第四節　化工設備常用材料

一、材料的性能

化工設備中廣泛使用著各種材料，這些材料各有其性能特點。材料的性能可分為兩類：工藝性能和使用性能。

工藝性能也稱制造性能，反映材料在加工制造過程中所表現出來的特性。對應不同的制造方法，工藝性能分為鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能和切削加工性能等。化工設備的制造通常要經過鍛壓、焊接和切削加工，所以，對鍛壓性能、焊接性能和切削加工性能有較高要求。

使用性能反映材料在使用過程中所表現出來的特性，包括物理性能、化學性能和力學性能。物理性能是材料所固有的屬性，包括密度、熔點、導電性、導熱性、熱膨脹性和磁性等。化學性能是指材料抵抗各種化學介質作用的能力，包括高溫抗氧化性、耐腐蝕性等。化工設備通常在高溫和腐蝕性環境下工作，所以對化學性能提出了較高要求。

化工設備是由零、部件所組成，而零、部件在使用時都承受外力的作用，因此，材料在外力作用下所表現出來的性能就顯得格外重要，這種性能稱為力學性能。力學性能包括強度、硬度、塑性、沖擊韌性、疲勞等。

1.強度

強度反映材料在外力作用下抵抗破壞的能力。這里的破壞對應兩種情況：一是發生較大的塑性變形，在外力去除后不能恢復到原來的形狀和尺寸；另一種情況是發生斷裂。不論哪一種情況發生，都將導致零部件不能正常工作。反映材料強度高低的指標有屈服強度和抗拉強度。屈服強度用σ_s表示，反映材料在外力作用下抵抗塑性變形的能力，σ_s越高則越不易發生塑性變形；抗拉強度也稱強度極限，用σ_b表示，反映材料在外力作用下抵抗斷裂的能力，σ_b越高則越不易發生斷裂。

2.塑性

塑性反映材料在外力作用下發生塑性變形的能力。如果材料能發生較大的塑性變形而不破壞，即能拉得很長，壓得很扁，彎得很彎，扭得很曲，則稱材料的塑性好。常用的塑性指標有斷后伸長率δ和斷面收縮率ψ，δ和ψ的值越大，則材料的塑性越好。

材料塑性的好壞，對零件的加工和使用都具有十分重要的意義。例如，低碳鋼的塑性較好，可進行鍛壓加工；普通鑄鐵的塑性很差，不能進行鍛壓加工，但能進行鑄造。同時，由于材料具有一定的塑性，不致因稍有超載而突然破斷，這就增加了材料使用的安全可靠性。因此，對于材料的塑性指標是有一定要求的。

3.硬度

硬度反映金屬抵抗比它更硬物體壓入其表面的能力。由于硬度高的金屬不易壓入，也不易形成壓痕或劃痕，所以，也把硬度定義為金屬抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。常用的硬度指標有布氏硬度和洛氏硬度。布氏硬度用HBW表示，如200HBW表示布氏硬度值為200。洛氏硬度用HRA、HRB或HRC表示，常用HRC。如60HRC表示洛氏硬度值為60。

4.沖擊韌性

以很快的速度作用于工件上的載荷稱為沖擊載荷。材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為韌性。反映韌性高低的指標為沖擊吸收能量δ_k。δ_k越大，則材料的韌性越好，材料抗沖擊能力越強。

材料的韌性隨溫度的降低而減小，當低于某一溫度時沖擊韌性會發生劇降，材料呈現脆性，該溫度稱為脆性轉變溫度。對于低溫工作的設備來說，其選材應注意韌性是否足夠。

5.疲勞

許多機械零件，如各種軸、齒輪、彈簧等，經常受到大小不同和方向變化的交變載荷作用。這種交變載荷常常會使材料在應力小于其強度極限，甚至小于其彈性極限的情況下，經一定循環次數后，并無顯著的外觀變形卻發生斷裂。這種現象叫做材料的疲勞。疲勞斷裂與靜載荷下斷裂不同，無論在靜載荷下顯示脆性或塑性的材料，在疲勞斷裂時，事先都不產生明顯的塑性變形，斷裂往往是突然發生的，因此具有很大的危險性，常常造成嚴重事故。

反映材料抵抗疲勞能力的指標主要是疲勞極限σ_D。當金屬材料承受的交變應力σ小于σ_D時，應力循環到無數次也不會發生疲勞斷裂；當σ大于σ_D時，材料在經過一定循環次數后，將發生疲勞斷裂。

