化工设备和管道的材料选择.doc

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1、化工设备和管道的材料选择（说明，以下读书笔记内容是比较粗略的. 文中的主要内容摘录于 R K Sinnott 所著的COULSON & RICHARDSONS CHEMICAL ENGINEERING VOL 6 2nd Edition. 第七章和百度百科，百度文库中一些资料） 许多因素影响到材料的选择：工艺的设计条件，材料的经济性，维修方面，材料的可加工性，材料的是否方便供应，对最终产品的污染，工艺安全方面的考虑，材料特性（mechanical properties）, 但是对于化工装置，很多时候主要的考虑因素是抗腐蚀。A. 材料特性具体而言，以下是最重要的一些特性在设计阶段是需要考虑的。1

2、. 材料的机械特性 抗拉强度(strength) ，刚度（抵抗变形的能力,stiffness），韧性(toughness),硬度（hardness, wear resistance）, 抗疲劳性（fatigue resistance），抗蠕变性(creep resistance) 等。2. 在高温和低温下，材料的机械特性的变化。3. 抗腐蚀性。4. 一些所需要的特别性质: 比如，热传导性，电阻，磁性等。5. 材料的易加工性6. 材料是否有标准尺寸7. 价钱对于上面第二点，展开来讲，一般说来，随着温度的上升，钢材的强度和刚度会随之降低。在这方面，不锈钢的表现要好于碳钢。如果材料在高温下会暴露于高

3、应力下，那么材料的抗蠕变性就很重要。特殊的合金钢ALLOY, 比如Inconel, 就常常被选为加热炉的炉管材料. 在低温下,钢材会出现脆的现象, 这种发脆的现象常常是由于钢材中的结晶结构的变化.对于那些低温场合 (cryogenic plant, liquefied-gas storages), 奥氏体不锈钢(fcc: face-centred-cubic) 或者 铝合金 （ aluminum alloys (hex)）常常被选为用材。（对于LPG的场合，因为常温下是气体，当设备失去压力的时候，液化气会气化，由于焦耳汤姆逊效应，气化吸收了大量的热，导致温度急剧下降，因此，液化气场合的选材常常

4、要考虑低温的要求，防止出现失压低温的时候，钢材脆化）对于第三点，抗腐蚀性。 常见的类型有，介质造成的均匀腐蚀，电偶腐蚀（由于不同的金属材料相接触）（galvanic corrosion）， 点蚀(pitting)，晶间腐蚀（intergranular corrosion）, 应力腐蚀（stress corrosion）, 冲蚀， 腐蚀疲劳，高温氧化 （high temperature oxidation）, 氢脆。 从本质上讲，金属的腐蚀是电化学的过程。形成这个过程四个要素必不可少： 1. 阳极 2. 阴极 3. 导电介质 （电解液） 4. 通过介质形成电路展开来讲：均匀腐蚀 （uniform

5、 corrosion）, 对于这种腐蚀，其腐蚀速度是可以通过试验来预测的。最终的选择，要考虑到装置的设计年限，材料的经济性，使用频率，工艺安全等。腐蚀速率常常取决于流体的温度和浓度。一般来讲，随着温度的上升，腐蚀速度也随之上升，但也并不都是这样的。另外，也有其他因素影响到腐蚀速率，比如流体中氧含量 (oxygen solubility). 常见到的例子有，用来传热的循环流体. 膨胀罐如果使用氮封，防止溶氧，就会减轻管道的腐蚀。电偶腐蚀 （galvanic corrosion）当不同的金属接触在一块的时候，那么作为阳极的那一方的腐蚀速率就会增加。如果不同的金属的接触不可避免，那么可以用保温隔热来

6、断开电路的形成。 （insulated）. 或者，如果阳极一方作出牺牲，增厚阳极一方的腐蚀余量。 常见的地下管道，比如消防水管，采用阳极牺牲保护法来减轻消防水管的腐蚀。点蚀 （pitting corrosion）点蚀容易发生的工艺场合，如果用腐蚀速率来预测设备的寿命是不可靠的。点蚀的原理，举个例子，介质接触空气，那么如果有腐蚀点，在点的底部溶氧的浓度会相对低，这样这个底部相对周边的金属就是个阳极，就会进一步加快腐蚀，使这个点更加的深。点蚀的发生有很多因素。要尽量避免金属表面的不均匀，金属成分的不均匀。有时候，管道/设备气泡的破裂也会造成点蚀/冲蚀，比如泵的气蚀。 晶间腐蚀 指主要由于晶粒表面和

