基礎(chǔ)壓力管道資料常識講座-華中科大教材

壓力管道材料

目錄

1金屬材料基礎(chǔ)知識

1.1金屬的微觀結(jié)構(gòu)

L2金屬材料的基本性能

1.3溫度對金屬材料的影響

1.4常見元素對金屬材料性能的影響

2常用金屬材料

2.1鑄鐵

2.2碳素鋼

2.3合金鋼

3壓力管道常用金屬材料的基本限制條件

3.1一般限制條件

3.2常用材料的應(yīng)用限制

3.3其它方面對材料的限制

4應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系

4.1國際上常用的標(biāo)準(zhǔn)體系

4.2國內(nèi)常用的標(biāo)準(zhǔn)體系

5管道壓力等級

6管道器材選用

7表面處理、防腐、涂層

8管道施工及驗收規(guī)范

1金屬材料基礎(chǔ)知識

金屬材料的基本知識僅介紹金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)、基本性能、常見元素對性能的

影響以及金屬材料的分類及牌號標(biāo)識等內(nèi)容。

1.1金屬的微觀結(jié)構(gòu)

1.1.1碳鋼與鑄鐵

由95%以上Fe+(0.05-4%)C組成的Fe、C合金。

1)鐵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

將鐵水緩冷到其凝固點1534C以下，鐵水就開始結(jié)晶，直到全部結(jié)晶成固態(tài)鐵

為止，溫度才又繼續(xù)下降。所結(jié)晶成的固體是由許多小顆粒組成，每個小顆粒具

有不規(guī)則的外形，叫晶粒。

每個晶粒內(nèi)部都是由無數(shù)個原子按一定的規(guī)律排列而成。若將各個原子的中心用

線條連接起來，組成一個空間格子，可用來說明原子排列的規(guī)律性，這種空間格

子叫‘‘晶格"。

常見的金屬晶格形式：面心立方晶格體心立方晶格

?Fe的晶格形式

1534c?1390℃體心立方排列叫8鐵

1390℃~910℃面心立方排列叫Y鐵

910℃以下體心立方排列叫a鐵

a鐵Y鐵6鐵

這種在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度發(fā)生改變的現(xiàn)象叫“同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變”。它是鋼鐵能

夠進行多種熱處理而改變其性能的重要依據(jù)。

2)碳的存在形式

?固溶體：就是由兩種或兩種以上的化學(xué)元素，在固態(tài)下互相溶解構(gòu)成的單一均

相物質(zhì)。

?鐵素體碳溶解在體心立方晶格Fe原子之間形成的固溶體。是低碳鋼在常溫

時的主體相。

?奧氏體碳溶解在面心立方晶格Fe原子之間形成的固溶體。是碳鋼在高溫時的

組織。

?滲碳體：鐵碳合金中的碳不能全部溶入鐵素體、奧氏體中時，“剩余”的碳

與鐵形成的鐵碳化合物（Fe3C）的晶體組織。

?石墨：鑄鐵中的C>2.06%,奧氏體最大溶碳量2.06%,剩余的C以石墨形

式存在。

1.1.2鐵碳合金相圖（相圖略）

鐵碳合金相圖是表示不同成分的鐵碳合金在不同溫度下所具有的狀態(tài)或組織

的關(guān)系圖。

相圖的作用通過鐵碳合金相圖能掌握鋼的組織隨成分和溫度變化的規(guī)律，以便

能夠正確制定熱處理和熱加工的工藝，是改變其組織，獲得所需要的性能的依據(jù)。

相圖中有：

兩個組元：鐵（Fe）性能表現(xiàn)為強度和硬度較低，塑性和韌性較好

滲碳體（Fe3C）性能表現(xiàn)為硬而脆

四個基本相：液相（L）、鐵素體（a）、奧氏體（Y）和滲碳體（Fe3C）

兩個次生相：珠光體（鐵素體+滲碳體的兩相機械混合物）具有良好的強度和

硬度又具有良好的塑性和韌性，屬常溫穩(wěn)定組織

萊氏體（奧氏體+滲碳體的兩相機械混合物）

在平衡狀態(tài)下：

C=0.8%珠光體共析鋼

CX0.8%鐵素體+珠光體亞共析鋼（GS亞共析鋼線）

00.8%滲碳體+珠光體過共析鋼（ES過共析鋼）

GS線：（X0.8%的鐵碳合金加熱時鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了溫度線（Ac3）,

