化工设备材料及其选用

化工设备机械基础A

（32学时）

化工设备机械基础A第一章：化工设备材料及其选用第二章：化工容器设计概述第三章：内压薄壁容器的应力分析第四章：内压薄壁圆筒与封头的强度设计第五章：外压圆筒与封头的设计第六章：容器零部件第七章：管壳式换热器的机械设计第八章：塔设备的机械设计第九章：搅拌器的机械设计第1章化工设备材料及其选择第一节慨述第二节材料的性能第三节金属材料的分类及牌号第四节碳钢与铸铁第五节低合金钢及化工设备用特种钢第六节有色金属材料第七节非金属材料第八节化工设备的腐蚀及防腐措施第九节化工设备材料的选择4第一节概述

化工设备的种类：按操作压力分为：真空、常压、低压、中压以至高压和超高压；

按操作温度分为：低温、常温、中温和高温。

处理的介质大多数又有腐蚀性，或为易燃、易爆、有毒、剧毒等。

有时具体设备既有温度、压力要求，又有耐腐蚀要求，而且这些要求有时还互相矛盾，某些条件又经常变化。第1章化工设备材料及其选择5选用材料的一般要求是：(1)材料品种应符合我国资源和供应情况；(2)材质可靠，能保证使用寿命；(3)要有足够的强度，良好的塑性和韧性，对腐蚀性介质能耐腐蚀；(4)便于制造加工，焊接性能良好；(5)经济。第一节概述第1章化工设备材料及其选择6压力容器用钢材：

中、低压和高压容器：常处于有腐蚀性介质的条件下工作，除承受较高的介质内压(或外压)外有时还会受到冲击和疲劳载荷的作用；在制造过程中，要经过各种冷、热加工使之成型；

对钢板的要求：除随介质的不同要有耐腐蚀的要求以外，应有较高的强度、良好的塑性、韧性和冷弯性能，缺口敏感性要低，加工和焊接性能良好。对低合金钢板材要注意是否有分层、夹渣、白点和裂纹等缺陷。中、高温容器：钢材在中、高温的长期作用下，金相组织和机械性能等将发生明显的变化，并要承受一定的介质压力，选择设备用钢时，需考虑材料的组织稳定性和中、高温的机械性能。低温设备：着重考虑设备在低温下的脆性破裂问题。第一节概述第1章化工设备材料及其选择第二节

材料的性能金属材料的性能工艺性能使用性能切削加工性能焊接性能锻造性能铸造性能化学性能物理性能力学性能第1章化工设备材料及其选择第二节：材料的性能金属材料的力学性能硬度弹性强度塑性冲击韧性第1章化工设备材料及其选择拉伸试验拉伸试验机第二节：材料的性能一、强度指标

材料强度：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。

第二节：材料的性能一、强度指标

1、弹性强度（弹性极限）

弹性强度：材料保持完全弹性变形时的最大应力。

弹性变形：外力解除后变形全部消除恢复原状的变形。第二节：材料的性能一、强度指标

2、屈服强度（屈服极限）材料产生屈服现象时的最小应力。没有明显屈服的材料，用发生0.2%塑性变形时的应力值σ0.2代表其屈服强度。第二节：材料的性能一、强度指标

3、抗拉强度（强度极限）

材料抗拉伸断裂前承受的最大应力。设计时塑性材料多用σs；脆性材料多用σb作为极限应力。

σs/σb之比叫“屈强比”。屈强比越小，可靠性越大；但比值太小，材料利用率太低。第二节：材料的性能抗弯强度一、强度指标

4、高温性能：蠕变：金属在高温长时间应力作用下，所加应力远小于σs逐渐产生明显的塑性变形的现象。导致零件尺寸变化，甚至断裂造成事故。

应力松弛：承受弹性变形的零件，在工作过程中总变形量不变，但随时间的延长，工作应力逐渐衰减的现象。原因是零件的弹性变形逐渐变为了塑性变形。

蠕变强度：高温长时间载荷作用下，在给定温度下和规定时间内，使试样产生一定蠕变量的应力值。在500℃温度下，工作1×105h后变形量为1%的蠕变强度为100Mpa。

第二节：材料的性能一、强度指标第二节：材料的性能持久强度(σD)

在给定温度下，促使试样或工件经过一定时间发生断裂的应力叫做持久强度。

在化工容器用钢中，设备的设计寿命一般为十万小时，以σ105表示试件经十万小时断裂的应力。

持久强度是一定温度和一定应力下材料抵抗断裂的能力。在相同的条件下，能支持的时间越久，则该材料抵抗断裂的能力越大。第二节：材料的性能疲劳强度

疲劳：在多次重复或交变应力作用下，使金属材料在远小于金属的屈服强度时发生断裂的现象。疲劳强度：材料经交变应力无数次循环作用而不发生断裂的最大应力σ-1。第二节：材料的性能疲劳强度

疲劳曲线:钢铁所受重复或交变应力σ与其断裂前所受的应力循环次数N之间有关系。两者之间的关系曲线叫。钢的疲劳强度σ-1≈σb(40～50%），循环次数为107；有色金属的疲劳强度σ-1≈σb(25～50%），循环次数为10８。第二节：材料的性能疲劳强度影响因素(1)材料本质：材料的成分、组织以及纯度和夹杂物对疲劳强度有显著影响。(2)零件表面状况：疲劳裂纹源大多起始于零件的表面。零件表面的加工缺陷大大降低了疲劳强度。(3)载荷类型：载荷类型不同，疲劳强度不同。(4)工作温度：温度升高，裂纹易产生和扩展，疲劳强度降低。(5)腐蚀介质：零件在腐蚀环境中，疲劳强度明显降低。第二节：材料的性能二、塑性

金属在断裂前产生永久变形而不破坏的能力。

1、伸长（延伸）率

试样拉断后标距增长量ΔL与原长L。之比。第二节：材料的性能二、塑性

2、断面收缩率试样拉断后断口处横截面积的改变量与原始横截积之比。

第二节：材料的性能二、塑性

3、冷弯(角)

衡量金属材料和焊缝塑性的指标，由冷弯试验测定的。

冷弯试验：金属材料和焊接接头在室温下以一定的内半径进行弯曲，在试样被弯曲受拉面出现第一条裂纹前的变形越大，材料的塑性就越好。常以一定的弯曲角度下(α＝120°或180°)是否出现裂纹为评定标准。第二节：材料的性能二、塑性

