壓力管道培訓(xùn)之材料2常用金屬材料

2常用金屬材料

2.1鑄鐵

2.1.1灰口鑄鐵

2.1.2可鍛鑄鐵

2.1.3球墨鑄鐵

2.2碳素鋼

2.2.1.碳素鋼的分類

2.2.2普通碳素鋼

2.2.3優(yōu)質(zhì)碳素鋼

2.2.4高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼

2.3合金鋼

2.3.1合金鋼分類

2.3.2常用合金鋼

2.4常用金屬材料技術(shù)條件標準

2常用金屬材料

介紹壓力管道中常用的金屬材料的分類、特點、用途和表示方法

金屬材料:黑色金屬：通常指鐵和鐵的合金

有色金屬：指鐵及鐵合金以外的金屬及其合金。

黑色金屬根據(jù)它的元素組成和性能特點分為三大類，即鑄鐵、碳素鋼及合金鋼。

2.1鑄鐵

鑄鐵：含碳量大于2.06%的鐵碳合金。

?真正有工業(yè)應(yīng)用價值的鑄鐵其含碳量一般為2.5%?6.67%。

?鑄鐵的主要成分除鐵之外，碳和硅的含量也比較高。由于鑄鐵中的

含碳量較高,使得其中的大部分碳元素已不再以Fe3C化合物存在，而

是以游離的石墨存在。

性能特點：是可焊性、塑性、韌性和強度均比較差，一般不能鍛，但它卻具

有優(yōu)良的鑄造性、減摩性、切削加工性能，價格便宜。

用途：常用作泵機座、低壓閥體等材料?；地下低壓管網(wǎng)的管子和管件。

根據(jù)鑄鐵中石墨的形狀不同將鑄鐵分為灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵。

2.1.1灰口鑄鐵：石墨以片狀形式存在于組織中的鑄鐵稱之為灰口鑄鐵。

?灰口鑄鐵澆鑄后緩冷得到的組織為鐵素體和游離石墨共存，斷口呈灰

色，灰口鑄鐵也因此而得名?；铱阼T鐵的各項機械性能均較差,工程上

很少使用。

2.1.2可鍛鑄鐵：經(jīng)過長時間石墨化退火，使石墨以團絮狀存在于鑄鐵組織中,

此類鑄鐵稱為可鍛鑄鐵。

性能特點：強度、塑性、韌性均優(yōu)于灰口鑄鐵，其延伸率可達12%；但可

鍛鑄鐵制造工藝復(fù)雜，價格比較高。

?由于可鍛鑄鐵具有一定的塑性，故"可鍛”的名稱也由此而出，其實它

仍為不可鍛。

用途：可鍛鑄鐵在工程上常用作閥門手輪以及低壓閥門閥體等。

根據(jù)斷面顏色或組織的不同，可鍛鑄鐵又分為黑心可鍛鑄鐵、白心可鍛

鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵三種。常用的是黑心可鍛鑄鐵。

2.1.3球墨鑄鐵:是通過在澆注前向鐵水中加入一定量的球化劑進行球化處理,

并加入少量的孕育劑以促進石墨化，在澆注后直接獲得具有球狀石墨

結(jié)晶的鑄鐵。

性能特點：球墨鑄鐵的各項性能指標均優(yōu)于可鍛鑄鐵，比可鍛鑄鐵價格便宜。

用途：可代替可鍛鑄鐵用在較苛刻條件下。用途更廣泛。

鑄鐵命名：根據(jù)GB9439的規(guī)定鑄鐵的牌號表示方法：

QT400-15QT450-10KTH330-8

I_____延伸率（％）

最低抗拉強度（MPa）

----------“球鐵”漢語拼音第一個字母

2.2碳素鋼

碳素鋼：含碳量小于等于2.06%的鐵碳合金稱為碳素鋼。

2.2.1.碳素鋼的分類

「工業(yè)純鐵CW0.04%的Fe、C合金

低碳鋼CW0.25%的鋼（強度低塑性好焊接性能好Q235-A、20g、20用于管道壓容）

a.按化學(xué)成E中碳鋼

C>0.25~0.60%的鋼。強度及塑性適中，用于緊固件和鍛件如：35鋼

（含碳量）高碳鋼00.60%的鋼強度和硬度高、塑性差，可制作彈簧、鋼絲繩等。如

65Mn（c=0.62~0.7）

甲類鋼A按機械性能供應(yīng)鋼Al,A2,A3-A7

‘普通碳素鋼J乙類鋼B按化學(xué)成分供應(yīng)的鋼Bl,B2,…B7等

(PWO.05%

SW0.05%)［特類鋼C按機械性能+化學(xué)成分C1,C2,C3…C

<

b.按品質(zhì)分類優(yōu)質(zhì)碳素鋼(PW0.04%SW0.04%)10,15,20,25

I高級優(yōu)質(zhì)鋼(PWO.03%S<0.02%)