二、鋼的熱處理

熱處理就是將鋼在固態范圍內加熱到給定的溫度，經過保溫，然后按選定的冷卻速度冷卻，以改變其內部組織結構，從而獲得所需要的性能的一種工藝。

通過熱處理可以充分發揮金屬材料的潛力，改善金屬材料的性能，延長使用壽命和節省金屬材料。絕大部分重要的機械零件，在制造過程中都必須進行熱處理。

熱處理的工藝過程是由加熱、保溫和冷卻三個階段組成的。隨著熱處理三個階段進行的具體情況不同，則材料內部組織和性能的變化也就不同，這樣構成了各種熱處理方法，以滿足各種要求。

熱處理分為普通熱處理和表面熱處理兩大類。普通熱處理包括退火、正火、淬火、回火等；表面熱處理包括表面淬火、化學熱處理等，這種熱處理只改變工件表面層的成分、組織和性能。

熱處理又分為預先熱處理和最終熱處理，它們在零件生產工藝過程中的使用順序及目的不同。一般零件的生產工藝過程為：鍛造→預先熱處理→機械加工（粗加工）→最終熱處理→機械加工（精加工）。預先熱處理通常為退火和正火，目的是消除上道工序產生的缺陷（如硬度過高而無法切削），為后面的工序做準備；最終熱處理有淬火和回火、表面淬火等，目的是獲得零件使用時所要求的性能。

1.退火和正火

退火是將鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（爐冷、坑冷）的熱處理工藝。正火是將鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后出爐空冷的熱處理工藝。

退火和正火主要用作預先熱處理，目的是：軟化鋼材以利于切削加工；消除內應力以防止工件變形；細化晶粒，改善組織，為零件的最終熱處理做好準備。

與退火相比，正火冷卻速度較快，得到的組織比較細小，強度和硬度也稍高一些。正火的生產周期短，節約能量，而且操作簡便。生產中常優先采用正火工藝。

對力學性能要求不高的零件，可用正火作為最終熱處理。

2.淬火和回火

淬火是將鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間后，快速冷卻（水冷或油冷）的熱處理工藝。淬火后的鋼硬而脆，組織不穩定，而且有內應力，不能滿足使用要求。因此，淬火后必須回火。

按照溫度范圍不同，回火分為三類：低溫回火、中溫回火和高溫回火。低溫回火的回火溫度范圍為150～250℃，回火后的鋼具有高硬度和高耐磨性，主要用于各種工具、滾動軸承、滲碳件和表面淬火件；中溫回火的回火溫度范圍為350～500℃，回火后的鋼具有較高的彈性極限和屈服強度，一定的韌性和硬度，主要用于各種彈簧和模具等；高溫回火的回火溫度范圍為500～650℃，回火后的鋼具有強度、硬度、塑性和韌性都較好的綜合力學性能，廣泛用于汽車、拖拉機、機床等機械中的重要結構零件，如各種軸、齒輪、連桿、高強度螺栓等。通常將淬火和高溫回火相結合的熱處理工藝稱為調質。

3.表面熱處理

某些機械零件如齒輪、曲軸、活塞桿、凸輪軸等，工作時承受較大的沖擊和摩擦，因此要求工件表層具有高的硬度、耐磨性以抵抗摩擦磨損，心部具有足夠的塑性和韌性以抵抗沖擊，即具有“外硬內韌”的性能。為滿足這一要求，生產中廣泛采用表面熱處理。表面熱處理方法有表面淬火和化學熱處理。

（1）表面淬火

表面淬火是將鋼的表面快速加熱至淬火溫度，并立即快速冷卻的淬火工藝。表面淬火后一般進行低溫回火，以滿足工件表層的高硬度、高耐磨性要求。表面淬火不改變鋼表層的成分，僅改變表層的組織，且心部組織及性能不發生變化。為滿足對心部的塑性和韌性要求，表面淬火前一般進行調質處理。表面淬火用于中碳鋼和中碳低合金結構鋼。