或者冷卻時奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開始溫度線（Ar3）。

ES線：0.8%<C<2.06%的鐵碳合金加熱時滲碳體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了溫度線

（Accm）,或者冷卻時奧氏體向滲碳體轉(zhuǎn)變的開始溫度線（Arcm）o

PSK線：鐵碳合金加熱時珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度線（Acl）,或者冷卻時奧

氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的溫度線（Ari）。

1.1.3碳鋼的熱處理

?熱處理：就是利用鋼在固態(tài)范圍內(nèi)的加熱、保溫和冷卻以改變其組織，獲得

所要求的性能。按照熱處理的操作及其過程所發(fā)生的組織變化的不同，將熱處理

分為淬火、回火、退火及化學(xué)熱處理。

淬火：是將鋼加熱至超過臨界溫度以上，保溫一定時間后，以快速冷卻，使其得不

到穩(wěn)定的組織。

目的：是為了獲得馬氏體以提高工件的硬度和耐磨度。

回火：是將淬火后的鋼重新進行不超過臨界溫度（GS線）時加熱，使之得到較

為穩(wěn)定的組織。根據(jù)對零件機械性能的具體要求回火的加熱溫度分為低、中、高

溫三種。

目的：消除淬火后工件的內(nèi)應(yīng)力，并降低材料的脆性。鋼件在淬火后，兒乎總是

跟著回火。

退火：退火處理時用來消除鋼材在焊接、鑄造或鍛造后遺留下來的粗晶組織和內(nèi)

應(yīng)力，降低硬度，增加塑性和韌性，消除偏析。

完全退火一將鋼加熱到GS線以上20~30℃,經(jīng)保溫后隨爐緩冷或埋在保溫

灰中緩冷。

低溫退火一加熱至小于臨界點PSK的溫度而后緩慢冷卻。

目的是消除工件在焊接過程中所形成的內(nèi)應(yīng)力，以防脆裂。

正火：是退火的一種變態(tài)，它與退火不同之處是在靜止空氣中冷卻。

1.1.4常用壓力管道材料使用的熱處理狀態(tài)

1.2金屬材料的基本性能

金屬材料的基本性能一般包括：

機械性能、耐腐蝕性能、物理性能、制造工藝性能和經(jīng)濟性。

1.2.1機械性能(5.13/P168)

材料的機械性能是指在外力的作用下，材料抵抗破裂和過度變形的能力。

它包括材料的強度指標(biāo)、彈性指標(biāo)、塑性指標(biāo)、韌性指標(biāo)、疲勞強度、斷裂韌度

和硬度等。

1.2.2.耐腐蝕性能（化學(xué)性能）

腐蝕不僅會造成金屬的損失，更重要的是會導(dǎo)致金屬的破壞，從而威脅到壓力管

道的安全。事實已證明，許多壓力管道的破壞都與材料的腐蝕有關(guān)。

?材料的選擇應(yīng)避免應(yīng)力腐蝕的發(fā)生，因為它會帶來壓力管道在不可預(yù)知的

情況下突然斷裂，從而導(dǎo)致重大事故的發(fā)生；

?選用的材料應(yīng)有足夠的抗介質(zhì)均勻腐蝕的能力，以便材料不致于在短時間內(nèi)

因腐蝕造成的管道壁厚急劇減薄而失效。等等。

1.2.3物理性能

材料的物理性能主要是指：

密度P（kg/m3）、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、熔點Tm（℃）、線膨脹系數(shù)、彈性模量E、比

重

1.2.4.制造工藝性能

材料的制造工藝性能也是影響材料選擇的一個重要因素，主要有：

1）切削加工性能；2）可鑄性;3）可鍛性；4）可焊性；5）熱處理性能；

1.2.5材料的經(jīng)濟性

材料的選擇不能脫離經(jīng)濟性這個杠桿作用，這就是工程材料研究與一般材料研究

區(qū)別的顯著標(biāo)志。選材的原則：

1）設(shè)計選材既要可靠，又要經(jīng)濟，能用低等級材料時就不要選用高等級材料。

2）對材料的制造要求也應(yīng)適當(dāng)，要結(jié)合使用條件來規(guī)定各項檢查試驗要求。

3）對于每一種金屬材料來說，以上各類性能不可能都是優(yōu)秀的，選用材料時，

只能揚長避短，物盡其用。

1.3溫度對金屬材料性能的影晌

1.3.1金屬材料在高溫下的性能變化

1）材料的蠕變及應(yīng)力松弛

材料的蠕變：當(dāng)材料的使用溫度超過其熔點的（0.25?0.35）倍時，金屬性能已

處于不穩(wěn)定狀態(tài)，此時若在外力的作用下，會出現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象:雖然材料的應(yīng)

