NACE 炼厂腐蚀教材第十五章-中文

学习目的

完成本章学习后，你将能够做到：

讨论腐蚀工程师在材料选择过程中的作用

识别和讨论在材料选择过程中恰当确定问题性质所需要的资料和行动

对几种可能的材料选择方案进行投资回报分析

对考虑选择的材料计算腐蚀速率、腐蚀余量、需要的壁厚 识别影响设备使用寿命的各种因素

识别和讨论在腐蚀性环境中规定工艺设备结构材料的三大主要类型

讨论国家标准对设计师的重要性

识别设计师在编制技术规范时应当强调的领域 识别设计师通过质量保证计划应当强调的领域

识别金属的几种机械性能、化学性能和物理性能，使它们适合炼厂应用

识别在炼厂设备中采用的炼厂用钢和其他金属与合金 讨论镇静钢在防止腐蚀方面的意义

比较常用合金元素对钢的影响以及它们的主要功能 识别和讨论炼厂防腐时采用的五类钢材 识别和讨论炼厂防腐时采用的四类铸铁

识别和讨论炼厂防腐时采用的四种其他金属和它们的合金 识别和讨论炼厂防腐时采用的三种非金属材料

确定热处理的定义并讨论热处理工艺，包括正火、退火、淬火、消除应力、固溶体热处理和特种热处理

识别设计师在制定完整的热处理技术规程时应当包括的各种参数

讨论质量控制程序，使设计师能够制定验证热处理是否得当的技术规程

比较和对比焊缝的预热处理和焊后热处理

识别与焊接有关的失效机理以及能够促进腐蚀的焊接内在特性

比较和对比设计师规定的焊接工艺并讨论用于确保焊接质量的方法和程序

腐蚀工程师的作用

在材料选择时，腐蚀工程师的作用非常重要。他的决定直接影响着参与炼厂管道和设备的设计、制造、安装、维修的其他人员。他的选择必须能够始终如一对以下五类问题提供令人满意的回答：

1. 材料的机械特性怎么样如抗张强度、断裂韧性、延性、疲劳强度、硬度、高温强度与低温强度、热导率、密度、熔点等。

2. 对工艺环境和大气环境的耐腐蚀性能怎么样

3. 实用特性怎么样如通过成型、铸造、热处理和焊接等能否成功地制造出规定的产品形状和生产能力如何 4. 现场安装和后续维修是否比较方便

5. 如预期设计寿命、可靠性和使用期成本（总的成本/使用期年数）

与对上述大多数问题的预期回答不同，预测耐腐蚀性能既不准确也不绝对可信，特别是新的工艺。在此，具备腐蚀工程实际经验是十分宝贵的。腐蚀工程的最终措施包括： 1. 设备性能是否令人满意 2. 总成本是否优化

问题的确定

材料选择的第一步应当收集资料，确定存在什么问题。资料包括以下这些：

1. 熟悉所考虑的有关工艺特征，如压力、温度、工艺流体的组成，包括痕量组分。

2. 识别以前设计过的和现在操作中的非常相似的工艺过程。 3. 识别和分析在这些操作系统中可能存在的材料问题。假如可能，识别与这些材料问题有关的腐蚀机理。

4. 识别可以利用的技术支持的来源，包括公司内部的和外部的专业工程师、行业协会、工程材料标准出版单位等。腐蚀工程中可以利用的一个特定的技术支持来源是NACE出版的技术月刊《材料性能》杂志。

还应对确定的问题提出具体解决办法：

选择和审查针对预期问题的各种解决方案。

编制明确的行动计划和方案，对各种可以选择的解决方案进行比较和评价。

评价各种可以选择的解决方案，应当比较以下各项： 1. 每种方案下，腐蚀的相对易发性

2. 方案如果失败，对人员和设备造成的安全后果

3. 能否得到这样的材料，制造过程是否相对比较容易 4. 制造后热处理的要求 5. 操作的可靠性 6. 可维修性

最后一步包括对所考虑的每种可以选择的解决方案有关经济性的计算。首先，仅仅材料成本很少能够满足各种方案的比较。成本比较应当包括：

总的材料费用

安装的人工费用

维修和计划外停工费用 更换费用

表是进行这样评价的一个例子。

表 投资回报分析 费用类别 安装费用（投资） 超过“A”的额外费用 预期寿命 估计维修率 全年更换费用（安装费用预期寿命） 全年维修费用（安装费用 x维修率） 全年总费用 与“A”比较全年节省费用 按50%计算节省税款 比“A”好的投资回报（净节省金额额外费用） 材料/解决方案A 材料/解决方案B 材料/解决方案C $45,000 $65,000 $20,000 $60,000 $15,000 10 年 5% $6,000 $3,000 $9,000 $6,750 $3,375 % 4 年 10% $11,250 $4,500 $15,750 6 年 7% $10,830 $4,550 $15,380 $370 $185 % 以上例子证明，当考虑到所有因素时，最终结果几乎与初始成本没有关系。

但是，与此例子有关的一个困难是预期寿命的不确定性因素。只有完美设计的装置和实验室试验才能够至少得出一定数量级估计结果。

腐蚀破坏

正如在第一章腐蚀和其他失效中讨论过的，总的说来，金属的腐蚀是依照电化学概念发生的。按照这样的概念，整个腐蚀反应分为阳极部分和阴极部分，这些反应是在金属表面上互不相连的点上同时发生的。局部电池产生的电流从阳极区流向阴极区，局部电池或者是在单一的金属表面形成的（因为局部表面上点与点之间存在的差异），或者是在不同金属之间形成的。

非金属材料的退化变质基本上是个物理化学过程而不是电化学过程。塑料和其他非金属材料的退化变质一般表现为溶胀、龟裂、开裂和软化等。其中有些材料在特定的环境中会迅速退化变质，而另一些材料实际上并不受这样的环境影响。在有些条件下，非金属材料会出现逐步退化变质的现象。但是，很少只用重量损失来评价非金属材料的耐化学性，而金属材料一般都是用重量损失来评价材料的耐化学性。

在评价选择结构材料时，设计师必须考虑到正在设计的设备所处的特定工艺条件下可能发生的腐蚀机理。均匀腐蚀是炼厂中最常见的腐蚀形式。但是，在材料选择过程中，也必须考虑到那些失效发生频率比较低的腐蚀形式。例如，数百次均匀腐蚀失效可能使装置逐步发生泄漏，也许每次装置不必要停工就可以进行修补。相比之下，即使只是一次灾难性的氢脆事故，整个装置可能必须马上停工。

腐蚀试验方法

以下这些主要的腐蚀试验类型是按照可靠性从大到小的顺序排列的：

1. 处于腐蚀性介质中的成套装置设备的实际操作经验。 2. 在工业或中试装置条件下，小型装置的经验。

3. 现场取样试验。这些包括暴露在装置腐蚀性介质中的腐蚀挂片、预应力样品和电阻探针。

4. 实验室对暴露在实际装置流体或模拟环境中的样品进行试验。

显然，装置上的或现场的试验对选择能够适应特定环境的代用材料是最有用的。通过这样的试验，也可以评价各种防腐方案的有效性，如评价使用缓蚀剂的效果。

能够用一项叫做全浸泡试验的实验室试验，筛选具有抗化学腐蚀性能的适用材料。

在NACE标准中有全浸泡试验的完整说明。附录U就是NACE标准TM0169（最新版）《金属的实验室腐蚀试验》（得克萨斯州休斯顿NACE）。

根据试验结果能够识别腐蚀类型，根据所得数据可以计算出腐蚀速率。以下是计算腐蚀速率的方程：

失重量x 534

腐蚀速率 = 面积 x 时间 x 金属密度

单位:失重量，mg；

浸泡时间，小时；

浸泡金属面积，平方英寸；

3

金属密度，g/cm

显然，应用这样方程计算出的腐蚀速率应该适合特定的试验类型和观察到的腐蚀类型。假定计算出的腐蚀速率真实有效，就能够用它计算出腐蚀余量，并得出所需要的壁厚。

示例:

考虑到机械性能: 壁厚 = 3/16 英寸

腐蚀速率 = 15 密耳/年 预期设备寿命= 10 年

总的腐蚀余量 = 英寸（腐蚀速率每年） x 10 年 = 英寸 最终需要的壁厚 = 英寸 + = 英寸

规定的壁厚 = 3/8英寸（英寸）

规定的厚度3/8英寸是可以采用的最接近的标准板材厚度。

材料选择方法

设计师工作的重要内容之一就是恰当选择结构材料，也是通常需要着重强调的工作。但是，还需要考虑到以下所有影响设备寿命的因素：

结构材料的选择 设计细节 材料规范 制造和检验 工艺过程操作

维修（费用和频率）

这些因素对设备的使用寿命都有影响，所以，设计师总应考虑到这些影响因素。例如，要有最好的设备或结构设计，必须从耐腐蚀角度精心选择结构材料。

设计细节应当维护材料的耐腐蚀性能。应当给供应商提供简要明确的书面技术规范，确保准确订购所需要的材料。设备应当恰当制造并充分检查，确认其符合技术规范。

在规定设计参数范围内，操作设备是有时被忽略的一个因素。装置工艺条件可能改变，但没有充分考虑到工艺条件的改变会对结构材料产生什么影响。设备也必须恰当维修保养。设计师必须考虑到所有这些影响因素，确保设备达到预期寿命。当腐蚀失效发生时，通常与结构材料选择不当有关。但是，在大量事例中，实际失效事故是由许多其他因素造成的。

聘用专业顾问

许多大公司，特别是在炼油工业，都有专门的材料工程部门，该部门训练有素的材料工程师直接与设计师在公司装置上协同工作，努力降低因为腐蚀造成的费用损失。

材料工程师应当精通他们指定服务的装置的工艺过程，对相应的腐蚀问题应当了如指掌，能够为设计师提出的任何设计问题提供咨询。设计师也必须具备基本的腐蚀常识，能够辨别出是否存在腐蚀问题并向材料工程专家咨询。必须克服一个基本误区，即不要等装置建造好后才考虑如何解决腐蚀问题，而应当在图板上设计工艺阶段就充分考虑到将来可能发生的腐蚀问题。

许多小公司内部没有专业的材料工程部门。因此，在许多情况下，设计师在选择结构材料时，需要依靠工程材料的供应商给予指导。许多材料供应商可以提供他们制造的材料的有用信息，因为他们曾经在特定产品上进行过许多腐蚀试验和机械性能试验。他们也知道如何确保他们的产品在使用现场达到最佳性能。

