫(S)来源——矿石和焦炭。存在形式：FeS。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”。有害元素！

3)磷(P)来源——矿石。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”。有害元素！4）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”——裂纹源,有害元素！二.碳钢的分类、牌号（1）普通碳钢含P、S等有害杂质较多（S≤0.055%P≤0.045%)常用有：Q215-A,Q235-A,Q235-A.FQ235-B,Q235-C,Q275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

（2）优质碳素钢特点：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：08,10,15,20,20g,20R,30Mn,40Mn等。式中数字--含C量的万分数;g--锅炉钢；R--容器钢；Mn---含锰元素约1%。

（3）高级优质钢

特点：磷硫杂质极少

P,S含量≤0.03%。表示法：如20A

6.2低合金钢及特殊性能钢合金元素对钢的影响——为改善钢材性能特意在碳钢中加入合金元素，以改变钢材性质，即为合金钢。例如：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。1.成分特点：※由碳素钢+Si、Mn、Cu、Ti、V、Nb等元素组成；※含碳量均较低，≤0.2%；※合金元素总含量＜5%。2.相对于碳素钢，其性能特点：※强度提高；※耐腐蚀性能提高；※低温性能提高。低合金钢6.2低合金钢及化工设备用特种钢3.常用油材料庸：板必，管分，圆秀钢等碌型材私。4.用途：广泛被用于隔造船抽，压若力容啊器，芦桥梁研，高艳压锅血炉，萌汽车骆，矿荒山机阻械，拥农业险机械芦等。5.常用悲材料：16免Mn绣R，15垄Mn傅VR呈,1建8M战nM姻oN艺bR流,16居Mn偷DR再,1秀5C娘rM希oR经,1庙4C寄r1老Mo肠R…县.碳素手钢与爹低合臭金钢塘比较类别品种sb

(MPa)ss(MPa)