7、内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在。晶间腐蚀破坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械强度。而且腐蚀发生后金属和合金的表面仍保持一定的金属光泽，看不出被破坏的迹象，但晶粒间结合力显著减弱，力学性能恶化, 不能经受敲击，所以是一种很危险的腐蚀。通常出现于黄铜、硬铝合金和一些不锈钢、镍基合金中。不锈钢焊缝的晶间腐蚀是化学工厂的一个重大问题。不锈钢的晶间腐蚀不锈钢在腐蚀介质作用下，在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶间腐蚀。产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区(HAZ)、焊缝或熔合线上

8、，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀线腐蚀(KLA)。晶间腐蚀不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于1012%。当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。因为室温时碳在奥氏体中的溶解度很小，约为0.02%0.03%，而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值，故多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，在晶间形成碳化铬的化合物，如（CrFe）23C6等。数据表明，铬沿晶界扩散的活化能力162252KJ/mol，而铬由晶粒内扩散活化能约540KJ/mol，即:铬由晶粒内扩散速度比铬沿晶界扩散速度小，内部的铬来不及向晶界扩散，所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是

9、来自奥氏体晶粒内部，而是来自晶界附近，结果就使晶界附近的含铬量大为减少，当晶界的铬的质量分数低到小于12%时，就形成所谓的“贫铬区”，在腐蚀介质作用下，贫铬区就会失去耐腐蚀能力，而产生晶间腐蚀。含碳量超过0.03%的不稳定的奥氏体型不锈钢（即不含钛或铌的0Cr18Ni9不锈钢），如果热处理不当则在某些环境中易产生晶间腐蚀。这些钢在425-815之间加热时，或者缓慢冷却通过这个温度区间时，都会产生晶间腐蚀。这样的热处理造成碳化物在晶界沉淀（敏化作用），并且造成最邻近的区域铬贫化使得这些区域对腐蚀敏感。敏化作用也可出现在焊接时，在焊接热影响区造成其后的局部腐蚀。防止晶界腐蚀的措施有：1 调整焊缝的

10、化学成份，加入稳定化元素减少形成碳化铬的可能性，如加入钛或铌等。2 减少焊缝中的含碳量，可以减少和避免形成铬的碳化物，从而降低形成晶界腐蚀的倾向，含碳量在004%以下，称为“超低碳”不锈钢，就可以避免铬的碳化物生成。3工艺措施，控制在危险温度区的停留时间，防止过热，快焊快冷，使碳来不及析出。腐蚀主要发生在金属材料的晶粒间界区，沿着晶界发展，即晶界区溶解速度远大于晶粒溶解速度。奥氏体不锈钢晶尖腐蚀的贫铬论是当前最广泛使用的理论，认为晶尖腐蚀是由于晶界贫铬引起，当不锈钢构件在对晶尖腐蚀敏感的温度（称敏化温度）范围内停留一定时间时，就会产生晶间腐蚀。当钢材在制成构件的过程中或以后使用的过程中，当其受

11、热或冷却通过450800的敏化温度范围时，过饱和的碳形成（Fe，Cr）23C6从奥氏体基体中析出而分布在晶界上。高铬量的碳化物析出消耗了晶界附近大量的碳和铬，而消耗的铬因为扩散速度比碳慢，不能从晶粒中得到补充，使晶界附近的含铬量低于钝化保护必须的限量（即含铬12%）而形成贫铬区，钝态受到破坏后的电位下降，而晶界本身仍要维持较高的电位钝态，在腐蚀介质中晶界与晶粒构成活态-钝态微电池，由于贫铬区的宽度很狭窄，电池具有小阳极大阴极的面积比，导致晶界区腐蚀。主要措施3 _ ( z2 d( q, q1、碳含量控制：尽可能降低钢中的含碳量，以减少或避免晶界上析出碳化物。钢中含碳量低于0.02%时不宜产生晶

12、间腐蚀。减少焊缝中的含碳量，可以减少和避免形成铬的碳化物，从而降低形成晶界腐蚀的倾向，含碳量在004%以下，称为“超低碳”不锈钢，就可以避免铬的碳化物生成。2、工艺措施，控制在危险温度区的停留时间，防止过热，快焊快冷，使碳来不及析出。采用适当的热处理以避免晶界沉淀相析出或改变晶界沉淀相的类型。3、合金成分控制：在不锈钢中加入适当的稳定元素钛或铌，或加入微量的晶界吸附元素硼，控制晶间沉淀和晶界吸附。调整焊缝的化学成份，加入稳定化元素减少形成碳化铬的可能性，如加入钛或铌等。因此，不锈钢产生了晶间腐蚀，需要去焊接时，从以上可知如何焊接并不重要，重要的是：1，选择适当的焊材；2，控制好焊接预热温度、层