但是，设计师在听取供应商的推荐意见时，应当格外谨慎。作为商人，供应商总是要“王婆卖瓜，自卖自夸”。例如，油漆商希

望一切部件都涂刷油漆，而不锈钢供应商希望一切部件都采用不锈钢制造。对这样的问题，为了避免设计师受到供应商宣传的误导，需要建立一个评价不同方案的工作程序。这样，设计师无疑就能够在不同方案中，例如油漆或不锈钢之间，做出较好的选择。

材料规范

为确保设计师能够真正获得他精心选择的材料，他必须给供应商、制造厂或加工厂提供准确清楚的材料规范。假如定单不够明确，供应商可能提供错误的或者不合适的材料。

对腐蚀环境中使用的工艺设备的结构材料，一般要在以下三方面做出具体规定：

1. 化学组成和机械特性

2. 制造方法和需要的热处理方法 3. 形状、尺寸公差、表面光洁度

就第一项化学组成和机械特性而言，许多图纸上只是笼统地标注“镇静钢”或“炉膛质量钢板”，以此作为所需要钢材的完整的技术规范。这样的规定等于在下达汽车定单时笼统地写上“汽车”。这样买主收到的也许是辆克尔维特，也许是辆凯迪拉克。镇静钢或者炉膛质量钢可以是低碳钢、中碳钢或高碳钢，是合金或者不是合金。

以下是规定化学组成和机械特性的重要性的一个事例，这是为墨西哥一家美国公司订购和建造的焊接塔。在一次暴风中，这些塔断裂倒塌了。事故原因是建造塔时用中碳钢代替了原来想要采用的低碳钢，焊缝发生了脆断。在焊接部位，焊接产生的热量使焊缝周围部位温度升高，超过了这种钢材的临界温度下限，并且在空气中发生急冷时，未回火部位变脆，在暴风的强力作用下，最终发生断裂。调查表明，既没有给塔的制造厂提供适用的材料规范，制造厂对实际要求也没有完全理解明白。设计师必须保证非常明确地表达规定材料的所有要求，使所有有关方面和人员都明白无误。

就第二项制造方法和热处理而言，这也是很重要的。制造方法，如焊接、钎焊、银焊、螺栓连接、铆钉连接、铸造、锻造等，必须做出具体规定，因为这些制造方法会直接影响所订购设备的耐腐蚀性。热处理也是非常重要的，需要热处理时，应当做出仔细规定。如果热处理不合适，能够对钢材的耐腐蚀性能以及强度和延性等产生非常有害的影响。

就第三项形状、尺寸公差、表面光洁度而言，重要的是要确保正确规定所有合适的尺寸。

技术规范应当包括所有尺寸的允许公差。就腐蚀而言，壁厚和腐蚀余量也许是最重要的尺寸。但是，表面光洁度在某些失效机理中也起着重要的作用，如疲劳开裂和应力腐蚀开裂。规定特定的表面光洁度要求时，还应包括可以接受的表面光洁度的公差。例如，假如奥氏体或含铬不锈钢设备的耐腐蚀性需要达到某种光洁度时，

应当做出更具体地规定，而不是仅仅“要求光滑的或抛光的表面”。应当具体规定表面粗糙度尺寸和可以接受的公差。

国家标准

对设计师而言，确保他能够从制造厂得到按照防腐要求设计的工艺设备的最好途径就是采用国家标准。国家标准实际上代表了制造厂或供应商与客户之间就应当提供什么设备和能够提供什么设备所达成的协议。这些标准不是一成不变的，因为需要对它们定期进行审查，年复一年地进行修订、改进或者改变特定的标准格式。

国家标准对设计师是非常有价值的，因为它们： 明确规定了工业上有的和任选的要求

为制定公司技术规范、图纸和定单提供了方便的参考 减少了误解，消除了认识上的分歧

代表一项生产标准，可以生产出更加统一的产品，减少产品之间的差异，减少不必要的库存，降低成本。

设计师可以利用的标准文献有数百种。表列出在美国颁布材料标准的一些组织机构。

表 美国颁布标准的组织机构 缩写 AA AISI ANSI API ASME ASTM AWS AWWA CDA CMA MTI NACE SAE TEMA 组织机构名称 Aluminum Association铝行业协会 American Iron and Steel Institute美国钢铁学会 American National Standards Institute美国国家标准学会 American Petroleum Institute美国石油学会 American Society of Mechanical Engineers美国机械工程师学会 American Society for Testing and Materials美国材料试验学会 American Welding Society美国焊接学会 American Water Works Association美国水厂协会 Copper Development Association铜业开发协会 American Cast Metal Association美国铸造金属协会 Materials Technology Institute of the Process Industries过程工业材料技术学会 NACE International美国国家腐蚀工程师学会 Society of Automotive Engineers汽车工程师学会 Tubular Exchanger Manufacturers Association管式换热器协会 许多部门也制定了相应的标准。例如，美国商务部编制的许多标准通过美国国家标准和技术学会在工业界贯彻执行，还有美国海军、美国陆军和美国空军的军械与材料署也颁布了许多标准。这些标准包括叫做QQS-联邦规范、MIL-S陆军-海军航空技术规范和航天材料技术规范（AMS）等。

公司标准

因为国家标准不能完全覆盖某些项目的具体要求或特定工艺的特定要求。所以，许多公司编制了自己的标准。也有这样的情况，因为公司必须解决国家标准没有涵盖的问题，所以才自己编制有关标准。专门的材料规范、焊接程序和检查程序可能需要强调工艺中特定的腐蚀问题，如硫化物应力开裂或高温氢侵蚀。在小公司里，有时把国家标准修订后来满足这样的需求。而大公司里设有专门的标准部门，可以给设计师提供帮助。

在某家大型化学公司里，有一专门部门管理公司标准。它有三十一个下属专业委员会，涵盖许多领域，如焊接、绝热保温、塑料、换热器及防腐层等，他们负责编制技术规范，并定期审查和修订。由于这些技术规范是针对本公司特有的问题编制的，所以，公司设计师能够从中受益。

设计师编制技术规范时需要记住什么

1. 技术规范要尽量编写得短小精悍，必须对各项要求和需要达到的质量水准做出明确的说明。质量水准是保证工艺设备可靠性能的前提，这样，设备不会过早失效损坏。

2. 应当避免含糊不清的陈述，如“所有设备和管道焊接后必须消除应力”。例如，进行现场连接时，采用这样含糊不清的陈述，就可能不必要地增加制造成本，因为焊接后消除应力是很困难的，而用丝扣连接来取代，就不需要进行焊接了。 3. 不要简单规定要求高质量的焊缝，而要具体说明要求达到什么样的质量水准才可以接受。如果没有具体规定焊接质量验收标准，那么可能使要求混淆不清并造成质量问题。例如，有家制造厂单独生产了数英里长的3英寸（76 mm）直径AISI 304L奥氏体不锈钢焊接管道。原先的采购技术规范要求所有纵向焊缝100%进行射线照相检查。当这样的管段在现场与管件焊接在一起时，他们对现场焊缝进行了射线照相，但是这样只能反映出现场焊接的那些焊缝的状况，而在许多情况下，较短的纵向焊缝的焊接质量是非常差的。管子割开后，与管子制造厂进行了接洽。这家制造厂顽固坚持自己的意见，他们指着自己满满一箱X光片，认为管子质量已经经过X光检查。大家仔细查看了这些X光片，找到许多不合格的焊缝或者需要进行修补的焊缝的证据。最终发现。这家管子制造厂并没有仔细查看每一张X光片。他们错误地认为X光穿过了这些焊缝，那么这样的焊缝就是达到射线照相检查质量的焊缝！这个故事不是编造的！幸好只有少量管子已经在现场焊接在一起了，及时查明了不合格的焊缝，淘汰了那些不合格的管子。

4. 设计师不仅要规定焊缝合格的验收标准，还必须规定焊缝抽样检查的比例，如5%、10%、33%或100%。

5. 编制技术规范时要考虑到成本。不应当把技术规范编得过于严格而把令人满意的合格材料也排除在外。此外，技术规范不应当对制造商有过分的，以至影响到他们的生产成本，最后影响到他们不必要的提高供货价格。另一方面，技术规范决不可含糊不清，而允许质量不符合要求。

6. 任何技术规范，总要把安全问题放在首位。例如，假如必须进行气压试验，试压前，应当能够检查所有焊缝。如果因为特殊的几何形状而无法用射线照相或超声波探伤检查的焊缝，试压前应当用液体渗透剂或磁粉探伤方法进行检查。（假如在气压试验过程中发生爆裂，接受试验的设备会发生灾难性的事故）

7. 凡是可能的时候，要努力降低成本，利用工业上有的材料按标准建造方法制造设备。

8. 在技术规范最终定稿前，应请可能协作的制造厂审阅。许多时候，制造厂的建议能够节省许多费用，因为他们更清楚如何最好最省制造出他们的产品。应当初步规定设备应当具有怎样的性能，而不是详细说明制造厂应当如何建造它们。例如，分馏塔的塔盘或填料应由塔盘制造厂来设计而不是由分馏塔的设计师来设计。当然，前提是假定这样的制造厂是可靠的、称职的，并且已经证实他们有能力以有竞争力的价格制造出质量稳定的产品。

9. 要特别注明需要进行的试验以确保质量。 10. 技术规范中应当仔细注明，买方需要在制造期间检查的设备，这样，制造厂就能够做出安排，使买方检验人员在适当的时候到厂检查设备。 11. 假如只有某一品牌的产品才能完成所要求的工作，不必介意规定采用这种品牌或产品目录号的产品。当然，前提是假定这样的制造厂是可靠的、称职的，并且已经证实他们有能力以有竞争力的价格制造出质量稳定的产品。

为控制质量设计师应询问的问题

关注材料耐腐蚀性的设计师必须采取某些手段来控制质量。否则，制造厂制造的设备无法满足他设计的设备预期的耐腐蚀性能。在采购定单中应当具体说明他的质量控制计划。要记住，设计师能够也应当控制产品的质量。

设计师可以采用的检查方法有许多种，但是，他在规定采用一种或几种检查方法前，他应当解答以下几个关键问题：

这种工艺条件的腐蚀性如何 工艺流体组分的毒性如何

这种结构材料容易发生哪种特定类型的腐蚀如裂隙腐蚀或应力腐蚀开裂等。

这种结构材料的耐腐蚀性对化学组成变化的敏感性如何

将要采用什么连接方法这种结构材料的耐腐蚀性对这样的连接方法（如焊接）的敏感性如何

该制造厂的竞争能力如何他们自行检验的信誉如何他们是否使用通过焊接规范考核的合格焊工他们有无正式的形成文件的质量保证和质量控制体系

是否需要热处理（无论是为了设备的稳定性或是耐腐蚀性） 假如需要热处理，这种结构材料对热处理的敏感性如何 这种结构材料原先在钢厂生产时对炼钢工艺的敏感性如何 假如采用焊接作为连接方法，填焊金属对腐蚀性能的影响如何