σS/σb使用温度（℃）碳素钢Q235-A204004002402500.60.630～350-19～475低合金钢16Mn15MnV5205403604000.690.74-40～475-45～450锅炉阁钢和准容器亡钢1.工作招环境：锅炉特：中茅温或跃高温姓；中床压或丸高压驼。容器漠：压叶力；踪蝶温度考；介纽奉质腐社蚀；俯操作鹅特点博。2.对材维质要牌求：1）较毯高的钉强度触；2）良鞠好的辜塑性影、韧晶性和庭冷弯并性能胸；3）较傅低的都缺口锐敏感斤性；4）良距好的替焊接泽性能恭和其反他工惯艺性碧能；5）良棚好的旁冶金稀质量私。3.常用灾的材倚料：锅炉毕钢——20铅g；12请Mn辱g,越16天Mn添g,拘15壮Mn贪Vg好,1臭8M煎nM羽oN晶bg。容器慨钢——（GB鲜15震0-摊19并98肥《钢制吊压力丸容器》推荐沾）Q2蜡35称-B，Q2颤35蚀-C称;20广R;16跳Mn灭R，15揪Mn缸VR，15底Mn隶VN乳bR，18尤Mn街Mo泥Nb务R。7月20日上接午天民水方凡大建像材有物限公梦司某软生产扫车间宏内的4个压捐力容战器中日一个券不明阿原因局脱离跨阀门及，巨灾大的柜冲击牺力将宾该容篮器弹索射出尚十余善米，宪撞向竭生产筋车间蓝后墙孟并将邪墙撞确了个竞窟窿吃后才肃停了沾下来轮。由薄于“跟肇事退”容况器射拍出时浩磨擦昼力擦番出火举花，汁加之醉巨大停的冲悦击力揪将电江源震委坏，犹因此拢事故榆现场印上空霞火光纱一片辱。经泄查，迎事发奖时，免生产珍车间验有13名工肢人，劣其中4人不益幸遇轨难，5人受瓶伤。压力足容器票事故阿一甘肃穷天水信压力义容器杀爆炸山西运嘉宝摧酒业园锅炉扒爆炸压力窗容器捏事故献二事故瞎经过沸：20纷00年11月28日，阻宁波狡北仑档发电纽奉厂发蜂生锅派炉爆忽炸，史造成2人死头亡，2人重放伤，2人轻效伤，敬直接记经济脆损失30万元帅，间渴接损谁失20万元姨。事故舒原因躬：私渡自制粥造锅越炉，绵自行怪安装戒投入塑使用蜻，制届造安串装人展员均立没有滤专业搞方面钳的知院识。压力乖容器虏事故美三宁波绍北仑堪港电吧厂锅英炉爆御炸事故沿经过克：19茫93年3月10日，拿宁波就北仑贺发电限厂发凑生锅衡炉爆级炸，田死亡23人，搞伤24人，洗直接放经济前损失77风8万元防，修友复13绿2天少格发电踢近14亿度悟。事故揉原因援：主丛要可跟能因找为锅兆炉严偷重结均渣，嫂落渣扒进入膊水产湾生蒸愚汽，舰蒸汽傍进入固炉膛洒，造么成压卸力升跃高。不锈尿耐酸焦钢不锈--遣-耐大彼气腐役蚀；耐酸--枝-耐酸香及强离腐蚀渡性介沃质的搭腐蚀掩。常用然品种安：1）铬伪不锈偿钢--幅-如1C示r1趟3,呢2C顷r1野3,忽0C唇r1奸3等。第一客个数嫁字--伟-含碳跳量的盛千分彩数；Cr计13晌--闻-含铬13嫩%。◎组民织成岛分：殊铬固浇溶于国铁素圣体的日晶格欣中形串成固环溶体垄。◎“不得锈”咳的原姻因：在氧莫化性微介质熊中，欧铬能易生成在一层韵稳定辽而致望密的宪氧化清膜，吴对钢融材起蒜保护典作用雀。◎性野能特串点：碳的半作用--角-与铬亡生成姜碳化似铬(C先r2扶3C渔6)，消耗该大量啊的铬商。为老保证摩耐腐清蚀性崇能，座不锈赠钢中位碳含部量越再低越岁好。铬的拍作用梳：——能提假高耐旱腐蚀变性能冲。实锻际铬萝不锈屡钢的自平均抵含铬乔量≥13常%。——能提壳高钢毫的淬吉透性躲，显涝著提庙高钢纹的强逼度、袍硬度块和耐浑磨性甲，而锯塑性秤、韧仙性降佳低。用作葬受载盘荷大贯的耐林蚀零逮件，障如轴宽类，第活塞煤杆、范螺栓无、浮烈阀等感。铬镍购不锈钻钢常用国铬镍离不锈置钢型阅号:0浓6C靠r1酿9N柔i1编0式中06填--右-含碳斩量的播千分暑数,C摘≤0表.0搭8%；Cr流19扰--曲-含铬恼量17蚊-1梯9%；Ni物10互--混-含镍耀量8-扮11初%左右敏。通常锈以铬穴镍平俩均含推量“18缩慧-8百”标志累这种陪钢。组织加特征践：C、Cr、Ni固溶王于奥香氏体精晶格恳中，狼是单所一的临奥氏执体组尸织。性能垫特点:①耐腐刺蚀性劫好※C政r含量栏≥13筛%，表职面形毙成氧套化膜葬；※组织具为单毒一的禁奥氏倒体，资在电丛解液初中不普能形惊成微状电冤池，腰避免拌了电颗化学聪腐蚀猪。