伸长率、断面收缩率和冷弯(角)都是材料塑性的力学性能指标，金属材料只有具备足够的塑性才能承受各种变形加工。塑性的存在可以提高构件的可靠性，但在一般情况下提高材料的塑性要牺牲材料强度。第二节：材料的性能三、硬度

硬度：金属材料抵抗其它硬物压入表面发生变形和破裂的能力（材料抵抗局部变形的能力）。

测试方法：压入法、划痕法、弹跳法。

分类：

1、布氏硬度（HBS、HBW）；

2、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）；

3、维氏硬度（Hv）；

4、肖氏硬度（HS）。第二节：材料的性能（一）布氏硬度

在布氏硬度计上进行测量。其方法是用直径D为（10mm、5mm、2.5mm）的淬火钢球（HBS）或硬质合金球（HBW）。在规定的试验力P作用下压入被测试的金属表面停留一定时间后卸除试验力。用读数显微镜测量出压痕直径d，由此计算压痕的球缺面积F，然后再求出压痕单位面积所承受的平均压力（P／F），以此作为布氏硬度值。第二节：材料的性能（一）布氏硬度

布氏硬度标注方法：

如：120HBS10／1000／30，表示采用直径为10mm淬火钢球在9.81KN试验力作用下，持续时间为30s的试验条件下被测材料的布氏硬度值为120。

优点：测量误差小，数据稳定，重复性强。

缺点：费时，压痕较大，不适宜测量成品零件或薄壁件。

低碳钢σb≈3.6HBS；高碳钢σb≈3.4HBS

；调质合金钢σb≈3.25HBS;灰铸铁σb≈1HBS。

第二节：材料的性能（一）布氏硬度第二节：材料的性能（二）洛氏硬度

洛氏硬度：以压头压入金属材料的压痕深度来表征材料的硬度。压痕深度直接用百分表测出来，硬度值可以直接从洛氏硬度计的表盘上读出，不需另外测量和计算，它是一个相对值，没有量纲。用于较高硬度的测量。第二节：材料的性能（二）洛氏硬度

测量方法：实验时先加预载荷98.1N，使压头紧密接触试件表面，再加主载荷使压头压入工件，然后去掉主载荷。由于金属的弹性变形的恢复，压头回升，深度h就是主载荷作用下金属表面的塑性变形深度。

标注方法：50HRC

优点：操作方便、压痕较小、可测成品；测量范围大。

缺点：稳定性差、硬度数据波动较大。第二节：材料的性能四、冲击韧性

冲击载荷：以很大的速度作用于零件上的载荷。冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力。

冲击韧性值：一次冲断试样，缺口处单位截面积所消耗的功。

第二节：材料的性能材料的冲击韧度第二节：材料的性能五．缺口敏感性第二节：材料的性能

带有一定应力集中的缺口条件下，材料抵抗裂纹扩展的能力。是材料在静载荷下抵抗裂纹扩展的能力，冲击韧性是材料在动载荷下抵抗裂纹扩展的能力。材料的高温和低温性能

2、低温性能：

随温度下降，多数材料会出现脆性增加的现象，甚至发生脆断。通过材料吸收的冲击功AK与温度的变化关系来确定材料的韧、脆状态转化。冷脆转化温度：材料由韧性状态转变为脆性状态的温度TK。第二节：材料的性能2023/9/2834二、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。第二节：材料的性能2023/9/2835二、物理性能1、热膨胀性线膨胀系数第二节：材料的性能2023/9/2836二、物理性能2、弹性模量与泊松比

材料在弹性范围内，应力和应变成正比：金属材料对弹性变形抗力的指标，随温度的升高而降低。

泊松比：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。钢材泊松比μ=0.3。

第二节：材料的性能弹性模量2023/9/2837第二节：材料的性能2023/9/2838三、化学性能1、耐腐蚀性金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力2、抗氧化性金属和合金抵抗氧化的性能高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度选耐热材料第二节：材料的性能2023/9/28392023/9/2840四、加工工艺性能1、可铸性：收缩与偏析2、可锻性：塑性与变形抗力3、焊接性：焊接接头质量4、可切削加工性：加工的难易程度第二节：材料的性能2023/9/2841第三节金属材料的分类及牌号一、分类：黑色金属和有色金属一、分类——黑色金属Wc＜0.02%；0.02≤wc<0.77%Wc＝0.77%0.77≤wc<2.11%2.11≤wc<4.3%wc＝4.3%4.3≤wc<6.69%铁碳合金工业纯铁钢白口铁亚共析钢共析钢过共析钢亚共晶铁共晶铁过共晶铁第三节金属材料的分类及牌号

按冶炼方法分类按脱氧方法分类平炉钢转炉钢电炉钢沸腾钢F镇静钢Z半镇静钢b一、分类——黑色金属第三节金属材料的分类及牌号在浇注前用Si、Al等元素对钢液进行完全脱氧所得到的钢种。在冶炼时只用弱脱氧剂Mn脱氧，脱氧不完全的钢。Wc≤0.25％Wc在0.25％～0.6％之间Wc≥0.6％按钢中含碳量分类低碳钢中碳钢高碳钢一、分类——黑色金属第三节金属材料的分类及牌号Ws≤0.055％Wp≤0.045％Ws≤0.040％Wp≤0.040％Ws≤0.030％Wp≤0.035％

按钢的质量分类

普通碳素钢

优质碳素钢高级优质碳素钢一、分类——黑色金属第三节金属材料的分类及牌号制造各种构件和机器零件制造各种刀具、量具、模具

按钢的用途分类

碳素结构钢

碳素工具钢一、分类——黑色金属第三节金属材料的分类及牌号一、分类——有色金属第三节金属材料的分类及牌号二、钢铁牌号与表示方法第三节金属材料的分类及牌号二、钢铁牌号与表示方法第三节金属材料的分类及牌号二、钢铁牌号与表示方法第三节金属材料的分类及牌号二、钢铁牌号与表示方法第三节金属材料的分类及牌号二、钢铁牌号与表示方法第三节金属材料的分类及牌号二、钢铁牌号与表示方法第三节金属材料的分类及牌号2023/9/2854第四节碳钢与铸铁

“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

一般含C量0.0218％～2.11％称为钢；大于2.11％称为铸铁；当含C量小于0.0218％时称纯铁(工业纯铁)；含C量大于4.3％的铸铁极脆第三节金属材料的分类及牌号2023/9/2855一、铁碳合金的组织结构1、金属的组织与结构