根据对这些问题的解答，就能够编制成一份质量保证计划。 按照美国质量控制学会概括的定义，质量是产品或服务的特点和特性的全部，其决定了该产品或服务满足特定需求的能力。简单来讲，质量控制就是要适合使用。

适合使用

设计师应当决定需要采用什么检查方法或质量验证方法保证适合使用条件。记住这点，设计师应当与其检验部门、技术人员、可能采用的制造厂进行磋商，决定采用什么检验方法来保证质量。检验成本是要考虑的，不必进行过度检查，如可以由证实称职的制造厂把质量检验纳入日常工作之中。但是，在其他条件下仍应进行彻底检查，因为这样才能够节省大量费用并消除安全危险。

炼厂的结构材料

引言

纯金属和它们的合金是石油炼厂和化工厂采用的主要结构材料。金属具有优越的机械性能，它们能够很好适应外部负载。以下是一些重要的机械特性：

强度 – 承受负载的能力，如炼厂设备需要承受压力的强度。

延性 – 趋向鼓胀或撕裂而不发生爆裂或断裂。 韧性 – 吸收冲击负荷不发生脆断的能力。 硬度 – 良好耐磨性指标。 塑性 – 轻微变形可以复原。

蠕变稳定性 – 负载下低流动速率。

金属还有一些与负载无关的极佳的化学性能和物理性能，所以适合炼厂使用。它们是：

抗氧化性 – 高温下不会生成氧化皮。

耐腐蚀性 – 在许多不利的炼厂环境中依然持久耐用。 高熔点 – 高温下保持稳定性能所必需的。 热导性 – 理想的良好传热性能。

金属和合金还有极好的可加工能力，包括：

可焊性 –容易连接和采用合金堆焊。 易成形 – 拉伸、弯曲、镦锻、卷制。 易铸造 – 可以制造复杂的形状。 可机加工性 – 切削、剪切、研磨。

可进行热处理 – 允许改变和控制机械性能。

低碳钢和中碳钢至少占炼厂全部用量的80%，常常调整工艺设计和机械设计以便采用碳钢材料。例如，为了适合采用碳钢，可以降低工艺温度，干燥烃流体，注入缓蚀剂，或者放宽腐蚀余量。

由于炼油工艺已经发展并且变得越来越复杂，所以，需要有适用的结构材料应对更苛刻的压力、温度和腐蚀性工艺条件。“炼厂用钢”的概念已经扩大为需要满足大部分炼厂设备用途的钢材。表列出部分炼厂用钢以及它们的标称组成。注意，这些是按合金添加量从少到多的顺序排列的。

表 炼厂用钢 合金 碳钢 碳-1/2钼 1-1/4 Cr-1/2 Mo 2-1/4 Cr-1/2 Mo 5 Cr-1/2 Mo 9 Cr-1 Mo 12 Cr (Type 410) 17 Cr (Type 430) 26 Cr (Type 446) Type 304 不锈钢 Type 304L不锈钢 Type 316 不锈钢 Type 309 不锈钢 Type 310不锈钢 2-1/4% 镍钢 3-1/2% 镍钢 标称组成 %% C, %% Mn, 余量 Fe %% C, % Mo, 余量Fe % C max., % Cr, % Mo, 余量Fe % C max., % Cr, % Mo, 余量Fe % C max., 4%-6% Cr, % Mo, 余量Fe % C max., 8%-10% Cr, 1% Mo, 余量Fe % C max., 11%-13% Cr, 余量Fe % C max., 14%-18% Cr, 余量Fe % C max., 23%-30% Cr, 余量Fe % C max., 18%-20% Cr, 8%-11% Ni, 余量Fe % C max., 18%-20% Cr, 8%-12% Ni, 余量Fe % C max., 16%-18% Cr, 10%-14% Ni, 2%-3% Mo, 余量Fe % C max., 22%-24% Cr, 12%-15% Ni, 余量Fe % C max., 24%-26% Cr, 19%-22% Ni, 余量Fe % C max., %% Ni, 余量Fe % C max., %% Ni, 余量Fe 合金元素改善了钢的机械性能、化学性能、物理性能，并且能够在很宽的压力温度范围里使钢适应腐蚀性流体。例如，铬钼钢具有高温强度，能够抗高温硫腐蚀，抗氢侵蚀。不锈钢能够制造炉管，存在氢时，不锈钢能够抗高温硫化物腐蚀。可以用含钼不锈钢防止环烷酸腐蚀。

请注意，合金钢确实增加了材料成本。此外，有些合金钢不像普通碳钢那样容易获得。并且，合金钢可能还有特定合金类型的问题，如降低材料的可焊性，容易发生环境开裂，要求采用特殊的热处理等。

在炼厂结构材料中同样重要的其他金属和合金体系有铜合金、镍合金、铝合金、钛合金等。表列出了这些常用金属和合金以及它们的组成和主要用途。

正如上文所述，炼厂材料的选择是安全、性能、费用之间的平衡问题。由于炼油工业使所用材料面临很大危险，所以安全考虑要求设备有额外高的完整性。下文将叙述主要的炼厂金属和合金，以及它们的典型用途。

表 其他炼厂金属和合金 合金类 铝合金 合金110 合金3003 合金6061 铝包覆材料 铜合金 铜 防蚀型海军黄铜 海军黄铜 铝黄铜 70-30铜-镍 90-10 Nickel铜-镍 其他材料 钛 蒙乃尔 合金800 合金20 HF-改性的 A297-67（铸件） 超级耐热合金 标称组成 99% Al %% Mg, 余量 Al %% Mg, %% Si, 余量Al 纯铝包覆在其他材料上 99% Cu 28% Zn, 1% Sn, 71% Cu, (Sb, P, As) 39% Zn, 1% Sn, 60% Cu 22% Zn, 2% Al, 76% Cu 70% Cu, 30% Ni 90% Cu, 10% Ni 99% 钛 70% Ni, 30% Cu 30%-35% Ni, 19%-23% Cr, 40% Fe, % C 28%-30% Ni, 19%-21% Cr, 4% Cu, 3% Mo, 余量Fe %% C, 21%-25% Cr, %-10% Ni % C, 26% Cr, 35% Ni, 15% Co, 5% W 用途 轻型结构 换热器管子 可以热处理，板材、棒材 阴极保护 管子 冷凝器管子 管板 冷凝器管子 管子，板材 管子 管子 管子，板材 管道、管子、板材 管道、管子、板材 加热炉管子、管道 加热炉管子 镇静钢 钢铁术语中常出现“镇静钢”的说法。这是钢铁工业早期生产中常用的术语。当炼钢炉里熔融的钢水就要浇注钢模之前时，钢水在炼钢炉里是静止不动的，此时要加入脱氧剂，除去二氧化碳这样的气体，否则，钢水浇注时，这些气体会从熔体中激烈地释放出来。加入脱氧剂，可以使钢水浇注过程变得比较平静。熔体静静躺在钢模里，因此，叫做“镇静钢”。后来，随着人们对炼钢过程认识的加深，生产出的钢铁品种也越来越多，人们才意识到，这样的“镇静”步骤更大的好处，是使钢铁产品有更加均匀一致的化学组成和性能。一个重要成果是生产出的钢铁产品具有更加一致的耐腐蚀性能。因为有多种炼钢工艺，所以生产出的钢铁产品有不同的名称，如半镇静钢、沸腾钢、压盖钢。因为仅部分完成了全镇静钢的生产过程，所以才出现这些镇静钢的变种。全镇静钢均匀一致的组成正是人们寻求材料耐腐蚀性能最重要的好处。

钢

钢是铁与碳、锰的合金，是炼厂最主要的结构材料。它具有理想的机械性能、化学性能和物理性能，并且价格是比较合理的。容易得到许多形状的钢材，并且钢的加工性能极佳。钢的可焊性极好，这使现代承压设备达到所要求的可靠性和安全性。

钢是含有碳、锰、其他合金元素的铁基合金的总称。表列出部分常见合金元素，它们在钢中的作用以及它们的主要功能。大多数炼厂用钢的碳含量在%至%之间，确保钢材具有所要求的延性和可焊性。

表 合金在钢中的某些特定作用 元素 铬（Cr） 锰（Mn） 钼 （Mo） 镍（Ni） 对铁素体 对奥氏体的影响的影响 （可淬性） 显着硬化；增强耐适度增加可淬腐蚀性 性，与锰类似 显着硬化；多少减适度增加可淬少点塑性 性，与铬相似 在高钼-铁合金中显着增加可淬性形成时效硬化系统 （钼-铬） 靠固溶体增强强度和韧性 略微增加可淬性；但往往使奥氏体有较高的碳含量 碳化物 形成趋势 比锰强，比钨弱 比铁强，比铬弱 很强，比铬强 比铁弱（石墨化） 主要功能 增强耐腐蚀性和抗氧化性；增加一些高温强度 抵消硫的脆性；用较低的费用就可增强可淬性 深度硬化；改善不锈钢的热蠕变强度和耐腐蚀性 增强未淬火的或退火的钢强度；增强珠光体-铁素体钢（特别在低温下）韧性，使高铬铁合金奥氏体化 增强低碳钢强度；增加耐腐蚀性 用作通用脱氧剂；改善抗氧化性，增强低合金钢强度 使碳固定在惰性颗粒上；防止长时间加热期间不锈钢中的铬局部耗尽 磷 （P） 硅（Si） 钛（Ti） 靠固溶体强力硬化 增加可淬性，与锰相似 硬化但失去塑性比镍（镍-硅-（锰-硅-磷） 锰）更有效地增加可淬性 在高钛-铁合金中溶解时可能非常形成时效硬化系统 强地增加可淬性。其碳化物会降低可淬性 无 负面效应（石墨化） 已知最强（2%钛使%碳钢不能硬化） 炼厂用钢可以分为以下几大类： 碳钢

低合金钢 铬-钼钢 不锈钢 镍钢

在美国，下列组织机构之一或多家颁布的化学组成和特性技术规范涵盖了这些钢种的大多数：

美国材料试验学会（ASTM） 美国机械工程师学会 （ASME） 美国石油学会（API） 美国钢铁学会（AISI）

美国国家标准学会（ANSI）

在其他国家，也可以采用其他标准机构的技术规范。大多数技术规范包含各种产品或等级，这些具体的钢号代表了不同的化学组成、制造方法和机械性能。表列出部分ASTM标准中采用的管材、板材、铸件和锻件的技术规范。

