第二篇 压力容器 第六章 压力容器与化工设备常用材料 第七章 压力容器中应力分析与计算 第八章 内压容器设计 第九章 外压容器的稳定性计算 第六章 压力容器与化工设备常用材料 第七章 压力容器中应力分析与计算 第八章 内压容器设计 第九章 外压容器的稳定性计算 第十、十一章 容器附件 第十二章 压力容器的开孔和补强 第十三章 容器支座

第六章 化工设备材料 第一节 概 述 根据物料与适宜工作条件选材 物料腐蚀性：铸铁抗硫化氢 压力与温度 蠕变、氢腐蚀、低温脆性等 第六章 化工设备材料 第一节 概 述 根据物料与适宜工作条件选材 物料腐蚀性：铸铁抗硫化氢 压力与温度 蠕变、氢腐蚀、低温脆性等 2017/3/22

材料的性能： 力学性能、物理性能、化学性能和机加工性能 一、力学性能——决定许用应力 强度、硬度、弹性、塑性、韧性等 2017/3/22

1、强度：是指材料抵抗外加载荷而不致失效破坏的能力 按所抵抗外作用形式分为： 抵抗恒定外力——静强度 抵抗冲击外力——冲击强度 抵抗交变外力——疲劳强度 按环境温度分为： 常温下抵抗外力——常温强度 高温下抵抗外力——高温强度 低温下抵抗外力——低温强度 2017/3/22

常温强度指标： 屈服强度和抗拉(压)强度 屈强比适当 蠕变极限σn 疲劳极限σr , r= σmin/ σmax ,应力循环系数或应力比，如σ-1,以106-107次不被破坏的应力 （r—循环特性） 2017/3/22

补充:静应力与变应力 稳定变应力——周期、应力幅和平均应力都不随时间变化的变应力

2、硬度 局部抵抗能力 弹性、强度与塑性的综合性能指标 硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和维氏硬度(HV) 低碳钢 σb=0.36 HB 高碳钢 σb=0.34 HB 灰铸铁 σb=0.1 HB 2017/3/22

3、塑性 延伸率 δ 断面收缩率 ψ 化工设备材料一般要求δ5=10%-20% 2017/3/22

4、冲击韧性 冲击韧度αk，使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积 低温容器所用钢板αk值不得低于30J/cm2 2017/3/22

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。 2017/3/22

(1) 密度 单位体积内的质量。如要求质量轻和惯性小的零件，均采用密度小的铝合金制造。 (2) 熔点 熔点是金属或合金从固态向液态转变时的温度。熔点高的金属材料可以用来制造耐高温零件。 (3) 导热性 金属传导热量的能力称为导热性。一般说，金属纯度越高，其导热能力就越大。制造散热器、热交换器与活塞等零件时，常选用导热性好的金属。　

(4) 导电性 金属传导电流的性能。纯金属的导电性比合金好。常用纯铜、纯铝做导电材料，用导电性差的铜合金和铝合金作电热元件。 (5) 热膨胀性 金属随着温度变化而膨胀、收缩的特性。 (6) 磁性 金属在磁场中被磁化而呈现磁性强弱的能力。铁磁性材料(在外加磁场中，能被强烈磁化到很大程度)、顺磁性材料(在外加磁场中呈现十分微弱的磁性)、抗磁性材料(能够抗拒或减弱外加磁场磁化作用的金属材料)铁磁性材料可用于制造变压器、电动机、测量仪表等。抗磁性材料则可用作要求避免磁场干扰的零件和结构材料。

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三、化学性能 1、耐腐蚀性 2、抗氧化性 金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力 高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度 选耐热材料 2017/3/22

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四、加工工艺性能 1、可铸性：收缩与偏析 2、可锻性 3、焊接性 4、可切削加工性 2017/3/22

第二节 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（质量分数）0.02％～2％称为钢； 大于2％称为铸铁； 当含C量小于0.02％时称纯铁(工业纯铁)； 含C量大于4.3％的铸铁极脆 2017/3/22

一、铁碳合金的组织结构 1、金属的组织与结构 在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织 2017/3/22

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 不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格 体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的强度高于前者。 2017/3/22