13、间温度。应力腐蚀开裂应力腐蚀是指在应力作用下，金属在腐蚀介质中引起的破坏。这种腐蚀一般均穿过晶粒，即所谓穿晶腐蚀。应力腐蚀由残余或外加应力导致的应变和腐蚀联合作用产生的材料破坏过程。应力腐蚀导致材料的断裂称为应力腐蚀断裂。金属材料在承受应力情况下，腐蚀速率以及腐蚀攻击的形式会发生变化。通常，在正常的设计应力范畴内，这种腐蚀攻击的速率不会有显著的变化。 但是，在某些场合下，比如腐蚀性介质，高温，高压等耦合在同一时间，金属就可能发生应力开裂。 这种应力造成的腐蚀开裂常常发生在下列场合： 应力与腐蚀同时发生 在有CL-, OH-,NO3-, NH4+离子的场合，可能会出现应力腐蚀。应力腐蚀开裂的例子

14、：碳钢在制造和焊接过程中的残余应力也会造成开裂。不锈钢在有氯离子的存在下，会有应力腐蚀。锅炉的碱脆： 碱脆，又称苛性脆化，金属及合金材料在碱性溶液中，由于拉应力和腐蚀介质的联合作用而产生的开裂。这种腐蚀是沿晶间发生裂纹，是应力腐蚀破裂的一种特殊类型。碱脆主要发生在锅炉水因软化处理带来碱性并在锅炉缝隙里浓缩造成的锅炉破裂，也发生在接触苛性碱的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢设备上。钢的碱脆，一般要同时具备3个条件。一是较高浓度的氢氧化钠溶液。试验指出，浓度大于10的碱液即足以引起钢的碱脆。二是较高的温度，碱脆的温度范围较宽，但最容易引起碱脆的温度是在溶液的沸点附近。三是拉伸应力，可以是外载荷引起的应

15、力，也可以是残余应力，或者是两者的联合作用。拉伸应力的大小虽然是碱脆的一个影响因素，但更重要的因素是应力的均匀与否，局部的拉伸应力最容易引起碱脆。碱脆通常发生在锅炉的锅筒等高温承压部件中，因为它有可能同时具备有发生碱脆的3个条件：在正常运行情况下，锅筒等承压部件就处在较高的温度和拉伸应力的作用下，而开孔接管等局部区域也存在不均匀的拉伸应力。至于锅水中的碱浓度虽然不会达到产生碱脆的程度，但在局部地方，常常会因为氢氧化钠富集而使水的碱浓度增大。例如在铆接、胀管及其他一些存在缝隙的地方，锅水进入后常被逐渐浓缩，就很有可能达到碱脆所需要的浓度。所以锅筒的碱脆绝大多数是在铆接或胀接的接缝上发生的。我国曾

16、不止一次发生过锅炉碱脆爆炸事故，这类恶性事故国外也多次发生过。国内也有过超高压容器因稀碱液局部浓缩而引起碱脆并导致爆炸的事例。不锈钢的碱脆一般发生在沸点以上温度，但在50NaOH中沸点以下也可能破裂。碱脆的防止措施有：(1)添加抑制剂，如磷酸三钠、硝酸钠等；(2)尽可能降低作业温度；(3)尽量将负荷应力降低；(4)进行消除应力的热处理，除去焊接、装配、加工时产生的残余应力；(5)选用不易产生碱脆的高镍铸铁、镍合金等材料。 碱脆通常发生在锅炉的锅筒等高温承压部件中，因为它有可能同时具备有发生碱脆的3个条件：在正常运行情况下，锅筒等承压部件就处在较高的温度和拉伸应力的作用下，而开孔接管等局部区域也

17、存在不均匀的拉伸应力。至于锅水中的碱浓度虽然不会达到产生碱脆的程度，但在局部地方，常常会因为氢氧化钠富集而使水的碱浓度增大。例如在铆接、胀管及其他一些存在缝隙的地方，锅水进入后常被逐渐浓缩，就很有可能达到碱脆所需要的浓度。所以锅筒的碱脆绝大多数是在铆接或胀接的接缝上发生的。减轻应力腐蚀的措施： 一个是注意选择对特定腐蚀环境不敏感的金属材料。 另外，金属制造和焊接后采取退火等消除残余应力的措施。腐蚀疲劳特别注意那些工艺工况出现循环应力cyclic stress的场合。 比如，有些工艺装置使用TEMPER Water 来给工艺设备加热或者冷却，那么这个管道/设备就可能每天会经历温度的升和降。 这个

18、就是CYCLIC STRESS 的场合.腐蚀-冲蚀当流体中含有悬浮颗粒,或者高速流动, 高湍流等,就可能出现冲蚀腐蚀. 比如换热器的进出口. 有时候要加导流板.金属的高温氧化所谓的干氧化. 在高温场合下, 碳钢和低合金钢的氧化速率上升的非常快,因此,这种金属一般使用温度限制在低于500C. CHROMIUM铬加到金属中去，是最有效的方法来抵抗氧化。 因为它可以在金属表面形成一层保护膜。一般铬合金常常使用在温度高于500C的氧化场合。氢脆氢脆是溶于钢中的氢，聚合为氢分子，造成应力集中，超过钢的强度极限，在钢内部形成细小的裂纹，又称白点。氢脆只可防，不可治。氢脆一经产生，就消除不了。在材料的冶炼过

