第六章化工設備材料及其選擇

NanjingUniversityofTechnology《食品機械基礎》第二篇化工設備材料授課教師：仲兆祥第六章化工設備材料及選擇碳鋼

12低合金鋼及化工設備用特種鋼

4非金屬材料

3有色金屬材料化工設備的使用環(huán)境：壓力：真空—低壓—中壓—高壓—超高壓溫度：低溫—常溫—中溫—高溫介質：腐蝕性；有毒；易燃；劇毒。氨合成的壓力有的達到32MPa高壓聚乙烯生產(chǎn)壓力為300MPa乙烯生產(chǎn)工藝中裂解爐溫度高達1200℃乙烯深冷分離溫度需降到-167℃

高壓反應器6.1碳鋼一.碳鋼中雜質對其性能的影響1）錳(Mn)來源——在冶煉過程中加入錳鐵。作用——鋼材中錳含量高于0.8%時，即為合金元素存在——提高強度。有益元素。2）硫(S)來源——礦石和焦炭。存在形式：FeS。作用——FeS的熔點低于鋼材熱加工開始溫度，它過早熔化，導致工件開裂，稱為“熱脆性”。有害元素！

3)磷(P)來源——礦石。作用——溶于鐵素體，使鋼材常溫下脆性增加，塑性、韌性下降，即所謂“冷脆性”。有害元素！4）氫(H)來源——鋼由高溫奧氏體冷至常溫時，氫的溶解度降低，來不及到鋼的表面逸出而積聚，并產(chǎn)生高壓力，在鋼材內(nèi)產(chǎn)生“白點”?！鞍c”——裂紋源,有害元素！二.碳鋼的分類、牌號（1）普通碳鋼含P、S等有害雜質較多（S≤0.055%P≤0.045%)常用有：Q215-A,Q235-A,Q235-A.FQ235-B,Q235-C,Q275式中Q—普通碳鋼，“屈服”的拼音首位字母。235——材料屈服點（MPa)A,B,C,D——鋼材質量等級，越后越高。F——沸騰鋼

（2）優(yōu)質碳素鋼特點：含硫、磷等雜質較少，均≤0.04%，雜質少，組織均勻，表面質量好。常用有：08,10,15,20,20g,20R,30Mn,40Mn等。式中數(shù)字--含C量的萬分數(shù);g--鍋爐鋼；R--容器鋼；Mn---含錳元素約1%。

（3）高級優(yōu)質鋼

特點：磷硫雜質極少

P,S含量≤0.03%。表示法：如20A

6.2低合金鋼及特殊性能鋼合金元素對鋼的影響——為改善鋼材性能特意在碳鋼中加入合金元素，以改變鋼材性質，即為合金鋼。例如：鉻：耐腐蝕抗氧化；提高了強度硬度和耐磨性；使鋼材的韌性和塑性降低。錳：提高強度和低溫沖擊韌性。鎳：提高淬透性，保持良好塑性和韌性；提高耐腐蝕性和低溫沖擊韌性；提高熱強性能。硅：提高強度、高溫疲勞強度、耐熱性、耐H2S腐蝕；降低了塑性和沖擊韌性。1.成分特點：※由碳素鋼+Si、Mn、Cu、Ti、V、Nb等元素組成；※含碳量均較低，≤0.2%；※合金元素總含量＜5%。2.相對于碳素鋼，其性能特點：※強度提高；※耐腐蝕性能提高；※低溫性能提高。低合金鋼6.2低合金鋼及化工設備用特種鋼3.常用材料：板，管，圓鋼等型材。4.用途：廣泛用于造船，壓力容器，橋梁，高壓鍋爐，汽車，礦山機械，農(nóng)業(yè)機械等。5.常用材料：16MnR，15MnVR,18MnMoNbR,16MnDR,15CrMoR,14Cr1MoR….

碳素鋼與低合金鋼比較

類別品種sb

(MPa)ss(MPa)

σS/σb使用溫度（℃）碳素鋼Q235-A204004002402500.60.630～350-19～475低合金鋼16Mn15MnV5205403604000.690.74-40～475-45～450鍋爐鋼和容器鋼1.工作環(huán)境：鍋爐：中溫或高溫；中壓或高壓。容器：壓力；溫度；介質腐蝕；操作特點。2.對材質要求：1）較高的強度；2）良好的塑性、韌性和冷彎性能；3）較低的缺口敏感性；4）良好的焊接性能和其他工藝性能；5）良好的冶金質量。3.常用的材料：鍋爐鋼——20g；12Mng,16Mng,15MnVg,18MnMoNbg。容器鋼——（GB150-1998《鋼制壓力容器》推薦）Q235-B，Q235-C;20R;16MnR，15MnVR，15MnVNbR，18MnMoNbR。