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。 2017/3/22

2、纯铁的同素异构转变 体心立方晶格的纯铁称a-Fe，面心立方晶格的铁称为g-Fe。 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”。 纯铁的同素异构转变是在910℃恒温下完成的。在固态下重新排列、结晶过程是钢进行热处理的依据。 2017/3/22

3、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。 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。 三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。 2017/3/22

组元：纯铁、 Fe3C 概念 性能 相 固相 固溶体 铁素体 F 碳溶于α－Fe中的间隙固溶体 具有良好的塑性和韧性，但强度硬度不高 奥氏体 符号表示 概念 性能 相 固相 固溶体 铁素体 F 碳溶于α－Fe中的间隙固溶体 具有良好的塑性和韧性，但强度硬度不高 奥氏体 A 碳溶于γ－Fe中的间隙固溶体 与溶碳量和晶粒大小有关，硬度较低而塑性较高，易于锻压成形 金属化合物 渗碳体 Fe3C 具有复杂晶格的间隙化合物 硬度很高而塑性和韧性几乎为零，脆性极大 液相 L 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 2017/3/22

（1）铁素体（ferrite） C溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体。 低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。 2017/3/22

（2）奥氏体（Austenite） C溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。 g-Fe原子间隙较大，C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。 2017/3/22

（3）渗碳体（Cementite） 碳和铁形成一种化合物（Fe3C）称渗碳体。 熔点约1600℃，硬度高，塑性几乎等于零。 铁碳合金含碳量小于2％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％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。 2017/3/22

（4）珠光体（Pearite） 铁素体与渗碳体的机械混合物 (F＋Fe3C )用符号P表示 。 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。 2017/3/22

（5）莱氏体（Ledeburite） 莱氏体是由A＋Fe3C组成的一种机械混合物，用符号Ld表示，其组织结构为渗碳体基体上分布的奥氏体，主要体现了渗碳体特点，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。 2017/3/22

（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。 2017/3/22

二、铁碳合金状态图 2017/3/22

按组织不同： 含C量<0.77%——亚共析钢。 含C量>0.77%——过共析钢 含C量=0.77%——共析钢 钢在加热时形成单一的奥氏体组织。 2017/3/22

所有生铁组织中都有莱氏体，多数碳以石墨状存在，用作铸件的生铁称为铸铁。 2017/3/22

三、钢的热处理 钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为热处理。 2017/3/22

1、退火和正火 铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。 （1）退火：是将工件加热至某一温度（临界点以上），保温一段时间，然后随炉或埋入沙中缓慢冷却下来，以得到接近平衡状态组织的一种热处理方法。 退火的功能是：退火可消除冷作硬化，恢复材料的良好塑性；细化铸焊工件的粗大晶粒，改善工件的机械性能；消除残余应力，防止工件变形；可使高碳钢中的网状渗碳体球化，降低材料硬度，提高塑性，便于切削加工。

（2）正火：正火与退火的不同之处是在空气中冷却，冷却速度较快。经过正火处理的工件较退火处理硬度和强度要高。 正火和退火主要有四个区别： (1)正火的温度较高,退火的温度较低. (2)正火的冷却速度比退火的冷却速度快. (3)使用效果不同，在渗碳处理以后，正火能消除网状渗碳体，退火则不能.对含碳量在0.25%以下的， 正火后可提高硬度，改善切削加工性能，退火却做不到。 (4)正火的周期短，操作方便；退火的周期长，操作较麻烦(指需要控制一定的冷却速度)。

2、淬火和回火 加热至淬火温度(临界点以上30℃～50℃)，并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。 淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。 淬火剂：空气、油、水、盐水，冷却能力递增。 碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。 2017/3/22

回火是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。 回火可以降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。 在150℃～250℃范围内的回火称“低温回火”。回火马氏体有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量具，要进行低温回火处理。 2017/3/22

用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。 中温回火温度是300℃～450℃。 有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。 轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。 高温回火温度为500℃～680℃。 综合性能：强度、韧性、塑性等都较好 淬火加高温回火习惯上称为“调质处理”。 用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。 2017/3/22

时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变形后，在室温或高于室温条件下，其组织和性能随时间而变化的过程。 时效可进一步消除内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相类似。 2017/3/22

3、表面淬火 使零件表面层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部则具有一定的韧性。 2017/3/22