19、程和零件的制造与装配过程(如电镀、焊接)中进入钢材内部的微量氢(106量级)在内部残余的或外加的应力作用下导致材料脆化甚至开裂。在尚未出现开裂的情况下可以通过脱氢处理(例如加热到200以上数小时，可使内氢减少)恢复钢材的性能。因此内氢脆是可逆的。炼油厂的加工工艺常常会考虑氢脆的危害。力容器的氢脆(或称氢损伤)是指它的器壁受到氢的侵蚀，造成材料塑性和强度降低，并因此而导致的开裂或延迟性的脆性破坏。高温高压的氢对钢的损伤主要是因为氢以原子状态渗入金属内，并在金属内部再结合成分子，产生很高的压力，严重时会导致表面鼓包或皱折；氢与钢中的碳结合，使钢脱碳，或使钢中的硫化物与氧化物还原。造成压力容器氢脆破

20、坏的氢，可以是设备中原来就存在的，例如，炼钢、焊接过程中的湿气在高温下被还原而生成氢，并溶解在液体金属中。或设备在电镀或酸洗时，钢表面被吸附的氢原子过饱和，使氢渗入钢中；也可以是使用后由介质中吸收进入的，例如在石油、化工容器中，就有许多介质中含氢或含混有硫化氢的杂质。钢发生氢脆的特征主要表现在微观组织上。它的腐蚀面常可见到钢的脱碳铁素体，氢脆层有沿着晶界扩展的腐蚀裂纹。腐蚀特别严重的容器，宏观上可以发现氢脆所产生的鼓包。介质中含氢(或硫化氢)的容器是否会发生氢脆，主要决定于操作温度、氢的分压、作用时间和钢的化学成分。温度越高、氢分压越高，碳钢的氢脆层就越深，发生氢脆破裂的时间也越短，其中温度尤

21、其是重要因素。钢的含碳量越高，在相同的温度和压力条件下，氢脆的倾向越严重。钢中添有铬、钛、钒等元素，可以阻止氢脆的产生。出现氢脆的工件通过除氢处理（如加热等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。如电镀件的去氢都在200240度的温度下，加热24小时可将绝大部分氢去除。氢在常温常压下不会对钢产生明显的腐蚀，但当温度超过300和压力高于30MPa时，会产生氢脆这种腐蚀缺陷，尤其是在高温条件下。如合成氨生产过程中的脱硫塔、变换塔、氨合成塔；炼油过程中的一些加氢反应装置；石油化工生产过程中的甲醇合成塔等。 合金钢同普通碳钢相比，抗氢脆的能力一般要强不少。另外，如果温度小于500c

22、, 在进行氢脆危害评估后，有时候碳钢也可以使用。以上大概谈了下金属腐蚀的问题，总结下，在工艺工程师和设备/管道工程师最终选择合适的抗腐蚀的钢材料的时候，以下因素是必须考虑/过一遍的。1. 温度-（影响到腐蚀速率和材料特性）2. 压力 （计算许用应力）3. PH值4. 有没有不纯物 (presence of trace impurities)应力腐蚀stress corrosion. 5. 溶氧环境6. 物流的流速和湍流 （erosion-corrosion.）7. 热传导速率 （温差的存在）另外，除了正常工况，那些比如开停车等场合，稳态，非稳态等非正常工况，也需要予以考虑斟酌。一般来说，腐蚀手

23、册可以作为基本的指导方针，更实际的是，一定要参考类似工艺场合所应用的金属材质的经验教训。然后，根据经验，和工艺条件，投资费用等方面决定抗腐蚀的方向。金属材料的费用 （1992年英国价格）元/吨奥氏体不锈钢碳钢铬钼合金钢镍钢9%304321316310高镍铜管铝镍蒙乃尔钛30004000700080001600017000240003000060000800090003000026000200000这方面的考虑，如果腐蚀速率是均衡的话，可以计算材料的年费用。常常有些场合，我们会发现，宁愿使用便宜的钢材（高的腐蚀速率）带一定的腐蚀余量，每过一定时间，如果腐蚀很厉害的话，就及时替换，而不是选用昂贵的

