化工设备常用材料

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2023/2/5,#,单击此处编辑母版标题样式,化工设备常用材料,了解化工设备常用材料,了解热处理工艺,了解化工设备材料的腐蚀及防腐措施,了解化工设备材料选用,学习向导,决定压力容器安全性的内在因素是结构和材料性能，外在因素是载荷、时间和环境条件。材料是构成设备的物质基础，合理选材是压力容器设计的任务之一，而对大家来说了解化工设备常用材料对自己的工作及顺利生产也有相当帮助，辅助自己更好的工作。,1,化工设备常用材料,一、钢材分类 钢材的形状包括板、管、棒、锻件、铸件等。压力容器本体主要采用板材、管材和锻件，其紧固件采用棒材。,钢板,主要用途：壳体、封头、板状构件等,加工要求：下料、卷板、冲压、焊接、热处理,性能要求：较高的强度、良好的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能,GB3531,低温压力容器用低合金钢钢板,GB6654,压力容器用钢板,1.1,压力容器常用钢材,钢管,主要用途：接管、换热管等,主要类型：无缝钢管、直缝钢管和螺旋焊缝钢管,加工要求：下料、焊接、热处理,性能要求：较高的强度、良好的塑性、韧性、焊接性能,锻件,主要用途：高压容器的平盖、端部法兰与长颈对焊法兰等,分级：,、,、,、,四个级别。级别越高，要求检验项,目越多，越严格，价格越高。,1.1,压力容器常用钢材,二、,钢材类型,按化学成分分类：碳素钢、低合金钢、高合金钢,（,1,）,碳素钢,含碳量小于,2.06,的铁碳合金，含有少量的硫、磷、硅、氧、氮等元素。,压力容器用钢,优质碳素结构钢：,Q235-B,、,Q235-C,钢板；,10,、,20,钢钢管；,20,、,35,钢锻件。,压力容器专用钢板：,20R,（,R,表示压力容器专用钢板）,1.1,压力容器常用钢材,20R,的特点和应用场合：,强度低，塑性和可焊性较好价格低廉；,常用于常压或中、低压容器；,也做垫板、支座等零部件材料。,（,2,）,低合金钢,特点及优点,是一种低碳低合金钢，合金元素含量较少（总量一般不超过,3%,），具有优良的综合力学性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能等均优于相同含碳量的碳素钢。,采用低合金钢，不仅可以减薄容器的壁厚，减轻重量，节约钢材，而且能解决大型压力容器在制造、检验、运输、安装中因壁厚太厚所带来的各种困难。,1.1,压力容器常用钢材,压力容器常用低合金钢,钢板：,16MnR,、,15CrMoR,、,16MnDR,、,15MnNiDR,、,09MnNiDR,；,07MnCrMoNbR,、,07MnCrMoNbDR,钢管：,16Mn,、,09MnD,；（,D,表示低温用钢）,锻件：,16Mn,、,20MnMo,、,16MnD,、,09MnNiD,、,2.25Cr-1Mo,。,应用介绍,16MnR,屈服点为,340MPa,级的压力容器专用钢板,是我国压力容器行业使用量最大的钢板,具有良好的综合力学性能、制造工艺性能,主要用于制造中低压压力容器和多层高压容器,1.1,压力容器常用钢材,16MnDR,、,15MnNiDR,、,09MnNiDR,低温压力容器用钢，工作在,-20,及更低温度的压力容器专用钢板,16MnDR,：可用于,-40,的钢种；液氨储罐等设备,15MnNiDR,：提高了低温韧性；,-40,级低温球形容器,09MnNiDR,：,-70,级低温压力容器用钢；用于制造液丙烯（,-47.7,）、液硫化氢（,-61,）等设备,15CrMoR,低合金珠光体热强钢,中温抗氢钢板,用于制造壁温不超过,560,的压力容器,1.1,压力容器常用钢材,20MnMo,、,09MnNiD,、,2.25Cr-1Mo,锻件,20MnMo,：良好的热加工和焊接工艺性能；常制造使用温度为,-40,470,的重要大中型锻件,09MnNiD,：良好的低温韧性；常制造使用温度为,-40,45,的低温容器,2.25Cr-1Mo,：较高的热强性、抗氧化性和良好的焊接性能；常制造高温（,350,480,）、高压（,25MPa,）、临氢压力容器,（,3,）,高合金钢,压力容器中采用的低碳或超低碳高合金钢大多是耐腐蚀、耐高温钢；铬钢、铬镍钢、铬镍钼钢,1.1,压力容器常用钢材,铬钢：,0Cr13,是常用的铁素体不锈钢,有较高的强度、塑性、韧性和良好的切削加工性能,在室温的稀硝酸以及弱有机酸中有一定的耐腐蚀性,但不耐硫酸、盐酸、热磷酸等介质的腐蚀,铬镍钼钢：,00Cr18Ni5Mo3Si2,是奥氏体,-,铁素体双相不锈钢,耐应力腐蚀、小孔腐蚀的性能良好，适用于制造介质中含氯离子的设备。,1.1,压力容器常用钢材,铬镍钢,0Cr18Ni9,、,0Cr18Ni10Ti,、,00Cr19Ni10,这三种钢均属于奥氏体不锈钢。,0Cr18Ni9,：在固溶态，具有良好的塑性、韧性、冷加工性，在氧化性酸和大气、水、蒸汽等介质中耐腐蚀性亦佳；但长期在水及蒸汽中工作时，,0Cr18Ni9,有晶间腐蚀倾向，并且在氯化物溶液中易发生应力腐蚀开裂。,0Cr18Ni10Ti,：具有较高的抗晶间腐蚀能力，可在,-196,600,温度范围内长期使用。,00Cr19Ni10,：为超低碳不锈钢，具有更好的耐蚀性。,1.1,压力容器常用钢材,复合板,基层：与介质不接触，主要起承载作用，通常为碳素钢和低合金钢。,复层：与介质直接接触，要求与介质有良好的相容性，通常为不锈钢、钛等耐腐蚀材料，其厚度一般为基层厚度的,1/101/3,。,复合板应用特点：,用复合板制造耐腐蚀压力容器，可大量节省昂贵的耐腐蚀材料，从而降低压力容器的制造成本。,复合板的焊接比一般钢板复杂，焊接接头往往是耐腐蚀的薄弱环节，因此壁厚较薄、直径小的压力容器最好不用复合板。,1.1,压力容器常用钢材,焊接材料,压力容器零部件间焊接还需要焊条、焊丝、焊剂、电极和衬垫等焊接材料。,一般应根据待连接件的化学成分、力学性能、焊接性能，结合压力容器的结构特点和使用条件综合考虑选用焊接材料，必要时还应通过试验确定。,压力容器用钢的焊接材料可参阅有关标准。