7月20日上午天水方大建材有限公司某生產(chǎn)車間內(nèi)的4個壓力容器中一個不明原因脫離閥門，巨大的沖擊力將該容器彈射出十余米，撞向生產(chǎn)車間后墻并將墻撞了個窟窿后才停了下來。由于“肇事”容器射出時磨擦力擦出火花，加之巨大的沖擊力將電源震壞，因此事故現(xiàn)場上空火光一片。經(jīng)查，事發(fā)時，生產(chǎn)車間有13名工人，其中4人不幸遇難，5人受傷。壓力容器事故一甘肅天水壓力容器爆炸山西嘉寶酒業(yè)鍋爐爆炸壓力容器事故二事故經(jīng)過：2000年11月28日，寧波北侖發(fā)電廠發(fā)生鍋爐爆炸，造成2人死亡，2人重傷，2人輕傷，直接經(jīng)濟損失30萬元，間接損失20萬元。事故原因：私自制造鍋爐，自行安裝投入使用，制造安裝人員均沒有專業(yè)方面的知識。壓力剃容器姓事故恢三寧波錫北侖齒港電結廠鍋典爐爆幕炸事故爹經(jīng)過恨：19耳93年3月10日，杏寧波宵北侖車發(fā)電由廠發(fā)尺生鍋肥爐爆購炸，和死亡23人，室傷24人，焰直接障經(jīng)濟乖損失77含8萬元壇，修餐復13伴2天少勻發(fā)電忠近14億度窯。事故隊原因宰：主附要可條能因劇為鍋餐爐嚴銅重結使渣，戲落渣勇進入洞水產(chǎn)惡生蒸施汽，胃蒸汽習進入峽爐膛藝，造查成壓胳力升表高。不銹走耐酸高鋼不銹--倘-耐大泛氣腐梢蝕；耐酸--笑-耐酸塑及強謠腐蝕之性介雁質的反腐蝕累。常用賭品種纏：1）鉻軋不銹宗鋼--高-如1C池r1填3,襲2C搜r1扶3,恩0C賤r1央3等。第一碼個數(shù)斜字--竿-含碳節(jié)量的糊千分趕數(shù)；Cr混13答--捎-含鉻13竊%?！蚪M懇織成撿分：會鉻固佳溶于保鐵素厭體的釣晶格捕中形仇成固退溶體結?！颉安伙嬩P”灑的原臺因：在氧涉化性砍介質到中，優(yōu)鉻能盟生成傲一層每穩(wěn)定構而致松密的愧氧化項膜，母對鋼水材起故保護胳作用吼。◎性飼能特眉點：碳的啞作用--翼-與鉻被生成集碳化世鉻(C環(huán)r2賭3C冒6)，消耗靠大量架的鉻異。為展保證置耐腐午蝕性余能，旅不銹緊鋼中愁碳含致量越孕低越縫好。鉻的家作用播：——能提垃高耐宇腐蝕聾性能旱。實頃際鉻謝不銹維鋼的勉平均遺含鉻疤量≥13帝%?！芴釢筛咪撁竦拇愕敉感栽辏@燃著提憲高鋼路的強夕度、咽硬度魯和耐演磨性累，而掘塑性賤、韌鍛性降爪低。用作梢受載黑荷大抹的耐吼蝕零姓件，筐如軸馳類，肌活塞情桿、歉螺栓兩、浮辛閥等奪。鉻鎳樹不銹的鋼常用敢鉻鎳巧不銹翅鋼型圾號:0徒6C臉r1啦9N擺i1丘0式中06塊--張-含碳化量的珠千分糕數(shù),C培≤0犧.0泊8%；Cr償19削--陰-含鉻租量17德-1江9%；Ni于10勸--洪-含鎳渴量8-挪11左%左右孫。通常特以鉻撞鎳平許均含滋量“18原-8鳴”標志刻這種診鋼。組織俗特征置：C、Cr、Ni固溶蓬于奧甩氏體叼晶格纏中，固是單梨一的嶄奧氏怪體組賊織。性能恩特點:①耐腐綿蝕性哈好※C招r含量貼≥13矩%，表滑面形惕成氧因化膜的；※組織肺為單狀一的冒奧氏今體，冤在電淚解液謝中不棟能形怎成微鋼電鼻池，繡避免矮了電搭化學使腐蝕壩。②力某學性災能優(yōu)兇異。③在40駐0～85緩0℃期間緩，碳緒生成復碳化蕉鉻在通晶界躁析出滑，使悉晶鏟界賊附近系貧鉻懂（鉻凳含量甲低于12顧%）導走致晶間蒙腐蝕。！不策能反褲復施感焊，往否則齒必須朗進行慎熱處息理。④不凡耐氯陵離子躲腐蝕株。耐熱謠鋼高溫尸環(huán)境--威-原油棵加熱弟、裂降解、梢催化懶等。紐奉如轉紗化爐甩爐管霧，工奇作溫刪度為65慎0～80區(qū)0℃。碳鋼果使用按溫度浴一般挨在40膚0℃以下針。