24、其他钢材。 但是这种场合，常常有以下特点： 设备相对简单，制造费用较低，另外设备的FAILURE不会造成非常严重的后果. (可能需要在设备管道等容易发生腐蚀的地方, 阶段性的检测腐蚀情况.) 还有些场合,从费用角度,可以考虑使用复合钢材,基材是碳钢,内衬不锈钢等. 对产品的污染有些场合,产品的纯度,色度,不受污染等是选用材料的决定性因素. 比如在纺丝工业上(textile) , 不锈钢或者铝材常常使用, 这个主要是出于对碳钢的铁锈的担忧. 另外,在生产催化剂的场合,为了防止催化剂中毒,也常常不能使用碳钢. 食品工业也常常使用不锈钢,这个是出于卫生和清洁的需要. 另外,有些场合,对钢材表面的光洁

25、度也有特殊要求. 下面篇幅详细讨论化工工业上常见的材料. 铸铁和碳钢碳钢 (LOW CARBON STEEL, 也叫mild steel). 一般不耐腐蚀. 特定场合下,比如浓硫酸,碱液 (caustic alkalies, 常温), 能够耐一定腐蚀. 不适合含氯离子场合. 有色度discoloration 问题. 对应力腐蚀敏感.对于低合金钢(合金成分小于5%), 这儿合金成分的加入主要是为了提高钢材的机械特性而不是提高耐腐蚀能力,因此,这种低合金钢同普通碳钢相比在耐腐蚀上,没有显著区别. 不锈钢不锈钢根据其微结构,可以分为3类: 铁素体(ferritic) 含铬12%30%, 奥氏体(au

26、stenitic) 含铬大于18%，还含有 8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素, 马氏体(martensitic) 强度高，但塑性和可焊性较差。. 工业上常见的是奥氏体不锈钢. 奥氏体型不锈钢一般属于耐蚀钢，是应用最广泛的一类钢，其中以18-8型不锈钢最有代表性，它是有较好的力学性能，便于进行机械加工、冲压和焊接。在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性能和良好的耐热性能。但对溶液中含有氯离子（CL-）的介质特别敏感，易于发生应力腐蚀。18-8型不锈钢按其化学成分中碳含量的不同又分为三个等级：一般含碳量（Wc0.15%）低碳级 （Wc0.08%）和超低碳级（Wc0.03%）。例如我国国家标准中的1Cr

27、18Ni9Ti、0Cr18Ni9、 00Cr17Ni14M02三种钢板分属上面三个等级。世界许多国家都感到镍储量的紧缺。为了节省镍，早在四、五十年代世界上就开始用锰和氮取代18-8 型不锈钢中的部分镍。研制并列入国家标准的钢板牌号有1Cr17Mn6Ni5N和0Cr19Ni9N等。304 (所谓的8/18 不锈钢): 最常用的不锈钢. 含有少量的铬和镍(用来形成一个稳定的奥氏体结构). 碳含量很低, 易于热处理. 耐高温方面也比较好，一般使用温度极限小于650.304不锈钢具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。对氧化性酸，在实验中得出：浓度65%的沸腾温度以下的硝酸中，304不锈钢具有

28、很强的抗腐蚀性。对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能力。 304L: 低碳版的304. (0.03% C). 主要是针对304钢材碳渗透的情况. 较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响区中所析出的碳化物减至最少，而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境中产生晶间腐蚀（焊接侵蚀）。316L与304L的区别和辨别316与304在化学成分上的最主要区别就是316含Mo，而且一般公认，316的耐腐蚀性更好些，比304在高温环境下更耐腐蚀。321: 是Ni-Cr-Mo型奥氏体不锈钢，其性能与304非常相似，但是由于加入了金属钛，使其具有了更好的耐晶界腐蚀性及高温强度。由于添加金属钛，使其有效的控

29、制了碳化铬的形成。所谓的稳态版的304. 321不锈钢具有的优异的高温应力破断(Stress Rupture)性能及高温抗潜变性能(Creep Resistance)应力机械性能都优于304不锈钢。应用于抗晶界腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器，建材耐热零件及热处理有困难的零件 . 行业应用1 . 石油废气燃烧管道2 . 发动机排气管 3 . 锅炉外壳，热交换器，加热炉部件 4 . 柴油机用消音部件 5 . 锅炉压力容器 6 . 化学品运输车 7 . 伸缩接头 8 . 燃炉管道及烘干机用螺旋焊管. 347: 含Nb铌提高耐晶间腐蚀性，具有强度提高，塑性不降低。使材料的厚度减少。作

30、为结构用强度部件 。 316: 添加Mo，故其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，可在苛酷的条件下使用；加工硬化性优（无磁性）。海水里用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备；照像、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母。耐腐蚀性能优于304不锈钢，在浆和造纸的生产过程中具有良好的耐腐蚀的性能。而且316不锈钢还耐海洋和侵蚀性工业大气的侵蚀。由于添加了Mo, 因此对稀硫酸, 还有含氯离子的溶液有一定抗腐蚀性. 不锈钢的耐腐蚀性能与钝化膜的致密性和稳定性有很大关系.在冷却水系统中,不锈钢钝化膜的性能主要取决于冷却水组成,温度等因素,其中氯离子是最常见的破坏性例子. 氯离子对不锈