r平爐鋼普碳鋼、低合金鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼

‘冶煉設(shè)備J轉(zhuǎn)爐鋼普碳鋼

、電爐鋼優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼

c.冶煉方法<

r沸騰鋼A3F

脫氧程度

、J鎮(zhèn)靜鋼A3

、半鎮(zhèn)靜鋼18Nbb(18銅半)

結(jié)構(gòu)鋼

d.按用途J承壓用鋼(壓力容器用、鍋爐用鋼)

］工具鋼

特種用途鋼

<I高級鑄鋼S、PW0.04%

H優(yōu)級鑄鋼S、PW0.05%

，鑄鋼1III普通級鑄鋼S、PW0.06%

一般閥門均為鑄鋼，一般應(yīng)注明級別，不注為山級。適用于制造一些形狀復(fù)雜,

I難以進行鑄造和切削加工成形而又要求較高的強度和塑性的零件。

鍛鋼用鍛造方法生產(chǎn)的各種鍛材和鍛件。鍛鋼的質(zhì)量和機械性能都優(yōu)于鑄鋼，能承

e.按成型方法受大沖擊力的作用，用于重要的受力零件。

熱軋鋼表面質(zhì)量及尺寸精度較差，不能軋制細、薄的鋼材。主要用來生產(chǎn)

型鋼、鋼管、鋼板等大型鋼材。

軋鋼冷軋鋼與熱軋相比，表面光潔、尺寸精確、機械性能好。常用來軋制表

面質(zhì)量優(yōu)良和尺寸精確的板、管、帶等細薄產(chǎn)品。

冷拔鋼以熱軋鋼為原料，在冷態(tài)下進行多次拉拔而成的各種鋼材。特點：精度高、

表面質(zhì)量好。主要用于生產(chǎn)鋼絲和小直徑園鋼和鋼管。

2.2.2普通碳素鋼

?普通碳素鋼與優(yōu)質(zhì)碳素鋼相比，由于它的有害雜質(zhì)元素S、P含量相對較高,

綜合機械性能和耐蝕性較差，故不宜用在較重要的場合，但普通碳素鋼價格便宜,

故工程上常用于各種鋼構(gòu)架、支吊架等，而流體輸送管道上使用時常給與一定的

限制。

?普通碳素鋼根據(jù)冶痂i程的脫輜踱分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼三種。

沸騰鋼：在澆鑄前不用硅和鋁脫氧，鋼液中含氧量多,澆注及凝固時會產(chǎn)生

大量co氣泡，在鋼錠模內(nèi)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，這類鋼叫沸騰鋼。

沸騰鋼冷凝后沒有集中縮孔,因而成材率高，成本低,表面質(zhì)量及深沖性

能好。但因含氧量高，成分偏析大，內(nèi)部雜質(zhì)多，抗腐蝕性和機械性能差,.

且容易發(fā)生時效硬化和鋼板的分層,故不宜作重要用途。

鎮(zhèn)靜鋼：而脫氧較完全，澆鑄時鋼水在鋼錠模內(nèi)不產(chǎn)生co氣體，這類鋼叫鎮(zhèn)靜鋼。

成材率低，成本高。但鎮(zhèn)靜鋼中氣體含量低，時效傾向小，鋼鏡中氣泡、

疏松較少，質(zhì)量較好。

半鎮(zhèn)靜鋼：進行中等程度脫氧，介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼叫。

普通碳素鋼的表示方法和代號發(fā)GB700標準

Q235AF

I——F沸騰鋼，b半鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼省略

——質(zhì)量等級號,A級不做沖擊試驗,B級做常溫V形缺口沖擊試驗；

C、D兩級常用在重要場合下

----材料的屈服強度,MPa。分別為195、215、235、255、275五個等級

----------“屈”字漢語拼音第一個字母。

?壓力管道中常用的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號為Q235A(F、b)、Q235B(F、b)、