力不再增加，但其變形卻隨著時間的增加而繼續(xù)增大，而且出現(xiàn)了不可恢復(fù)的塑

性變形。

?一般情況下，對碳鋼，考慮蠕變發(fā)生的起始溫度為300?350C,對銘鋁合金

鋼則為400?450℃。

應(yīng)力松弛：與蠕變現(xiàn)象相反，當(dāng)材料受高溫和外力的持續(xù)作用時可能會出現(xiàn)：材

料的總應(yīng)變量不變，使其中部分彈性變形轉(zhuǎn)化成了塑性變形，從而導(dǎo)致彈性應(yīng)力

降低，即意味著金屬材料被〃放松〃了。

2）材料的球化和石墨化

材料的球化:在高溫作用下，碳鋼中的滲碳體由于獲得能量而將發(fā)生遷移和聚集,

形成晶粒粗大的滲碳體并夾在鐵素體內(nèi)，尤其是對于珠光體碳鋼，其滲碳體會由

片狀逐漸轉(zhuǎn)變成球狀。這種現(xiàn)象稱為材料的球化。

球化的結(jié)果：使得材料的抗蠕變能力和持久強度下降，而塑性增加。

?一般情況下，碳鋼長期處于450C以上溫度環(huán)境時，就有明顯的球化現(xiàn)象。

材料的石墨化：對于碳鋼和一些低合金鋼，在高溫作用下，其組織中會出現(xiàn)這樣

一種現(xiàn)象:其過飽和的碳原子發(fā)生遷移和聚集，并轉(zhuǎn)化為石墨（石墨為游離的碳原

子）。由于石墨強度極低，并以片狀存在于珠光體內(nèi)，將使材料的強度大大降低,

而脆性增加。這種現(xiàn)象稱為材料的石墨化。

?一般情況下，碳鋼長期處于425℃以上溫度環(huán)境時，就有石墨化發(fā)生，而在

475℃以上時則明顯出現(xiàn)。SH3059標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，碳鋼的最高使用溫度為425℃,而

GB150規(guī)范則規(guī)定其最高使用溫度為450℃o

3)材料的高溫氧化

金屬的氧化金屬材料處于高溫和氧化性介質(zhì)(如空氣)的環(huán)境中時，將會被氧化。

氧化產(chǎn)物為疏松的非金屬物質(zhì)，容易脫落，故有時也稱其金屬的氧化為脫皮。

1.3.2金屬材料在低溫下的性能變化

在低溫情況下，材料因其原子周圍的自由電子活動能力和“粘結(jié)力”減弱而使金

屬呈現(xiàn)脆性。一般情況下，對于每種材料，都有這樣一個臨界溫度，當(dāng)環(huán)境溫度

低于該臨界溫度時，材料的沖擊韌性會急劇降低。通常將這一臨界溫度稱為材料

的脆性轉(zhuǎn)變溫度。為了衡量材料在低溫下的韌性，常用低溫沖擊韌性〈沖擊功)

來衡量.