表 ASTM标准中炼厂用钢技术规格 管材 板材 铸件 锻件 碳钢 A53, A106, A283, A285, A27*, A216, A105, A181, A134, A135, A299, A455, A352 A234, A268, A139, A178, A515, A516, A350, A372, A179, A192, A537, A570, A420, A508, A210, A214, A573 A1 A226, A333, A334, A369, A381*, A524, A587, A671, A672, A691 C-1/2 Mo 钢 A209, A250, A204, A302, A217, A352, A182, A234, A335, A369, A517, A533 A487 A336, A508, A426, A672, A1 A691 1 Cr-1/2 Mo 钢 A213, A334, A387, A517 A182, A234, A369, A426 A336 1-1/4 Cr-1/2 A213, A335, A387, A217, A3* A182, A234, Mo 钢 A369, A426, A3*, A517 A336, A1 A691 2 Cr-1/2 Mo 钢 A213, A369 2-1/4 Cr-1 Mo A213, A335, A387, A2 A217, A487 A182, A234, 钢 A369, A426, A336, A1, A691 A2 3 Cr-1 Mo 钢 A213, A335, A387 A182, A336 A369, A426, A691 5 Cr-1/2 Mo钢 A213, A335, A387 A217 A182, A234, A369, A426, A336 A691 7 Cr-1/2 Mo 钢 A213, A335, A387 A182, A234 A369, A426 9 Cr-1 Mo 钢 A213, A335, A387 A217 A182, A234, A369, A426 A336 铁素体、马氏体A213, A249, A167, A297*, A351, A182, A336, 和奥氏体不锈钢 A268, A269, A176*, A447* A403, A473* A312, A358, A240, A412 A376, A409, A450, A451, A511* 注解：碳钢和合金钢螺栓螺母包括在技术规范A193、A194、A320、A3、A449、A453、A0、A563*中。

* 这些技术规范没有获得ANSI/ASME锅炉和压力容器标准的批准。

材料 设备制造标准或规范正常要规定执行的材料标准以及能够采用的设计应力。在美国，炼厂设备最常用的设计规范是ASME、ANSI、API标准。

碳钢

碳钢是含有控制总量的碳和锰的铁。碳钢是最常用的结构材料，可能占炼厂所用钢材总量的80%。由于它们一般需要焊接，所以，碳含量必须比较低，在%至%的范围内，通常叫做低碳钢或中碳钢。蒸馏塔、分离器、换热器、储罐、大多数管道、全部结构件一般都采用碳钢制造。对预期碳钢的腐蚀速率小于20 mpy的工艺条件，如果温度低于426C （800F），正常采用碳钢更为经济。

如果因为腐蚀使碳钢不适用时，可以采用其他材料衬里或用防腐层增强材料的耐腐蚀性。对大型容器，采用合金材料包覆或合金堆焊是有效的衬里结构，并且比容器整体采用纯耐蚀合金材料衬里更经济。采用金属喷镀或非金属喷涂也是改善碳钢耐腐蚀性能成本效益较好的方法。

C-Mo钢

C-Mo钢主要是C-1/2 Mo等级，优于普通碳钢，改善了高温强度和抗蠕变性能，特别在426C至538C（800F至1000F）的温度范围内。但是，加入钼并没有显着增强碳钢的耐腐蚀性能。过去，曾经认为C-1/2 Mo钢比碳钢具有更好的抗高温氢侵蚀的能力，所以，常常规定在高温氢环境下要选用C-1/2 Mo钢。但是，最近人们对长期暴露在高温氢环境中的C-1/2 Mo钢的性能已经提出了疑问。结果，多数新建炼厂设备制造中，改用Cr-Mo钢代替C-1/2 Mo钢。

低合金钢

低合金钢含有1%或更少的铬、镍、钼、钒、铜，并且比例各不相同。在美国，ANSI或SAE标准中规定了这些钢材的标准组成。炼厂普遍采用其中两种低合金钢：4140和4340。这些钢里添加了铬、镍、钼。

这些材料展现良好的高温强度和抗蠕变性能。但是，由于正常情况下，它们有相对较高的碳当量（>），所以，焊接比较困难。因此，正常情况下，低合金钢的使用局限于那些不需要焊接的制造用途。并且，这些材料常表现为高硬度，假如硬度超过HRC 22，就容易发生硫化物应力开裂。在炼厂，普遍采用低合金钢制造法兰螺栓、阀门部件、泵和压缩机的轴或杆等。

有些特定等级的低合金钢，即高强低合金（HSLA）钢普遍用于制造高压输气管道。高强低合金钢需要控制它们的化学组成以适应焊接施工。

Cr-Mo钢

Cr-Mo钢是最多含有10%铬以及百分之几或更少的钼、铜或钒的合金。最初为了耐受炼厂高温硫腐蚀而尝试采用纯铬钢。虽然这些钢材原本就有令人满意的延性，但是，长时间使用后会发生回火致脆。发现在纯铬钢里添加%至1%的钼，能够有效解决这个问题。

从设计角度看，温度高于482C（900F）的使用条件下，用含有最多9%铬和1%钼的低合金钢一般成本效益好于碳钢。就ASME压力容器和ANSI管道系统规范允许的应力而言，除不锈钢外，Cr-Mo钢是唯一能够承受8C（1200F）高温的钢材。

铬含量少于4%的Cr-Mo钢仅比碳钢适度增加了耐腐蚀性能。正常规定这些材料用在要求高温强度、抗蠕变以及抗高温高压氢侵蚀的场合。

用钼含量1/2%或更多的钢能够达到最高的蠕变强度。因此，毫不奇怪，为什么炼厂广泛采用1-1/4 Cr-1/2 Mo 和2-1/4 Cr-1 Mo钢制造高温高压反应容器。为了改善耐腐蚀性能，这些材料通常采用奥氏体不锈钢包覆或堆焊。

需要时，如在炼厂加工含硫原油时，5%至9%Cr-Mo钢具有良好的抗高温硫腐蚀的性能。这些材料已经广泛用在炼厂这样的用途中。

镍钢

镍钢含有1%至9%的镍，与碳钢比较，具有显着更大的低温韧性。在炼厂低温工艺中，如在丙烷制冷系统，已经采用2-1/4 Ni和3-1/2 Ni钢。采用恰当的焊接程序和填焊金属，这些钢材能够焊接，所以，考虑到焊缝冲击特性，需要采用这些合金基底金属。炼厂中镍钢的使用一般局限于操作温度低于- C（- 50F）的工艺条件。

不锈钢

不锈钢是含有至少%的铬的合金，所以才具有“不锈”的特性。铬促进钢的表面生成钝性氧化铁-铬膜，从而使不锈钢具有极好的耐腐蚀性能。已经有许多不同等级的不锈钢，它们的价格、机械特性、耐腐蚀性能是有很大差别的。因此，重要的是要精心选择不锈钢，满足特定用途的要求。

表列出了炼厂用的各种等级的不锈钢（可锻合金）。铸造合金的组成与表列的AISI型号有点不同。

表 主要不锈钢的化学组成 AISI钢号 410（马氏体） 416（马氏体） 431（马氏体） 440A（马氏体） 405 （铁素体） 430 （铁素体） 442 （铁素体） 446 （铁素体） 301 （奥氏体） 302 （奥氏体） 304 （奥氏体） 304L（奥氏体） 308 （奥氏体） %C max. max. max. max. max. max. max. max. max. max. max. max. %Cr %Ni %其他元素 Zr -- -- Al -- -- N max. 2 Mn max. 2 Mn max. 1 Si max. 1 Si max. 1 Si max. 等同的铸造合金 CA-15 -- CB-30 -- -- -- -- CC-50, HC -- CF-20 CF-8 CF-3 -- 16-18 17-19 18-20 18-20 19-21 max. max. max. max. 6-8 8-10 8-12 8-12 10-12 309 （奥氏体） 309S（奥氏体） 310 （奥氏体） 310S （奥氏体） 316 （奥氏体） 316L（奥氏体） 317 （奥氏体） 317L（奥氏体） 321 （奥氏体） 347 （奥氏体） max. max. max. max. max. max. max. max. max. max. 22-24 22-24 24-26 24-26 16-18 16-18 18-20 18-20 17-19 17-19 12-15 12-15 19-22 19-22 10-14 10-14 11-14 11-14 8-11 9-13 17-7 PH（时效硬化型） 17-4 PH（时效硬化型） E-Brite （特种钢） Al 29-4-2（特种钢） 329 （特种钢） 3RE60（特种钢） SAF-2205（特种钢） 904L（特种钢） 17 7 1 Si max. 1 Si max. Si max. Si max. 2-3 Mo 2-3 Mo 3-4 Mo 3-4 Mo Ti: 4 x C min. Cb + Ta: 10 x C min. 1 Al 4 Cu CH-20, HH -- CK-20, HK -- CF-8M, CF-12M CF-3M CG-8M -- -- CF-8C -- -- max. max. max. 26 29 25 22 20 2 25 1 Mo, Cb 4 Mo, N Mo Mo, Si 3 Mo, Si, N 4 Mo, Cu -- -- -- -- -- -- 不锈钢能够划分成以下几种类型： 马氏体不锈钢 铁素体不锈钢 奥氏体不锈钢 双相不锈钢

沉淀硬化不锈钢 特种不锈钢

马氏体不锈钢

马氏体不锈钢，如410和440不锈钢，能够像碳钢、低合金钢和铬-钼钢那样用热处理来硬化。硬化能够增强材料的强度，降低材料的延性。这些不锈钢的耐腐蚀性能不如铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢。马氏体不锈钢含有11%至18%的铬，并且有相对较高的碳含量。在474C（885F）的温度下它们会变脆，所以，当使用温度大约高于371C（700F）时，必须格外小心。

马氏体不锈钢有磁性，难以焊接，存在氯化物时会发生点状腐蚀。洛氏硬度大于HRC 22的马氏体不锈钢能够发生硫化物应力开裂（SSC）问题。焊接时，正常需要消除应力才能满足此硬度要求。马氏体不锈钢在炼厂的典型用途，包括泵部件、紧固件、阀芯、涡轮叶片以及蒸馏塔中的塔板浮阀和其他塔盘部件。在脱硫装置中，常用410不锈钢衬里保护塔、换热器和其他压力容器，防止发生高温硫化物腐蚀。

