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化工材料(英文名:chemical engineering materials)是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。
化工新材料是新材料产业的一个重要分支,是基础化学工业具活力和发展潜力的领域。发展化工新材料产业在突破国内资源“瓶颈”,环境保护、调整产业结构,保持石油和化学工业平稳、较快和可持续发展方面“大有可为”。2011年中国原油对外依存度已突破55%,且连续三年超50%警戒线,预计到2020年对外依存度将达67%。国内石化工业能源利用率比发达国家平均低15%,而一些产品单位能耗要高出20%-30%;国内石化产品结构性矛盾,总产值的65%以上是由石油和天然气开采、精炼石油、基础化学原料和肥料等初级加工产品构成,不能满足相关产业的需求。
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。
金属耐蚀性的评定标准,按均匀腐蚀率大小分四个等级。对于精密部件和高压、有危险性的设备应用腐蚀率极低的材料,一般容器、设备等则可用二三级材料,适当增加壁厚,可较命。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。
选材的目的是避免设备、建筑等过早地损坏,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优、价格低,但往往耐蚀性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,以选择合适的材料。一般短期运转的中间试验设备,小型、间断操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。
某些无机非金属材料因硬度高而耐磨,如用金刚石、碳化硅、刚玉等制作的砂轮、砂布(纸)、油石、研磨剂和刀具,可供磨削和切削之用;有些材料因有高弹性而耐磨,如橡胶轮胎和运输皮带能抵抗泥沙、矿石、煤炭等颗粒的磨损;有些材料借其自身固有的润滑性能和低摩擦系数而能减少摩擦和磨损,如塑料、石墨、氮化硅等制成的轴承、导轨、活塞环、密封圈等机械零件,能在无油干摩擦或少油润滑条件下安全运行,这对忌油脂或不便供给油润滑的场合特别有利。