1.4常見元素對金屬材料性能的影晌

黑色金屬材料的基本元素是鐵(Fe),所以對材料性能的影響主要是指鐵以外的其

它元素。

1.4.1常用碳素鋼中各元素對其性能的影響

碳素鋼中，其主要影響元素是碳(C)。除此之外，尚有硅(Si)、硫(S)、氧(0)、

磷(P)、碑⑹、睇(Sb)等雜質(zhì)元素

a碳(C)在碳素鋼中的作用

b硅(S)在碳素鋼中的作用

c硫(S)、氧(0)在碳素鋼中的作用

d磷(P)、神(As)、睇(Sb)在碳素鋼中的作用

1.4.2.常用低合金鋼中各元素對其性能的影響

管道中除螺栓材料外，常用的低合金鋼為含碳量小于0.20%的碳鎰鋼、硅鋼、

輅鋁鋼、輅鉗鋼鋼和輅鋁鋼鋁鋼，而螺栓材料則常用含碳量為0.25%?0.45%

的輅鋼和輅鉗鋼。

主要影響元素：碳要)、鎰要n)、輅要r)、Mo、V、Si、Al

雜質(zhì)元素：S、0、P、As>Sb,

a碳(C)在低合金鋼中的作用同碳素鋼部分。

b鎰(Mn)在低合金鋼中的作用

c銘(Cr)在低合金鋼中的作用

d鑰(Mo)在低合金鋼中的作用

e鈕(V)在低合金鋼中的作用

f硅(st)在低合金鋼中的作用

g鋁(AL)在低合金鋼中的作用

h硫(S)、氧(0)、磷(P)、碑(As)、睇(Sb)等雜質(zhì)元素同在碳素鋼中的作用。

1.4.3常用高合金鋼中各元素對其性能的影響

壓力管道中常用的高合金鋼為含碳量小于0.10%的銘鑰、銘銀、銘銀鑰耐熱鋼

和不銹鋼。

高合金鋼中，其主要影響元素：碳(0、格(Cr)、鋁(Mo)、銀(Ni)、鈦(TI)、硅

(Si)等；

雜質(zhì)元素：硫(S)、磷(P)、神(As)、睇(Sb)等。

a碳(C)在高合金鋼中的作用

b鋁在高合金鋼中的作用與在低合金鋼中的作用相似。

c銀(Ni)在高合金鋼中的作用

d鈦(Ti)在高合金鋼中的作用

e硅(S)在高合金鋼中的作用

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(biāo)準(zhǔn)

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(biāo)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(％)

________(MPa)

----------“球鐵，漢酬音第一個字母

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(強度低莖性好焊接性能好Q235-A.20g、20用于管道壓容)

a.按化學(xué)成衣中碳鋼00.255.60%的鋼.強度及理性適中，用于素固件和鍛件如：35鋼

(含珠量)高碳鋼00.60%的鋼強度和硬度高、堡性差，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..乙類鋼B按化學(xué)成分供應(yīng)的鋼BLB2,…B7等

(PS0.05%

SW0.0596)[隧鋼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)強素鋼(PW0.04%S^0.04%)10,15,20.25

'高級(PW0.03%SW0.02%)

r平爐鋼普磔鋼、低合金鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼

’冶煉設(shè)備.轉(zhuǎn)爐鋼普碳鋼

電?

c.m^<

「沸騰鋼A3F

.鎮(zhèn)靜鋼A3

ISNbb(18

結(jié)構(gòu)鋼

d按用途I承壓用鋼在力容器用、鍋爐用鋼)

］工具鋼

I特種用途鋼

r\高級鑄鋼S、P^O.04%

II優(yōu)級鑄鋼S,P40.05%

/鑄鋼jIII普通級鑄鋼S、PC0.0686

一般閥門均為他鋼，一般應(yīng)注明級別，不注為III級.適用于制造一型形狀復(fù)雜,

I難以進行鑄造和切削加工成形而又要求較高的強胸塑性的零件.

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)量及尺寸精度粒差，不能軋制細(xì)、薄的鋼材.主要用來生產(chǎn)

.1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(xì)薄產(chǎn)品.

I冷拔鋼以蒸軋鋼為原料，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)冶煉過程的脫氧程度分為沸騰鋼、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,表囪質(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我G8700標(biāo)準(zhǔn)

0235AF

?—F沸騰鋼，b半鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼省略

——質(zhì)量等級號,A緩不做沖擊試驗再級做常溫V形缺口沖擊試驗；

C,D兩緩常用在重要場合下

--------材料的屈服強度,MPa.分別為195、215^235、255、275五個修

----------"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(biāo)準(zhǔn)為GB700o

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依G822/標(biāo)準(zhǔn):

08F

I—沸騰鋼

萬分之幾“C，|

20g(25g)

II—鍋爐鋼

I_____C:0.17?0.24%

XXXXXXX

?------特殊用途標(biāo)記，R壓容用f?；g鍋爐用鋼；D低溫用鋼

如加肘g鋼或半鎮(zhèn)靜鋼，尚應(yīng)加或5'

------轉(zhuǎn)元^的量達到0.7%以上時事特意加入的其它元素，為該元素的化

學(xué)符號，如MIKSiW(16MnR)

I____________兩國改字液示鋼中平均含碳室的萬分之幾如：10、20、25、35等

I------------------------“ZG”表示鑄鋼，鑄殛的卜的生產(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(biāo)準(zhǔn)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

卜,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)

