什么是化工材料?

[拼音]：huagong cailiao

[外文]：chemical engineering materials

建造化工装置所需工程材料的简称。组成化工生产装置的化工机械、化工仪表、管道和构筑物都是在不同温度、压力和机械负荷下运转，所接触的物料又多具有强腐蚀作用。因此，化工材料除应具有一般工程材料的性能外，还应具备优良的耐腐蚀性能。若耐腐蚀性能不良，不但直接影响装置的寿命，有时还可能引起火灾、爆炸等事故，还会影响产品的产量和质量。另外，根据不同的用途和使用条件，有时还要求化工材料具有耐高温或耐低温、导热或隔热等特殊性能。由于化工生产的物料和工艺条件各不相同，因而化工材料的品种繁多，型号、规格复杂，既包括一般工程材料，也包括化工装置专用的具有特殊性能、特殊用途的材料。

化工材料分为金属材料和非金属材料两大类。化工用金属材料又可分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料主要指铁和钢，多数化工机械设备是用铸铁和碳钢制成的。高合金铁、高合金钢（如高硅铁、高镍铁和各类不锈钢）以及镍、铜、铝、钛、锆及其合金，也广泛应用于化工生产中。

非金属材料在化工中的使用日益广泛，主要有塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、搪瓷、不透性石墨等类。塑料发展迅速，耐蚀性优良，应用最广泛；不透性石墨既耐热、耐酸、还具有高热导率，用量也较多；陶瓷、玻璃等耐酸性良好，但性脆，又不能制成大体积设备，所以其本身用途有限，但可?a href='http://www.baiven.com/baike/224/264703.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>美刺隆⒊慕鹗舯砻妫瞥赡褪吹奶麓缮璞福拢ɑ虺模┎ＡУ牟邸⒐薜取?/p>

在金属与非金属之间，还有一种非晶质（态）合金，具有过冷液体的结构，耐蚀性很强，有些接近钽和贵金属，是一种发展中的材料。

为了利用不同材料的优点，还发展了多种复合材料，其中有：

（1）金属与金属复合，如夹层金属板，利用高强度、低耐蚀的材料（如碳钢、铝合金）作底层，耐蚀性较高的材料（如纯铝、镍、钛、不锈钢等）作接触腐蚀介质的表层。

（2）非金属与非金属复合，如增强塑料。

（3）非金属与金属复合，如合金陶瓷，既有一定强度，又能耐高温。

由于使用条件不同，化工材料的选材原则主要有：

化工机械一般都承受一定压力、拉力或冲击力，故化工材料首先须满足机械性能的要求，主要是抗拉强度、屈服强度、冲击强度、蠕变强度、d性模数、伸长率、硬度、疲劳极限等。化工机械又多在强腐蚀环境和介质中运转，如采用手册中的强度标准值（或称名义强度，即在空气中试验的平均值），有时会在应力远低于最大值时损坏，在可能产生应力腐蚀破裂或腐蚀疲劳的环境中尤其如此（见腐蚀和防腐），故对可能产生应力腐蚀破裂的环境，考虑采用应力腐蚀破裂临界强度值。

不同材料对于各种腐蚀环境具不同的耐蚀性，所谓优良耐蚀材料只是相对的概念。例如：一般认为不锈钢是优于普通碳钢的耐蚀材料，但这只是在大气、水和氧化性环境中才如此；在还原性酸中，两者同样被腐蚀；在70％以上的浓硫酸中，碳钢比不锈钢好；在含有氯离子的水中，奥氏体不锈钢可能产生应力腐蚀破裂，而碳钢却没有这种危险。通常在手册中载有各种材料在各种环境中（酸、碱、盐、气体、无机物、有机溶剂、大气、土壤、水、海水、工业产品、食品及植物油等）的腐蚀数据，如手册中没有所需数据，则应进行腐蚀试验。

金属耐蚀性的评定标准，按均匀腐蚀率大小分四个等级（见表）。对于精密部件和高压、有危险性的设备应用腐蚀率极低的一级材料，一般容器、设备等则可用二三级材料，适当增加壁厚，可保证较长寿命。对于金属材料，不仅要注意均匀腐蚀，更应注意局部腐蚀。当手册上指出这种“材料-环境”体系有产生孔蚀、晶间腐蚀，应力腐蚀破裂的可能时，则避免采用，或采取必要的防护措施。

非金属迄今还没有很好的评定方法，对于玻璃、陶瓷、石墨等可以参用金属标准。而塑料和橡胶的适用标准可参考下列数字：抗弯强度的下降要小于25％；重量或尺寸变化要小于5％；硬度（洛氏M）变化要小于30％。

在选材中还必须考虑材料与环境的反应是否对环境或生产造成不利的影响，如是否会污染产品质量，影响工序流程，产生副反应，降低收率，甚至引起火灾、爆炸等。如有些材料腐蚀率虽然很低，但能使产品的色、香、味变质，甚至产生毒性（如微量铅化合物），这对于食品、医药、纤维、化妆品类的工业，就绝对不能使用。

如铸造、切削、焊接、锻造、热处理等性能应满足要求。其中焊接性能对化工设备尤为重要。

如密度、熔点、热导率、热膨胀系数等，也应加以考虑。例如：要选用热导能力强的材料制造换热器；选用热导能力最低的材料做保温材料。

选材的目的是避免设备、建筑等过早地损坏，保证生产正常运转，这实质上是一个经济效益问题。希望选用的材料都是耐蚀性最优、价格最低，但往往耐蚀性最强的材料价格却很高。通常需要从材料价格、设备寿命、检修周期、维修费用、停产损失、事故可能性和废品价值等各方面来综合考虑，以选择最合适的材料。一般短期运转的中间试验设备，小型、间断 *** 作设备和容易更换的零部件，可选用价格和耐蚀性较低的材料；大型连续生产设备，则要求寿命长、检修次数少，多采用价格较高、耐蚀性强的材料。

参考书目

M.G.方坦纳、N.D.格林著，左景伊译：《腐蚀工程》，化学工业出版社，北京，1982。(M.G.Fontana and N.D.Greene，Corrosion Engineering，2nd ed.，McGraw-Hill，New York，1978.)