（2）化學熱處理

化學熱處理是向工件表層滲入某種元素的熱處理工藝。按照滲入元素的不同，化學熱處理分為滲碳、滲氮（氮化）、碳氮共滲（氰化）、滲金屬等。

滲碳是向工件表層滲入碳元素的熱處理工藝，適用于低碳鋼和低碳合金鋼。滲碳后由于工件表層和心部的含碳量不同，再經過淬火和低溫回火熱處理，便獲得了外硬內韌的性能。

滲氮是向工件表層滲入氮原子的熱處理工藝。滲氮用鋼大都含有Cr、Mo、Al、V等元素（如38CrMoAlA鋼），經滲氮后工件表層形成各種高硬度的、致密而穩定的氮化物如AlN、CrN、MoN等，從而使鋼具有高的表面硬度、耐磨性和耐蝕性。心部的塑性和韌性要求通過滲氮前的調質處理獲得。

三、金屬材料

在所有應用材料中，凡是由金屬元素或以金屬元素為主形成的、具有金屬特性的物質稱為金屬材料；由兩種或兩種以上不同性質或不同組織的材料組合而成的材料稱為復合材料；除金屬材料和復合材料外的所有材料稱為非金屬材料。

金屬材料是最重要的機械工程材料，它包括：鐵和以鐵為基的合金（俗稱黑色金屬），如鋼、鑄鐵和鐵合金等；非鐵合金（舊稱有色金屬），如銅及其合金、鋁及其合金、鉛及其合金等。鋼鐵材料應用最廣，占全部結構材料、零件材料和工具材料的90%左右。鋼分為非合金鋼（舊稱碳鋼）、鑄造碳鋼、低合金鋼和合金鋼四類。

1.非合金鋼

非合金鋼是含碳量小于2.11%的鐵碳合金。按鋼的用途、質量等級等，將非合金鋼分為碳素結構鋼、優質碳素結構鋼和碳素工具鋼等。

（1）碳素結構鋼

這類鋼的牌號由代表屈服強度的字母“Q”（“ 屈”的漢語拼音字首）和屈服強度的數值（單位MPa）組成。例如，Q235表示碳素結構鋼，屈服強度為235MPa。

碳素結構鋼有Q195、 Q215、 Q235、Q255、Q275五個鋼種，其中Q235鋼由于價格低廉，又具有良好的強度、塑性、焊接性、切削加工性等，在化工設備中應用廣泛。

（2）優質碳素結構鋼

優質碳素結構鋼的牌號以鋼中平均碳質量分數的萬分數（兩位數字）表示。如45表示優質碳素結構鋼，平均碳質量分數為萬分之四十五，即平均ω_C=0.45%。

優質碳素結構鋼有10、15、20、25、30、35、40、45、55、65、70等，常按含碳量不同分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼三類。

低碳鋼，含碳量ω_C≤0.25%，常用鋼號有10、15、20、25等。這類鋼強度較低但塑性較好，冷沖壓及焊接性能良好，在化工設備中廣泛應用。

中碳鋼，含碳量ω_C>0.25%～0.60%，鋼的強度與塑性適中，焊接性能較差，不適于制造設備殼體，多用于制造各種機械零件如軸、齒輪、連桿等。常用牌號有30、35、40、45、50、55、60等，其中以45鋼應用最廣。

高碳鋼，含碳量ω_C>0.60%，鋼的強度和硬度均較高，塑性差，常用來制造彈簧。常用的牌號有65、70等。

2.鑄造碳鋼

鑄造碳鋼的牌號用“鑄”和“鋼”兩字的漢語拼音首位字母“ZG”后附鋼的最低屈服強度（單位MPa）和最低抗拉強度（單位MPa）表示。例如，ZG200-400表示最低屈服強度為200MPa、最低抗拉強度為400MPa的鑄造碳鋼。

工程中有些零件如列車掛鉤、汽車變速器殼體等，形狀比較復雜，同時又要求具有較高的力學性能，如果使用鑄鐵來鑄造，雖然可以成形，但力學性能不能滿足要求；如果用鋼來鍛造，力學性能能夠達到要求，但因形狀復雜，難以完成。這時可采用鑄造碳鋼。鑄造碳鋼兼具良好的力學性能和鑄造性能，能夠同時滿足上述零件的使用要求和制造要求。

3.低合金鋼

低合金鋼與合金鋼是指在碳鋼基礎上有目的地加入某些元素所形成的鋼種。常加入的元素有Si、Mn、Cr、B、W、V、Ni、Ti、Nb、Al等。鋼中加入這些元素的目的是為了改善鋼的性能，滿足使用要求，這些元素稱為合金元素。