铁素体不锈钢

铁素体不锈钢，如405、409、410S（12% Cr）、430（17% Cr）、446（26% Cr），含碳量比较低，能够用热处理硬化。但是，405不锈钢含有添加的铝，能够有效地削弱其在焊接过程的硬化能力。结果，用作容器衬里时，405不锈钢成为比410不锈钢更好的选择，特别在容器使用寿命内衬里必须修理时，尤其如此。

正常情况下，铁素体不锈钢是不会发生硫化物应力开裂的，而且，这种不锈钢能够抗氯化物应力腐蚀开裂，并有良好的抗氧化和抗硫化性能。铬含量大于11%的所有铁素体不锈钢，在474C（885F）的温度下容易变脆，所以它们的用途，仅在温度不超过371C（700F）的条件下使用。停工期间存在空气时，高铬不锈钢，如430不锈钢，也容易发生湿硫化物造成的点状腐蚀。

奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢也就是常说的300系列不锈钢或者18-8铬-镍合金，它们具有极佳的耐腐蚀性能和良好的高温特性。但是，存在氯化物时，它们容易发生点状腐蚀和应力腐蚀开裂。它们在炼厂的用途局限于不会发生水溶性腐蚀的地方。奥氏体不锈钢不能用热处理硬化，焊接过程中也不会硬化，因此人们积极用它取代5%铬钢和9%铬钢，而不需要进行焊后热处理。与铁素体不锈钢一样，冷作能够将它们硬化到一定程度。最常用的和最容易得到的等级有304、304L、304H、316、316L、316H、317、321、321H、347、347H。

需要进行焊接时，为了达到最佳耐腐蚀性能，需要采用低碳级奥氏体不锈钢（用L或ELC标记）。L级奥氏体不锈钢低碳含量（小于%）消除了碳化铬在晶粒间界的沉淀（叫做敏化），在某些用途中，这样的沉淀能够导致各种形式的晶间腐蚀。选择化学性能稳定的等级，如321和347不锈钢，也能够使敏化作用减到最小程度。在这些等级的不锈钢里，分别包含合金成分钛或铌，能够有效阻止生成那些消耗铬的碳化物。

高碳级奥氏体不锈钢（用后缀H标记），正常情况下规定用在需要额外高温强度和抗蠕变性能的地方，如高温[> 8C（1200F）]炉管。H级奥氏体不锈钢比普通级或低碳级奥氏体不锈钢更容易被敏化，需要执行特别的焊接程序，防止发生晶间腐蚀。

316和317不锈钢是两种常用的奥氏体不锈钢等级，分别含有2%至3%和3%至4%的钼，具有优越的抗点状腐蚀和酸腐蚀的性能。它们的镍含量也很高，所以抗均匀腐蚀的性能优于304不锈钢。316不锈钢也能够采用铸件形式（CR-8M）。这些钢材普遍用在加工环烷基原油的炼厂，防止发生环烷酸腐蚀。

309（25 Cr-12 Ni）和310（25 Cr-20 Ni）是广泛采用的奥氏体不锈钢等级，主要用在要求抗高温氧化的地方。在直接烧火加热炉可以看到用它们做成的管子支架和吊架锻件和铸件（CH-20、HH 40、CK-20、HK 40）。

炼厂中奥氏体不锈钢的典型用途包括有硫和氢的高温工艺过程，如脱硫和加氢裂化。它们普遍用于制造加热炉管子、换热器管子、管道、塔盘、反应炉内部构件、氢加工装置的容器衬里等。奥氏体不锈钢也用于气体处理装置，防止硫化氢和二氧化碳腐蚀。加工含有环烷酸的原油和粗柴油装置，常规定加热炉管子、输送管线以及塔内构件采用含钼的316和317不锈钢。在含水环境以及冷却水系统中，选用奥氏体不锈钢时必须格外小心，因为存在氯化物引起的点状腐蚀和应力腐蚀开裂的危险。

沉淀硬化不锈钢

沉淀硬化不锈钢，如17-4 PH、17-7 PH、15-5 PH，已经用于炼厂的旋转机械，同时满足耐腐蚀与强度要求。先用溶液淬火，再在426C至593C（800F至1100F）的温度下进行沉淀时效处理，就能使这些不锈钢硬化，并增强它们的强度。这些不锈钢容易进行机加工，经过固溶体淬火，再在规定温度下时效硬化后，能够消除氧化皮生成、扭曲变形和开裂。抗张强度能够高达200,000磅/平方英寸。

沉淀硬化不锈钢用于制造阀座、泵轴、泵承磨环、叶轮等。它们的耐腐蚀性不如304不锈钢。并且，由于它们的抗张强度高，受到硫化物或氯化物影响时，这些材料非常容易发生应力腐蚀开裂。

双相不锈钢

双相不锈钢的显微结构几乎是由等量的铁素体和奥氏体组成的。有些合金标记为AL6XN、2205、3RE60、2304、Ferralium 255。双相合金的典型组成为18%至30%铬、3%至7%镍、1%至3%钼。铁素体相使不锈钢有很高的强度，而奥氏体相使不锈钢有良好的耐腐蚀性能。

当仔细控制焊接参数时，双相不锈钢具有适当的可焊性。如果能够遵循正确的焊接和热处理程序，这些不锈钢能够很好地耐受均匀腐蚀，而且也能够防止氯化物应力腐蚀开裂和硫化物应力开裂。双相不锈钢通常都是有专利的合金配方，每种都是特定的炼钢厂开发成的。因此，总要向炼钢厂咨询，确定这些材料中每一种不锈钢正确的成型、焊接、热处理要求。

特种不锈钢

有各种特种不锈钢可以满足特别严酷的使用条件，它们也弥补了常用不锈钢耐腐蚀性能的不足。其中包括奥氏体合金20 Cb-3、904L、2SMO和铁素体合金SeaCure、E-Brite 26-4、Monit、29-4-2。这些特种不锈钢里往往添加了较多的钼，防止点状腐蚀和裂隙腐蚀。

特种不锈钢通常都是有专利的合金配方，每种都是特定的炼钢厂开发成的。因此，总要向炼钢厂咨询，确定某种不锈钢是否适合特定工艺的耐腐蚀性能要求，并确定这些材料中每一种不锈钢正确的成型、焊接、热处理要求。

铸铁

灰铸铁

灰铸铁含有3%碳和%硅，大多数碳成片状。因为其固有的脆性和低强度，所以，受到热冲击和机械冲击时，灰铸铁容易损坏。虽然许多炼厂曾经普遍用过灰铸铁，但是，在装置范围内烃使用条件下，已经不再规定采用灰铸铁了。例外情况是泵和阀的部件、喷射器、粗滤器，以及一些需要较高硬度减少冲击、磨蚀、空泡腐蚀等腐蚀对速度的影响的配件。灰铸铁具有极好的缓冲特性，所以一直用来制造机器底座。虽然采用某些特殊焊接技术可以进行一些修补，但是，总的说来，承压部件修补时，灰铸铁是不可焊接的。

延性铁

延性铁也叫做球墨铸铁，可以取代灰铸铁用来制造阀门、泵、压缩机的承压部件。碳以小球状存在，可以增强材料延性。它的韧性比灰铸铁好得多，但是通常采用焊接进行修补。

高硅铸铁

高硅铸铁属于灰铸铁，但至少含有14%的硅。由于暴露在许多化学环境中，能够在铸铁表面生成钝性的二氧化硅表面层，所以，这些铸铁特别耐腐蚀。杜里龙耐酸硅铁（Duriron）是纯高硅铸铁，含有大约%硅、1%碳、最多15%锰。杜里科洛尔（Durichlor）51还含有4%至5%的铬，存在氧化剂时用以增强抗盐酸腐蚀的能力。超级科洛尔（Superchlor）是真空熔炼的杜里科洛尔51，具有双倍的抗张强度。高硅铸铁是不能进行机加工的，只能研磨成型。普遍认为这些材料不可焊接的。

镍铸铁

镍铸铁一般含有13%至36%的镍和最多6% 的铬。如大家熟悉的耐热耐蚀高镍铸铁Ni-Resist，这样的奥氏体合金是韧性最好的铸铁。也可以把它们生产成延性铁，在很宽的温度范围里具有很高的强度和延性。因为含有很高的合金成分，所以，它们都具有极好的耐腐蚀性能、耐磨性能和高温抗性。Ni-Resist合金能够按紧公差要求进行机加工。在炼厂的典型用途有阀门部件、泵部件、阻尼器、扩散器、塔盘部件、发动机和压缩机部件。

其他金属与合金

铜及其合金

铜及其合金既有极佳的耐腐蚀性能，又有良好的导热性，并且容易进行机加工，强度也很好，特别是铜的合金。相对而言，铜属于贵金属，通常是不会腐蚀的，除非存在氧或其他氧化剂。无论在淡水还是海水中，铜合金特别能够耐受水溶性腐蚀，所以普遍用作换热器管。当温度高于204C（400oF）时，铜合金会明显失去其强度，并且，高于此温度时，铜合金抗硫化物腐蚀的能力也很差。

炼厂用的较多的铜合金是海军黄铜，其含有28%锌、1%锡，还添加了痕量的锑、砷或磷来增强合金的抗腐蚀性能。它能够有效防止半咸水和海水腐蚀，防止湿硫化氢腐蚀。海军黄铜管已经广泛用于水冷式冷凝器和冷却器。与多数铜合金一样，当暴露在氨水中时，海军黄铜容易发生合金离析和应力腐蚀开裂。

炼厂用的其他铜合金包括铝青铜、90-10铜镍合金、70-30铜镍合金。

镍合金

镍是包括奥氏体不锈钢在内的许多耐腐蚀材料中重要的合金成分。当镍含量增加到超过20%时，奥氏体不锈钢的抗应力腐蚀开裂特性迅速增强。例如，因科镍（Inconel）600（70% Ni-Cr-Fe合金）具有极好的抗应力腐蚀开裂特性，所以许多炼厂用途采用这种镍合金。镍也是许多高温合金的基础成分，但是在高温下，含硫气体能够侵蚀镍合金并使其变脆。

表列出炼厂用的各种镍合金。蒙乃尔400（一种镍铜合金）广泛用作原油蒸馏塔的上部衬里，并用其制造上部四个或五个塔盘，防止盐酸侵蚀。也用它制造原油蒸馏塔塔顶冷凝器管和部件。此外，在烷基化装置中以及加氢脱硫和重整装置的塔顶系统中，也都使用蒙乃尔400合金防止氢氟酸侵蚀。

