铬不锈钢：以铬为主
不锈钢
铬镍不锈钢：以铬、镍为主
节镍（无镍）不锈钢
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❖ 1、铬不锈钢
❖ 铬的作用：
❖
能溶于铁的晶格中形成固溶体，耐蚀；
❖
氧化性介质中，能生成一层致密稳定的氧化膜，起保护作用。
❖ 耐蚀性影响因素：
❖
碳：与Cr形成铬的碳化物Cr23C6 ，使铁的固溶体中的有效铬含量
降低，耐蚀性下降；
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
1.5.3 锅炉钢和容器钢 锅炉钢（g ）、容器钢（R）：
类型：优质碳素钢、低合金钢 要求如下：
1）较高的强度； 2）良好的塑性、韧性和冷弯性能； 3）较低的缺口敏感性； 4）良好的焊接性、加工工艺性。 5）有良好的低倍组织（用肉眼或低倍放大镜观察的高温合 金材料组织。低倍组织已广泛用作鉴别和判断材料质量以 及生产工艺是否完善的常规检验手段。）
式沿晶间析出，形成奥氏体晶界附近的贫铬区（Cr含量
﹤12%），并在该区产生腐蚀的现象。
❖ 措施：
❖ ①重新进行淬火处理，使Cr、C再溶于奥氏体中；
❖ ②减少钢中碳含量，减少Cr的含量流失；
❖ ③在钢中加入与碳亲和力比Cr更强的Ti、Nb等元素，将 碳固定住。
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❖ 表1-17，不锈钢分类
❖ 注：
❖
①18-8在含有氯离子的溶液中腐蚀严重；
❖
②容易产生晶间腐蚀。
❖
③在强氧化剂介质中具有很高的耐蚀性，但在还原性介
质中不耐蚀。
❖ 组织：热处理后常温下为单一奥氏体组织—奥氏体不锈钢
❖ 用途：贮槽、塔器、反应釜、阀件等
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❖ 晶间腐蚀
❖
18-8在加热或自高温缓慢冷却时，碳会以碳化铬的形
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❖ 4、其它指导准则 ❖ 1）碳素钢用于介质腐蚀性不强的常、低压容器或壁厚不
大的中压容器； ❖ 2）低合金钢，用于介质腐蚀性不强的中、高压容器； ❖ 3）不锈钢用于介质腐蚀性较强、设计温度大于500℃或
小于-100 ℃的场合； ❖ 5、标准零部件（如法兰、人孔、手孔等）的材料选择符
对大多数材料无腐蚀。
❖
温度与压力：
❖
夏季贮罐经太阳暴晒，温度可达40 ℃甚至更高，这时氨的饱和蒸汽
压为1.485MPa（表压），
❖
冬季沈阳月平均最低气温为-19.8 ℃，此时氨的饱和蒸汽压为0.09
MPa（表压），
❖
根据《压力容器安全技术监察规程》关于固定式液化气体容器设计
压力的规定，液氨贮罐的设计压力按50 ℃时液氨的饱和蒸汽压确定，
能选用； ❖ 18-8型不锈钢：各种性能好，但价格较高，一般不宜首选； ❖ 碳钢：不耐稀硫酸腐蚀。 ❖ 方案：采用碳钢（Q235-AR）制造外壳满足强度要求，内部采用衬里 2020（/3/2瓷2 砖）解决腐蚀问题。
1.5 低合金钢及化工设备特种钢
6）钼 提高高温强度、硬度，可防止回火脆性。
7）钒 提高高温强度、淬透性、塑性。
8）钛 提高强度、韧性、耐热性。
9）稀土元素 提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接性能。
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
小结：加入的元素对钢性能的影响 1）降低钢材的临界淬火速度 2）提高铁素体的强度 3）减少马氏体的脆性 4）提高钢材的高温强度及抗氧化性 5）增强钢材的耐腐蚀性
化工设备机械基础
Fundamental Chemical Process Equipment
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
碳钢在使用上所受限制： 1）强度低； 2）耐腐蚀性差； 3）使用范围窄。
1.5.1 合金元素对钢的影响 合金钢：以改善钢材的性能为目的，在碳钢中特意 加入一些合金元素所得的钢。
❖
铬：含量大于13%，耐蚀性提高。
❖ 常用钢号：
❖
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
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❖ 2、铬镍不锈钢
❖ 典型钢号：1Cr18Ni9，常表示为18-8
❖ 成分：含碳量≤0.14%，Cr含量17%～19%，Ni含量8%～11%
3、一般情况下，按下列规则选材是经济的。 （1）所需钢板厚度小于8mm时，在碳素钢与低合金钢之间，
应优先选用碳素钢钢板。在以刚度设计或结构设计为主的 场合，亦应尽量选用普通碳素钢钢板。 （2）在以强度设计为主的场合，应根据材料对压力、温度、 介质等的使用限制，依次选用Q235-B、Q235-C、20R(20g）、 16MnR、15MnVR、18MnMoNbR等钢板； （3）所需不锈钢厚度大于12mm时，应尽量采用衬里等结构形 式；另外，不锈钢应尽量不用作设计温度≤500 ℃的耐热用 钢。 （4）尽量采用、试用无镍、少镍的不锈钢代替铬镍不锈钢。
为1.973MPa（表压），规定设计压力为2.16MPa.