“低合金”是指鋼中合金元素總質量分數ω_Me≤5%。低合金鋼的品種較多，其中低合金高強度結構鋼廣泛用于橋梁、船舶、車輛、鍋爐、化工容器和輸油管等。低合金高強度結構鋼牌號表示方法與碳素結構鋼相同，有Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690等，部分低合金高強度結構鋼的用途舉例見表1-1，最常用的是Q345鋼。

4.合金鋼

合金鋼的牌號通常是由含碳量數字、合金元素符號、合金元素含量數字順序組成。含碳量數字為兩位數時表示平均碳質量分數的萬分數，為一位數時表示平均碳質量分數的千分數；合金元素含量數字位于合金元素符號之后，通常表示合金元素平均質量分數的百分數，當合金元素平均質量分數<1.5%時不標數字。例如，40Cr鋼平均碳質量分數為萬分之四十，即0.4%、平均含ω_Cr<1.5%；1Cr18Ni9Ti鋼平均含ω_C=0.1%、ω_Cr=18%、ω_Ni=9%、ω_Ti<1.5%。

合金鋼的品種較多，有合金滲碳鋼、合金調質鋼、滾動軸承鋼、不銹鋼、耐熱鋼等。

（1）合金滲碳鋼

滲碳鋼通常經滲碳并淬火、低溫回火后使用，具有外硬內韌的性能，主要用于制造承受強烈沖擊載荷和摩擦磨損的機械零件，如汽車、拖拉機中的變速齒輪，內燃機上的凸輪軸、活塞銷等。

滲碳鋼的含碳量為低碳。滲碳鋼分為碳素滲碳鋼和合金滲碳鋼兩類。碳素滲碳鋼為低碳鋼，常用牌號有15、20等；合金滲碳鋼的常用牌號有20Cr、20CrMnTi、20MnVB等，其中20CrMnTi應用最為廣泛。

（2）合金調質鋼

調質鋼通常經調質后使用，具有優良的綜合力學性能，廣泛用于制造汽車、拖拉機、機床上的軸、齒輪、連桿、螺栓、螺母等。它是機械零件用鋼的主體。

調質鋼的含碳量為中碳。調質鋼分為碳素調質鋼和合金調質鋼兩類。40、45、50是常用而廉價的碳素調質鋼。合金調質鋼的常用牌號有40Cr、35SiMn、35CrMo、40MnB等，最典型的鋼種是40Cr，用于制造一般尺寸的重要零件。

（3）滾動軸承鋼

滾動軸承鋼主要用于制造滾動軸承的內、外圈以及滾動體，此外還可用于制造某些工具，例如模具、量具等。

滾動軸承鋼的牌號以字母“G”（“滾” 字的漢語拼音字首）后附鉻元素符號Cr及其質量分數的千分數及其他合金元素符號表示，碳的含量不標出。例如GCr15表示ω_Cr千分之十五，即1.5%的滾動軸承鋼。

滾動軸承鋼的常用牌號有GCr15、GCr15SiMn等 ，最有代表性的是GCr15。

（4）不銹鋼

一般把能夠抵抗空氣、蒸汽和水等弱腐蝕性介質腐蝕的鋼稱為不銹鋼。能夠抵抗酸、堿、鹽等強腐蝕性介質腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。在日常習慣上把不銹鋼和耐酸鋼統稱為不銹鋼。不銹鋼主要用來制造在各種腐蝕性介質中工作的零件或構件，例如化工裝置中的各種管道、閥門和泵，醫療手術器械，防銹刃具和量具等。

Cr是不銹鋼獲得耐蝕性的基本合金元素，一般不銹鋼含ω_Cr=11.7%以上。不銹鋼含碳量越低，則耐蝕性越高，但強度、硬度越低。大多數不銹鋼的含碳量為ω_C=0.1%～0.2%，但用于制造刃具等的不銹鋼含碳量則較高，可達ω_C=0.85%～0.95%，以保證具有足夠的強度、硬度。