Q235C、Q235D四種，這些牌號的質(zhì)量要求是順次提高的。材料標準為GB700。

2.2.3優(yōu)質(zhì)碳素鋼

?優(yōu)質(zhì)碳素鋼中的有害雜質(zhì)元素S、P比普通碳素鋼低，不僅如此,二者的

冶煉方法也多有不同，普通碳素鋼多用成本最低轉(zhuǎn)爐冶煉,而優(yōu)質(zhì)碳鋼則采用平

爐或純氧頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉，脫氧較好,雜質(zhì)含量較低，故其綜合機械性能、耐蝕性等均

優(yōu)于普通碳素鋼。優(yōu)質(zhì)碳素鋼與高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼相比，價格不高，且是工程上應(yīng)用

最廣泛的碳素鋼。

?優(yōu)質(zhì)碳素鋼的表示方法和代號笈GB22/標準:

08F

II—沸騰鋼

I_____萬分之幾“C”

20g(25g)

II-鍋爐鋼

I_____C:0.17~0.24%

XXXXXXX

?-------特殊用途標記，R壓容用鋼；g鍋爐用鋼；D低溫用鋼

如為沸騰鋼或半鎮(zhèn)靜鋼,尚應(yīng)加“F"或"b"

-------含鎰元素的量達到0.7%以上時，或特意加入的其它元素，為該元素的化

學(xué)符號，如Mn、Si等(16MnR)

I____________兩位數(shù)字,表示鋼中平均含碳量的萬分之幾如：10、20、25、35等

I------------------------“ZG”表示鑄鋼，鑄鋼以外的生產(chǎn)方法不表示。

?GB/T699給出了優(yōu)質(zhì)碳素鋼的化學(xué)成分和機械性能要求。

該標準共列出了08F、10F、15F、08、10、20、25、……70Mn等31種材料牌號;

壓力管道中常用的牌號為08、10、20三種。

2.2.4高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼

高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼各方面性能略優(yōu)于優(yōu)質(zhì)碳素鋼,但價格較高，工程上用的

并不多。一般情況下,如果采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼不能滿足使用條件要求時、將考慮選

用相應(yīng)的合金鋼而不用高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼。高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼在優(yōu)質(zhì)碳素鋼的牌號

