Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Форма Название Область устойчивости Кристаллическая Магнитные



ОС решётка свойства

α-железо феррит <910 ОЦК магнитен

γ-железо аустенит 910…1401 ГЦК немагнитен

δ-железо мартенсит > 1401 ОЦК магнитен

 

Железо и его сплавы – самый важный класс конструкционных материалов всей техники.

Чистое железо (равно как некоторые сорта отожжённых низкоуглеродистых сталей) как конструкционный материал используется только в электротехнических изделиях – и в соответствующих агрегатах химической техники.

В качестве конструкционных материалов для основных узлов – в том числе, контактирующих со средой, - применяются железоуглеродные сплавы: чугуны и углеродистые стали, а также стали с добавками иных металлов – легированные. Кроме того, определённое применение в не контактирующих со средой узлах находят железокремнийалюми-

нийуглеродные сплавы – ферросилиций; силаль, сихромаль.

3.1.1. ЧУГУНЫ.

Железоуглеродные сплавы с массовой долей углерода от 2,03 до 5,7 %. Получают в результате доменного процесса из железной руды. Чугуны, содержащие менее 4,25 % углерода, называют доэвтектическими; свыше 4,25 % углерода, называют заэвтектическими

Представляют собой многофазную гетерогенную систему, включающую твёрдый раствор β- и γ-карбидов железа (мартенсит и аустенит) в железе и коллоидный углерод.

По плотности и теплоёмкости теплоёмкости чугуны почти не отличаются от сталей. Как правило, имеют большую теплопроводность – (45…93) Вт/м.К. Высокоферромагнитны.

Химическая стойкость чугунов в водных средах, особенно кислых, невысока: соответствует уровню: «ограниченно стойкий-нестойкий».

Достоинство чугунов как конструкционных материалов в том, что они хорошо льются, а также поддаются обработке резанием и шлифованием – каковые методы доминируют в изготовлении изделий из чугуна. Благодаря этому, на чугунном оборудовании формируют гладкие поверхности с хорошим сопряжением профилей. Данное качество позволяет наносить на чугунные аппараты разнообразные устойчивые защитные покрытия; в первую очередь – эмалевые.

Наличие значительного количества свободного коллоидного углерода предопределяет основные недостатки чугунов – хрупкость и несвариваемость.

Из чугуна изготавливают корпуса трубопроводной арматуры; сосудов и реакторов-котлов вместимостью от 0,01 до 2,0 м3, а также разнообразные детали и узлы механических агрегатов (стойки, станины, рамы, узлы редукторов и т.д).

Чугунные аппараты используют в качестве сульфураторов и котлов для щелочного плавления и тиирования/осернения.

Наиболее широко в производствах БАВ применяются эмалированные чугунные аппараты и сосуды. Нужно отметить, что (вследствие применения литьевой технологии изготовления) эмалевые покрытия на чугуне держатся лучше, чем на стали.

Хрупкость чугуна предопределяет то, что стенки сосудов приходится делать толстыми (не менее 18 мм). Поэтому чугунная аппаратура всегда значительно тяжелее стальной или титановой; при этом она характеризуется большой тепловой инерционностью и низкими коэффициентами теплопередачи. Несвариваемость чугуна обусловливает к тому же то, что рубашки чугунных аппаратов – съёмные, крепятся к дополнительному фланцу на корпусе; следовательно, поверхность теплообмена в чугунных аппаратах существенно меньше, нежели в иных аппаратах той же вместимости. Чугунные аппараты малопригодны для ведения высокоэнергетичных процессов. В настоящее время использование чугуна в химическом машиностроении неуклонно сокращается.

 

3.1.2. УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ.

Железоуглеродные сплавы с массовой долей углерода не более 2,03 %. Получают в результате конвертерных процессов из чугуна или непосредственно из железной руды.

Представляют собой многофазную гетерогенную систему, включающую твёрдый раствор α-, β-, γ- и δ-карбидов железа (феррит, цементит, мартенсит и аустенит) в железе. Свободный коллоидный углерод в сталях практически отсутствует. Как и чугуны – ферромагнитны.

Маркировка углеродистых сталей включает: аббревиатуру «Ст»; цифровое указание массовой доли углерода в десятых или сотых долях %; буквенное обозначение технологии удаления кислорода/раскисления (Сп –спокойная; Кип - кипящая).

Пример маркировки:

Ст10 Сп

| | |

| | |_____________________________ Спокойная (<0,005% О2)

| |__________________________________углерод– 0,10 %

|__________________________________ Сталь

 

В сталях жёстко ограничивают содержание серы, вызывающей хладноломкость (<0,02 %) и фосфора, вызывающего красноломкость (<0,03 %).

Особенности состава и физико-химической структуры предопределяют высокие пластические и прочностные и технологические характеристики сталей. К ним хорошо применимы все методы механической, термической и оптической обработки, в т.ч., методы порошковой металлургии.

Химическая стойкость углеродистых сталей в водных и водно-органических средах, особенно кислых, также невысока: соответствует уровню: «ограниченно стойкий - нестойкий». Стали довольно устойчивы к щелочным и аммонийным средам; концентрированная серная кислота также пассивирует их. Органические кислоты, особенно муравьиная и уксусная, также корродируют углеродистые стали.

