化工设备材料及其选择(2018-6)

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低合金钢 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。
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金属材料的分类及牌号
钢铁牌号及表示方法
1.牌号的表示原则
国家标准 GB221-2000 化学元素——化学符号或汉字表示
产品用途、冶炼和浇铸方法——汉字或汉语拼音字母表示 例如：沸腾钢——F或沸 灰口铸铁——HT或灰铁 容器钢——R或容
锅炉钢——g或锅
铸钢——ZG
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金属材料的分类及牌号 2.钢号表示法
容器
常温容器：-20 ℃—200 ℃ 中温容器：温度介于高温与常温之间的容器 低温容器 浅冷容器： - 40 ℃ ≤t ≤ - 20 ℃ 深冷容器： t < - 40 ℃
化工设备概述
2. 设备选材的基本要求

有足够的力学性能 具有良好的加工性能
具有良好的耐腐蚀性能
经济合算

其它各种性能符合设计要求
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低合金钢
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：
❶.一般低温（-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 ❷.深冷（-40℃以下)用钢——含碳量低的奥氏体组织。 如 15Mn26Al4
45(正火） 球墨铸铁 灰铸铁
400～900 250～600 2～18 15～30 150～400 —— —— ——
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碳钢与铸铁 3）高硅铸铁
如：STSi15R, STSi11Cu2CrR, STSi17R…
式中 ST---高硅耐蚀铸铁， Si15---含硅 15%左右，
Cu2---含铜 2%左右
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低合金钢
◎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。
☞ 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
降低钢材的韧性和塑性。
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。
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ห้องสมุดไป่ตู้
低合金钢
低合金钢
❶.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% 。
☞硬度大；
☞脆性大，不受冲击
用场：设备衬里、管材。
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非金属材料
❹.玻璃（硼玻璃、高铝玻璃） 特点：☞良好的耐腐蚀性能； ☞良好的耐热性；
☞清洁、透明、阻力小、价格低 用场：管道、容器、反应器、热交换器等。
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非金属材料
有机非金属材料
❶.工程塑料 高分子合成树脂 + 填料——提高力学性能 增塑剂——降低硬度和脆性 稳定剂——延缓老化 固化剂——加快固化速度 特点：☞良好的耐腐蚀性能 ☞一定的机械强度 ☞密度不大 ☞价格较低
含镍量9% 含铬量18% 主要合金元素 含碳量0.1%（千分数）
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碳钢与铸铁
铸铁 铁 + (2～4.0%)碳 + Si、Mn、P、S 等杂质
1）灰铸铁 如 HT150-330, HT---灰铸铁 HT200-400
第一个数字---抗拉强度（MPa)
第二个数字---抗弯强度（MPa) 特点：断口呈灰色，石墨呈片状；质脆，耐磨，抗压不抗拉， 可铸性好，易切削；吸音减振，某些介质中耐腐蚀性好。
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非金属材料
聚四氟乙烯塑料
聚乙烯塑料
硬聚氯乙烯塑料
玻璃钢
非金属材料
❷.涂料
——高分子胶体的混合物溶液 用途：设备防腐 常用涂料： ☞防锈漆 ☞底漆 ☞大漆 ☞环氧树脂漆 ☞酚醛树脂漆
☞铸造铝合金——ZL（泵、阀门、离心机等）
☞防锈铝合金——LF（深冷设备、分离塔等）
铝和铝合金适合于低温设备!!!!
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有色金属材料
铜及其合金 ❶.纯铜（紫铜）
特性：
☞塑性好，导电性好，导热好；
☞低温下保持较高塑性和冲击韧性；
☞在干燥的空气中稳定，耐低浓度酸(除硝酸)。 用场：深冷装置；密封垫片。 常用材料：T2，T3，T4，TUP（用磷脱氧的无氧纯铜）
例：优质碳素钢—— 08F
沸腾钢 含碳量为0.08%；
20 R
容器钢 含碳量为0.2%
普通碳素钢—— Q 235 - A，F
沸腾钢 类别为A 钢材屈服点(MPa) 屈服点屈字的拼音首位字母
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金属材料的分类及牌号
低合金钢
16 Mn R
容器钢 合金元素 含碳量0.16%
特殊性能钢
1 Cr 18 Ni 9
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低合金钢
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； Cr13---含铬13% ◎组织成分：铬固溶于铁素体的晶格中形成固溶体 ◎“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。
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有色金属材料 钛及其合金 特点：☞密度不大而强度高 ☞耐腐蚀性能近乎或超过不锈钢 ☞耐热 用场：航空工业 化学工业
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有色金属材料
铅及其合金
特点： ☞强度、硬度低、软 ☞耐腐蚀性 ☞耐辐射 用场：设备衬里
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非金属材料
无机非金属材料 ❶.化工陶瓷
特点：☞良好的耐腐蚀性能；
☞足够的不透性、耐热性； ☞ 一定的机械强度； ☞ 性脆易裂，导热性差。 用场：化工陶瓷设备及管道、管件
❶.特性： ☞密度小，体轻； ☞导电、导热性好，不产生火花； ☞塑性高，强度低； ☞易冷加工，可焊，可铸； ☞耐低温； ☞一定的耐腐蚀性； ☞不污染食物。(??????)
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有色金属材料
❷.常用铝材
☞纯铝：高纯铝——L01、L02（浓硝酸设备） 工业纯铝—L1、L2、L4（换热器、塔、
储罐、深冷设备等）
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低合金钢 各元素的作用：
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。
P30 表1-18
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金属材料的分类及牌号
按成形方法 锻钢 铸钢 热轧钢 冷拉钢
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金属材料的分类及牌号
按用途分
建筑钢
结构钢
弹簧钢
轴承钢
工具钢
特殊性能钢
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金属材料的分类及牌号
2.有色金属
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
❷.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
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低合金钢
❸.常用材料：板，管，圆钢等型材。 ❹.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。 ❺.常用材料： 16MnR、15MnVR、18MnMoNbR, 16MnDR、15CrMoR、14Cr1MoR….
低合金钢
性能特点: ❶.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。
❷.力学性能优异。
❸.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。 ❹.不耐氯离子腐蚀。
化工设备材料及其选择
Q235AF Q345R 16MnR
HT250 QT400-18 ZG20Cr13
T2 T3 H80
聚乙烯塑料
聚四氟乙烯 塑料
培训内容
化工设备概述 金属材料的分类与牌号 碳钢与铸铁
低合金钢
有色金属材料与非金属
非金属材料
化工设备防腐及防腐措施 化工设备选材的原则
化工设备概述
1. 设备的分类 按压力分类:
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有色金属材料
❷.黄铜
——铜与锌的合金
特性：铸造性能好；
较高的力学性能；
易切削加工；
可焊接；耐蚀性较好；
常用材料：H80、H68、H62
铜含量% 代号
有应力腐蚀开裂倾向。
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有色金属材料
❸.青铜
铜与锌以外的金属组成的合金 ☞常用材料：锡青铜（铜锡合金） ——铸造青铜用场较多 ☞特点：良好的耐腐蚀性，耐磨性。 ☞用场：泵壳，轴承，涡轮，阀门等。
阀等。
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低合金钢
2）铬镍不锈钢 ☞常用铬镍不锈钢型号: 0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti
式中 0---含碳量的千分数
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。