组织：在金相显微镜下看到的金属的晶粒。

电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称为金属的晶体结构，简称结构。

第四节碳钢与铸铁金属晶格的常见类型

（1）体心立方晶格

晶胞是一个立方体，在晶胞的中心和每个顶角各有一个原子。

每个体心立方晶格的原子数为：（1/8）×8+1=2个。塑性较好。第四节碳钢与铸铁（三）金属晶格的常见类型

（2）面心立方晶格

晶格属于立方晶系，在晶胞的8个顶角和6个面的中心各有一个原子。

每个面心立方晶格的原子数为：（1/8）×8+（1/2）×6=4个。塑性优于体心立方晶格的金属。

第四节碳钢与铸铁（三）金属晶格的常见类型

（3）密排六方晶格

晶格属于六方棱柱体，在六棱柱晶胞的12个项角上各有一个原子，两个端面的中心各有一个原子，晶胞内部有三个原子。

每个密排六方晶胞原子数为:（1/6）×12+（1/2）×2+3＝6个较脆

第四节碳钢与铸铁2023/9/2859铸铁中的C以石墨形式存在，有不同的组织形貌。

球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石墨最差。第四节碳钢与铸铁

同素异构转变：金属在固态下随着温度的变化，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。它是钢进行热处理的依据。

（体心体方晶格）（面心立方晶格）（体心体方晶格）912℃1394℃1538℃纯铁的同素异构转变2、纯铁的同素异构转变第四节碳钢与铸铁金属的同素异构转变遵循液体结晶的一般规律：

1、恒温转变；

2、转变时有过冷现象；

3、转变过程由生核和长大两个基本过程组成。2、纯铁的同素异构转变第四节碳钢与铸铁2023/9/28623．铁与碳的相互关系和碳钢的基本组织C在铁中的存在形式有固溶体、化合物和混合物三种。三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。 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。

第四节碳钢与铸铁2023/9/2863（1）铁素体（ferrite）

C溶解在a-Fe中形成固溶体。

a-Fe原子间隙小，溶碳能力低（室温下0.006％），强度、硬度低，塑性和韧性很好。低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。第四节碳钢与铸铁第四节碳钢与铸铁2023/9/2865（2）奥氏体（Austenite）

C溶解在g-Fe铁中形成固溶体。

g-Fe原子间隙较大，C的溶解度比a-Fe中大得多，在727℃时可溶解0.77％，在1147℃时可达最大值2.11％。

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。第四节碳钢与铸铁第四节碳钢与铸铁2023/9/2867（3）渗碳体（Cementite）

碳和铁形成一种化合物（Fe3C）。熔点约1600℃，硬度高，塑性几乎等于零。铁碳合金含碳量小于2.11％时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，是碳素钢。含C量大于2.11％时，部分C以石墨形式存在，称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具有一定消震能力。第四节碳钢与铸铁2023/9/2868（4）珠光体P（Pearite）

铁素体与渗碳体的机械混合物

(F＋Fe3C)。力学性能介于铁素体和渗碳体之间，综合了铁素体和渗碳体优点，即其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。其组织为层片状结构，其综合力学性能好。（4）珠光体P（Pearite）

2023/9/2870（5）莱氏体Ld

（Ledeburite）

由A（P）＋Fe3C组成的机械混合物。其组织结构为Fe3C基体上分布着A，主要体现了Fe3C特点，硬度很高，塑性极差，几乎为零。是一种较粗而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。2023/9/2872（6）马氏体（白色）

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。具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。马氏体2023/9/2874二、铁碳合金状态图基本组织：

单相组织：F、A、Fe3C

莱氏体Ld：（A＋Fe3C

）在共晶点上得到，塑性韧性很差，是硬而脆的组织

珠光体P：（F＋Fe3C

）在共析点上得到，具有良好的力学性能

（一）Fe-Fe3c相图的重要点、线、区二、铁碳合金相图ACDEFGKPSQ

（一）Fe-Fe3c相图的重要点、线、区ACCDAEECFGSGPESPQPSK二、铁碳合金相图

（一）Fe-Fe3c相图的重要点、线、区

３、Fe—Fe3C相图中的主要相区

ACD线以上：L相；

AESG：A相；

AEC：A+L相；

DFC：Fe3C1+L相；

GSP：A+F相；

ESKF：Fe3C+A相；

PSK线以下：Fe3C+F相。LAA+LFe3C1+LA+FFe3C+AFe3C+F二、铁碳合金相图液相奥氏体γ高温铁素体δ铁素体α727℃1148℃渗碳体二、铁碳合金相图共晶线共析线2023/9/28792023/9/2880三、碳钢1、常存杂质元素对钢材性能的影响硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等

1

硫有害元素。S和Fe形成低熔点(985℃)化合物。钢材热加工1150～1200℃，过早熔化而导致工件开裂，称“热脆”。2023/9/28812磷

有害元素。虽能使强度、硬度增高，但塑性、冲击韧性显著降低。特别是在低温时，使钢材显著变脆，称“冷脆”。使冷加工及焊接性变坏。三、碳钢2023/9/28823锰

脱氧剂。有益元素。

MnS(1600℃)，部分消除硫的有害作用。锰具有很好的脱氧能力，与FeO成为MnO进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是降低脆性，提高强度和硬度。在0.5%～0.8%以下时，看成是常存杂质。优质碳素结构钢中，正常含锰量是0.5%～0.8%；高锰结构钢可达0.7%～1.2%。三、碳钢2023/9/28834硅

脱氧剂。有益的元素。硅与FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去。硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度增加，塑性、韧性降低。镇静钢中的含硅量常在0.1%～0.37%，沸腾钢中只含有0.03%～0.07%。由于钢中硅含量一般不超过0.5%，对钢性能影响不大。三、碳钢2023/9/28845氧

有害元素。在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。

FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使强度、塑性降低。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。

三、碳钢2023/9/28856氮

长时间放置或在200～300℃加热氮以氮化物形式的析出，硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。钢液中加入Al、Ti或V进行固氮处理，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消除时效倾向。

三、碳钢2023/9/28867氢

有害元素，氢脆、白点冷裂等缺陷。变脆：氢化物变形小白点：组织缺陷处扩散氢。三、碳钢我国合金钢牌号的表示方法字母+数字+元素符号+数字+字母表示某些专门用途钢。如G为滚动轴承钢，Y为易切削钢。表示含碳量。合金结构钢为两位数字，表示万分之一。合金工具钢为一位数字表示千分之一，如含碳量大于1%可省略。表示所含合金元素及其含量。数字表示百分之一，小于1.5%可省略。表示冶金质量。A为高级优质钢，E为特级优质钢。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢钢的热处理

