Матеріали машин і апаратів. Способи виготовлення апаратури.

Конструкційні матеріали вибирають залежно від температури, тиску й корозійної дії середовища. Необхідно також ураховувати вартість і технологічні властивості матеріалу, тобто можливість і простоту виготовлення з нього виробів заданої форми. У хімічному машинобудуванні застосовують углеродистые й леговані сталі, чавуни, кольорові метали й неметалічні матеріали органічного й неорганічного походження.

Сталеві - зварені апарати. У цей час, широко використовують зварені апарати з углеродистой і легованої сталі. Для виготовлення посудин і апаратів застосовують углеродистую сталь звичайної якості й котельню сталь марок 15К, 18К, 20К, що мають підвищені механічні властивості. За останнім часом широко використовують вуглецеві стали О9Г2С, 16ГС, леговані марганцем.

Углеродистую сталь звичайної якості застосовують для посудин і апаратів, що працюють при тиску до 5_Мпа, для марганцовистых сталей робочий тиск не обмежений. Вуглецеві стали залежно від способу виплавки підрозділяють на киплячі, спокійні й напівспокійні. Кипляча сталь містить більше шкідливих домішок, уважається продуктом зниженої якості, її застосування обмежене (для посудин і апаратів, що працюють під тиском не більше 1,6 Мпа). Межі застосування вуглецевих і легованих сталей можуть бути визначені по табл. 1.

У криогенній техніці й при установці апаратів під відкритим небом у районах, де бувають сильні морози, має значення нижня температурна межа застосування матеріалу. Механічні властивості углеродистых сталей погіршуються при низьких температурах внаслідок зниження ударної в'язкості. Вуглецеві стали звичайної якості застосовують при температурі не нижче —20°С, марганцовистые стали — до —70°С; при більше низьких температурах — хромонікелеві сталі. Верхня температурна межа застосування вуглецевих і марганцевих сталей не перевищує 380-425°С. При більше високій температурі різко падає їхня механічна міцність і з'являються ознаки повзучості.

При високій температурі, а також при дії корозійних середовищ застосовують високолеговані сталі й сплави. Залежно від властивостей їх підрозділяють на: 1) коррозионно-стійкі (нержавіючі) стали, що володіють стійкістю проти електрохімічної й хімічної корозії; 2) жаростійкі (окалино-стійкі), що володіють стійкістю проти газової, корозії, при температурах понад 550°С; 3) жароміцні сталі й сплави, здатні працювати в навантаженому стані при високих температурах і що мають при цьому достатньою жаростійкість. Та сама марка стали може бути одночасно карозійно-стійка, жароміцна й жаростійка.

Сталь 15Х5М, що містить порівняно невеликий відсоток легуючих елементів, при температурі до 600^сС зберігає високу міцність, тобто є жароміцною. При більше високих температурах і корозії застосовують сталі з підвищеним змістом нікелю. Із численних марок високолегованих сталей найпоширеніші 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т. Остання має знижений зміст вуглецю й відповідно більше високу хімічну стійкість. Ці сталі застосовують у температурному інтервалі від —253 до +600°С, а при відсутності тиску — до 700°С. ₄ '

У зв'язку з тим що нікель дуже дефіцитний, застосовують сталі зі зниженим вмістом нікелю 08Х22Н6Т и 12Х21Н5Т, які в малоагрессивных середовищах є повноцінними замінниками наведених вище марок. Ще більше коррозионно-стійки хромоникельмолибденовые стали 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13МЗТ.

Хромисті сталі 15Х25Т и 15X28 стійки в багатьох корозійних середовищах і термостійкі, вони більше дешеві в порівнянні із хромонікелевими, однак погано зварюються, зварені шви вимагають спеціальної обробки; тому їх застосовують для апаратів, що працюють без тиску, і в різних невідповідальних вузлах апаратури.

В особливо тяжких умовах роботи застосовують сталі й сплави з більше високим вмістом легуючих елементів. Наприклад, сплав 03ХН28МДТ стійкий у сірчаній кислоті будь-якої концентрації й у багатьох інших корозійних середовищах, а нікель^-молібденовий, сплав Н70МФ (сплав типу «халстеллой») стійкий у багатьох агресивних середовищах, у тому числі в гарячій соляній кислоті, що робить його надзвичайно коштовним матеріалом хімічного машинобудування. Широке впровадження даних сплавів обмежується високою вартістю вихідних металів, тому їх застосовують для виготовлення особливо відповідальних вузлів апаратів.

З метою економії дефіцитних легованих сталей використовують двошаровий листовий прокат (біметал), що складається із двох гомогенно з'єднаних шарів — товстого основного з вуглецевої сталі й тонкого плакуючого з легованої сталі. Товщину основного шару вибирають за умовами міцності, товщину шару, що плакує, -не менш 2 мм (у товстостінних апаратах звичайно не менш 5-6 мм). Максимальна температура для біметалу 450°С; при більше високій температурі можливе розшарування аркушів. Більше міцне з'єднань шарів біметалу забезпечується методом вибуху, при якому поверхня основного аркуша робиться рифленої, що забезпечує гарне зчеплення між аркушами. Для сильно корродирующих середовищ що мають високі властивості рідко застосовують двошарові сталі, тому що при зварюванні біметалічних листів можливий зсув крайок, внаслідок чого погіршується корозійна стійкість звареного з'єднання.

Стальне литво й кування. Зі сталевих виливків виготовляють виробу (автоклави, відповідальні деталі апаратури, трубопровідні арматури, фасонні деталі трубопроводів і ін.), що працюють у тяжких умовах. Сталеві литі апарати виготовляють зі сталі марок 20Л, 25Л, 20ХМЛ, Х28Л, X18H10TЛ. Кування істотно поліпшує механічні властивості стали, тому апаратуру, що працює при високих тисках, виготовляють не литий, а кутої.

Чавунне лиття. Сірий чавун має гарні ливарні властивості й легко обробляється. Корозійна стійкість його трохи вище, ніж у сталі. Чавунні апарати мають значно більшу товщину стінки, чим сталеві зварені, і, отже, витримують більшу втрату на корозію. У недалекому минулому чавунні литі апарати застосовувалися більш широко. У цей час їх по можливості заміняють сталевою звареною апаратурою.

При 100% …