不銹鋼按化學成分可分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩大類。鉻不銹鋼的常用牌號有12Cr13（1Cr13）、20Cr13（2Cr13）、30Cr13（3Cr13）、40Cr13（4Cr13）、10Cr17（1Cr17）等，鉻鎳不銹鋼的常用牌號有12Cr18Ni9（1Cr18Ni9）、06Cr19Ni9（0Cr18Ni9）等。括號內的牌號為舊牌號。其中12Cr13、20Cr13、30Cr13、40Cr13的耐蝕性稍差，主要用于在弱腐蝕性條件下工作的各種機械零件、工具，如汽輪機葉片、閥門零件、量具、軸承、醫療器械等；而10Cr17、12Cr18Ni9、06Cr19Ni9的耐蝕性較高，主要用于在強腐蝕性條件下工作的設備。

（5）耐熱鋼

高溫會加劇鋼的氧化，并使鋼的強度下降，所以，耐熱鋼的耐熱性體現在抗氧化性和高溫強度兩個方面。耐熱鋼的常用牌號有06Cr18Ni11Ti、10Cr17、07Cr17Ni17Al、20Cr13、42Cr9Si2等，主要用于熱工動力機械（汽輪機、燃氣輪機、鍋爐和內燃機）、化工機械、石油裝置和加熱爐等高溫條件工作的構件。

5.鑄鐵

鑄鐵是ω_C>2.11%的鑄造鐵、碳、硅合金。與鋼相比，鑄鐵含C、Si量較高，含雜質元素S、P較多，組織中有石墨。因此，鑄鐵的力學性能（特別是抗拉強度及塑性、韌性）較鋼低許多，但鑄鐵具有優良的鑄造性、減振性、耐磨性、切削加工性以及低的缺口敏感性等，而且生產工藝和設備簡單，成本低廉，因此在工業生產中得到廣泛應用。

根據石墨形態不同，鑄鐵分為灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵，石墨的形狀分別為片狀、球狀、團絮狀及蠕蟲狀，如圖1-2所示。

灰口鑄鐵的牌號由字母“HT”（“灰鐵”兩字的漢語拼音字首）后附最低抗拉強度值（單位MPa）表示，如HT150表示最低抗拉強度值為150MPa的灰口鑄鐵。灰鑄鐵用來制作受壓力作用和要求消震的機床床身與機架、結構復雜的殼體與箱體、承受摩擦的缸體與導軌等。球墨鑄鐵的牌號由字母“QT”（“球鐵”兩字的漢語拼音字首）后附最低抗拉強度值（單位MPa）和最低斷后伸長率的百分數表示，如QT600-03表示最低抗拉強度值為600MPa、最低斷后伸長率為3%的球墨鑄鐵。球墨鑄鐵可代替鑄鋼和鍛鋼制造各種載荷較大、受力較復雜和耐磨損的零件，如曲軸、連桿、凸輪軸、齒輪、蝸桿、蝸輪等。

附著鑄鐵的廣泛應用，對鑄鐵的性能也提出了越來越高的要求，即不但要有更高的力學性能，有時要有某些特殊性能，例如耐磨、耐熱及耐腐蝕等。可通過向鑄鐵中加入合金元素來改善鑄鐵的性能，提高其適應性和擴大其使用范圍。含有合金元素的鑄鐵稱為合金鑄鐵。常用的合金鑄鐵有耐蝕鑄鐵、耐磨鑄鐵和耐熱鑄鐵。耐蝕鑄鐵具有較高的耐蝕性能，廣泛用于化工部門，用來制造管道、閥門、泵類、反應釜及盛貯器等。耐熱鑄鐵具有良好的耐熱性，廣泛用來代替耐熱鋼制造耐熱零件，如熱交換器、坩堝、加熱爐底板等。耐磨鑄鐵可用于汽缸套、滑動軸承、機床導軌等。

6.有色金屬

在化學工業中經常遇到強腐蝕、低溫等特殊生產條件，有色金屬具有耐蝕性好、低溫時塑性好和韌性高等特殊性能，因而在化工設備中經常采用有色金屬及其合金，主要是鋁、銅、鉛及其合金、滑動軸承合金。

（1）鋁及其合金

工業純鋁的牌號有1070、1060、1050等（對應的原牌號為L1、L2、L3），純度依次降低。

鋁合金分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩類。形變鋁合金塑性優良，適于壓力加工。其牌號由四位數字組成，如5A02、3A21等；鑄造鋁合金用于鑄造，其牌號由字母“Z”（“ 鑄” 的漢語拼音字首）、鋁的元素符號Al、其他元素的符號及質量分數的百分數等順序組成，如ZAlSi2表示含ω_Si=2%、其余為Al的鑄造鋁合金。