如20鋼50光0℃時屈丈服點鑰只有50您MP塑a,變得垂很軟碎，鋼什中的Fe3C分解奴出石繭墨碳內(nèi)（石塊墨化爹過程潔）；允同時殺鋼表嫁面生綠成氧?；さ埃瑢邮觿兏Z落?！间撈窃诟叩叵蚂`強度竟和抗潮氧化韻性均雜下降怠。高溫短設備糞對材鳥料的貢要求顯：①化學饒穩(wěn)定特性?！挚鼓掣邷剡M氣體作（O2、H2S、SO2等)腐蝕甚的能若力。絞加入Cr、Al、Si等合洋金元算素，艱鋼的務表面鄙能生增成致鞠密的鞠氧化杯膜，斗保護軋鋼的調(diào)表面衫。Cr喜13酒Si聞Al娛,茄Cr給25功Ti要,盡C歲r2欣5N菜i1犧2等。②熱強蹄性——抗高夠溫蠕巾變能律力熱強凝鋼——抗蠕痰變，膝有一輝定抗國氧化什能力12燒Cr翁Mo戴,C矛r5努Mo蹈,1沒Cr歲18鉆Ni欺9T耽i,嗓Cr橡25慚Ni環(huán)20等低溫歪用鋼低溫床環(huán)境——天然日氣液建化、串空氣書分離齊、潤烤滑油液脫脂沿、輕卵烴回江收等潑。普通快碳鋼默在低倍溫下日（-2蒼0℃以下蒜）變習脆，漠沖擊旋韌性評顯著刮下降懲。低溫釋用鋼嬌的基港本要靠求：具有堆良好贈的韌研性（討包括記低溫晌韌性賭），斃良好無的加主工工皮藝性表能和業(yè)可焊關性；低溫用用鋼砍的組遠織成風分特斗點：含碳謀量盡匙可能則低，邊以形濾成單糖相鐵封素體驢組織喚，再纏加入首適量軍的Mn、Al、Ti、Nb、Cu、V、N等元純素。6.份3.有色拒金屬銅及其合金：純（紫）銅黃銅（銅鋅合金）錫青銅（銅錫合金）鋁青銅（無錫青銅）輕金屬及其合金鋁及鋁合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金1.特性借：1）密詳度小籍，體曾輕；2）導撈電、鬧導熱比性好先。不素產(chǎn)生扔火花李；3）塑饑性高革，強填度低厚；4）易廢冷加陸工，巷可焊叢，可火鑄；5）耐激低溫育；6）一據(jù)定的繩耐腐恭蝕性類；7）不慚污染刊食物羊。濃硝識酸設噴備、業(yè)熱交難換器弦、食繼品工皺業(yè)設語備等鋁及綱其合猾金銅及的其合廁金1.純銅騰（紫惠銅）特性閱：1）塑懸性好場，導既電性盼好，尺導熱躍好；2）低典溫下蔬保持巡壽較高信塑性因和沖撓擊韌般性；3）耐譽低濃齒度酸睡。用途愁：深瓶冷裝雨置；獻密封霧墊片遞。常用宣材料弦：T2，T3，T4，TU撒P（用蕩磷脫陷氧的克無氧桃純銅每）。2.黃銅——銅與刺鋅的指合金材。特性射：鑄陣造性掠能好目；較業(yè)高的巾力學退性能并；易被切削柔加工背；可煙焊接慘；耐弦蝕性仍較好輔；有貪應力偵腐蝕險開裂輝傾向貿(mào)。用途糾：深捏冷設霧備的售筒體荒、管費板、翻法蘭狼及螺浩母等激?；て闯Ｓ锰挡牧霞。篐8能0,奴H6喬8,洞H6華2等。銅含族量%代號3.青銅常用蓬材料安：錫師青銅車（銅友錫合汁金）——鑄造阿青銅慢用場答較多圍。特點稻：良蕩好的獻耐腐收蝕性核，耐候磨性訪。用場踢：泵米殼，籍軸承砍，渦暴輪，驗閥門復等。鈦及麥其合考金特點速：1）密趣度不史大而轟強度醫(yī)高；2）耐嚼腐蝕代性能柳近乎夾或超帖過不企銹鋼享；3）耐編熱。用場：航壁空工星業(yè)，該化學茅工業(yè)些。6.毛4非金褲屬材掘料無機鋒非金積屬材潛料1.化工崇陶瓷特點讀：1）良艙好的愈耐腐敏蝕性番能；2）足圖夠的澡不透杰性、革耐熱編性；3）一幅定的魂機械童強度陪；4）性慮脆易號裂，百導熱擊性差狐。用場幸：化邪工陶持瓷設贏備及穿管道子，管犬件等講。2.化工培搪瓷——含高撒硅的獸瓷釉雷經(jīng)90乏0℃煅燒喬，密丈著在禍金屬伶胎表鞏面而然成。特點竭：1）優(yōu)本良的籃耐腐怠蝕性索能；2）優(yōu)杰良的叮電絕箭緣性烤能；3）易鈴碎裂詠。用場哈：搪睜瓷設襖備，謹如反稀應釜翠、儲幟罐、使換熱惠器、毀塔、何閥門脊等。有機峽非金帝屬材攜料1.工程早塑料高分惠子合墻成樹瓣脂+填