4、化学热处理 渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰化(碳与氮共渗)等。 渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性； 渗铝可提高耐热、抗氧化性； 氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提高耐磨和耐腐蚀性； 渗硅可提高耐酸性等。 2017/3/22

第三节 碳素钢 1 硫 一、常存杂质元素对钢材性能的影响 硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等 第三节 碳素钢 一、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。FeS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”。 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。 2017/3/22

2 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， 2 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， 高级优质钢： P＜0.025%； 优质钢： P＜0.04%； 普通钢： P＜0.085%。 2017/3/22

3 锰 脱氧剂。有益元素。 MnS(1600℃)，部分消除硫的有害作用。 3 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%。 2017/3/22

4 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。 4 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。 2017/3/22

5 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。 5 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。 2017/3/22

6 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。 6 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。 2017/3/22

7 氢 氢脆、白点等缺陷。 变脆：氢化物变形小 白点：组织缺陷处扩散氢，时间长 2017/3/22

二、分类与牌号 按用途：建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢和特殊性能钢（不锈钢、耐热钢） 按含碳量：低碳钢、中碳钢和高碳钢 按脱氧方式：镇静钢和沸腾钢 按品质：普通钢、优质钢和高级优质钢 2017/3/22

（一）按钢中碳含量 （1）低碳钢 (C < 0.3%)：强度较低、塑性最好。冷压及焊接性能好，适于制作焊制的化工容器及负荷不大的机械零件； （2）中碳钢 (0.3％ <C <0.6%)：强度、塑性适中，可通过热处理获得优良的综合机械性能，用于制作轴、齿轮、高压设备顶盖等重要零件； （3）高碳钢（ C > 0.6%)：强度、硬度较高，塑性差，用来制作弹簧、钢丝绳等。

硫S 磷P （二）按钢的质量 （1）普通碳素钢 碳钢有普通与优质两种。区别？ 质量等级A，B，C，D。A 最差，D 最好 脱氧方法为F，b，Z，TZ（后两者标注可省略）。 化工压力容器用钢一般选用镇静钢Z。 普通碳素钢有 Q235-A，屈服强度数值（MPa）还包括：Q195、 Q215、Q255及Q275，共5个钢种。 Q195、 Q275不分级；Q215、Q255分为A、B两个等级。 Q235分为A、B、C、D四个等级

（2）优质碳素钢 S＜0.03%～0.045% ；P＜0.04% 08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、…80等。平均含碳量的万分之几。 牌号含义：45号钢中含碳量平均为0.45%(0.42%～0.50%)。 45Mn，锰含量较高的优质非合金钢。 2017/3/22

优质低碳钢（含C＜0.25%），如08、10、 15、20、25；塑性好，焊接性能好，壳体、接管。 2017/3/22

（3）高级优质钢 S＜0.02%～0.03%； P＜0.025%，均＜0.03%。 它的表示方法是在优质钢号后面加一个A字，如20A。 2017/3/22

碳素工具钢 如T8表示平均碳含量为0.8％的优质碳素工具钢。若牌号末尾加“A”，表示钢中硫、磷含量较少，为高级优质钢，如T10A。

优质铸造碳钢 如ZG200— 400表示。σS≥200 MPa，σb≥400 MPa的铸钢。

（三）专用钢材 （1）容器专用钢板 （2）锅炉专用钢板钢管 （3）焊接气瓶专用钢板 碳钢有普通与优质两种。区别？ 如20R，16MnR。R —容 （2）锅炉专用钢板钢管 如20g，20G。g,G —锅，小写板，大写管 （3）焊接气瓶专用钢板 如HP245～HP365。数字表示屈服极限

（1）钢板（压力容器用热扎厚钢板）（P109） 三、碳钢的品种及规格 品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢 4mm～6mm厚度间隔为0.5mm 6mm～30mm厚度间隔为 lmm 30mm～60mm厚度间隔为2mm 一般碳素钢板材有 Q235-A、 Q235-A·F、08、10、15、20等。 2017/3/22