第三層分類卜點及用途

1層1第二層分類

1.低碳型合金鋼，合金元素總量一般才3%；

低合金鋼2.強度明顯高于碳素鋼，有較好的塑性和韌性，可焊性尚可；

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；

3.用于高溫螺栓、螺母材料等。

合金結(jié)構(gòu)鋼

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；

3用于彈簧材料。

1高碳型合金鋼，合金含量較高；

合金鋼滾動軸承鋼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；

不銹鋼2抗腐蝕性好；

3用于抗腐蝕、部分可做耐熱材料。

特殊性能鋼

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，合金元素總量一般生3%；強度明顯高于碳素鋼，有較好的塑性和韌性，可

焊性尚可；低合金鋼有碳鋪系、碳鋪鈕系、銘鉗系、銘鉗鈿系

?碳錦系和碳鎰鋼系

GBrri59i給出了化學(xué)成分和機械性能要求；

1材料牌號為Q295A(B)、Q345A?E、Q390A?E、Q420A?E、Q460C-E;

1用于常溫及以上溫度時，可用A、B或C級；用于一2（k--40℃

時，可用C或D級

1表示方法及代號同普通碳素鋼

?銘鑰系和銘鑰帆系

GB/T3077給出了化學(xué)成分和機械性能要求；

1材料牌號主要為12CrMo>15CrMo>12CrlMoV；

I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,12CrM。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)。

1表示方法及代號

特殊用途標(biāo)記同優(yōu)噴蝴部分.對高級優(yōu)質(zhì)合金鋼，在其后加“A”

主要素醋及其含量其中前兩位碗素酒后兩簸字

為該合金元素的平均百分比禽罩.數(shù)字為一位數(shù)時用一個敷字

表示，含量不足L5%時可省略不注.有多個合金元素時則依次按

1ttMg.

兩位數(shù)字表示鋼中平均含硅正的萬分之幾.

兩個字母“ZG”鑄鋼，鑄碰矽卜的生產(chǎn)方法不表示.

25Cr2MoVA

~~高級優(yōu)質(zhì)合金鋼

------------合金元素含量＜1.5%X僅拯食金元素

1.5-2.49%標(biāo)“2”

2.5-3.49%標(biāo)“3”

3.5-4.49%標(biāo)“4”

17-19.00%標(biāo)“18”|

--------------含碳量絲/（兩位數(shù)字表示）

b.調(diào)質(zhì)合金鋼

1中碳型合金鋼，合金元素總量一般》3%；

1它的含碳量較高，強度高，可焊性差；

1GB/T3077給出了化學(xué)成分和機械性能要求；

I材料牌號為40Cr、45Cr、30CrMo、30CrMoA、35CrMo、35CrMoA、25CrMoVA等

1用于螺栓、螺母材料

1表示方法及代號同低合金鋼中的銘銅系和銘鑰銀系

c.不銹鋼

?不銹鋼特點

1合金元素含量比較高，均超過10%,有的高達50%甚至更多；

1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(yuǎn)遠(yuǎn)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(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(biāo)準(zhǔn)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)s0Crl7Nil2Mo2(316)、00crl7Nil4Mo2(316L).

OCrl8NilOTi(321)、0Crl8NillNb(347)>0Cr25Ni20(310)、0Cr23Nil3等。

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%,性能介于高碳利超低碳之間；

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(biāo)準(zhǔn)給出了0Cr26Ni5Mo2、lCrl8Nil!Si4AlTi>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。

?由于它的平均含倍量大于11.7%,可在材料表面形成?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(biāo)準(zhǔn)共給出了7種鐵素體型不銹鋼的材料睥號，常用的材料牌號有00crl2和

0Crl3AU

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(biāo)準(zhǔn)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

2Crl3、3Crl3?

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(biāo)準(zhǔn)共給出了3種材料牌號,0Crl7Ni4Cu4Nb、0Crl7Ni7AK0Crl5Ni7Mo2AL

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(biāo)準(zhǔn)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),OCrl8NilOTi(321).0Crl8NillNb(347)、

0Cr25Ni20(310)s0Cr23Nil3等；

鐵素體型:00crl2和OCr13Al等；

馬氏體型:ICr5Mo、lcrl3和2Crl3、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GB1221標(biāo)準(zhǔn)中卻沒有列入。