改变钢性能的主要途径：一是合金化，加入合金元素、改变含碳量，调整钢的化学成分；二是通过冷、热加工改变其结构和性能；三是热处理。热处理工艺曲线加热速度；加热温度；保温时间；冷却速度。热处理工艺参数：时间

钢的热处理将钢在固态下、在一定的介质中施以不同的加热、保温和冷却来改变钢的组织，从而获得所需性能的一种工艺。四、钢的热处理钢热处理的目的１、充分发挥材料的潜力，提高零件使用性能，延长使用寿命。２、改善材料的加工性能。

原理——同素异构转变，使钢在加热和冷却过程中，内部发生组织与结构变化。

四、钢的热处理钢热处理的分类热处理普通热处理表面热处理其他热处理淬火、回火退火、正火表面淬火化学热处理激光热处理可控气氛热处理真空热处理变形热处理感应淬火火焰淬火等渗碳、渗氮渗金属等四、钢的热处理退火与正火

一、退火

将金属或合金加热到适当温度，保温一定时间，随炉缓慢冷却的热处理工艺。组织为F+S。

四、钢的热处理1、退火的目的

（1）降低钢的硬度，使其易于切削加工；（2）提高钢的塑性和韧性，以易于切削和冷变形加工；（3）消除钢中的组织缺陷，为热锻、热轧或热处理作好组织准备；（4）消除前一工序中所产生的内应力，以防变形或开裂。四、钢的热处理２、常用的退火方法四、钢的热处理完全退火球化退火等温退火扩散退火去应力退火再结晶退火A3线以上30-50°CA1线以上20-40°CA3线以上30-50°CA3线以上150-250°CA1线以下600-650°C再结晶以上150°C缓慢冷却缓冷至600°C空冷快冷至A1线下保温缓慢冷却缓慢冷却缓慢冷却消除粗晶和不均匀组织将片状P变为球状P获得均匀组织消除偏析消除残余应力消除加工硬化亚共析钢过共析钢合金钢高合金钢合金钢铸锭铸件铸、锻、焊件冷塑性变形件退火分类加热温度冷却方式主要目的适用范围２、常用的退火方法四、钢的热处理2、正火

将钢件加热至Ac3或Accm以上30～50℃，保温使之完全A化后在空气中冷却的热处理工艺。正火的冷却速度比退火稍快，过冷度稍大。组织较细，强度、硬度较高，一般为S组织。四、钢的热处理2、正火

目的：１、对要求不高的结构件，正火可作为最终热处理，细化组织，提高力学性能；２、低碳钢正火可提高其硬度，改善切削加工性能；３、消除共析钢和过共析钢中的网状Fe3CⅡ

。四、钢的热处理正火与退火的选择

（1）从切削加工性方面考虑低碳钢用正火提高硬度，而高碳钢用退火降低硬度，以便于切削加工。

（2）从使用性能上考虑

对零件性能要求不高，可用正火作为最终热处理；当零件形状复杂、厚薄不均时，采用退火；对中、低碳钢，正火比退火力学性能好。

（3）从经济上考虑正火操作简便，生产周期短，能耗少，故在可能条件下，应优先考虑正火处理。四、钢的热处理淬火与回火

1、淬火将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温后急冷，以获得M、下B的非平衡组织的热处理工艺。

目的：提高钢的强度、硬度和耐磨性。

四、钢的热处理淬火与回火

（１）淬火加热温度的选择

原则：淬火后得到均匀细小的M或B下。四、钢的热处理（２）淬火冷却

选择原则：既要保证工件获得M，又要减少变形和避免开裂。

两慢一快

措施：选择合适的淬火介质；改进淬火方法。四、钢的热处理淬火介质的冷却能力四、钢的热处理淬火方法温度温度温度温度内部内部正在转变正在转变正在转变正在转变贝氏体马氏体马氏体马氏体单液淬火双液淬火分级淬火等温淬火盐浴保温后空冷，目的：减少内应力盐浴保温，目的：获得下B四、钢的热处理2、回火

淬火钢重新加热至A1线以下某一温度，保温后冷却的热处理工艺。目的：

（1）降低脆性；（2）消除或减少内应力，防止变形和开裂。（3）获得工件所要求的力学性能；（4）稳定工件尺寸；四、钢的热处理回火组织转变

回火的实质：淬火M分解以及残余A分解、聚集、长大的过程，是由非平衡态组织趋向平衡态组织的转变。回火组织是粒状的，淬火组织是片状的。四、钢的热处理

转变过程

（1）M分解（20～200℃），得到低饱和M与碳化物的混合组织——回火M。（2）残余A分解（200～300℃），得到回火M。（3）F形成（300～400℃），得到极细的粒状Fe3C和F的机械混合物-回火T。（4）Fe3C长大（400℃以上），得到细小的粒状Fe3C和F的机械混合物-回火S。四、钢的热处理回火的种类和应用

低温回火：150～

250℃。组织——回火马氏体。高硬耐磨。刃具，轴承，冷作磨具等。

中温回火：350～

500℃。组织——回火屈氏体。高的屈服极限，弹性极限和韧性。弹簧，热作磨具。

高温回火

（淬火+高温回火=调质）

：500～

650℃。组织——回火索氏体。较好的综合机械性能。连杆，轴，齿轮等四、钢的热处理

3.化学热处理将钢置于一定活性介质中加热保温，使介质中的活性原子渗入工件表面，以改变工件表面的化学成分、组织和性能的热处理工艺。

特点：钢件表面层组织和成分均发生改变。目的：强化工件表面，提高硬度、耐磨性和疲劳强度；改善工件表面的物理和化学性能，提高工件的抗蚀性和耐热性。四、钢的热处理化学热处理基本过程：（１）介质分解：形成活性原子；（２）吸收：形成固溶体和化合物；（３）扩散。

四、钢的热处理3、化学热处理四、钢的热处理3、化学热处理四、钢的热处理铸铁的性能 铸铁含碳量大于2.11%及Si、Mn、S、P等杂质。石墨的存在，使铸铁具有铸钢所不具备的性能。铸铁的优点

良好的铸造性能，如流动性好、收缩小;