,1.1,压力容器常用钢材,一、有色金属,有色金属在退火状态下塑性好，综合指标均衡且性能稳定，所以一般都在退火状态下使用，选用时应注意选择同类有色金属的合适牌号。中国,固定式压力容器安全技术监察规程,中的有色金属主要由以下几种。,（,1,）铜与铜合金,纯铜与黄铜的设计温度不高于,200,。纯铜的导热率是压力容器用各种金属材料中最高的。在没有氧存在的情况下，铜在许多非氧化性酸中都是比较耐腐蚀的。但铜最有价值的性能是在低温下保持较高的塑性及冲击韧性，是制造深冷设备的良好材料。,1.2,有色金属和非金属,（,2,）铝及铝合金,铝很轻（密度约为钢的三分之一），耐浓硝酸、醋酸、碳酸、氢铵、尿素等，不耐碱；在低温下具有良好的塑性和韧性；使用温度范围为,-269200,；有良好的成型和焊接性能。可用来制作压力较低的贮罐、塔、热交换器，防止污染产品的设备及深冷设备。,（,3,）镍及镍合金,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。,1.2,有色金属和非金属,（,4,）钛及钛合金,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。,在介质腐蚀性强，寿命长的设备中应用，可获到较好的综合经济效果。,1.2,有色金属和非金属,二、非金属材料,1.2,有色金属和非金属,1.2,有色金属和非金属,1.2,有色金属和非金属,1.2,有色金属和非金属,1.2,有色金属和非金属,金属热处理：,是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。,金属热处理的意义：,是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。,金属热处理过程：,包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。,金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳，因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一。,冷却是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。,2,热处理,2,热处理,热处理,普通（整体）热处理,表面热处理,退火,正火,淬火,回火,表面淬火,表面化学热处理,感应加热表面淬火,火焰加热表面淬火,激光加热表面淬火等,渗碳,渗氮,碳氮共渗,渗金属等,2,热处理,（,1,）,退火,操作方法：将钢件加热到,Ac3,以上,3050,度或,Ac1,以上,3050,度或,Ac1,以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。,目的：,1.,降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；,2.,细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；,3.,消除冷、热加工所产生的内应力。,应用要点：,1.,适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料；,2.,一般在毛坯状态进行退火。,2,热处理,（,2,）,正火,操作方法：将钢件加热到,Ac3,（亚共析钢）或,Accm,（过共析钢）以上,3050,度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。,目的：,1.,降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；,2.,细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；,3.,消除冷、热加工所产生的内应力。,应用要点：正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。,2,热处理,（,3,）,淬火,操作方法：将钢件加热到相变温度,Ac3,或,Ac1,以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。,目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。,应用要点：,1.,一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢；,2.,淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。,2,热处理,（,4,）,回火,操作方法：将淬火后的钢件重新加热到,Ac1,以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。,目的：,1.,降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；,2.,调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；,3.,稳定工件尺寸。,应用要点：,1.,保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火；,2.,一般钢尽量避免在,230280,度、不锈钢在,400450,度之间回火，因为这时会产生一次回火脆性。,2,热处理,（,5,）,调质,操作方法：淬火后高温回火称调质，即将钢件加热到比淬火时高,1020,度的温度，保温后进行淬火，然后在,400720,度的温度下进行回火。,目的：,1.,改善切削加工性能，提高加工表面光洁程度；,2.,减小淬火时的变形和开裂；,3.,获得良好的综合力学性能。,应用要点：,1.,适用于淬透性较高的合金结构钢、合金工具钢和高速钢；,2.,不仅可以作为各种较为重要结构的最后热处理，而且还可以作为某些紧密零件，如丝杠等的预先热处理