鋁及其合金具有許多優良的性能，因而獲得了廣泛的應用。如鋁的耐蝕性好，純鋁的純度越高則耐蝕性越好，可用來做耐蝕設備；鋁的導熱性能好，適于做換熱設備；鋁不會產生火花，可做儲存易揮發性介質的容器；鋁不污染物品和不改變物品顏色，在食品工業中廣泛應用，并可代替不銹鋼做有關設備；熔焊的鋁材在0～-196℃之間韌性不下降，適于做低溫設備。典型牌號鋁及其合金的用途舉例如下：

工業純鋁1060、1050等用來做熱交換器、塔、儲罐、深冷設備和防止污染產品的設備。

在石油化工行業中用得較多的鋁合金是鑄造鋁合金和形變鋁合金中的5A05、3A21等。鑄造鋁合金可以做泵、閥、離心機等。5A05、3A21等的耐蝕性能好，有足夠的塑性，強度比純鋁高得多，常用來做與液體介質接觸的油箱、導管、生活器具和深冷設備中的液空吸附過濾器、分餾塔等。

（2）銅及其合金

工業純銅按雜質含量可分為T1、T2、T3等牌號，純度依次降低。

銅合金按主要合金元素的種類分為黃銅、青銅等，黃銅是以鋅為主要合金元素的銅合金；青銅是以鋅以外的其他元素為主要合金元素的銅合金。以錫為主要合金元素的青銅稱為錫青銅，以錫以外的其他元素為主要合金元素的青銅稱為無錫青銅。

按照成形方法的不同，銅合金分為壓力加工銅合金和鑄造銅合金兩類。壓力加工黃銅的牌號由字母“H”后附平均銅質量分數的百分數表示，如H62表示平均ω_Cu=62%、其余為鋅的黃銅；壓力加工青銅的牌號由字母“Q”后附主要合金元素的符號及平均質量分數的百分數、其他合金元素的平均質量分數的百分數表示，如QSn4-3表示ω_Sn=4%，ω_Zn=3%的壓力加工錫青銅；鑄造銅合金的牌號則由字母“Z”（“鑄”的漢語拼音字首）、銅的元素符號Cu、合金元素符號及合金元素平均質量分數的百分數等順序組成，如ZCuZn38表示ω_Zn=38%、其余為銅的鑄造黃銅， ZCuSn10Zn2表示ω_Sn=10%、ω_Zn=2%、其余為銅的鑄造錫青銅。

工業純銅和黃銅具有極好的導熱性，優越的低溫力學性能和耐蝕性能（但銅在氨或銨鹽溶液及各種濃度的硝酸中不耐蝕），因而在化工行業中獲得了廣泛的應用。如T2、T3可用來做深度冷凍設備和換熱器。H62可作深度冷凍設備的筒體、管板、法蘭及螺母等。

青銅具有良好的耐蝕性和耐磨性，主要用來制造軸瓦、蝸輪等機械零件和泵殼、閥門等化工設備。

（3）鉛及其合金

鉛在許多介質中，如亞硫酸、磷酸（<85%）、鉻酸、氫氟酸（<60%）等，特別是在硫酸中，具有很高的耐蝕性。但鉛在蟻酸、醋酸、硝酸和堿溶液中不耐蝕。由于鉛強度和硬度都低、不耐磨、非常軟、比重大等，不適宜單獨做化工設備，只能做設備襯里。

鉛與銻的合金稱為硬鉛，強度和硬度都比純鉛高，可用來做加料管、耐酸泵和閥門等零件。

（4）滑動軸承合金

滑動軸承合金用來制造滑動軸承的軸瓦及其內襯（稱為軸承襯）。常用的滑動軸承合金有錫基軸承合金（又稱錫基巴氏合金）、鉛基軸承合金（又稱鉛基巴氏合金）、銅基軸承合金和鋁基軸承合金。

錫基軸承合金是以錫為基體，再加入銻及銅等合金元素的合金。例如ZSnSb11Cu6表示ω_Sb=11%、ω_Cu=6%、其余為錫的錫基軸承合金，這是最常用的錫基軸承合金。

鉛基軸承合金是以鉛為基體，再加入銻、錫及銅等合金元素的合金。例如ZPbSb16Sn16Cu2表示平均ω_Sb=16%、ω_Sn=16%、ω_Cu=2%、其余為鉛的鉛基軸承合金。