（2）钢管 （P111） 无缝钢管和有缝钢管。 无缝钢管有冷轧和热轧。 普通无缝钢管常用材料有10、15、20等。 专门用途的无缝钢管，如热交换器用钢管、石油裂化用无缝管、锅炉用无缝管等。有缝管、水煤气管，分镀锌(白铁管)和不镀锌(黑铁管)两种。 2017/3/22

（3）型钢 （1）圆钢和方钢 Q235－A·F、20、25、45及合金钢，主要用来制造各种轴件； （2）扁钢 Q235A、Q235－A·F、20及16Mn等，常用作各类桨叶。 （3）角钢、工字钢及槽钢 Q235A、Q235－A·F、及16Mn等，可做各类设备的支架、塔盘支承及各类加强结构。 2017/3/22

（4）铸钢和锻钢 铸钢用 ZG表示， ZG25、 ZG35等，用于制造各种承受重载荷的复杂零件，如泵壳、阀门、泵叶轮等。 锻钢有08、10、15、…、50等牌号。石油化工容器用20、25等制作管板、法兰、顶盖等。 2017/3/22

五、铸铁 含C量2%以上，含有S、P、Si、Mn等杂质。 脆性材料，抗拉强度较低，但有良好铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。 在一些介质(浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等)中有相当好的耐腐蚀性能。 铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。 2017/3/22

1、灰铸铁 2.7%～4.0%，片状石墨形式，断面暗灰色。 有优良的铸造性、减振性能，支架、阀体、泵体(机座、管路附件等)。 在化工生产中可做烧碱生产中的熬碱锅、联碱生产中的碳化塔及淡盐水泵等。 HT和抗拉强度sb值表示，如 HT100，其中100表示sb＝100MPa。 常用灰铸铁牌号有HT100、 HT150、 HT200、 HT250、 HT300、 HT350。 2017/3/22

2、球墨铸铁 简称球铁。 在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材。 用QT、抗拉强度值、延伸率表示，如QT400-18，其中400表示sb＝400MPa，18表示d=18%。 2017/3/22

3、高硅铸铁 有高的耐蚀性能，含硅量增加耐蚀性增加。 强度低、脆性大及内应力大，易于脆裂 热导率小，线膨胀系数大，不适于制造温差较大的设备，否则容易产生裂纹。 常用于各种耐酸泵、冷却排管和热交换器 牌号有：STSi11Cu2CrR、STSi15R、STSi15Mo3R等。 2017/3/22

第四节 合金钢 一、分类与编号 在碳钢中添加适量的一种或多种合金元素，得到或改善某些性能。 按合金元素总含量分： 第四节 合金钢 在碳钢中添加适量的一种或多种合金元素，得到或改善某些性能。 一、分类与编号 按合金元素总含量分： 合金含量<5%，低合金钢 合金含量5%-10%，中合金钢 合金含量>10%，高合金钢 2017/3/22

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 2017/3/22

表示含碳量平均为万分之35(或0.35%)，含 Cr、Mo在1%左右。 一种是汉字牌号，如35铬钼； 另一种是用国际化学符号，如35CrMo。 表示含碳量平均为万分之35(或0.35%)，含 Cr、Mo在1%左右。 当平均质量分数≥1.5%、≥2.5%，≥3.5%时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4。如36Mn2Si。 2017/3/22

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。 2017/3/22

1、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。 2017/3/22

2、锰 3、镍 提高强度和提高低温冲击韧性。 提高淬透性，有很高的强度，而又保持良好的塑性和韧性。 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。 2017/3/22

4、硅 5、铝 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。 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。 2017/3/22

6、钼 7、钒 提高高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。钼能抗氢腐蚀。 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。 2017/3/22

8、钛 9、稀土元素 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。 提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。 2017/3/22

三、可焊接的低合金高强度钢 碳含量通常小于0.25%。 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。 2017/3/22

低合金高强度钢按性能和用途分 1、高强度钢 高强度钢、低温钢和耐蚀钢 350MPa强度级，典型牌号为16Mn； 400MPa强度级，典型钢号为14MnMoV 500MPa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。 2017/3/22

2、低温钢 3、耐蚀钢 主要有09Mn2V(-70℃)、06MnNb(-90℃) 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。 2017/3/22