Cr2Mo、Cr9Mo材料和lCr5Mo一樣，屬于低碳型合金鋼，常溫下可獲得鐵素體和珠光體組織

但容易淬硬而出現(xiàn)馬氏體組織。這類鋼有較高的熱強性,常用于350-650C且腐蝕性不強的工

況下，如動力系統(tǒng)的高溫蒸汽管道。它還有一定的抗高溫硫腐蝕和高溫氫腐蝕的能力。這類

鋼焊接性較差，容易出現(xiàn)延遲裂紋，一般焊后要進行熱處理。

f.低溫用鋼(銀鋼)

?具有面心立方晶格的金屬材料(如銅Cu、銀Ni、奧氏體鋼等)一般沒有低溫冷脆現(xiàn)象，是

最好的低溫用材，故含銅、銀等元素的合金鋼常用于低溫工況。

?晶粒越細(xì)鋼材的低溫沖擊韌性越好，故一般鐵素體鋼要正火處理后使用。雜質(zhì)元素硫(S)、

磷(P)、氧(0)都將降低鋼材的低溫沖擊韌性，一般要嚴(yán)格控制。

?我國的低溫用鋼有：16Mn、09Mn2V、06AlCu、06MnNb,奧氏體不銹鋼。

2.4常用金屬材料技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)

(1)GB/T699-1999《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件》

主要對10、20、25、35等優(yōu)質(zhì)碳素鋼的牌號及化學(xué)成分、冶煉方法、交貨狀態(tài)、力學(xué)性能、

試驗要求等作出了規(guī)定。

(2)GB/T700-88《碳素結(jié)構(gòu)鋼》

主要對Q195、Q215、Q235、Q255等碳素結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)和試驗等要求作出了規(guī)定。是碳素

結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)條件。

(3)GB/T1220-92《不銹鋼棒》

對不銹鋼棒的尺寸、外形、技術(shù)要求、試驗方法等作出了規(guī)定。它是包括0Crl8Ni9、

00Crl9Nil0、0Crl7Nil2Mo2、00Crl7Nil4Mo2等奧氏體不銹鋼,0Crl3等鐵素體不銹鋼」Crl3、

2Crl3等馬氏體不銹鋼和0Crl7Nil4Cu4Nb等沉淀硬化型等各種不銹鋼的技術(shù)條件。

(4)GBfT1221-92《耐熱鋼棒》

對耐熱鋼棒的尺寸、外形、技術(shù)要求、試驗方法、驗收規(guī)則等作出了規(guī)定。它是包括奧氏體

耐熱不銹鋼、鐵素體耐熱鋼和lCr5M。馬氏體耐熱鋼等的技術(shù)條件。

⑸GB/T1591-94《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》

對低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號和技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等作出了規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)包括了

Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等牌號低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的制造檢驗要求。

(6)GB/T3077-1999《合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件》

主要用于直徑或厚度不大于250mm的合金結(jié)構(gòu)鋼熱扎和鍛制條鋼。其化學(xué)成分亦適用于鋼

坯及其制品。

此技術(shù)條件包括了石油化工管道常用的12CrMo、15CrMo、35CrMo、40Cr等常用合金鋼牌

號。

3常用金屬材料的基本限制條件

3.1一般限制條件

3.1.1滿足操作條件的要求

3.1.2滿足材料加工工藝和工業(yè)化生產(chǎn)的要求

3.1.3符合既使用又經(jīng)濟的要求

3.2常用材料的應(yīng)用限制

3.2.1鑄鐵

3.2.2普通碳素鋼

3.2.3優(yōu)質(zhì)碳素鋼

3.2.4銘鋁合金鋼

3.3常用材料的使用溫度

3常用金屬材料的基本限制條件

工程上的實際應(yīng)用環(huán)境條件是十分復(fù)雜的，不同的介質(zhì)、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力等操作條件的組合，構(gòu)成了

無數(shù)個選材條件。就常見的選材條件來說，要想在這里逐給出其選材結(jié)論是不現(xiàn)實的，它也正是各個設(shè)

