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第二篇 化工容器及设备 第8章 化工设备常用材料 8-1 化工设备常用金属材料的基本性能 金属材料的基本性能包括 机械性能、 化学性能（耐蚀性能）、 物理性能和 加工工艺性能。 一.机械性能 1.强度： 定义：材料抵抗外载荷的能力大小指标。 屈服极限 ： 2.塑性： 定义：材料破坏前的变形能力大小，是设计的主要依据。 主要参数有：①弹性模量E, ②延伸率 , ③截面收缩率 。 3.韧性： 定义：材料对缺口或裂纹敏感程度的反映。用冲击韧性 表示， 好，材料在缺口或裂纹引起应力集中，能防止其快速 扩展。 材料的冷脆性：低温（前提下）材料由 常用硬度指标有布氏硬度指标HB和洛氏 硬度指标HR。非金属材料以摩氏硬度表示。 举例：管子与管板硬度选择，管板硬度大 于管子硬度；螺栓硬度大于螺母硬度。 二.耐蚀性能（金属腐蚀的评定方法） 化工材料的选择对耐蚀性起决定性作用。 （1）根据重量的变化评定金属的腐蚀： 材料的腐蚀速度用重量损失率 根据金属重量损失或增加来评定金属的腐蚀速度的方法应用极为广泛。它是通过试验的方法测出金属试件在单位表面积、单位时间腐蚀而引起的重量变化。可用下式表示腐蚀速度。 K=P0-P1/Ft (g/m2h) 式中K--腐蚀速度 (g/m2h) P0--腐蚀前试件的重量，g； P1--腐蚀后试件的重量，g； F—试件与腐蚀介质接触的面积，m2； t—腐蚀作用的时间，h。 根据重量的变化评定金属的腐蚀速度时，一方面没有考虑金属的相对密度，因此当重量损失相同时，相对密度不同的金属其截面尺寸的减少则不同；另一方面质量表示法只能用于实验室的腐蚀评定中，对现场设备的腐蚀评定显得无能为力，为了表示材料腐蚀前后尺寸的变化，常用金属厚度的减少量，既腐蚀深度来表示腐蚀速度，它与质量法的关系为 （2）根据腐蚀深度评定金属的腐蚀 Ka=24x365K/1000γ=8.76K/γ(mm/a) 式中 Ka—用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度,mm/a； γ—金属的相对密度,g/cm2 金属腐蚀性能的三级标准 四.加工工艺性 可焊性、可锻性、可铸性、切削加工性和热处理性能。 8-2 金属材料的腐蚀与防护 一.金属腐蚀的原理 按原理分类： 1.化学腐蚀：金属于干燥气体和非电解质溶液直接发生化学作用而引起破坏—单纯的化学反应过程。 举例:①铁碳合金高温氧化： (2)氢腐蚀 在合成氨、石油加氢及其他一些化工工艺中，常遇到反应介质是氢占很大比例的混合气体，而且这些过程又多是在高温高压下进行的，例如合成氨的压力常采用31. 4MPa,温度一般为4700C ~5000C。 氢气在较低温度和压力（≤2000C ≤5MPa)下对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀，但是在高温高压下则会产生腐蚀，结果使材料的强度和塑性显著下降，甚至鼓泡和开裂，损坏材料，这种现象常称为“氢腐蚀”。 Fe3C+2H2=3Fe+CH 4↑ 金属腐蚀破坏的形式 根据腐蚀的破坏形式，可分为均匀腐蚀与非均匀腐蚀，后者又称局部腐蚀。而局部腐蚀又可分为区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、表面下腐蚀等。 3. 晶间腐蚀 晶间腐蚀是一种局部的、选择性的腐蚀破坏。这种腐蚀破坏沿金属晶粒的边缘进行，腐蚀性介质渗入金属的深处，腐蚀破坏了金属晶粒之间的结合力，使材料的强度和塑性几乎完全丧失，从表面看不出异样，但内部已经瓦解，只要用锤轻轻敲击，就会碎成粉末，因此，晶间腐蚀如果不能及时发现，常常会造成灾难性事故。 4. 应力腐蚀 应力腐蚀亦称腐蚀裂开，它是金属在腐蚀性介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式，腐蚀和拉应力起互相促进的作用。一方面腐蚀减少金属的有效截面积，形成表面缺口，产生应力集中；另一方面拉应力加速腐蚀的进程，使表面缺口向深处扩展，最后导致断裂。因此，应力腐蚀可使金属在平均应力低于它的屈服点的情况下断裂。 金属设备的防腐措施 1．涂覆保护层 （1）金属保护层 是用耐腐蚀性能较强的金属或合金覆盖在耐腐蚀性能较弱的金属上。常见的有电镀法（镀铬、镀镍等）、喷镀法及衬不锈钢衬里等。 （2）非金属保护层 常用的有金属设备内部衬以非金属衬里和涂防腐涂料。在金属设备内部衬砖、板是行之有效的非金属防腐方法。常用的砖板衬里材料有：酚醛胶泥衬瓷板、瓷砖、不透性石墨板；水玻璃胶泥衬辉绿岩板、瓷板、瓷砖。 除砖板衬里之外，还有橡胶衬里和塑料衬里。