与碳钢相比，用15MnV制造球形贮罐可节省钢材约45%。 根据容器的具体操作条件(温度、压力)和制造加工(卷板、焊接)要求，选用 大型化工容器16MnR，质量比碳钢轻 l/3； 与碳钢相比，用15MnV制造球形贮罐可节省钢材约45%。 根据容器的具体操作条件(温度、压力)和制造加工(卷板、焊接)要求，选用 2017/3/22

四、特殊性能钢 1、不锈钢 不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢 不锈钢和耐酸钢的统称，也称不锈耐酸钢 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。 2017/3/22

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 2017/3/22

（1）铁素体不锈钢 含C≤0.15％，铬量在12～30％。有些钢种还含有钼、钛等元素。 不锈纲中的含C量都较低， Cr23C6而消耗了铬。都在13％以上。 对晶间腐蚀比较敏感；铬含量高时，脆性转变温度高，可焊性较差。 lCr13、2Cr13、受冲击载荷较大的零件 0Cr13、0Cr17Ti耐氧化性酸和硫化氢气体的腐蚀，部分代替高铬镍型不锈钢 2017/3/22

（2）奥氏体不锈钢 优异的综合性能，包括优良的力学性能，冷、热加工和成型性，可焊性和在许多介质中的良好耐蚀性。 含氯离子，发生晶间腐蚀的倾向。 锰和氮代替不锈钢中的镍，发展出了铬锰镍氮系和铬锰氮系不锈钢。例如 Cr18Mn8Ni5、 Cr18Mn10Ni5Mo3N。 2017/3/22

在400℃～800℃的温度范围内，碳从奥氏体中以碳化铬（Cr23C6）形式沿晶界析出，使晶界附近的合金元素（铬与镍）含铬量降低到耐腐蚀所需的最低含量（12%）以下，腐蚀就在此贫铬区产生。这种沿晶界的腐蚀称为晶间腐蚀。 2017/3/22

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00Cr19Nil0 2）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。 2017/3/22

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） ：1100度左右加热后淬火，单相奥氏体 2017/3/22

加入Mo提高对氯离子 Cl-的耐蚀能力，lCr18Nil2Mo3Ti。 0Cr18Nil8Mo2Cu2Ti。同时加入 Mo、Cu，则在室温、浓度为50%以下的硫酸中也具有较高的耐蚀性，也可提高在低浓度盐酸中的抗腐蚀性 2017/3/22

2、耐热钢和高温合金 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。 2017/3/22

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，可以显著提高钢材的抗氧化性，并改善其热塑性。 2017/3/22

耐热钢 按特性和用途可分为抗氧化钢（又称高温不起皮钢）和热强钢。 抗氧化钢是指高温下具有较好的抗氧化性，并有适当强度的钢种。 热强钢高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力，且有较高的强度。常用来高温工作下的汽缸、螺栓及锅炉的过热器等。 2017/3/22

高温合金 铁基合金、镍基合金、钴基合金。 铁基耐热合金工作温度<700℃，含有相当高的Cr、Ni成分和其他强化元素。 钴基耐热合金的高温强度主要靠固溶强化获得。钴价格昂贵，应用受到很大的限制，一般在1000℃以上才用。 2017/3/22

2017/3/22

3、低温用钢 深冷分离、空气分离等。 （温度≤-20℃） 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。 我国无铬镍的低温钢材系列。 16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR、09Mn2VDR、09MnNiDR 2017/3/22

第五节 有色金属 2017/3/22

一、铝及其合金 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 2017/3/22

1、变形铝合金 （1）工业纯铝 变形铝合金（工业纯铝和防锈铝）和铸造铝合金 L+序号，序号大纯度低。 工业高纯铝LG1（1A85）、LG2（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。 2017/3/22

（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； 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。 2017/3/22

2、铸造铝合金 是铝、硅合金。 Al-Si系，俗称"硅铝明"，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； 2017/3/22

Al-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。 2017/3/22

二、铜及其合金 1、纯铜（紫铜） 半贵重金属 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。 2017/3/22

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。 2017/3/22

2、铜合金 黄铜：铜与锌的合金称黄铜 白铜：镍的质量分数含量低于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。 青铜：其它合金。铜与锡Sn的合金称为锡青铜；铜与铝、硅、铅、铍、锰等组成的合金称无锡青铜。 2017/3/22

