化工设备材料及其选择-化工设备用特种钢

项目一化工设备材料及其选择单元三化工设备用特种钢1第三节

低合金钢及化工设备用特种钢1.合金元素对钢的影响——为改善钢材性能特意加入合金元素，以改变钢材性质。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。2

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。2.普通低合金钢3

碳素钢与低合金钢比较

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16Mn15MnV5205403604000.690.74-40～475-45～45043.常用材料：板，管，圆钢等型材。4.用途：广泛用于造船，压力容器，桥梁，高压锅炉，汽车，矿山机械，农业机械等。5.常用材料：

16MnR，15MnVR,18MnMoNbR,16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR….53.容器钢和锅炉钢（1）.工作环境：锅炉：中温或高温；中压或高压。容器：压力；温度；介质腐蚀；操作特点。（2）.对材质要求：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）良好的焊接性能和其他工艺性能；5）良好的冶金质量。6（3）.常用的材料：容器钢——（GB150-1998《钢制压力容器》推荐）Q235-B，Q235-C;20R;16MnR，15MnVR，15MnVNbR，18MnMoNbR。锅炉钢——20g；12Mng,16Mng,15MnVg,18MnMoNbg。（4）.标准：

《压力容器用钢板》GB6654-1996《压力容器用碳素钢和低合金厚钢板》YB/T40-877

5.不锈耐酸钢不锈---耐大气腐蚀；耐酸---耐酸及强腐蚀性介质的腐蚀。常用品种：1）铬不锈钢---如1Cr13,2Cr13,0Cr13等。第一个数字---含碳量的千分数[见表1-5(1-4）]；Cr13---含铬13%。◎组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中形成固溶体。8◎“不锈”的原因：在氧化性介质中，铬能生成一层稳定而致密的氧化膜，对钢材起保护作用。◎性能特点：碳的作用---与铬生成碳化铬(Cr23C6)，消耗大量的铬。为保证耐腐蚀性能，不锈钢中碳含量越低越好。9铬的作用：

——能提高耐腐蚀性能。实际铬不锈钢的平均含铬量≥13%。

——能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，而塑性、韧性降低。

用作受载荷大的耐蚀零件，如轴类，活塞杆、螺栓、浮阀等。102）铬镍不锈钢常用铬镍不锈钢型号:0Cr18Ni90Cr18Ni10Ti式中0---含碳量的千分数；（见表1-5）

Cr18---含铬量18%左右；

Ni9---含镍量9%左右。通常以铬镍平均含量“18-8”标志这种钢。组织特征：C、Cr、Ni固溶于奥氏体晶格中，是单一的奥氏体组织。11

性能特点:①耐腐蚀性好※Cr含量≥13%，表面形成氧化膜；※组织为单一的奥氏体，在电解液中不能形成微电池，避免了电化学腐蚀。②力学性能优异。[见P298附录五]③在400～850℃期间，碳生成碳化铬在晶界析出，使晶界附近贫铬（铬含量低于12%）导致晶间腐蚀。

！不能反复施焊，否则必须进行热处理。④不耐氯离子腐蚀。12

6.高温用钢（耐热钢）

高温环境---原油加热、裂解、催化等。如转化炉炉管，工作温度为650～800℃。

碳钢使用温度一般在400℃以下。如20钢500℃时屈服点只有50MPa,变得很软，钢中的Fe3C分解出石墨碳（石墨化过程）；同时钢表面生成氧化皮，层层剥落。

——碳钢在高温下强度和抗氧化性均下降。13高温设备对材料的要求：①化学稳定性。——抵抗高温气体（O2、H2S、SO2

等)腐蚀的能力。钢的表面能生成致密的氧化膜。抗氧化钢——抗高温氧化，强度不高。

Cr13SiAl,Cr25Ti,Cr25Ni12等。②热强性。——抗高温蠕变能力。热强钢——抗蠕变，有一定抗氧化能力。12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。14元素Cr—提高抗氧化性，强化并稳定金相组织。Mo—提高高温强度，强化并稳定金相组织，提高再结晶温度。

Ni—形成奥氏体组织，提高高温强度和耐腐蚀性。

Ti—稳定金相组织，不锈钢中能减少铬与碳的化合。

Al,Si—提高高温抗氧化性，本身生成致密的氧化膜。各元素的作用：15

7.低温用钢低温环境——天然气液化、空气分离、润滑油脱脂、轻烃回收等。普通碳钢在低温下（-20℃以下）变脆，冲击韧性显著下降。低温用钢的组织成分特点：※一般低温（-40~-20

℃)钢——含碳量很低的铁素体组织，再加入适量的Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元素。如16MnDR,09MnNiDR等。※深冷（-40℃以下)用钢——含碳量低的奥氏体组织。如15Mn26Al4。168.钢材的品种和规格1）钢板[P320附录十]2）钢管[P306附录七]※无缝钢管表示法：如f219×10其中219-钢管的外径,mm；10-钢管名义壁厚,mm。※有缝钢管由板卷焊接而成。