銅基軸承合金有ZCuPb30、ZCuSn10P1、ZCuAl10Fe3等。常用的鋁基軸承合金為ZAlSn6Cu1Ni1。

四、非金屬材料

大多數非金屬材料具有優良的耐腐蝕性能，資源豐富，成型工藝簡單，是有著廣闊發展前途的化工材料。非金屬材料既可單獨用做結構材料，又能用做金屬設備的保護襯里、涂層，還可做設備的密封材料和保溫材料。

非金屬材料分無機材料（如陶瓷、化工搪瓷、玻璃等）和有機材料（如塑料、橡膠、涂料等）兩大類。

1.陶瓷

陶瓷是用黏土、長石和石英等天然原料（普通陶瓷）或人工化合物如氧化物、氮化物、碳化物等（特種陶瓷）經成型、干燥和燒結等工序制成的。

在化工生產中用得較多的是耐酸陶瓷。耐酸陶瓷的種類較多，如以高硅酸性黏土、長石和石英等天然原料可制成耐酸陶、耐酸耐溫陶和硬質瓷，以人工化合物為原料可制成莫來石瓷、氧化鋁瓷、氟化鈣瓷。

耐酸陶瓷具有良好的耐腐蝕性能（耐酸、耐堿），足夠的不透性、耐熱性和一定的機械強度，主要用做化工設備，如容器、反應器、塔附件、熱交換器、泵、管道、管件等。

以人工化合物為原料制成的陶瓷品種，其力學性能和耐酸堿性能更為優越。如要求耐氫氟酸，可選用氟化鈣瓷；要求耐酸堿，最高使用溫度超過150℃，又要耐溫度劇變和受力較大時，可用莫來石瓷、氧化鋁瓷。

2.化工搪瓷

化工搪瓷是由含硅量高的瓷釉經過900 ℃左右的高溫燒成，瓷釉緊貼在金屬胎表面。化工搪瓷具有優良的耐腐蝕性能，除氫氟酸、熱磷酸和強堿外，能耐大多數無機酸、有機酸和有機溶劑的腐蝕。

搪瓷的導熱系數不到鋼的1/40，熱膨脹系數較大，故搪瓷設備不能直接用火焰加熱以免損壞搪瓷面。可以用蒸汽或油浴緩慢加熱。使用溫度為-30～270℃。

化工搪瓷已用于反應罐、儲罐、換熱器、蒸發器、塔和閥門等。

3.玻璃

化工上用的玻璃不是一般的鈉鈣玻璃，而是硼玻璃（耐熱玻璃）或高鋁玻璃。它們有良好的熱穩定性和耐腐蝕性，在化工生產上用來做管道或管件，也可做容器、反應器、泵、熱交換器、隔膜閥等。

玻璃雖然有耐腐蝕、清潔、透明、阻力小、價格低等特點，但質脆，耐溫度急變性差，不耐沖擊和振動。目前已成功采用在金屬管內襯玻璃或用玻璃鋼加強玻璃管道，來彌補其不足之處。

4.塑料

以高分子合成樹脂為主要原料，在一定條件下塑制而成的型材或產品總稱為塑料。塑料的特點是密度小、電絕緣性好、耐腐蝕、具有優良的耐磨、減摩性能，吸振性和消聲性也很好。塑料的品種繁多，應用廣泛。在化工行業中常用的塑料有耐酸酚醛塑料、硬質聚氯乙烯、聚四氟乙烯等。

以酚醛樹脂作黏結劑，以耐酸材料（如石棉、石墨、玻璃纖維等）作填料，即制成一種耐酸酚醛塑料，用于制作各種化工設備及零部件，如容器、儲槽、管道、泵等，在氯堿、染料、農藥、冶金等工業中應用較多。

聚氯乙烯（PVC）是我國發展最早、產量最大的塑料品種之一。它由聚氯乙烯樹脂加入穩定劑、填料、增塑劑等壓制而成。在聚氯乙烯樹脂中加入不同的增塑劑和穩定劑，就可制成各種形式的硬質及軟質制品。硬質聚氯乙烯機械強度高，電性能優良，耐酸堿的能力強，使用溫度為-15～55℃，主要用做化工設備襯里及制作儲槽、離心泵、閥門管件等。