Углеродистые стали используют для изготовления всех видов и типов химического оборудования. Детали, предназначенные для контакта с агрессивными средами, подлежат антикоррозийной защите. В настоящее время использование углеродистых сталей в химическом машиностроении сокращается.

 

3.1.3. КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СТАЛИ.

Низкая коррозионная стойкость углеродистых сталей привела к необходимости создания материалов с улучшенными свойствами. Основной способ улучшения свойств – введение в состав сплава т.н. легирующих добавок - компонентов, обеспечивающих повышение отдельных или сразу многих качеств сплава. Стали, содержащие такие добавки, называют легированными .

Для химического машиностроения наиболее важно улучшить антикоррозионные свойства. Соответственно, коррозионностойкие стали представляют важнейший класс легированных.

Наиболее сильным пассивирующим действием на стали обладают хром, никель, титан, ниобий и марганец. Как известно, стандартный потенциал реакции Fe0 → Fe2+ Uo = -0,44 В. Пассивирующее действие добавок начинает слабо проявляться при их содержании свыше 2 %. При содержании Cr (10…12) % происходит резкий скачок потенциала до 0,56 В (рисунок 2).

Помимо пассивации железа, легирующие элементы связывают свободный углерод в карбиды (например Cr7C3). Поэтому легированные стали как правило, являются гомогенными кристаллическими веществами. Основной тип кристаллической решётки – кубическая гранецентрированная - КГЦ.

| Потенциал реакции

| Fe0 → Fe2+ UO, В

1 -|

|

| * *

0,5-| *

|

| *

0 -| *

|

| *

-0.5 -|* * * * * * *

|________________________________________________________________

| | | | | | | | | | | | | | массовая доля хрома, %

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Рисунок 2 Пассивирующее действие добавок хрома на окисление железа в стали

 

В соответствии с этим коррозионностойкие стали делят на три класса: низколегированные (НЛС), среднелегиро-

ванные (СЛС), высоколегированные (ВЛС) (таблица 1).

Таблица 1 – Классификация коррозионностойких сталей

Наименование Массовая доля легирующих добавок, %
Низколегированные менее 2
Среднелегированные свыше 2 до 10
Высоколегированные свыше 10 до 60

 

Обозначение легирующих элементов: Х –хром; Н – никель; Т – титан; М – молибден; Г – марганец; Ю – алюминий; Ф - вольфрам; С – кремний; Д – медь; Б – ниобий; А – азот.

Маркировка легированных сталей включает буквенное обозначение элемента и цифровое указание его массовой доли в %. Массовая доля углерода в таких сталях не превышает 0,12 %; углерод буквой не обозначают.

Пример маркировки:

10Х18Н10Т

| | | |__________________________ титан - < 2%

| | |_____________________________ никель – 10 %

| |_________________________________ хром - 18 %

|__________________________________ углерод – 0,10 %

 

НЛС ферромагнитны; коррозионностойкие ВЛС, как правило, парамагнитны или диамагнитны. Плотность и теплоёмкость их несколько выше, чем у чугунов и углеродистых сталей – (7900…7980) кг/м3; теплопроводность значительно ниже – (8…20) Вт/(м.К). Легированные стали, как правило, отличаются большей прочностью, твёрдостью и вязкостью, чем углеродистые (кроме броневых) – 6-8 баллов по шкале Мооса. Поэтому они сложнее поддаются термической и механической обработке и хуже поддаются литью (за исключением некоторых марок). Сварка (ЛС свариваются друг с другом, углеродистыми сталями, другими железосодержащими сплавами) требует специальных условий – лазерная или аргонно-дуговая, - в противном случае в сварных швах разрушается структура сплава и теряется коррозионная стойкость.

Для химического машиностроения наиболее важны аустенитные ВЛС: хромоникельтитановые - типа 10Х18Н10Т; хромоникельмолибденовые - типа 10Х17Н14ТМ2; хромоникельмарганцевые - типа 20Х13Н4Г9. На них приходится порядка 70 % всего потребления коррозионностойких сталей. Стали этого класса отличаются высокой устойчивостью к различным твёрдым, жидким и газообразным неорганическим и органическим реагентам (в том числе к их комбинированному действию) при температурах от (- 100) до (300…500) ОС [в некоторых случаях – до 1200 ОС]. Стойкость их соответствует классам “совершенно стойкий – высокостойкий”. Наиболее опасны для нержавеющих сталей молекулярные галогены (F2; Cl2; Br2; J2 - особенно в присутствии воды); в органических средах, особенно апротонных, опасен лишь фтор.

Высоколегированные коррозионностойкие стали – самый важный класс конструкционных материалов для химического машиностроения. Их них изготавливают все детали и узлы химического, нефтяного и пищевого оборудования, контактирующие со средой - разнообразные сосуды; корпуса, мешалки, теплообменные и статические внутренние устройства реакторов-котлов; колонные аппараты; теплообменники всех конструкций; фильтры; корпуса и роторы центрифуг и жидкостных сепараторов; рабочие органы насосов, газодувок и компрессоров; трубы и трубные детали; рабочие части трубопроводной арматуры; защитные узлы для устройств КИПСА.

Высокая прочность ЛС позволяет существенно уменьшать массу оборудования при равных технических характеристиках.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.