高镍合金，包括因科镍625和因科洛依825，用于防止火炬烟囱尖和氢加工流出物管道发生连多硫酸腐蚀。哈斯特洛伊B-2特别适用于各种浓度和温度的盐酸，包括沸点温度。但是，存在氧化剂盐类时，它会被侵蚀。对高达93C（200F）的各种浓度的硫酸，合金B-2和C-276有极好的耐腐蚀性能。高镍合金很贵，所以，仅限于有异常严重腐蚀问题的情况下使用。

表 主要镍合金的化学组成 合金 UNS N04400 合金K500 UNS N06600 UNS N06625 UNS N08800 UNS N08825 UNS N10665 UNS N10276 UNS N055 合金20 %C %Cr -- -- 16 21 20 21 1 15 16 20 %Ni 66 66 76 60 32 42 67 61 29 %Mo -- -- -- 9 -- 3 28 16 16 2 %Fe 8 5 47 30 2 5 3 44 %Co -- -- -- -- -- -- 1 2 -- %W -- -- -- -- -- -- -- 4 -- -- % 其他元素 31 Cu 29 Cu, 3 Al Cu Cb + Ta Cu Cu, Al, Ti -- V Ti 3 Cu 铝 铝是很活泼的金属，表面能够生成氧化膜，防止其发生腐蚀。通过阳极氧化处理，能够改进这些氧化膜的性能。但是，当pH值小于5或大于8时，氧化膜就会破裂，所以了铝及其合金在许

多环境条件下的应用。另一项是在高温下铝的强度相对比较低。

炼厂常用两种铝合金。合金3003是铝与锰的合金，已经成功用于塔顶水冷式冷凝器的管程。它具有良好的耐受壳体侧水溶性硫化物腐蚀的性能，但从使用的铝管上已经在水侧查出点状腐蚀和积垢。假如工艺流体保持较低的流速而不会引起冲蚀，那么，铝合金3003就能够成功用于含硫污水塔顶冷凝器。合金6061-T6是镁硅铝合金，可以沉淀硬化。这种铝合金已经用于承压部件，如换热器壳体，因为它的强度相对比较高。

容易发生环烷酸腐蚀的蒸馏塔的塔盘部件已经采用铝和铝合金。它们也做成各种形状保护使用高温硫化氢和氢的炉管和管道。

钛和钛合金

钛是高度活泼的金属，依靠保护性氧化膜防止腐蚀。钛不适合高温使用条件，并且，因为它的活性，必须在惰性气体保护下进行焊接和切割，防止材料污染和变脆。从实际出发，在炼厂，钛局限于温度低于260C（500F）的使用条件。存在氢时，温度不应当超过177C（350F），防止生成氢化物而使材料变脆。

对炼厂大多数流体，钛呈现很强的耐腐蚀性能。用纯钛（等级2）生产的管子广泛用于许多装置上的塔顶冷却器和冷凝器，防止氯化物、硫化物和水溶性二氧化硫的腐蚀。但是，在酸性沉积物下面，这些管子能够被侵蚀。在用海水或半咸水冷却的地方，钛管是非常有用的。它们在含硫污水汽提塔塔顶的使用中表现也很好。

总的来讲，钛与镍及钼的合金（等级12）性能优于等级2的钛合金，并且能够用于纯钛不适合使用的有垢下腐蚀风险和更高温度的使用条件。纯钛的阳极氧化和高温空气氧化也能够改善钛的耐腐蚀性能。

非金属材料 耐热材料

耐热材料是无机陶瓷材料，正常情况下用于绝热保温、防腐蚀、防冲蚀或这些用途的综合。耐热材料有几种产品形式，包括陶瓷纤维毡、砖、可以浇铸的混合料（类似混凝土）和塑性夯实混合料。一般，耐热材料能够耐受19C（3000F）的高温，对大多数化学品和溶剂表现为化学惰性，并且，浇铸成型后具有非常好的耐冲蚀性能。通常，炼厂用耐热材料作为直接烧火的加热炉和锅炉的内壁绝热层，在流化催化裂化装置这样的装置的催化剂装卸系统中作为绝热保温和防止冲蚀层，并且作为硫酸生产和硫磺回收装置的耐腐蚀衬里。

塑料

可以把工程塑料定义为一种合成的有机聚合物树脂，其能够按照载荷形状成形，使它可以和金属材料一样使用。塑料是人造材料，每种塑料原先都是根据特定用途开发出来的。为此原因，现在

已经有大量塑料材料，能够在设备设计中选用，并且新的塑料还在不断研究开发出来。每种特定的聚合物都有其特定的性质。塑料材料和性能的多样性正是金属与塑料之间最大的差别之一。塑料可以分为以下两大类：

热塑性塑料 热固性塑料

只要升高温度，热塑性塑料就能够软化，而只要降低温度，热塑性塑料就能够硬化，并且，这样的软化和硬化过程是可以反复发生的。与此不同，由于发生了化学反应（因为加热以及加入了化学催化剂），热固性塑料在模塑过程或者成型过程中会发生固化，变成实质上难熔的材料。

一般来讲，在原先塑料特定开发的各种环境中，塑料都表现出极好的耐腐蚀性能。但是，与金属一样，暴露在某些环境中，塑料确实会发生腐蚀。塑料的腐蚀机理与金属部件的腐蚀机理是完全不同的。最好的解释是塑料的腐蚀就是塑料与环境发生了反应，显着改变了塑料原有的物理化学特性。“腐蚀速率”的概念通常是不适合塑料的。塑料中发现的典型腐蚀机理，包括聚合物断链（切断）、液相氧化降解、熔融、溶胀、化学致脆、应力开裂，仅仅这样几种。由于塑料材料的类型很多，所以，有许多不同的失效方式。

近年来，已经发现有些热固性塑料在炼厂只能局限用在部分用途中。常用的塑料包括：

聚氯乙烯（PVC） – 是制造塑料管、塑料管件和阀门用得最广的热塑性塑料，因为它经济、多用性、极好的耐化学性、高抗张强度、良好的抗冲击性，并且能够长期承受压力。

过氯乙烯（CPVC） – 除了具有聚氯乙烯全部特性外，还有承受99C（210F）高温的能力。这使过氯乙烯管、管件、阀门不仅适应热的腐蚀性用途，而且也适合热水分配系统。 聚乙烯（PE） – 这是最轻的热塑性塑料，已经广泛采用，因为它便宜、良好的耐化学性能，并且能够耐受最高60C（140F）的温度。有两种商用聚乙烯，即高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE），各有其独特的优缺点。 聚丙烯（PP） – 是另一种广泛采用的热塑性塑料。因为它对包括大多数溶剂在内的范围广泛的化学品呈现惰性，并且因为它能够承受最高93C（200F）的温度，所以，聚丙烯适用于腐蚀性废料和压力用途。

聚偏氟乙烯（PVDF） – 优越的高温性能是它的特点。聚偏氟乙烯管和管件能够用于工作温度高达138C（280F）的腐蚀性流体。此外，它对卤素有极好的耐化学性能，而且耐候性

（耐紫外线辐照）好。聚偏氟乙烯还有很强的耐受伽马射线辐射的能力。

聚四氟乙烯（PTFE） – 不加夸张地说，它是热塑性塑料中的“超人”，对绝大多数化学品和溶剂具有极好的耐腐蚀性，并且能够承受长时间暴露在最高232C（450F）的温度环境中。

热塑性塑料有许多产品形式，管道、阀门、管件和板材等。可以采用单一的热塑性塑料做成制品，也可以用热塑性塑料作为碳钢部件的耐腐蚀衬里。

热固性树脂

热固性树脂，如聚酯、环氧树脂、氨基甲酸乙酯树脂、乙烯树脂，均有极好的耐化学性能，通常使用时，采用喷涂方式或者与一些其他类型的无机补强材料，如玻璃纤维或碳纤维，结合使用。炼厂中最常用的这种材料是玻璃纤维，它是用玻璃纤维或碳纤维补强的热固性塑料树脂。玻璃纤维材料的特性取决于所用树脂的类型和所用补强材料的类型。炼厂中采用的典型树脂是聚酯、环氧树脂、乙烯树脂。玻璃纤维材料普遍用在化学储罐和储槽。在炼厂中，也普遍采用玻璃纤维作为衬里材料，防止储罐底板内表面发生腐蚀。

热处理

按照美国材料试验学会（ASTM）、美国汽车工程师学会（SAE）和美国金属学会（ASM），热处理的定义如下：

为了达到某种理想的状态或特性，涉及固态金属或合金的加热和冷却的一项操作或者一组操作。

正火

正火时，钢材要加热到高于其规定的转变温度上限10C至C（50F至100F）。然后，钢在静止的空气中冷却到远低于其转变范围的温度。正火通常用于调理处理，尤其是用于精炼已经在锻打或其他热作过程经受过高温的钢的晶粒。正常情况下，正火后要接着进行另一项热处理操作，如回火或硬化淬火。

退火

退火可以描述为金属加热到高于其临界温度范围，并保持一段时间，然后，慢慢冷却。退火过程包括以下三个阶段：

回复 再结晶 晶粒生长

根据有关金属的组成，退火温度也是不尽相同的。例如，低碳钢的退火温度根据碳含量的不同而在871C至927C（1600F至1700F）温度范围里变化，而高碳钢的退火温度在788C至816C（1450F至1500F）的温度范围里变化。根据具体金属特性，金属

需要的均化时间从几小时到几天不等。冷却过程总是比较慢的，确保形成均质结构并获得最大的软度。

铁类金属通过退火处理可以改善机加工性能，更适合冷作，改善机械性能或者增强尺寸稳定性。如果要保留冷作产生的大部分机械性能，并且同时要（在一定程度上）维持耐腐蚀性能，那么采用消除应力的热处理比退火更适合。

有色金属合金退火时，通常加热到刚刚低于其固相温度（刚刚低于其熔融温度）。有色金属材料进行退火可以消除冷作效应，使固溶体里的沉淀物聚集在一起。

淬火

淬火就是把工件浸在液体或气体介质中，使钢或合金从奥氏体化温度快速冷却下来。淬火介质可以是水、盐水、苛性碱、油、聚合物、空气或氮气。用淬火可以使钢达到可能的最大硬度和强度。淬火后几乎都要紧跟回火或消除应力处理。

消除应力

与回火一样，消除应力总要把工件加热到低于钢和合金的转变温度下限的温度。消除应力的目的主要是消除工件在成型、轧制、机加工或焊接过程产生的应力。常用程序是把工件加热到预先确定的温度，并保持足够长的时间，使残余应力减少到可以接受的程度。这项操作与时间及温度有关，正常情况下，接着要以较慢的速度冷却，以免产生新的应力。