②力夺学性抱能优酒异。③在40林0～85肿0℃期间或，碳屿生成登碳化泄铬在泊晶界愉析出首，使鸟晶吉界妨附近拔贫铬帝（铬像含量吐低于12尿%）导驶致晶间摔腐蚀。！不挡能反愈复施士焊，雅否则唇必须券进行捞热处惭理。④不隐耐氯念离子我腐蚀案。耐热宁钢高温责环境--决-原油四加热醉、裂滤解、寒催化源等。尖如转键化炉把炉管写，工兼作温老度为65者0～80著0℃。碳钢呀使用组温度步一般宣在40壁0℃以下说。如20钢50帮0℃时屈躲服点尘只有50探MP江a,变得株很软晨，钢贺中的Fe3C分解惭出石惹墨碳置（石交墨化深过程币）；椒同时槽钢表撒面生孟成氧售化皮犯，层难层剥研落。——碳钢候在高抢温下智强度右和抗妈氧化市性均续下降头。高温匙设备哄对材艘料的粗要求奇：①化学荣稳定遮性。——抵抗种高温曲气体核（O2、H2S、SO2等)腐蚀居的能驼力。墨加入Cr、Al、Si等合感金元狮素，榆钢的南表面舟能生床成致矩密的困氧化省膜，剑保护浑钢的究表面没。Cr脉13拿Si崖Al恒,谷Cr脱25袄Ti柏,联C榴r2葱5N王i1山2等。②热强凑性——抗高疗温蠕奥变能脂力热强篮钢——抗蠕太变，庭有一容定抗嗓氧化率能力12希Cr商Mo扬,C成r5螺Mo泼,1柔Cr莫18塌Ni评9T层i,置Cr浑25蜂Ni温20等低温政用钢低温份环境——天然冰气液淘化、哥空气如分离阶、润临滑油帖脱脂阶、轻朋烃回译收等炮。普通复碳钢激在低搞温下芦（-2甩0℃以下筑）变蓝脆，岩冲击枕韧性茅显著搁下降篇。低温笨用钢储的基崭本要永求：具有阀良好热的韧炉性（允包括翻低温化韧性浅），腐良好炸的加酿工工宇艺性权能和拳可焊庭性；低温尝用钢膛的组园织成公分特哑点：含碳饰量尽额可能绪低，松以形啄成单寻相铁厕素体抖组织钟，再墨加入稼适量渔的Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元弯素。6.高3.有色讯金属铜及其合金：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1.特性艇：1）密柿度小冻，体场轻；2）导幻玉电、穴导热情性好草。不靠产生共火花愉；3）塑品性高湿，强公度低元；4）易细冷加悄工，牧可焊炊，可勾铸；5）耐商低温远；6）一弄定的务耐腐决蚀性就；7）不炉污染年食物利。浓硝汉酸设宾备、谎热交否换器厚、食揭品工膀业设档备等铝及誓其合桂金铜及弄其合鸽金1.纯铜摇（紫湾铜）特性属：1）塑飞性好野，导亚电性携好，端导热钢好；2）低致温下钥保持摩较高概塑性朵和冲崖击韧杀性；3）耐置低浓貌度酸粮。用途铅：深怪冷装敬置；昏密封熔垫片蚀。常用相材料贱：T2，T3，T4，TU抚P（用公磷脱羡氧的穗无氧牧纯铜肃）。2.黄铜——铜与隔锌的篮合金获。特性音：铸萝造性阶能好强；较洽高的别力学拴性能坝；易蚀切削忍加工榜；可饮焊接奸；耐狂蚀性尾较好敲；有径应力灿腐蚀迅开裂哀倾向宾。用途笨：深浸冷设溜备的皆筒体进、管炉板、护法兰化及螺方母等是。化工略常用笨材料不：H8霸0,宽H6似8,社H6责2等。铜含谦量%代号3.青铜常用宜材料远：锡渐青铜句（铜颤锡合惧金）——铸造彩青铜堵用场谎较多以。特点质：良磨好的刻耐腐榴蚀性朗，耐沫磨性亭。用场斑：泵停壳，辛轴承乞，涡态轮，激阀门奏等。钛及瓶其合建金特点贫：1）密傅度不篇大而董强度桂高；2）耐逐腐蚀域性能悔近乎钥或超裙过不然锈钢距；3）耐哀热。用场：航塘空工湖业，斤化学僚工业厉。6.中4非金盒属材桐料无机客非金带属材爸料1.化工艺陶瓷特点罢：1）良稠好的栽耐腐歇蚀性尼能；2）足帖够的崖不透科性、营耐热求性；3）一裂定的半机械休强度版；4）性短脆易位裂，洽导热浇性差近。用场宇：化退工陶翅瓷设检备及网管道垦，管捷件等剃。2.化工衰搪瓷——含高婚硅的伴瓷釉碰经90厚0℃煅烧己，密纷着在盗金属痰胎表扶面而令成。特点阿：1）优仇良的艘耐腐馋蚀性捞能；2）优没良的钩电绝姓缘性乳能；3）易辫碎裂普。用场孝：搪呈瓷设没备，齐如反躲应釜驳、储紧