31、钢钝化膜的破坏作用主要是使促使钝化膜局部破坏,产生点蚀. 316L: 低碳版的316. 316L含碳量远远低于316；而含碳高量是造成金属晶间腐蚀的主要主要因素，所以在化工行业的重要工况下，316L用途广泛，但316L价格偏高，目前市场价格在6.4万/吨。316L在耐氯离子腐蚀性方面比316好.309/310: 加了更多的铬. 对于高温下的氧化场合抗腐蚀性更强. 不锈钢的机械特性, 同普通碳钢相比,特别是在高温场合,强度更强. 并且同碳钢不同, 在低温下,不锈钢不容易催化. 然而,有一点要特别注意,不锈钢的热传导性要远远小于普通碳钢. 这个对换热器管束可能会有影响. 举个例子:100C 304

32、 16 w/m.C 碳钢 60 W/M.C强度比较 温度C300400500600设计应力 N/mm2碳钢776231-不锈钢1081009262抗腐蚀性比较, 设304 抗腐蚀性为1.304304L321316316L3101.01.11.11.251.31.6不锈钢的主要问题是晶间腐蚀和应力腐蚀开裂. 常常是由于ppm级别的含氯离子. 高合金含量的不锈钢Super Austenitic, high nickel 不锈钢, 镍含量在29%30%, 铬含量在20%以上, 对酸和盐酸有很好的耐腐蚀性. 当然更加昂贵. DUPLEX, SUPER-DUPLEX 不锈钢 (双相不锈钢)双相不锈钢是在

33、其固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半，一般量少相的含量也需要达到30%。在含C较低的情况下，Cr含量在18%28%，Ni含量在3%10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。双相不锈钢有以下性能特点: （1）含钼双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能。一般18-8型

34、奥氏体不锈钢在60C以上中性氯化物溶液中容易发生应力腐蚀断裂，在微量氯化物及硫化氢工业介质中用这类不锈钢制造的热交换器、蒸发器等设备都存在着产生应力腐蚀断裂的倾向，而双相不锈钢却有良好的抵抗能力。（2）含钼双相不锈钢有良好的耐孔蚀性能。在具有相同的孔蚀抗力当量值（PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%）时，双相不锈钢与奥氏体不锈钢的临界孔蚀电位相仿。双相不锈钢与奥氏体不锈钢耐孔蚀性能与AISI 316L相当。含25%Cr的，尤其是含氮的高铬双相不锈钢的耐孔蚀和缝隙腐蚀性能超过了AISI 316L。（3）具有良好的耐腐蚀疲劳和磨损腐蚀性能。在某些腐蚀介质的条件下，适用于制作泵、阀等动力设备（4）

35、综合力学性能好。有较高的强度和疲劳强度，屈服强度是18-8型奥氏体不锈钢的2倍。固溶态的延伸率达到25%，韧性值AK（V型槽口）在100J以上。（5）可焊性良好，热裂倾向小，一般焊前不需预热，焊后不需热处理，可与18-8型奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接。（6）含低铬（18%Cr）的双相不锈钢热加工温度范围比18-8型奥氏体不锈钢宽，抗力小，可不经过锻造，直接轧制开坯生产钢板。含高铬（25%Cr）的双相不锈钢热加工比奥氏体不锈钢略显困难，可以生产板、管和丝等产品。（7）冷加工时比18-8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大，在管、板承受变形初期，需施加较大应力才能变形。（8）与奥氏体不锈钢相比，导热系数大

36、，线膨胀系数小，适合用作设备的衬里和生产复合板。也适合制作热交换器的管芯，换热效率比奥氏体不锈钢高。（9）仍有高铬铁素体不锈钢的各种脆性倾向，不宜用在高于300C的工作条件。双相不锈钢中含铬量愈低，等脆性相的危害性也愈小。在抗腐蚀方面，特别是介质环境比较恶劣（如海水，氯离子含量较高）的条件下，双相不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能明显优于普通的奥氏体不锈钢，可以与高合金奥氏体不锈钢媲美。双相不锈钢的连续使用温度范围为-50250，下限取决于钢的脆性转变温度，上限受到475脆性的限制，上限温度不能超过300。需要熟悉了解双相不锈钢的焊接规律，不能全部套用奥氏体不锈钢的焊接，双相不锈