材料中的残余应力的大小对这种材料发生许多形式的应力腐蚀开裂起着决定性的作用。因此，能够规定消除应力以改善材料耐受这种腐蚀机理的能力。为此原因，碳钢焊缝常要消除应力。（另一原因是要维持尺寸的稳定性。）

因为可以防止应力腐蚀开裂的发生，能够用消除应力来降低苛性碱用途中设备的材料成本。氢氧化钠溶液（烧碱）的浓度和温度决定了碳钢是否会发生应力腐蚀开裂。如果表明可能发生开裂时，应当规定进行消除应力热处理，才允许使用碳钢而不发生开裂。

固溶体热处理

有时候有必要使某些沉淀物返回到固溶体里改善耐腐蚀性能。例如，不稳定的奥氏体不锈钢，在使用中或在焊接中发生敏化时，假如规定这样的热处理，就能够恢复它们的耐腐蚀性能。固溶体热处理需要每英寸（25 mm）厚度在9C至1093C（1650F至2000F）的温度下加热一小时（最少一小时），然后在水里淬火在三分钟内达到变黑温度。固溶体热处理的实际温度要求取决于不锈钢的类型。固溶体热处理使碳化铬返回到固溶体中。

如果认为奥氏体不锈钢需要消除应力或退火时，设计师应规定只进行固溶体热处理。假如有关设备的形状如果不翘曲就无法用此热处理工艺进行水淬，那么设计师有两个方案可以选择。他能够： 1. 向冶金专家咨询，确定这样的热处理是否真的必要。

2. 改用不需要进行这样热处理就能够维护耐腐蚀性能的材料。

特种热处理

有几种特种热处理适用于炼厂设备，可以增强设备在某些环境中的耐腐蚀性能，便利使用中修理，或者恢复长期使用中已经变差的机械特性。这些特种热处理工艺包括：

去脆性 – 长期暴露在高温使用条件下的C-1/2 Mo和其他铬钼合金钢如1-1/4 Cr-1/2 Mo，焊接修补前进行的热处理。去脆性热处理可以恢复材料的延性，这样焊接能够成功进行而不会发生开裂。去脆性热处理要将焊接区加热到704C（1300F），并保持4小时至8小时，然后按每英寸厚度每小时冷却降温204C（400F）。

脱氢 – 如果炼厂设备暴露在能够引起氢致开裂的使用条件下，这种热处理正常用于这样的炼厂设备修补焊接之前的钢材。这些使用条件包括湿硫化氢使用环境、高压高温氢气使用环境、苛性碱使用环境或胺使用环境。典型的热处理程序，要根据材料厚度和暴露环境的严重程度，把钢加热到204C至315C（400F 至600F），并保持2小时至4小时，把钢里的残余原子氢“烤”出来。这样的处理过程有助于避免在修补焊接过程中或焊接后发生延时氢致开裂。

稳定热处理 – 化学性能稳定等级的不锈钢（321 和347不锈钢），如果长时间暴露在371C至816C（700F至1500F）的敏化温度范围里就会被敏化。敏化这个术语是描述奥氏体钢处于敏化温度范围的温度时发生的晶间碳化物沉淀现象。设备投入使用前，如果进行稳定热处理，就可以显着改善这些不锈钢抗连多硫酸应力腐蚀开裂的能力。通常，稳定热处理要把材料加热到9C（1650F），并在此温度保持2小时至4小时。然后，使此材料冷却到环境温度。要控制冷却速率，消除材料变形问题。

设计师应该知道什么热处理知识

设计师应当熟悉适用于特定金属或合金的各种热处理工艺。最好向冶金专家咨询，确定实际需要什么热处理，假如需要时，还要知道热处理的方案。设计师应当规定所需要的完整的热处理方案。仅仅注明“退火、消除应力或固溶体热处理”等是不够的。以下是个热处理方案的具体事例。这是个大型废料储罐，直径18 m（60英尺）、高11 m（35英尺），要消除应力腐蚀开裂，同时要避免大型储罐发生翘曲。

1. 加热到315C（600F）。

2. 加热超过315C（600F），但加热升温每小时不要超过C（100F）。在此期间，任何5 m（15英尺）间隔距离上的温度梯度不要超过52C（125F），然后，此容器中的最低温度点与最高温度点之间的最大温差不应超过93C（200F）。

3. 保持最低温度593C（1100F）至少一小时。

4. 冷却速率不得超过每小时52C（125F）。在此期间，此容器中的最高温度与最低温度之间的最大温差不应超过93C（200F）。

5. 温度低于315C（600F），对冷却速率没有要求。

通常，热处理方案不会像上例所述那么详细。例如，不会发生翘曲的一台生产设备的消除应力方案应当这样写明：“慢慢加热到593C至8C（1100F至1200F）的温度，并按每英寸厚度保持一小时，然后炉子冷却到环境温度。”

不管采用什么合金，在设计师的技术规范书中应当清楚地说明完整的热处理要求。但是，有些工程师争辩道，这样的热处理应当由热处理单位做出具体规定，设计师要做的全部工作只是规定热处理需要达到的最终结果，如要求部件或设备达到什么样的硬度。与热处理单位进行协商是个谨慎的步骤，但是，设计师应当按照双方同意的热处理方案做出具体规定。

例如，工具钢块料曾经用作设备的重要部件，按照技术规范要送到热处理单位使块料“热处理后达到洛氏C硬度63”。这些部件在硬化温度下淬火后，热处理单位发现这些部件已经达到所需要的硬度，所以，他没有进行干预去对这些部件进行回火（就好象他应该做的那样），因为他害怕部件会变得太软。结果，这些块料太脆，使用后立刻损坏了。没有就此事追索热处理单位的责任，因为技术规范没有规定进行回火处理。设计师总是应该规定完整的热处理方案，包括温度、加热时间、淬火介质、淬火温度、回火温度（当需要回火时）。检验人员后来也要采纳这样的技术规范，确保完成所需要的热处理。

热处理验证

因为金属和合金的热处理往往会影响到材料的耐腐蚀性能，所以，重要的是设计师应当对热处理操作提出一些质量控制方法。确保恰当的奥氏体化温度、淬火介质的类型、回火温度以及加热时间，这些因素的重要性无论怎样强调也不过分。保证热处理设备处于良好的操作条件也是很重要的。例如，能够用标准温度热电偶测定炉子实际上是否在设定温度下操作。用此方法已经检测出炉子在偏离指定的设定温度几百度的温度下操作。称职的热处理单位日常会检查他们的炉温，所以，检验人员可以用他们的记录来进行验证。

在关键岗位上，设计师能够规定相同材料的试件随同实际的工艺设备或部件一起进行热处理。热处理后，试件可以做成切片，抛光，浸蚀，并在显微镜下观察，验证它们的微观结构是否达到要求。在适宜条件下，可以测定工艺设备或部件的硬度，并与规定硬度进行比较。

焊缝的热处理 预热

预热时，焊接前，要把工件焊接部位加热到高于环境温度的预定温度，并且在焊接过程中维持这样的最低温度。可以进行预热来减少残余应力，减少材料的扭曲变形，降低热影响区的硬度，防止焊道下发生开裂。表列出了炼厂用钢典型的预热处理温度。

表 炼厂用钢典型的预热温度 钢材 碳钢 碳-1/2钼钢 1-1/4 Cr-1/2 Mo 2-1/4 Cr-1 Mo 5 Cr-1/2 Mo 7 Cr-1 Mo 9 Cr-1 Mo 12 Cr 17 Cr 300系列不锈钢 镍合金钢 预热温度 50F (10C) 50F (10C) 300F (149C) 350F (177C) 350F (177C) 350F (177C) 350F (177C) 300F (149C) 50F (10C) 50F (10C) 200F (93C) 在建造设备的技术标准或规范中，通常规定了具体的预热要求。有些是强制性要求，有些是推荐性要求。

焊后热处理

焊后热处理是在焊接后对焊缝的调整。它的正确应用或者错误应用能够极大地影响使用中的机械性能和耐腐蚀性能。焊后热处理是在升高温度下进行的，但温度应略低于有关合金的转变温度。焊后热处理温度要足够高，适应流动应力和回火的硬质微观结构。这样减小了残余应力，形成较软的焊缝和热影响区。

总的说来，焊后热处理改善了耐腐蚀性能，减少了发生应力腐蚀开裂的机会，增强了延性，改善了材料的韧性，特别是临近焊缝的热影响区。表是炼厂用钢常用的焊后热处理温度范围，在适用情况下，硬度是可取的。

表 炼厂用钢的焊后热处理温度 钢材 碳钢 碳-1/2钼钢 1-1/4 Cr-1/2 Mo 2-1/4 Cr-1 Mo 5 Cr-1 Mo 7 Cr-1 Mo 9 Cr-1 Mo 12 Cr 17 Cr 300系列不锈钢 双相不锈钢 镍合金钢 焊后热处理温度范围 1100F-1200F (593C-8C) 1100F-1325F (593C-718C) 1300F-1375F (704C-746C) 1300F -1400F (704C- 760C) 1300F -1400F (704C- 760C) 1300F -1400F (704C- 760C) 1300F -1400F (704C- 760C) 1350F -1450F (732C-788C) 无 无 100F -1175F C-635C) 布氏硬度 200 225 225 241 241 241 241 241 在规定温度下，通常每英寸焊缝厚度要保持温度一小时。与采用预热一样，在建造设备的技术标准和规范中包含了焊后热处理要求。许多时候，规定焊后热处理仅仅为了防止应力腐蚀开裂，即使在所用的制造规范中没有做出这样的规定。胺和苛性碱使用环境是规定采用焊后热处理防止应力腐蚀开裂的典型的炼厂工艺条件。

在整个焊接过程中，奥氏体不锈钢如304和316要保持奥氏体化而不被硬化。一般它们是不要预热或焊后热处理的，并且，300系列合金的中间焊道温度常常在149C（300F），维护材料的耐腐蚀性能。当判断残余应力是不可接受的时候，把材料加热到843C至 9C（1550F至1650F）温度范围并保持15分钟至60分钟，然后迅速冷却到室温，就能够显着减少应力。

由于焊接也会使普通等级的不锈钢（304、316、317）敏化，所以，在焊接制造中常用低碳等级不锈钢（304L、316L、317L）或化学性能稳定等级不锈钢（321、347）消除敏化问题。假如已经发生敏化，可以把普通等级不锈钢加热到大约1093C（2000F）进行固溶体退火，接着用水淬火。虽然这样可以重新溶解沉淀的碳化铬，但在现场已经焊接好的总成上，要完成这样的热处理过程是不现实的。