計院或工程公司一直致力研究的問題。在這里將換一種方式，以材料為主體，應(yīng)用金屬理論、腐蝕理論以

及工程理論來確定各種常用材料的使用限制條件。

工程上，壓力管道選材除了耍確定材料牌號外，還要確定材料標(biāo)準(zhǔn)，因為不同的材料標(biāo)準(zhǔn)，對材料質(zhì)量的

要求是不樣的。

3.1一般限制條件

在進行工程材料選用時，首先應(yīng)遵循下列一些原則。

3.1.1滿足操作條件的要求

a.根據(jù)操作條件判斷該管道是不是壓力管道，屬于那一類壓力管道。

不同類別的壓力管道因其重要性不同，發(fā)生事故帶來的危害程度不同，故對材料的要求也不同。一般情況

下，高類別的壓力管道（如一類壓力管道）從材料的冶煉工藝到最終產(chǎn)品的檢查試驗都比低類別的壓力管道要

求高。

b.應(yīng)考慮操作條件對材料的選擇要求。不同的材料對同一腐蝕介質(zhì)的抗腐蝕性能是不相同的。在腐蝕環(huán)境

中，選用材料應(yīng)避免災(zāi)難性的腐蝕形式（如應(yīng)力腐蝕開裂）出現(xiàn)，而對均勻腐蝕，一般至少應(yīng)限定在“耐腐蝕”

級，即最高年腐蝕速率不超過0.5mm；

c.介質(zhì)溫度也是選用材料的?個重要參數(shù)。因為溫度的變化會引起材料的?系列性能變化，如低溫下材料

的脆性，高溫下材料的石墨化、蠕變等問題。很多腐蝕形態(tài)都與介質(zhì)溫度有密切的關(guān)系，甚至是腐蝕發(fā)生

的基本條件。因此壓力管道的選材應(yīng)滿足溫度的限制條件。

3.1.2滿足材料加工工藝和工業(yè)化生產(chǎn)的要求

a.理想的材料應(yīng)該是容易獲得的，即它應(yīng)具有良好的加工工藝性、焊接性能等。

例如，對于一些腐蝕環(huán)境，選用碳鋼和不銹鋼復(fù)合制成的壓力管道及其元件來代替純不銹鋼材料無疑是經(jīng)

濟適用的，但由了許多制造廠的復(fù)合工藝不過關(guān)，使用中屢次出現(xiàn)問題，從而給復(fù)合材料的應(yīng)用帶來了限

制，尤其是碳鋼與0Crl3的復(fù)合板材因現(xiàn)場焊接質(zhì)量不容易保證，以致工程上不敢使用或者說不敢大量使

用它。

b.工程上的材料應(yīng)用是系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的。

它不像在實驗室中，可以做到少量、理想化的材料應(yīng)用。將材料標(biāo)準(zhǔn)化、系列化便于大規(guī)模生產(chǎn)，減少材

料品種，從而可以節(jié)約設(shè)計、制造、安裝、使用等各環(huán)節(jié)的投入，同時也將大大降低生產(chǎn)成本。

所以工程上應(yīng)首先選用標(biāo)準(zhǔn)材料，對于必須選用的新材料，應(yīng)有完整的技術(shù)評定文件，并經(jīng)過省級及其以

上管理部門組織技術(shù)鑒定，合格后才能使用。

對于必須進口的材料，應(yīng)提出詳細(xì)的規(guī)格、性能、材料牌號、材料標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)要求，并按國內(nèi)

的有關(guān)技術(shù)要求對其進行復(fù)驗，合格以后才能使用。

3.1.3符合既適用又經(jīng)濟的要求

這是一個很原則的問題，實際操作起來是很復(fù)雜的。它要求材料工程師須運用工程學(xué)、材料學(xué)、腐蝕學(xué)等

方面的知識綜合判斷。這樣的問題有時是可以定量計算的，有時則是不可以定量計算的。一般情況下，應(yīng)