（1）黄铜 Cu与Zn的合金称黄铜。 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。 在黄铜中加入锡、铝、硅、锰等元素，特种黄铜。 锰、铝能提高强度；铝、锰和硅提高抗蚀性和减磨性；铝能改善切削加工性。 2017/3/22

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 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。 2017/3/22

（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。 2017/3/22

（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 2017/3/22

三、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。 2017/3/22

四、镍及其合金 高强度和塑性，好的延伸性和可锻性。好的耐腐蚀性，用于制造处理碱介质的化工设备。 牌号为 NCu28-2.5-1.5的蒙乃尔耐蚀合金应用最广。蒙乃尔合金能在500℃时保持高的力学性能，能在750℃以下抗氧化，在非氧化性酸、盐和有机溶液中比纯镍、纯铜更具耐蚀性。 2017/3/22

五、铅及其合金 硬度低、强度小，不宜单独作为设备材料，只适于做设备的衬里。 热导率小；纯铅不耐磨，非常软。但在许多介质中，特别是在硫酸(80%的热硫酸及92%的冷硫酸)中铅具有很高的耐蚀性。 铅与锑合金称为硬铅，硬度、强度都比纯铅高，在硫酸中的稳定性也比纯铅好。硬铅的主要牌号为 PbSb4、 PbSb6、 PbSb8和 PbSb10。 2017/3/22

铅和硬铅在硫酸、化肥、化纤、农药、电器设备中可用来做加料管、鼓泡器、耐酸泵和阀门等零件。 铅耐辐射，可用作 X、g射线的防护材料。 铅合金的自润性、磨合性和减振性好，噪音小，是良好的轴承合金。 铅合金还用于铅蓄电池极板、铸铁管口、电缆封头的铅封等。 2017/3/22

第六节 非金属材料 既可用作结构材料，又能作设备的保护衬里、涂层，还可做设备的密封材料、保温材料和耐火材料。 第六节 非金属材料 既可用作结构材料，又能作设备的保护衬里、涂层，还可做设备的密封材料、保温材料和耐火材料。 非金属材料分为无机非金属材料（陶瓷、搪瓷、岩石、玻璃等）及有机非金属材料（塑料、涂料、橡胶等）及近20～30年来发展的复合材料（玻璃钢、不透性石墨等）。 2017/3/22

一、无机非金属材料 1、化工陶瓷 好的耐腐蚀性、耐热性和一定机械强度。 导热性差，热膨胀系数较大，受碰击或温差急变而易破裂。 2017/3/22

2、化工搪瓷 由含硅量高的瓷釉通过900℃左右的高温煅烧，使瓷釉密着在金属表面。 具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和电绝缘性能，但易碎裂。 热导率不到钢的1/4，热膨胀系数大。不能直接用火焰加热，以免损坏搪瓷表面，可以用蒸汽或油浴缓慢加热。使用温度为-30℃～270℃。 2017/3/22

3、 辉绿岩铸石 用辉绿岩熔融后制成，可制成板、砖等材料作设备衬里，也可做管材。 铸石除不耐氢氟酸和熔融碱腐蚀外，对各种酸、碱、盐都具有良好的耐腐蚀性能。 2017/3/22

4、玻璃 化工用的玻璃不是一般的钠钙玻璃，而是硼玻璃（耐热玻璃）或高铝玻璃，它们有好的热稳定性和耐腐蚀性。 有耐腐蚀性、清洁、透明、阻力小、价格低等特点，但质脆、耐温度急变性差，不耐冲击和振动。 目前已成功采用在金属管内衬玻璃或用玻璃钢加强玻璃管道，来弥补其不足。 2017/3/22

二、有机非金属材料 1、工程塑料 是用高分子合成树脂为主要原料，加入添加剂以改善产品性能。 热塑性材料遇热软化或熔融，冷却后又变硬，可反复多次。聚氯乙烯、聚乙烯等。 热固性塑料固化后不能用加热的方法使之再软化，酚醛树脂、氨基树脂等。 有良好的耐腐蚀性能、一定机械强度、良好的加工性能和电绝缘性能，价格较低 2017/3/22