37、钢的设备能否安全使用与正确掌握钢的焊接工艺有很大关系，。关键在于线能量和层间温度的控制，正确选择焊接材料也很重要。焊接接头（焊缝金属和焊接HAZ）的两相比例，尤其是焊接HAZ维持必要的奥氏体数量，这对保证焊接接头具有与母材同等的性能很重要。超级双相不锈钢主要是为了海上平台腐蚀环境开发的.双相不锈钢的焊接是个问题, 一些设备的失效往往与焊接有关. 但是选择合适的焊接材料和遵循正确的焊接步骤,这方面的问题是可以克服的. 费用: 双相不锈钢的费用与316不锈钢基本相当. 超级双相不锈钢大概要比普通双相不锈钢贵上个50%. NICKEL: 略.蒙乃尔: 蒙乃尔合金又称镍合金，是一种以金属镍为基体添加铜

38、、铁、锰等其它元素而成的合金。蒙乃尔合金耐腐蚀性好，呈银白色，适合作边丝材料。它是一种用量最大、用途最广、综合性能极佳的耐蚀合金。此合金在氢氟酸和氟气介质中具有优异的耐蚀性，对热浓碱液也有优良的耐蚀性。同时还耐中性溶液、水、海水、大气、有机化合物等的腐蚀。该合金的一个重要特征是一般不产生应力腐蚀裂纹，切削性能良好。该合金主要用于阀杆，泵轴和叶轮，输送器刮刀， 油井钻环，弹性部件，阀垫等。该合金在氟气、盐酸、硫酸、氢氟酸以及它们的派生物中有极优秀的耐蚀性。酸介质：M400在浓度小于85%的硫酸中都是耐蚀的。典型的蒙乃尔,镍铜比例大概在2:1, 它是除了不锈钢以外,在化工装置应用最广泛的. 适用温

39、度可以到500C. 它要比不锈钢贵,但是在氯离子环境下,对应力腐蚀开裂不敏感. 应用场合有,碱性液,有机酸,盐类,海水等. 其耐还原性腐蚀能力优于耐氧化性腐蚀能力. 蒙乃尔合金的机械加工,焊接,耐高温性能都很好,常用在化工工业中,蒸发器,换热器,泵,搅拌轴,阀杆等. INCONEL: 典型是76% Ni, 7% Fe, 15% Cr. 高镍成分使合金具有非常强的抗氯化物应力裂变腐蚀能力，以及在还原状态下可维持其高耐蚀性及在碱溶液中亦具有很强的耐腐蚀能力。同时因含铬，所以在氧化性环境下耐腐蚀性更胜纯镍. 具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接工艺性能，在700C以下具有满意的热强

40、性和高的塑性。腐蚀性碱金属的生产和使用领域，特别是使用硫化物的环境. 国产INCONEL合金管研制主要是为了核动力装置蒸汽发生器的传热管. 蒸汽发生器传热管的失效原因是多方面的,比如结构设计的不合理,加工制造过程中残余应力的存在,运行水质的控制以及材料的选用等. 材料的选择是最主要的. 传热管的失效通常是氯离子应力腐蚀,晶间腐蚀,点蚀,等腐蚀疲劳破损. 历史上,先后经过了奥氏体不锈钢,INCONEL 600, INCOLOY 800 等. 研究表明, 应力腐蚀裂纹(SCC)的敏感程度主要取决于镍含量. 高镍合金对有氯化物存在而导致的SCC不敏感. INCONEL 600铬含量偏低,在高温纯水中

41、会导致晶间应力腐蚀裂纹. 提高铬含量,可以提高合金耐点蚀和晶间腐蚀性能,降低在高温水中腐蚀产物的释放速率. THE HASTELLOYS哈氏合金是镍基合金的一种，目前主要分为B、C、G三个系列，它主要用于铁基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不锈钢、非金属材料等无法使用的强腐蚀性介质场合，在国外已广泛应用于石油、化工、环保等诸多领域。主要耐湿氯、各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐，在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能。因此，近三十年以来、在苛刻的腐蚀环境中，如化工、石油化工、烟气脱硫、纸浆和造纸、环保等工业领域有着相当广泛的应用。最早,哈氏合金是为了HCL场合的腐蚀开发的. 工业上主要应用

42、是HASTELLOY B, HASTERLLOY C.COPPER AND COPPER ALLOYS铜和铜合金。化工工业中主要应用黄铜（brasses）(铜和锌合金)， 还有锡青铜（bronzes）(黄铜中加入锡，明显提高合金的耐热性，特别提高抗海水腐蚀的能力，也叫海军黄铜)， 铝青铜，铜镍合金（白铜）等。 铜合金具有优良的耐大气和海水腐蚀性能，在一般介质中以均匀腐蚀为主。 在有氨存在的溶液中有较强的应力腐蚀敏感性，也存在电偶腐蚀，点蚀，磨损腐蚀等局部腐蚀形式。 黄铜脱锌，铝青铜脱铝，白铜脱镍等脱成分腐蚀是铜合金独有的腐蚀形式。 黄铜在大气，多种介质水溶液，有机酸中具有良好的耐蚀性；锡青铜在