良好的切削加工性能；

高的耐磨性；

良好的吸振缓冲性能；

低的缺口敏感性能。五、铸铁铸铁的分类

1、灰口铸铁第一阶段石墨化过程充分进行而得到的铸铁，碳主要以石墨形式存在，断口呈灰暗色。灰口铸铁灰铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁五、铸铁2、合金铸铁Cr、Mo、Cu通过激冷Al、Si、CrAl、Si、Cr气缸、活塞环轧辊、凸轮轴炉底、换热器、坩锅等化工设备的管道、阀门、泵体、反应釜、盛储器等分类耐磨铸铁耐热铸铁（RT）耐蚀铸铁(ST)耐磨灰铸铁(MT)冷硬铸铁(LT)五、铸铁五、铸铁第五节低合金钢及化工设备用的特种钢碳钢的特点：（１）淬透性低，整个截面性能分布不均；（２）力学性能欠佳。存在硬度、强度与塑性、韧性之间的矛盾，屈强比低；（３）不能具备耐高温、耐腐蚀、高耐磨等特殊性能。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢

合金元素在钢中的作用

（１）固溶强化

合金元素固溶于F、A、M中引起晶格畸变，增加位错运动阻力，产生固溶强化。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢合金元素在钢中的作用

（２）第二相强化

某些合金元素可以固溶于Fe3C中，形成合金Fe3C或特殊碳化物，提高钢的强度和硬度。

（３）细晶强化使A、F晶粒及M针条细化，增加位错运动阻力，达到强化的目的。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢合金元素在钢中的作用

（４）提高淬透性

合金元素固溶于A中，增加A的稳定性，减慢过冷A的分解速度，使C曲线右移，降低钢淬火时的临界冷却速度，提高淬透性。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢合金元素在钢中的作用

（５）提高回火稳定性

回火稳定性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力。合金元素固溶于M中减缓C的扩散，阻碍碳化物的析出，推迟M的分解，抵抗硬度下降。

第五节低合金钢及化工设备用的特种钢合金元素在钢中的作用

（６）使钢获得特殊性能*

形成稳定的单相组织：使A3线降至室温，得到具备耐腐蚀、耐高温、抗磨损的A钢。**形成致密氧化膜和金属间化合物，提高钢的耐腐蚀性和高温抗氧化性；金属间化合物阻碍位错在高温下运动，提高钢的蠕变抗力，提高钢的高温强度。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢合金钢的分类

１）按合金元素的含量分

低合金钢：合金元素总的质量分数＜５％；

中合金钢：合金元素总的质量分数为５～１０％；

高合金钢：合金元素总的质量分数＞１０％。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/28123按用途分：

合金结构钢调质结构钢、表面硬化钢低碳马氏体钢、非调质结构钢

合金工具钢

特殊性能钢不锈钢和耐热钢等

第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/28124二、合金元素对钢的影响

目前常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/281251、铬

提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。含量达到13％时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高，并增加钢的热强性。提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但使塑性和韧性降低。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/281262、锰Mn

提高强度和提高低温冲击韧性。3、镍Ni提高淬透性，有很高的强度及良好的塑性和韧性。提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。镍基合金具有更高的热强性能。镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/281274、硅Si

提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。5、铝Al强脱氧剂，显著细化晶粒，提高冲击韧性，降低冷脆性。提高抗氧化性和耐热性，对抵抗H2S介质腐蚀有良好作用。价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/281286、钼Mo

提高高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。钼能抗氢腐蚀。7、钒V于固溶体中提高高温强度，细化晶粒，提高淬透性。铬钢中加少量钒，在保持钢的强度情况下，能改善钢的塑性。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/281298、钛Ti

强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒，提高韧性，减小铸锭缩孔和焊缝裂纹等倾向。在不锈钢中稳定碳，防止晶间腐蚀提高耐热性。9、稀土元素Re提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢130二、低合金钢

在碳素钢的基础上加入少量Si，Mn，CU，Ti、V，Nb，P等合金元素构成，它的含碳量较低，多数均小于0.2％，其组织多数仍为铁素体和珠光体组织。

由于少量合金元素的加入可以大大提高钢材的强度，并改善了钢材的耐腐蚀性能和低温性能。

广泛用于制造远洋轮船、大跨度桥梁、高压锅炉、大型容器、汽车、矿山机械及农业机械等。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/28131二、低合金钢

有较高的屈服强度（300～1000MPa）和屈强比（ss/sb=0.65～0.95），较好的冷热加工性能、良好的焊接性能，较低的冷脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀能力。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/28132低合金钢按性能和用途分高强度钢、低温钢和耐蚀钢1、高强度钢350MPa强度级，典型牌号为16Mn；400MPa强度级，典型钢号为14MnMoV500MPa强度级，典型12MnNiCrMoVCu

用于船舶、车轴、压力容器、锅炉、输送管线等的焊接结构件。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/281332、低温钢主要有09Mn2V(-70℃)、06MnNb(-90℃)3、耐蚀钢

10MnPNbRE钢耐海洋大气及海水腐蚀，

12MnAlV钢制造炼油厂耐高温硫化氢设备。

第五节低合金钢及化工设备用的特种钢134三、锅炉锅

对锅炉钢板的要求；

①较高的强度，包括常温和中温强度；

②良好的塑性、韧性和冷弯性能；

③较低的缺口敏感性；

④良好的加工工艺性能和焊接性能；

⑤对钢锭要求有良好的低倍组织；

⑥要求钢的分层、非金属夹杂物、疏松等缺陷尽可能少。不允许有白点及裂纹；

⑦作压力容器时，工作温度>400℃，需考虑蠕变强度和持久强度。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢135三、锅炉锅第五节低合金钢及化工设备用的特种钢136四、容器钢第五节低合金钢及化工设备用的特种钢

化工生产所用容器与设备的操作条件(压力、温度、介质的腐蚀性等)比较复杂，再加上制造技术要求比较严格。目前对压力容器用厚钢板在技术条件、检验方法、验收等方而均按GB6654—1996压力容器用钢板与YB(T)40一87压力容器用碳素钢和低合金厚钢扳所规定的要求执行。2023/9/28137五、不锈耐酸钢不锈钢和耐酸钢的统称一般称耐空气、蒸汽和水等弱腐蚀介质的钢为不锈钢，称耐酸、碱、盐等强烈腐蚀性介质的钢为耐酸钢。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢

通常按钢的金相组织分为:

铁素体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体-铁素体双相不锈钢马氏体不锈钢等2023/9/28138防止晶间腐蚀的方法：1）降低含碳量<0.06%时不易产生，<0.03%时可靠地克服，超低碳不锈钢，如00Cr19Nil02）稳定碳原子，加入Ti、Nb、V、Mo稳定剂，广泛用，0Cr18Nil0Ti、0Cr18NillNb。3）形成双相组织，加入铁素体促成元素Ti、Al、Si、Mo，铁素体含铬高、补充快，5%以内，阻断腐蚀通路。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/28139防止晶间腐蚀的方法：4）控制热规范：快速加热和冷却，或非常缓慢。5）补充热处理稳定化退火（免疫处理）：850度保温2小时，充分扩散高温淬火水冷（固熔、水韧处理）：1100度左右加热后淬火，单相奥氏体。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/28140六、耐热钢

例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，温度往往达到1000℃以上。

300℃～350℃即需选用耐热钢，一般耐热钢工作温度都在700℃以下，700℃～1000℃用高温合金。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/28141高温设备对钢材的要求(1)化学稳定性（Cr、Al、Si）；(2)热强性：①强化固溶体

（Cr，Mo）；②稳定金相组织（Cr，Mo，V，Ti）；③提高钢的再结晶温度（Mo、Cr、w）

。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/28142六、耐热钢

Cr、Al、Si铁素体形成元素，被高温气体氧化后生成一种致密的氧化膜。

Ni、Mn奥氏体形成元素，提高高温强度和改善抗渗碳性。

V、Nb、Ti形成强碳化物提高高温强度。

C和N扩大和稳定奥氏体，提高高温强度。

B和Re均为耐热钢中添加的微量元素，可显著提高钢材的抗氧化性，并改善其热塑性。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/28143七、低温用钢

深冷分离、空气分离等。目前国外低温设备用的钢材主要是以高铬镍钢为主，也有使用镍钢、铜和铝等。第五节低合金钢及化工设备用的特种钢2023/9/28144八、钢材的品种和规格第五节低合金钢及化工设备用的特种钢自学2023/9/28145第六节有色金属2023/9/28146一、铝及其合金

在浓硝酸以及干氯化氢、氨气中耐腐蚀。卤素离子的盐类、氢氟酸以及碱溶液都会破坏铝表面的氧化膜。铝不会产生火花，常用于制作含易挥发性介质的容器；铝不会使食物中毒，不沾污物品，不改变物品颜色，在食品工业中代替不锈钢。铝的导热性能好，适合于作换热设备

第六节有色金属2023/9/28147变形铝合金（工业纯铝和防锈铝）和铸造铝合金1、变形铝合金（1）工业纯铝

L+序号，序号大纯度低。工业高纯铝L01（1A85）、L02（1A90），抗硫腐蚀，浓硝酸设备，高压釜、槽车、贮槽、阀门、泵。工业纯铝L6（8A06），耐硫腐蚀、防污染而不要求强度的设备，例如：反应器、热交换器、深冷设备、塔器等。

第六节有色金属2023/9/28148（2）防锈铝

由铝锰系或铝镁组成的铝合金，LF2，LF3，LF5……等。强度比纯铝高。

LF2、LF3用于中等强度的零件或设备；

LF5制造油箱、管道、低压容器、铆钉；

LF6用于受力零件及焊制容器。由于熔焊的铝材在低温(0～-196℃)下冲击韧性不下降，很适合做低温设备。第六节有色金属（3）硬铝LY；（4）锻铝LD2023/9/281492、铸造铝合金——铝、硅合金Al-Si系，典型牌号ZAlSi7Mg，合金号为ZL101；

Al-Cu系，应用最早，热强性高，300℃，耐腐蚀性较差。典型牌号ZAlCu5Mn，合金号为ZL201；

Al-Mg系，室温力学性能高，耐腐蚀性能好，但热强性低。铸造性能差，典型牌号ZAlMg10，合金号为ZL301；第六节有色金属2023/9/28150Al-Zn系，Zn在Al中溶解度大，再加入硅及少量镁、铬等元素，具有良好的综合性能，典型牌号ZAlZn11Si17，合金号为ZL401。铝的铸造性、流动性好，铸造时收缩率和生成裂纹的倾向性都很小。耐蚀性好，且密度小，广泛用来铸造形状复杂的耐蚀零件，如管件、泵、阀门、汽缸、活塞等。第六节有色金属第六节有色金属2023/9/28152二、铜及其合金

半贵重金属1、纯铜（紫铜）低温时可保持较高的塑性和冲击韧性，用于制作深冷设备和高压设备垫片。耐稀硫酸、亚硫酸、稀的和中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸及其它非氧化性酸等介质的腐蚀，对淡水、大气、碱类溶液的耐蚀能力很好。不耐各种浓度的硝酸、氨和铵盐溶液。第六节有色金属1、纯铜

物理性能：密度为8.94g/cm3，熔点为1083℃，无磁性。具有面心立方结构．无同素异构转变。

第六节有色金属2023/9/28154

变形纯铜的牌号Tl、T2、T3、TU1、TU2、TP1、TP2等。

T1、T2是高纯度铜，用于制造电线，配制高纯度合金。

T3杂质含量和含氧量比T1、T2高，主要用于一般材料，如垫片、铆钉等。

TU1、TU2为无氧铜，纯度高，主要用作真空器件。

TP1、TP2为磷脱氧铜，多以管材供应，主要用于冷凝器、蒸发器、换热器、热交换器的零件等。第六节有色金属铜合金

特点：具有优良的导电性、导热性，很高的化学稳定性和良好的抗蚀性能。纯铜的强度不高，硬度低，塑性很好。经冷变形加工后，强度提高，但伸长率下降。工业纯铜加工产品代号有T1、T2、T3、T4四种。主要用于制作电线、蒸发器等。铜合金机械性能好摩擦系数小在空气环境下具有良好的抗蚀性。容易加工。第六节有色金属（1）黄铜

以锌（含量小于50%）为主要加入元素的铜合金。

HMn58-2H62分类普通黄铜（铜锌合金）表示方法（H+铜含量）表示方法（H+主要元素符号＋铜含量＋主加元素含量）特殊黄铜Al、Mn、

Si、Pb第六节有色金属2023/9/28157（1）黄铜

铸造性能好，力学性能比纯铜高，耐蚀性能与纯铜相似，在大气中耐腐蚀性比纯铜好，价格便宜，应用较广。

第六节有色金属2023/9/28158

常用的黄铜牌号有H80、H68、H62等

H80大气、淡水及海水中有较高耐腐蚀性、加工性能优良，可作薄壁管和波纹管。

H68塑性好，可在常温下冲压

H62在室温下塑性较差，但机械强度较高，易焊接，价格低廉，可做深冷设备的筒体、管板、法兰及螺母等。

锡黄铜HSn70-l含有1%的锡，能提高在海水中的耐蚀性。称海军黄铜。第六节有色金属2023/9/28159（2）白铜

镍含量低于50%的铜镍合金称为简单（普通）白铜，再加入锰、铁、锌或铝等元素的白铜称为复杂（特殊）白铜。白铜是工业铜合金中耐腐蚀性能最优者，抗冲击腐蚀、应力腐蚀性能亦良好，是海水冷凝管的理想材料。第六节有色金属