（1）硬聚氯乙烯（PVC）塑料 （2）聚乙烯（PE）塑料 （3）耐酸酚醛塑料（PF） 使用温度为-10～+55℃。当温度在60～90℃时，强度显著下降。 （2）聚乙烯（PE）塑料 在室温下，除硝酸外，对各种酸、碱盐溶液均稳定，对氢氟酸特别稳定。 （3）耐酸酚醛塑料（PF） 使用温度为-30℃～+130℃。这种塑料性质较脆、冲击韧性较低。 2017/3/22

（4）聚四氟乙烯（PTFE）塑料 耐强腐蚀性介质腐蚀。甚至超过贵重金属金和银，有塑料王之称。 常用作耐腐蚀、耐高温密封元件及高温管道。 耐强腐蚀性介质腐蚀。甚至超过贵重金属金和银，有塑料王之称。 常用作耐腐蚀、耐高温密封元件及高温管道。 有良好的自润滑性，还可以用作无油润滑压缩机的活塞环。 有突出的耐热和耐寒性，使用温度范围为-200℃～250℃。 2017/3/22

（5）玻璃钢 又称玻璃纤维增强塑料。 用合成树脂为粘结剂，以玻璃纤维为增强材料，按一定成型方法制成。 具有优良的耐腐蚀性能，强度高和良好的工艺性能，是一种新型非金属材料。 树脂不同而差异很大。 环氧玻璃钢（常用）、酚醛玻璃钢（耐酸性好）、呋喃玻璃钢（耐腐蚀性好）、聚酯玻璃钢（施工方便）等。 2017/3/22

2、涂料 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。 涂层较薄容易脱落，应用受到了限制。 防锈漆、底漆、大漆、酚醛树脂漆、环氧树脂漆以及某些塑料涂料，如聚乙烯涂料、聚氯乙烯涂料等。 用静电喷涂。涂料利用率高，容易进行机械化、自动化的大型生产，减少溶剂和涂料的挥发和飞溅，涂膜质量稳定。 2017/3/22

3、不透性石墨 由各种树脂浸渍石墨消除孔隙后得到。 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；不污染介质，能保证产品纯度；加工性能良好。 机械强度较低、性脆。 常被用来作腐蚀性强介质的换热器，如氯碱生产中应用的换热器和盐酸合成炉， 2017/3/22

第七节 化工设备的腐蚀及防腐措施 2017/3/22

常见的金属腐蚀破坏的形态有均匀腐蚀和局部腐蚀（区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、表面下腐蚀等） 2017/3/22

第八节 化工设备材料选择 从设备结构、制造工艺、使用条件和寿命等方面考虑， 第八节 化工设备材料选择 从设备结构、制造工艺、使用条件和寿命等方面考虑， 还要从设备工作条件下材料的物理性能、力学性能、耐腐蚀性能及材料价格与来源、供应等方面综合考虑。 2017/3/22

一、材料的物理、力学性能方面 一般中、低压设备屈服限235到345MPa级。 操作温度超过400℃，需考虑材料的蠕变强度和持久强度。 压力容器用钢材，d5不得低于14%。当钢材延伸率d5＜18%时，加工应特别注意。 钢管不宜强度级别过高，弯管率很关键，要求塑性好。 2017/3/22

二、材料的耐腐蚀性 某磷肥厂需设计一个40m3浓硫酸贮罐， 可选灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、铬镍不锈钢和碳钢用瓷砖衬里等。 灰铸铁、高硅铸铁抗拉强度低、质脆，不能铸造大型设备，故不宜采用。 碳钢的机械强度高、质韧，焊接性能好，但稀硫酸腐蚀严重，故也不能采用。 不锈钢价格比较贵，焊接加工要求较高。 碳钢做罐壳内衬非金属较合适 2017/3/22

三、材料的经济性 碳钢与普低钢的价格低廉，应优先选用。 考虑国家生产与供应情况，因地制宜选取，品种应尽量少而集中，以便于采购管理。 2017/3/22

四、其他方面 压力容器的材料选择应根据容器的操作条件、腐蚀情况及制造加工要求，依照国家标准GB150-1998的规定，并按GB6654-1996压力容器用钢板与JB 4726-94 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件的规定选用。 为节省材料，中、高压容器应优先选用普通低合金钢（16MnR、15MnVR）。 2017/3/22