43、各种腐蚀介质中李表现出比黄铜更好的耐蚀性。铜合金在与大气和海洋环境相互作用的过程中，表面能生成钝态或者半钝态的保护薄膜，使各种腐蚀受到抑制。 因此，大多数铜合金在大气环境中显示出优良的耐蚀性能。 铜合金的大气腐蚀，大气中的污染对铜合金的腐蚀有明显的增强作用。那些CO2,SO2,NO2等酸性污染物溶解在水膜中，发生水解，使水膜酸化和保护膜不稳定， 氨，硫化氢等，可以明显加速铜合金的应力腐蚀。 大多数铜合金为均匀腐蚀。海洋环境腐蚀，飞溅可使铜合金更容易保持钝态。 白铜在铜合金中耐蚀性最优良。特别耐海水冲击腐蚀。 铜合金有优良的抗mineral acid的腐蚀， 对于碱液，还有各种有机酸和盐也有良好

44、的耐蚀性。（氨除外）。 黄铜和锡青铜在化工主要用在阀门和管件，还有换热器的管束。 白铜经常用在同海水换热的换热器的管束材料。ALUMINIUM AND ITS ALLOY (DURALUMIN 铝铜合金)钛合金 主要用来对付含氯溶液,比如海水和湿氯. 形成了一层氧化膜抵抗腐蚀.钛材料在对付HCL，含氯溶液，海水等场合的换热器的管壳程，板式换热器等，正逐渐取代CUPRO-NICKEL。 非金属材料在化工行业中，主要分为两类： 热塑性材料，（温度上升的时候变软）。 比如聚氯乙烯PVC 和 聚乙烯POLYETHYLENE。 热固性材料：坚硬。 比如PLOYESTER 聚酯和 EPOXY RESINS

45、.环氧树脂。主要用在管道，衬里管，风机扇叶，非金属泵叶轮等。非金属材料的管材/设备可以通过加入碳纤维或者玻璃丝或其他添加剂加强强度。在一定温度下，甚至可以同碳钢相当。因此，也可以用在压力管道/压力容器上。 同金属不一样，塑料等材料是可燃的。 虽然耐蚀性非常好，但是，会渐渐发生降解（degradation）, 特别是用在有机溶剂中， 塑料可以被溶剂吸收，软化和膨胀。 下表是常用的非金属材料的性能比较和费用比较。材料Tensile strength (N/mm2)Elastic Modulus(KN/mm2)Densitykg/m3RelativeCostPVC553.514001.5POLYET

46、HYLENE (low density)120.29001.0Polypropylene351.59001.5PTFE211.0210030GRP polyester1007.015003.0GPR epoxy25014.018005.0费用比较是按照Polyethylene (vol basis) 为1.0作为基准线的。PVC最常用. 硬PVC. (rigid PVC). 耐绝大多数无机酸，无机盐溶液。 不耐强硫酸/强硝酸。 不适用绝大多数有机溶剂。 （溶解，软化，膨胀）。Low Density Polyethylene 低密度聚乙烯适用温度不超过60C. 高密度的聚乙烯材料可以用在稍高一点

47、的温度. 聚丙烯材料可以用在120C以下。耐蚀性类似于PVC. PTFE 聚四氟乙烯Polytetrafluroethylene几乎耐所有的化学品。 除了融碱，氟化物。 温度可以达到250C. 昂贵，成型加工困难。导热性能较差。 线膨胀系数是钢的1020倍。 常用在输送腐蚀性气体的输送管，排气管，等。 具有耐腐蚀，耐老化，低摩擦系数，不沾性，耐温范围广，等。 垫片，阀门/泵等的密封件等。 也可以作为设备的衬里。 GRP (Glass-fibre reinforced plastics)Polyester resin, 加入玻璃丝加强，是化工装置中使用最常见的热固性塑料材料。玻璃纤维增强塑料(GRP)俗称玻璃钢。它的基本原料为酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚醋树脂及峡喃树脂等热固性塑料.以玻璃纤维或玻璃纤维织品为增强材料,以玻璃纤维增强塑料作为原料制作的电力管等俗称玻璃钢管。玻璃钢管GRP管的性能特点为: (1)密度小，质量轻。玻璃钢管的质量只有铸铁管的1/6，水泥棍凝土管的1/10，在安装相同质量的管道时，玻璃钢管的长度要比铸铁管长6倍，这大大加快了施工进度，节省了施工费用。 (2)机械强度高，其比强度接近钢材。 (3)抗冲击性能优良，不易受冲击损坏。 (4)耐久性及耐候性优良。在寒冷地区可经受低温及解冻等冻融的环境，管子不会膨胀而冻裂.不产生爆裂事故。