后加A

2.3合金鋼

合金鋼：為了提高鋼的機械性能、工藝性能或物理化學(xué)性能,通常有意識地

向鋼中加入一些合金元素,由此得到的鋼就叫合金鋼。

2.3.1合金鋼分類

表2—1合金鋼分類（用途）

第?層第二層分類第三層分類特點及用途

1.低碳型合金鋼，合金元素總量一般才3%；

2.強度明顯高于碳素鋼，有較好的塑性和韌性，可焊

低合金鋼

性尚可；

3.用于中高溫、抗氫、抗高溫硫腐蝕等。

1.中碳型合金鋼，合金元素含量較低；

調(diào)質(zhì)鋼2.強度較高；

合金結(jié)構(gòu)鋼3.用于高溫螺栓、螺母材料等。

1含碳量比調(diào)質(zhì)鋼高；

彈簧鋼2經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，強度較高抗疲勞強度較高；

合金鋼3用于彈簧材料。

1高碳型合金鋼，合金含量較高；

滾動軸承鋼2具有高而均勻的硬度和耐磨性；

3用于滾動軸承。

1高碳型合金鋼，合金元素含量較低；

合金工具鋼量具鋼2具有高的硬度和耐磨性，機加工性能好，穩(wěn)定性好；

3用于量具材料。

1低碳高合金鋼；

特殊性能鋼不銹鋼2抗腐蝕性好；

3用于抗腐蝕、部分可做耐熱材料。

1低碳高合金鋼；

耐熱鋼2耐熱性能好；

3用于耐熱材料、部分可做抗腐蝕材.料。

1低碳合金鋼，根據(jù)耐低溫程度合金元素有高有低；

低溫鋼2抗低溫性好；

3用于低溫材料（專用鋼為銀鋼）。

合金元素因溶于鐵素體中起固溶強化作用,從而提高了材料的硬度和強度,

但同時卻使其韌性和塑性相對降低。

材料在低溫下強度一般略有提高,但塑性和韌性則下降很多,通過添加一些

合金元素可提高材料在低溫下的塑性和韌性。

奧氏體不銹鋼由于含有較多的合金元素又具有單一的奧氏體組織,故它具

有較好的抗氧化腐蝕性能和高溫使用性能。工程上，奧氏體不銹鋼常用于多種腐

蝕工況和高溫工況。

合金鋼的優(yōu)點

合金鋼與碳素鋼相比，它具有較高的強度，較好的耐熱性,較好的耐低溫性能,

較好的耐腐蝕性能等優(yōu)點，甚至有些生產(chǎn)環(huán)境采用碳素鋼是滿足不了要求的。故

合金鋼是壓力管道中常用的也是很重要的材料。

2.3.2常用合金鋼

壓力管道中常用的合金鋼有低合金鋼、調(diào)質(zhì)鋼、不銹鋼、耐熱鋼和低溫

鋼。其它鋼種有時也會偶爾碰到在此不再作進一步的介紹。

a.低合金鋼

低碳型合金鋼，合金元素總量一般43%；強度明顯高于碳素鋼，有較好的

塑性和韌性，可焊性尚可；低合金鋼有碳鎰系、碳鎰專凡系、銘鑰系、銘鑰鋼系

?碳鎰系和碳銃帆系

GB/T1591給出了化學(xué)成分和機械性能要求；

?材料牌號為Q295A(B)、Q345A?E、Q390A?E、Q420A?E、Q460C-E;

?用于常溫及以上溫度時，可用A、B或C級；用于一20?―40℃時，，

可用C或D級

?表示方法及代號同普通碳素鋼

?銘相系和銘鋁帆系

GB/T3077給出了化學(xué)成分和機械性能要求；

?材料牌號主要為12CrMo、15CrMo.12CrlMoV；

?它們常用作抗氫腐蝕、抗高溫硫或硫化氫腐蝕和耐熱(次高溫)等材料

例如,12CrMo和15CrMo常用于550℃以下的高溫工況,或用于320℃以下

的臨氫工況;12CrlMoV常用于575℃以下的高溫高壓蒸汽介質(zhì)。

?表示方法及代號

XXXXXXXXX

一特殊用途標記，同優(yōu)質(zhì)碳鋼部分。對高級優(yōu)質(zhì)合金鋼，在其后加“A”

?----------主要合金元素符號及其含量，其中前兩位為元素符號，后兩位數(shù)字

為該合金元素的平均百分比含--數(shù)鈉一位數(shù)時則用一個數(shù)字

表示，含量不足1.5%時可省略不注。有多個合金元素時則依次按

此規(guī)則填寫。

-------------------兩位數(shù)字,表示鋼中平均含碳量的萬分之幾。

兩個字母“ZG”鑄鋼，鑄鋼以外的生產(chǎn)方法不表示。

25Cr2MoVA

1——高級優(yōu)質(zhì)合金鋼

-------------合金元素含量＜1.5%X僅標合金元素

1.5-2.49%標“2”

2.5-3.49%標“3”

3.5-4.49%標“4”

17-19.00%標“18”

----------------含碳量25%%（兩位數(shù)字表示）

b.調(diào)質(zhì)合金鋼

?中碳型合金鋼，合金元素總量一般43%；

?它的含碳量較高，強度高，可焊性差；

?GB/T3077給出了化學(xué)成分和機械性能要求；

?材料牌號為40Cr、45Cr、30CrMo、30CrMoA>35CrMo、35CrMoA>25CrMoV\等

?用于螺栓、螺母材料

?表示方法及代號同低合金鋼中的銘鋁系和銘鑰電凡系

c.不銹鋼

?不銹鋼特點

?合金元素含量比較高，均超過10%,有的高達50%甚至更多；

?它含有大量的合金元素，故其耐熱、耐蝕等性能大大優(yōu)于碳素鋼和低合

金鋼，但隨之而來的是其價格也遠遠高于碳素鋼和低合金鋼。

?分類（按常溫的組織不同）

奧氏體型

奧氏體-鐵素體雙相型

鐵素體型

馬氏體型

沉淀硬化型

?表示方法

!Crl8Ni9Ti0Crl8Ni900Crl8Nil8

---------合金元素表示方法同低合金鋼

----------------含碳量千分之幾(一位數(shù)表示)

C<0.1%用“0”表示“低碳”

<0.03%用“00”表示“超低碳”

?常用不銹鋼

1)奧氏體不銹鋼

?根據(jù)其含碳量的不同分為高碳型、低碳型(CW0.08%)、和超低碳型；

?常溫為單一奧氏體組織，消除了組織間的電位差，故有利于抗電化學(xué)腐蝕；

?它含有大量耐蝕合金元素，抗高溫化學(xué)腐蝕；

?具有良好的機械性能和可焊性；

?價格較高。

?GB1220標準共給出了33種奧氏體不銹鋼的材料牌號，而常用的材料

牌號有0Crl8Ni9(304)^00Crl9Nil0(304L)>0Crl7Nil2Mo2(316)^00crl7Nil4Mo2(316L).

