论石油化工设备用材的基本要点分析

[摘要]石油化工设备在生产时会遇到高温、高压、强腐蚀性等特点，为了保证化工设备的安全正常运转，全面了解石油化工设备在加工工艺时对材料的要求，熟悉金属材料的性能，研究它的耐腐蚀性、可焊接性以及常用金属的牌号及意义，对石油化工设备操作具有重大意义。

[关键词]石油化工设备 高温 高压 钢材的各种性能

石油化工设备操作具有多样性，使其用材种类繁多，既有金属材料又有非金属材料，掌握金属材料的性能是设计石油化工设备的重要环节，根据设备的具体操作条件，本文专门对石油化工设备用材中的金属材料做专门研究。

1石油化工设备用材的要求

根据石油化工设备操作的特性，合理选用石油化工设备材料，一般选材的基本原则是，材质要具有足够的强度和硬度，一定的塑性和韧性，耐腐蚀，具备良好的加工制造性能和焊接性能；保证其使用寿命；经济合理；供货及时。对于特殊的设备还有特殊的要求，要具有较高的室温强度，足够的蠕变强度、持久强度；组织的稳定性、较低的敏感性、良好的加工工艺性能和焊接性能等。

2石油化工设备常用金属材料的种类及性能参数

2.1常用金属材料的分类

钢材做为石油化工设备常用的金属材料，按元素组成可分为两大类，碳素钢和合金钢。碳素钢又分为两类，一类是按含碳量多少分为低碳钢、中碳钢、高碳钢；另外一类按有害杂技含量分为普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢。合金钢按照含合金量的多少分为低合金钢、中合金刚、高合金钢。

2.2金属材料的性能参数

常用金属材料的机械性能主要包括：弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。以及了解伸长率（6）、断面收缩率（φ）、冲击韧性值（ak），硬度：布氏硬度（HB）、

洛氏硬度（HRC）、维氏硬度（Hv）等。

3石油化工设备常用金属材料的耐蚀性分析

常用金属材料的化学性能是指金属材料具有的耐腐蚀性、抗氧化性、物理性能、加工工艺性能等。耐腐蚀材料一般认为腐蚀速率在0.1mm/a以下的材料。

金属被腐蚀破坏后的形态有均匀腐蚀和局部腐蚀。造成腐蚀的原因有两类，化学腐蚀和电化学腐蚀，例如金属的高温氧化、钢的脱碳、氢脆、氢腐蚀、腐蚀原电池、微电池等都是造成钢材腐蚀的原因。所以石油化工设备常用的金属材料要选用具有耐腐蚀性能的钢材。18―8钢具有良好的耐腐蚀性，对于浓度为65%以下，温度70℃以下的硝酸以及硫酸盐、硝酸盐、硫化氢等化学物质中，具有良好的耐腐蚀性，抗氢、氮的腐蚀。但在盐酸、稀硫酸、氯离子溶液中易受耐蚀。为了防止晶间腐蚀，采取的办法：对钢材重新进行淬火处理，以便于cr、c溶入奥氏体中，这样减少了钢中的含碳量，还可以加入Ti、Ni等元素。

4石油化工设备常用金属材料的热处理方式

将固态钢、铁高温下加热，加热到一定温度使其保温，采用不同的冷却方式将其降温，从而改变金相组织，来满足石油仪器所要求的物理、化学与力学性能，被称为热处理。生产中的热处理主要有普通热处理和表面热处理。普通热处理包括退火、正火、淬火、回火；表面热处理包括表面淬火和化学热处理。下面具体介绍一下热处理的技术。

退火：将金属材料缓慢加热，当加热到临界点以上的某一温度时，保温，过一段时间以后，缓慢冷却。这样可以提高力学性能；硬度降低，提高塑性，便于进行冷加工；同时还可以消除内应力，防止仪器变形。

正火：将金属置于空气中进行冷却。使晶粒变细，提高金属韧性。锻件、铸件切削加工前都要进行退火或者正火。

淬火：对金属加热至30℃―50℃时，为淬火温度，将其保温一段时间，然后投入淬火剂中使其冷却。得到马氏体，增加了家属的强度、硬度和耐磨性。空气、油、盐水、水都属于淬火剂，冷却能力在盐水中最强。

回火：淬火后，进行的一种更低温度的加热和冷却热处理工艺。回火可有效降低零件在淬火后的内应力。在150℃―250℃范围内进行回火称为“低温回火”。低温回火可使马氏体提高硬度和耐磨性，降低内应力和脆性。量具、刃具要进行低温回火处理。在300℃―450℃范围内进行回火称为“中温回火”，轴类、轴套、刀杆等工具需进行中温回火。在500℃―680℃范围内进行回火称为“高温回火”，高温回火后综合性能较好。如果淬火和“高温回火”一起进行被称为“调质处理”。可用于轴类零件、齿轮、连杆、螺栓等的加工。

表面淬火：对金属进行快速加热后立即进行淬火冷却，热量还未传至中心时，迅速予以冷却，表层被淬硬变为马氏体，而中心仍是未淬火的组织。

化学热处理后，渗碳可提高零件的硬度；渗铝可提高金属的耐热、抗氧化性；渗硅可提高金属的耐酸性。

5石油化工设备以压力容器为例进行选材分析

根据压力容器的特性选用不同的钢材，常温下压力容器要求其材料的冲击韧性值不得低于50J/cm；低温操作时，要求其材料的冲击值不得低于30J/cm。根据这一特性，压力容器选用的钢材有：09MnNiDR、15MnNiDR、16MnDR、09Mn2VDR等钢板；16Mn、09MnD、16MnD、20MnMo、09MnNiD等钢管。压力容器和多层高压容器一般选用16MnR钢材；低温压力容器选用16MnDR、

15MnNiDR、09MnNiDR钢材；15MnMoR用于制造壁温不超过560℃的压力容器；20MnMo用于制造-40℃―470℃的重要锻件；09MnNiD用于制造-40℃―-60℃的低温容器；12CrMoV用于制造高压压力容器。

压力容器选用高合金钢：压力容器和它的内件钢号有0Cr13、1Cr13、2Cr13、0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Crl8Ni10Ti、0Cr17Ni12M02等。如制造轴、活塞杆、螺栓、阀件一般选用0Cr13、1Cr13、2Cr13等钢材；抗腐蚀性较强的设备一般选用0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12M02等钢材。

6小结

根据石油化工设备操作时的多样性，结合材料的各种基本性能及其应用范围，合理选用化工设备材质，值得研究。