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❖ 2、选择材料品种
❖ 该容器属于低温、中压范畴，同时温度和压力 有波动。
❖ 对材料的要求：耐压，耐低温，抗压力波动。
❖
优先选择低合金钢，如16MnR、15MnVR、
15MnTi等材料。
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❖ 实例2、选择浓硫酸贮罐材料
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表1-21 推荐的材料： 普通低碳钢：Q235-B 优质低碳钢：20R 低合金钢：16MnR
15MnVR
Q235-C
❖
15MnVNbR
❖
18MnMoNbR
❖
13MnNiMoNbR
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
1.5.4 不锈耐酸钢
不锈耐酸钢
不锈钢：耐大气腐蚀的钢 耐酸钢：能抵抗酸和其它强烈介质的钢
合国家标准或行业标准。
202温度 钢材使用温度的下限，除奥氏体不锈钢及另有规
定外，均高于-20 ℃。
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—196
❖ 1.6.2 选材实例分析
❖ [实例1] 选择液氨贮罐材料（使用地：沈阳）
❖ 1、分析贮罐操作条件
❖
介质：贮罐内盛装经氨压缩机压缩并被水冷凝下来的液态氨。液氨
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1.6 化工设备材料的选择
1.6.1 选材一般原则 1、遵循标准： GB150-1998《钢制压力容器》 《压力容器安全技术监察规程》 HGJ15-89 《钢制化工容器材料选用规定》 2、压力容器承压构件使用普通低碳钢的限制范围见下表。
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1.6 化工设备材料的选择
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
1、加入的元素 1）铬
主加元素，可提高金属的耐腐蚀性、抗氧化性、淬透性、 强度、硬度，降低塑性和韧性。 2）锰 可提高强度，低温冲击韧性。 3）镍 可提高淬透性、耐腐蚀性、低温冲击韧性。 4）硅 提高强度、高温疲劳强度、耐热性等，但降低了塑性和韧 性。 5）铝 2020/3/22显著细化晶粒，提高韧性，降低冷脆性，且价廉。
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1.5 低合金钢及化工设备特种钢
❖ 1.5.2 低合金钢 ❖ 合金元素：≤5% ❖ 含碳量：＜0.2%， ❖ 组 织：铁素体和珠光体。 ❖ 力学性能：良好的焊接性能，较高的强度，耐腐蚀性和低温
性能。 ❖ 应 用：广泛用于桥梁、车辆、锅炉、化工容器和输油管等。 ❖ 16MnR：大型化工设备 ❖ 15MnVR:制造球形储罐
❖ 已知贮罐容积为40m3，间歇操作，通蒸汽清洗。 ❖ 1、分析贮罐操作条件 ❖ 介质为浓硫酸，是强腐蚀性介质，操作温度为常温，压力为常压。 ❖ 容器选材主要考虑腐蚀和制造因素。 ❖ 2、选择材料品种 ❖ 耐浓硫酸腐蚀的材料：灰铸铁、高硅铸铁、碳钢、18-8型不锈钢。 ❖ 其中，灰铸铁和高硅铸铁，抗拉强度低，又不可能铸造出大型设备，不