0Crl8Nil0Ti(321)>0Crl8NillNb(347)>0Cr25Ni20(310)>0Cr23Nil3等。

派高碳奧氏體不銹鋼含碳量較高(C=0.04%?0.12%),高溫強度較高，常

用作耐熱鋼；

派超低碳型奧氏體不銹鋼含碳量較低(CW0.03%),不易產(chǎn)生晶間腐蝕傾

向，常用作耐蝕鋼；強度較低，不應(yīng)在高溫下使用。

派低碳型奧氏體不銹鋼含碳量(CW0.08%,性能介于高碳和超低碳之間；

2)奧氏體一鐵素體型不銹鋼

?常溫組織為奧氏體+鐵素體組織；

?由于含有硅、鋁等合金元素，加之它具有雙相組織，故它抗氯化物引起的

晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕性能明顯優(yōu)于奧氏體型不銹鋼。

?具有良好的綜合機械性能和可焊性;

?常代替奧氏體型不銹鋼用于容易發(fā)生晶間腐蝕的工作環(huán)境。

?但該種材料制造工藝復(fù)雜，成本較高,價格約是奧氏體型不銹鋼的(3-4)倍,

故這種材料在工程上應(yīng)用的并不普遍；

?GB1220標準給出了0Cr26Ni5Mo2、lCrl8NillSi4AlTi、00Crl8Ni5Mo3Si2

共3種奧氏體一鐵素體型不銹鋼的材料牌號。

3)鐵素體型不銹鋼

?常溫組織為鐵素體組織。

?由于它的平均含鋁量大于11.7%,可在材料表面形成一層致密的Cr氧化薄

膜，能有效地保護材料免遭腐蝕。但其防腐性能不如奧氏體型不銹鋼，

?焊接性能比較差；

?常用在腐蝕性較弱的環(huán)境。在壓力管道中應(yīng)用的不多，而在壓力容器中常

用作復(fù)合材料的復(fù)層；

?GB1220標準共給出了7種鐵素體型不銹鋼的材料牌號，常用的材料牌號

有00crl2和OCrl3Ao

4)馬氏體不銹鋼

?合金含量與鐵素體型不銹鋼類似；

?碳含量較高，具有較高的硬度和耐磨性，耐蝕性較弱；

?常被用于手術(shù)刀，壓力管道中碳素鋼和銘鋁鋼閥門的閥桿和閥芯；

?GB1220標準共給出了18種馬氏體型不銹鋼的材料牌號，常用的材料牌

號有l(wèi)crl3和2CH3、3513。

5)沉淀硬化型不銹鋼

?指可以進行沉淀硬化處理的奧氏體或馬氏體不銹鋼；

?有很高的強度和硬度，耐蝕接近奧氏體不銹鋼，

?壓力管道中用作螺栓和螺母材料；

?GB1220標準共給出了3種材料牌號，0Crl7Ni4Cu4Nb>0Crl7Ni7Al>

0Crl5Ni7Mo2Al.

e.耐熱鋼

?除超低碳不銹鋼和雙相不銹鋼外，大多數(shù)不銹鋼都可作為耐熱鋼；

?GB1221標準共給出了40種耐熱鋼的材料牌號，常用的牌號有：

奧氏體型：0Crl8Ni9(304)、0Crl7Nil2Mo2(316)>0Crl8Nil0Ti(321)>

0Crl8NillNb(347)>0Cr25Ni20(310)>0Cr23Nil3等;

鐵素體型：00crl2和OCr13Al等；

馬氏體型:lCr5Mo>lcrl3和2CH3、3Crl3等；

沉淀硬化型：0Crl7Ni4Cu4Nb、0Crl7Ni7Al等

※工程上常用的耐熱合金鋼還有Cr2Mo、Cr9Mo等材料，但