聚四氟乙烯（簡稱F-4）具有優異的絕緣性能，可以在任何頻率下工作，耐蝕性極好，能耐絕大多數的強酸、強堿、強氧化劑及溶劑等，故有“塑料王”之稱，使用溫度為-180～250℃。它主要用做減摩耐磨件、密封件和耐蝕件，如填料、墊片和泵、閥的零件。

5.橡膠

橡膠具有高的彈性、一定的耐蝕性（有的品種耐油，有的品種能耐酸堿）、良好的耐磨性、吸振性、絕緣性以及足夠的強度和積儲能量的能力，在各行各業中均獲得了廣泛的應用，如膠鞋、膠管、運輸帶、各種輪胎、密封材料，減振零件等。

橡膠的種類較多，在化工行業中主要用于襯里、密封件等。如丁基橡膠用于化工襯里，氯丁橡膠用于油罐襯、管道，氟橡膠用于化工襯里、高級密封件等。

橡膠的主要缺點是老化，即橡膠制品長期存放或使用時，逐漸被氧化而產生硬化和脆性，甚至龜裂的現象。紫外線照射、重復的屈撓、溫度升高等都會導致和促使橡膠老化而喪失彈性。

6.涂料

涂料用來涂在物體表面，然后固化形成薄涂層，起到保護和裝飾等作用。傳統的涂料稱為油漆，但目前已出現少用或完全不用油漆，而改用各種樹脂的涂料。

在化工行業中涂料用來保護設備免遭大氣及酸、堿等介質的腐蝕。多數情況下用于涂刷設備管道的外表面，也常用做設備內壁的防腐蝕涂層。但由于涂層較薄，在有沖擊、磨蝕作用以及強腐蝕介質的情況下，涂層容易脫落，這限制了涂料在設備內壁防腐蝕上的應用。

防腐蝕上常用的涂料有防銹漆、底漆、大漆、酚醛樹脂漆、環氧樹脂漆等以及某些塑料涂料如聚乙烯涂料、聚氯乙烯涂料等。

五、選材的基本原則

選擇化工設備用的鋼材時，除應考慮容器的工作壓力、溫度和介質的腐蝕性外，還要考慮鋼材的加工工藝性和價格等。選材的基本原則如下。

①化工容器用鋼一般使用由平爐、電爐或氧氣頂吹轉爐冶煉的鎮靜鋼，若是受壓元件用鋼應符合國家標準GB/T 150—2011規定。

②化工容器應優先選用低合金鋼。低合金鋼的價格比碳鋼提高不多，其強度卻比碳鋼提高30%～60%。按強度設計時，若使用低合金鋼的壁厚可比使用碳鋼減薄15%以上，則可采用低合金鋼；否則采用碳鋼。

中低壓容器一般可選用屈服強度σ_s=250、300、350MPa級別的普通低合金鋼。直徑較大、壓力較高的中壓容器可選用σ_s=400MPa的普通低合金鋼，高壓容器則宜選用σ_s=400～500MPa的普通低合金鋼。

③化工容器用鋼應有足夠的塑性和適當的強度，材料強度越高，出現焊接裂紋的可能性越大。為使鋼板在加工（錘擊、剪切、冷卷等）與焊接時不致產生裂紋，也要求材料具有良好的塑性和沖擊韌性。故壓力容器用鋼板的延伸率δ必須大于14%。當δ<18%時，加工時要特別注意。一般鋼材沖擊韌性α_K≥50～60J/cm²為宜。

④不同的鋼材其彈性模量E的大小相差不多，因此，按剛度設計的容器（如外壓容器）不宜采用強度過高的材料，選Q235為宜。

⑤對于使用場合為強腐蝕性介質的，應選用耐介質腐蝕的不銹鋼，且盡量使用鉻鎳不銹鋼鋼種。

⑥高溫容器用鋼應選用耐熱鋼，以保證抗高溫氧化和高溫蠕變。因為長期在高溫下工作的容器，材料內部的應力在遠低于屈服點時，容器會發生緩慢的、連續不斷的塑性變形，即所謂蠕變。長期的蠕變將使設備產生過大的塑性變形，最終導致破壞。不同材料產生蠕變的溫度是不一樣的，碳鋼大于350℃，合金鋼大于400℃就應考慮蠕變問題。

⑦低溫容器（工作溫度低于-20℃的設備統稱為低溫設備）用鋼應考慮鋼材的低溫脆性問題。選用鋼材時首先考慮鋼種在低溫時的沖擊韌性。