（2）白铜

以Ni为主要元素（含量小于50%）的铜合金。

BFe5-1B30分类简单白铜（铜镍合金）表示方法（B+镍含量）表示方法（B+主要元素符号＋镍含量＋主加元素含量）特殊白铜Fe、Zn、Mn、Al第六节有色金属（3）青铜

除Ni和Zn以外的其它元素为主要合金元素的铜合金。

青铜的代号用（Q+主加元素符号+主加元素百分含量+其他元素的百分含量）表示。第六节有色金属2023/9/28162（3）青铜

铜与锡的合金称为锡青铜；铜与铝、硅、铅、被、锰等组成的合金称无锡青铜。锡青铜分铸造锡青铜和压力加工锡青铜。锡青铜典型牌号ZQSn10-1，有高强度和硬度，能承受冲击载荷，耐磨性很好，具有优良的铸造性，比纯铜耐腐蚀。锡青铜用来铸造耐腐蚀和耐磨零件，如泵壳、阀门、轴承、蜗轮、齿轮、旋塞等。无锡青铜力学性能好第六节有色金属2023/9/28163四、钛及其合金

钛的密度小（4.507g/cm3）、强度高、耐腐蚀性好、熔点高。工业纯钛牌号有TA0、TA2、TA3(编号愈大、杂质含量愈多)。纯钛加工性能良好；有良好的耐蚀性。钛也是很好的耐热材料。在钛中添加锰、铝或铬、钼等元素，可获得性能优良的钛合金。第六节有色金属第六节有色金属2023/9/28165第七节非金属材料

第七节非金属材料分类无机非金属材料有机非金属材料2023/9/28166一、无机非金属材料

1、化工陶瓷

具有良好的耐腐蚀性能，足够的不透性、耐热性和一定的机械强度。其主要原料是粘土、瘠性材料（石英）和助熔剂。用水混合后经过干燥和高温焙烧，形成表面光滑、断面像细密石质的材料。陶瓷性脆易裂，导热性差。

化工陶瓷产品有塔、贮槽、容器、泵、阀门、旋塞、反应器、搅拌器和管道、管件等。第七节非金属材料2023/9/28167一、无机非金属材料

2、化工搪瓷

由含硅量高的瓷釉通过900℃左右的高温燃烧，使瓷釉密着在金属胎表面。化工搪瓷具有优良的耐腐蚀性能和电绝缘性能，但易碎裂。搪瓷的导热系数不到钢的1／4，热膨胀系数较大。不能直接用火焰加热，以免损坏搪瓷面，可以用蒸汽或油浴缓慢加热。使用湿度为-30℃~270℃。

目前我国生产的搪瓷设备有反应釜、贮罐、换热器、蒸发器、塔和阀门等。

第七节非金属材料2023/9/28168一、无机非金属材料

3、辉绿岩铸石

用辉绿岩熔融后铸成。

可制成板、砖等材料用来做设备衬里和管材。

铸石除对氢氟酸和熔融碱不耐腐蚀外，对各种酸、碱、盐具有良好的耐腐蚀性能。第七节非金属材料2023/9/28169一、无机非金属材料

4、玻璃

化工上用的玻璃指硼玻璃(耐热玻璃)制成高铝玻璃，热稳定性和耐腐蚀性好。但质脆，耐温度急变性差，不耐冲击和振动。

玻璃在化工生产上用来做管道或管件，也可以做容器、反应器、泵、热交换器、隔膜阀等。第七节非金属材料1）组成树脂：树脂是塑料的主要成份，它联系和粘结其它组分，对塑料的性能起决定性作用。填充剂：弥补或改善树脂的性能不足，另外可以显著地降低成本。增塑剂：增加材料塑性。固化剂：使线型高分子交联成体型网络结构。稳定剂：用来抵抗老化延长塑料寿命物质。其它：诸如发泡剂，抗静电剂，染料，润滑剂等等.1.工程塑料一、有机非金属材料第七节非金属材料热塑性塑料和热固性塑料加热变软，冷却变硬；不同材料的韧性变化范围很大；可循环再利用；不能承受高温。制成后永久固化；脆；不能循环再利用；可承受高温。热塑性塑料热固性塑料2）分类及应用1.工程塑料

主要优点：质轻、比强度高；良好的耐蚀性、减摩性；绝缘性、耐电弧性、隔音性、吸振性；工艺性能好。

主要缺点：强度、硬度、刚度低；耐热性、导热性差，热膨胀系数大；容易燃烧，容易老化。2）分类及应用1.工程塑料1.工程塑料1.工程塑料2023/9/28175一、有机非金属材料

2、涂料

一种高分子胶体的温合物溶液，涂在物体表面，然后固化形成薄涂层，用来保护物体免遭大气腐蚀及酸、碱等介质的腐蚀。多数情况下用于涂刷设备、管道的外表面，也常用作设备内壁的防腐蚀涂层。

涂料防腐特点：品种多、选择范围广、适应性强、使用方便、价格低、适于现场施工等。但涂层较薄，在有冲击、磨蚀作用以及强腐蚀介质的情况下，涂层容易脱落，限制了涂料在设备内壁防腐蚀上的应用。

品种：防锈漆、底漆、大漆、酚醛树脂漆、环氧树脂漆等。

第七节非金属材料2023/9/28176一、有机非金属材料

3．不透性石墨

由各种树脂浸渍石墨消除孔隙而得到的。

特点：1）有较高的化学稳定性和良好的导热性，热膨胀系数小，耐温度急变性好； 2）不污染介质，能保证产品纯度； 3）加工性能良好、相对密度小； 4）机械强度较低，性脆。

不透性石墨的耐腐蚀性主要决定于浸渍树脂的耐腐蚀性。由于其耐腐蚀性强和导热性好，常用作腐蚀性强的介质的换热器、泵、管道和用做机械密封中的密封环和压力容器用的安全爆破片等。