正火

炼厂用钢的焊后热处理使焊缝回火，减小了残余应力。但是，焊接金属的微观结构与相临基底金属是显着不同的。在多数使用环境中，这样的差异不会有什么影响后果。但是，有些情况下，如在酸性含水环境中，能够优先发生焊缝腐蚀。将焊件在816C至871C（1500F至 1600F）的温度下正火，然后在空气中冷却，往往能够减少焊缝的这种选择性侵蚀。升高温度处理使焊缝微观结构的腐蚀特性几乎与基底金属相同。由于正火是在相对较高的温度下进行的，能够容易造成焊接总成的扭曲变形。可以采用特殊的固定装置和装卸手段防止材料发生扭曲变形。

焊接特性

焊接是熔融连接材料的工艺过程。大多数炼厂设备是用焊接方法制造的，并且，炼厂用的大多数金属能够用一种或多种焊接工艺连接起来。除了新建设备外，焊接也广泛用于炼厂设备停工时进行修补、改造或衬里作业。承压设备的安全操作取决于这些焊缝质量达到或者超过适用技术标准和规范中规定的焊接程序和要求。焊缝必须清洁，没有任何缺陷，包括小孔、焊渣、夹杂物、裂纹、没有焊透或者熔融不足。焊接会改变基底金属，而这样的变化能够造成焊缝及附近部位机械性能、金相组织性能以及耐腐蚀性能减退。

与焊接有关的失效机理包括： 疲劳开裂

应力腐蚀开裂

焊接

氢脆

硫化物应力开裂 加速腐蚀

焊接区优先腐蚀

以下资料简要地叙述了炼厂设备采用的主要焊接工艺、焊接程序，以及用于增强焊缝特性和性能的各种热处理方法。

工艺设备制造时几乎无一例外都要用到焊接。90%以上永久性外壳是熔焊或钎焊而成的。在其所有功用中，焊接固有的特征能够促进腐蚀，如：

1. 焊件的铸造结构能够与母体金属材料通常的锻造结构很不一样。

2. 焊渣能够形成阻碍，引起局部腐蚀。

3. 假如焊接不当，许多焊接接缝能够含有裂隙。 4. 焊接表面一般比母体金属材料表面粗糙。

5. 自动保护金属极电弧焊和埋弧焊工艺能够产生焊渣，焊渣能够构成腐蚀电池。

6. 焊接需要强烈的局部加热，在母体金属材料中形成热影响区，而在此热影响区可能发生相变和沉淀。 7. 焊缝含有内部收缩应力。

8. 没有清除干净的焊接和钎焊焊药的残留物会引起腐蚀。

虽然焊接有些缺点，但是，焊接依然是最好的最可靠的连接方法。例如，铆接和螺栓连接会有内在的裂纹，并且很难进行维修。

焊接决策

由于伴随焊接会存在一些问题，设计师必须恰当设计和规定他的结构中的焊接要求。可惜，有些设计师的标准工作程序只是简单地在图纸上注上此结构“要焊接”。这样的技术规定等于把焊接决策留给了焊工或焊工头，而他们也许对这样的焊缝将来涉及的工艺条件一无所知。必须提前仔细考虑到设备的最终使用，必须在设计阶段就对设备的焊接设计做出具体适宜的规定，而不是到了焊接车间才做出这样的具体规定。

焊接工艺

设计师能够规定各种焊接工艺，包括：

自动保护金属极电弧焊（SMAW），常叫做电极电弧焊。 金属极惰性气体保护焊（GMAW），常叫做MIG焊接。此工艺能够手工焊接、半自动焊接或自动焊接。

气体保护钨极电弧焊（GTAW），常叫做TIG焊接或者氦电弧焊接。

埋弧焊（SAW），常叫做subarc焊接。此工艺能够半自动焊接或自动焊接。

气焊。氧乙炔焊是最常用的气焊，尽管还有其他气体组合。

钎焊。

每种焊接工艺有其自己的特征。因此，设计师精心选择焊接工艺很重要，这样才能维护材料的耐腐蚀性能。例如，虽然自动保护金属极电弧焊工艺原本耐腐蚀性能并不比惰性气体保护焊差，但马虎的焊接技术会在此焊接过程产生焊渣夹杂物，而惰性气体保护焊是不会产生任何焊渣夹杂物的。

在装酸的不锈钢罐的自动保护金属极电弧焊中，曾经明显观察到焊渣夹杂物的有害影响。把酸储罐排空清洁后，进行例行检查，发现双重对焊的周向焊缝内焊道已经发生侵蚀，而相邻的罐壁却相对没有受到影响。问题是焊接技术太差造成的，因为没有充分清除掉焊渣。凿掉内焊道剩余部分后，用惰性气体保护焊重新进行了焊接。之后，再没有报告发生更多的腐蚀问题。

如果制造商对金属极电弧焊和惰性气体保护焊工艺都很熟悉，在实际可行的地方，设计师应当规定，出于防腐目的，应采用惰性气体保护焊。在腐蚀性条件下，规定不得采用钎焊、银焊、锡焊。但是，如果存在例外情况，这些连接工艺通常涉及与母体金属不同的材料，其能够引起电化腐蚀。

自动保护金属极电弧焊（SMAW）

自动保护金属极电弧焊（SMAW）是最常用的和最多样性的焊接工艺，适合炼厂设备在制造车间和现场采用。自动保护金属极电弧焊用的电极是一根直的填焊金属，外表面有焊药覆盖层。焊药随金属丝熔化，同时提供气体屏障，防止焊接熔融部分发生氧化。焊药也起到脱氧剂的作用，可以改善焊缝熔敷的清洁度。

此焊接工艺要求焊工有相对较高的焊接技能，但在所有位置和范围很宽的各种焊接参数条件下，能够成功地施焊。焊接过程中的氢摄取能够引起小孔和开裂问题。氢通常来源是焊条覆盖层里的水分。要控制氢的问题，可以采用低氢焊条。炼厂实施的大量碳钢焊接采用的是低氢焊条，最常用的是E7018。

金属极惰性气体保护焊（GMAW）

金属极惰性气体保护焊（GMAW）通过焊或焊炬连续输出填焊金属丝。一股气体或气体混合流体过焊炬提供保护屏障。用焊扳机控制焊丝移动，使其随保护气体前进和停止。焊丝盘卷装在喂丝机上，焊丝前进速度由喂丝机控制。正常情况下，只会产生少量玻璃状焊渣，惰性气体保护焊不用焊药，所以减少了焊件中氢的含量。

与自动保护金属极电弧焊相比，金属极惰性气体保护焊能够以更高的速度熔敷金属，减少了启停次数，也无须清除焊渣，而且避免发生焊渣夹杂在焊缝中的问题。对焊工的技能要求相对可以低一点，但必须仔细施焊，确保焊缝与基底金属之间发生侧壁熔融。

在金属极惰性气体保护焊中，能够改变电气参数，采用几种不同的方式使金属从可消耗的焊丝电极跨越电弧接触传递。金属接触传递方式包括：

喷射传递 – 强电流、高熔敷速率。

短路电弧 – 短弧、低热输入过程对焊接薄壁管道和金属板材是很理想的。

球形传递 – 用相对较低的电流传递到填焊金属直径上，形成球滴状传递。

脉冲电弧 – 与喷射传递相似，但是电波型是周期性的，产生短暂的金属喷射，总的热量输入较低。

气体保护钨极电弧焊（GTAW）

气体保护钨极电弧焊（GTAW）采用不会消耗的电极（最常用的是钨极），惰性气体保护屏障通过焊输出，填焊金属手工输入焊缝。这样的焊缝叫做自熔焊缝，施焊时也可以不引入填焊金属。电弧和熔融部分的热量使填焊金属熔化。用气体保护钨极电弧焊能够实现氢含量很低的高质量的焊缝，但是，焊接速度相对较慢。它要求焊工有比较高的焊接技能，并且通常用于低合金钢和高合金钢的根部焊道。

埋弧焊（SAW）

埋弧焊（SAW）与气体保护钨极电弧焊相似，不同之处是用粒状焊药代替了保护气体屏障，焊药与焊条用的焊药覆盖层相似。有两种主要的焊药类型：

中性焊药 活性焊药

中性焊药不会把金属元素加到焊接熔敷里，并且优于活性焊药，因为熔敷的化学过程更容易控制。采用活性焊药时，焊接过程的热量输入的变化能够改变焊接熔敷的化学特性。埋弧焊通常是在平面位置实施的（焊炬朝下）。采用特殊配置时，也能使焊炬处于水平位置进行施焊。在生产车间里制造炼厂设备时，正常采用埋弧焊，它的优点是熔敷速率高，焊缝质量好。

焊接程序和焊工考核

制造和维修石油炼制设备遵循的大多数技术标准和规范里都要求按照ASME锅炉和压力容器规范第IX章标准进行焊接。该章标准要求使用前对要采用的焊接程序进行测试，确保这样的焊接程序能够使焊缝达到所要求的机械性能。焊接程序的具体内容最初编制成焊接程序技术规范（WPS）。然后按照焊接程序技术规范焊接试件。在试件上进行破坏性试验，如张力试验、弯曲试验，需要时还要进行冲击韧性试验，由此评价焊接的机械性能。

焊接试件时采用的实际参数与机械试验的结果要记录在焊接程序考核记录（PQR）中。在焊接程序考核样品上施焊合格的焊工自动获得资格，可以采用实际生产焊接程序。其他想要采用合格焊接

程序的焊工，必须使焊接性能考核达到质量要求，并且用破坏性试验或射线照相检查进行评价。这项性能考核试验是保证焊工能够按照规定的焊接程序操作，实现没有缺陷的焊缝。焊工性能考核结果的记录就是焊工资格考核（WPQ）。

假如焊接工艺中任何重要变量发生改变，焊工和焊接程序必须重新进行考核。在适用的技术标准和规范中详细说明了每种焊接工艺的重要变量。例如，改变了基底金属材料或者改变了填焊金属，就可能需要重新进行考核。其他重要的变量有：

接缝类型 电气参数 焊接技术 预热处理 焊后热处理 保护气体

不同的技术标准和规范可能对重要变量的解释有所不同。

焊条与填焊金属的检查

许多腐蚀破坏问题是因为在制造厂里混用焊条和填焊金属丝造成的。要求焊条和填焊金属丝制造厂按照美国焊接学会（AWS）的规定对自己的产品进行许多试验，合格后才能够装箱销售。结果，只能依靠开箱前的努力才能够保证焊条的品质。为此原因，设计师不仅要规定要用的焊条型号，也要强调公司检验员只允许在工作中使用尚未开箱的焊条。这些焊条必须与其他焊条分开存放，并要有明显标记，防止焊工混淆滥用。

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