第七节非金属材料2023/9/28177第八节化工设备的腐蚀及防腐措施

一、金属的腐蚀

金属与周围介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏称为腐蚀。

1．金屑腐蚀的评定方法：

(1)根据重量变化评定金属的腐蚀

通过实验的方法测出金属试件在单位表面积、单位时间腐蚀而引起的重量变化。只能用于均匀腐蚀，且即能很好地除去腐蚀产物又不致损害试件主体金属时，结果才能准确（没有考虑金属的相对密度）。2023/9/28178一、金属的腐蚀

(2)根据腐蚀深度评定金属的腐蚀

当重量损失相同时，相对密度不同的金属其截面尺寸的减少不同。为了表示腐蚀前后尺寸的变化，常用金属厚度的减少量，即腐蚀深度来表示腐蚀速度：

第八节化工设备的腐蚀及防腐措施2023/9/28179一、金属的腐蚀

2、化学腐蚀

金属遇到干燥的气体和非电解质溶液发生化学作用所引起的腐蚀。化学腐蚀的产物在金属的表面上，腐蚀过程中没有电流产生。

钝化腐蚀：生成的化合物很稳定，即不易挥发或溶解，且组织致密，与金属本体结合牢固，这种腐蚀产物附着在金属表面上，称为“钝化脂”，起保护作用，或称钝化作用。

活化腐蚀：生成的化合物不稳定，即易挥发或溶解，且与金属结合不牢固，腐蚀产物会一层层脱落，这种腐蚀产物不能保护金属不再继续受到腐蚀。

第八节化工设备的腐蚀及防腐措施2023/9/28180一、金属的腐蚀

(1)金属的高温氧化及脱碳

金属的高温氧化及脱碳是一种高温下的气体腐蚀，是化工设备中常见的化学腐蚀之一。

当钢和铸铁当温度高于300℃时，就在表面出现可见的氧化皮，随着温度的升高，钢铁的氧化速度大为增加。

第八节化工设备的腐蚀及防腐措施181一、金属的腐蚀

(2)氢腐蚀

氢气在温度和压力(>200℃，>5.0MPa)下对普通碳钢及低合金钢产生腐蚀，结果使材料的机械强度和塑性显著下降，甚至损坏。

第一阶段为氢脆阶段。氢与钢材直接接触时被钢材吸附，并以原子状态向钢材内部扩散，溶解在铁索体中形成固溶体。在此阶段，溶在钢中的氢未与钢材发生化学作用，钢材的组织末改变，在显微镜下观察不到裂纹，抗拉强度和屈服点无大改变。但它使钢材显著变脆，塑性减小，这种脆性与氢在钢中的溶解度成正比。

第二阶段为氢侵蚀阶段。溶解在钢材中的氢气与钢中的渗碳体发生化学反应，生成甲烷气，改变钢材的组织。第八节化工设备的腐蚀及防腐措施2023/9/28182(2)氢腐蚀

这一化学反应常在晶界处发生，生成甲烷气，聚集在晶界原有的微观孔隙内、形成局部高压，引起应力集中，使晶界变宽，发生更大的裂纹，或在钢材表层夹杂等缺陷中聚集形成鼓池，使钢材机械性能降低。又由于渗碳体还原为铁索体时，体积减小，由此而产生的组织应力与前述内应力叠加在一起使裂纹扩展，而裂纹的扩展又为氢和碳的扩散提供了有利条件。这样反复不断进行下去，最后使钢材完全脱碳，裂纹形成网格，严重地降低了钢材的机械性能，甚至破坏。

铁碳合金的氢腐蚀随着压力和温度的升高而加剧（高压有利于氢气在钢中的溶解，高温则增加氢气在钢中的扩散速度及脱碳反应的速度）。第八节化工设备的腐蚀及防腐措施2023/9/28183(2)氢腐蚀

为了防止氢腐蚀的发生，可以降低钢中的含碳量，使其没有碳化物(Fe3O)折出，此外在钢中加入合金元素如铬、钛、钼、钨、钒等，形成稳定的碳化物，不易与氢作用，可避免氢腐蚀。第八节化工设备的腐蚀及防腐措施2023/9/28184一、金属的腐蚀

3、电化学腐蚀

电化学腐蚀是指金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏。

特点：在腐蚀过程中有电流产生。

原理：金属在电解质溶液中，在水分子作用下，使金属本身离子化，当金属离子与水分子的结合能力大于金属离子与电子的结合能力时，一部分金属离子就从金属表面跑到电解液中——形成了电化学腐蚀。第八节化工设备的腐蚀及防腐措施2023/9/28185一、金属的腐蚀

3、电化学腐蚀

(1)原电池作用

金属在电解质溶液中的腐蚀过程，与电池中的电化学反应过程完全类同。铁的电位较铜为负成为阳极——铁溶解，阳极放出电子经外部导线移动到阴极。在阴极铜上，流来的电子被溶液中的阳离子[H+]吸收，阴极上放出氢气。

在实际腐蚀中，有的设备可能就由两种金属材料制成，或者同一材料由于不同的相存在或物理、机械性能不同，受力不均等也能产生这类腐蚀电池。第八节化工设备的腐蚀及防腐措施2023/9/28186一、金属的腐蚀

3、电化学腐蚀

(2)微电池和电化学腐蚀原理

电化学腐蚀的三个环节

第八节化工设备的腐蚀及防腐措施2023/9/28187一、金属的腐蚀

3、电化学腐蚀

(3)浓差电池与大电池

在金属容器中不同部位接触的溶液的浓度不同时，因电极电位差形成腐蚀电池——浓差电池。与浓度较小的溶液相接触的部分为阳极，反之为阴极。

两种金属在同一种电解质溶液中形成的腐蚀电他称为腐蚀大电池。第八节化工设备的腐蚀及防腐措施2023/9/28188一、金属的腐蚀

3、电化学腐蚀

(4)电化学腐蚀的条件

电化学腐蚀过程是由阳极过程、电子流动及阴极过程三个环节组成。其条件为：

(a)存在电位差 (b)阴极和阳极互相连接； (c)阳极和阴极处在互相联通的电解质溶液中。

第八节化工设备的腐蚀及防腐措施189二、晶间腐蚀和应力腐蚀

1、晶间腐蚀：在敏化温度内，奥氏体不锈钢中的碳很快向晶界处扩散，并优先与铬化合成碳化铬析出。由于铬扩散速度比较馒，碳化物中的铬主要从晶界附近获取，形成晶界附近一带贫铬。如果铬含量降低至钝化所需的极限以下，则贫