從以下兒個方面來考慮：

a.腐蝕方面

1）對于局部腐蝕，若通過其它措施（如工藝防腐措施）能防止或控制局部腐蝕的發(fā)生，特別是突然性、災(zāi)難

性的局部腐蝕發(fā)生，就可以采用價格比較低的材料。否則，必須選用高級但價格高的材料。

2）對均勻腐蝕，在腐蝕環(huán)境比較惡劣的情況卜，若選用低級但價格便宜的材料，其腐蝕速率可能會很大，

短時間內(nèi)就必須更換材料；而用耐腐蝕比較好、價格比較高的材料，其腐蝕速率可能會較小，從而維持一

個比較長的生產(chǎn)周期。進行綜合的技術(shù)經(jīng)濟評定，此時采用高級材料也許更經(jīng)濟些。反之，如果腐蝕環(huán)境

比緩和，此時選用低級材料雖然其腐蝕速率比較大，但其價格便宜，進行經(jīng)濟核算后，此時采用低級材料

也許更經(jīng)濟些?？傊@類型的材料選用是應(yīng)進行經(jīng)濟核算。

3）對于同一個腐蝕環(huán)境，若選用高級材料時遭受的腐蝕可能是危險性較大的局部腐蝕，而選用低級材料時

遭受的腐蝕可能是具有較大腐蝕速率的均勻腐蝕。此時就應(yīng)考慮選用低級材料并輔以其它防腐措施。

b.材料標(biāo)準(zhǔn)及制造方面

壓力管道的類別與材料標(biāo)準(zhǔn)和制造要求并沒有一個完全一一對應(yīng)的關(guān)系，這就要求材料工程師應(yīng)用有關(guān)知

識來綜合考慮。許多材料標(biāo)準(zhǔn)和制造標(biāo)準(zhǔn)中，都有若干供用戶確認(rèn)的選擇項。

1）這些選擇項中，有些是一般的項目，當(dāng)用戶沒有指定時，制造商將按自己的習(xí)慣去做。

例如，鋼管的供貨長度、供貨狀態(tài)等都屬于這類項目。

2）有些項目則是附加檢驗項目，這些檢驗項目不是必需的，只有用戶要求時制造商才做。也就是說，用戶

可以根據(jù)使用條件不同，追加若干檢驗項目以便更好的控制材料的內(nèi)在質(zhì)量。但提出了這些特殊要求就意

味著產(chǎn)品價格的上升，有些檢驗項目如射線探傷的費用是很高的。如何追加這些附加檢驗項目，應(yīng)結(jié)合使

用條件和產(chǎn)品的價格綜合考慮，有時要把握好這個尺度是很難的。

c.新材料、新工藝應(yīng)用方面

積極采用新材料，支持新材料、新工藝的開發(fā)和應(yīng)用，可以有效地降低建設(shè)投資，又能滿足生產(chǎn)工藝對材

料的要求。

例如：用滲鋁碳鋼代替不銹鋼用于抗硫和有機酸的腐蝕；

用碳鋼與不銹鋼的復(fù)合材料代替純不銹鋼材料；

用焊接質(zhì)量有保證的有縫鋼管代替無縫鋼管；等等。

3.2常用材料的應(yīng)用限制

3.2.1鑄鐵

常用的鑄鐵有可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵兩種。

一般限制條件：

1）使用在介質(zhì)溫度為-29?343C的受壓或非受壓管道；

2）不得用于輸送介質(zhì)溫度高于150，C或表壓大于2.5MPa的可燃流體管道；

3）不得用于輸送任何溫度壓力條件的有毒介質(zhì)：

4）不得用于輸送溫度和壓力循環(huán)變化或管道有振動的條件下。

實際上，可鍛鑄鐵經(jīng)常被用于不受壓的閥門手輪和地下管道；球墨鑄鐵經(jīng)常被用于工業(yè)用管道中的閥門閥

體。

3.2.2普通碳素鋼

限制條件：

a.沸騰鋼

I）應(yīng)限用在設(shè)計壓力W0.6MPa,設(shè)計溫度為0?250℃的條件下；

2）不得用于易燃或有毒流體的管道：

3）不得用于石油液化氣介質(zhì)和有應(yīng)力腐蝕的環(huán)境中；

b.鎮(zhèn)靜鋼

1）限用在設(shè)計溫度為0?400（范圍內(nèi)。

2）當(dāng)用于有應(yīng)力腐蝕開裂敏感的環(huán)境時，本體硬度及焊縫硬度應(yīng)不大于HB200,并對本體和焊縫進行

100%無損探傷；

c.用于壓力管道的沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼

1）含碳量不得大于0.24%。

2）GB700標(biāo)準(zhǔn)給出了四種常用的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號，即：Q235A（F、b）,Q235B（F、b）、Q235C、Q235D。

其適用范圍如下：

Q235-A-F鋼板：設(shè)計壓力PW0.6MPa；使用溫度為0?25（TC,鋼板厚度:M2mm：

不得用于易燃，毒性程度為中度、高度或極度危害介質(zhì)的管道。

Q235-A鋼板：設(shè)計壓力PW.OMPa；使用溫度為0?350℃；鋼板厚度才16mm；

不得用于液化石油氣、毒性程度為高度或極度危害介質(zhì)的管道。

Q235-B鋼板：設(shè)計壓力PWl.6MPa；使用溫度為0?350℃：鋼板厚度＞*20mm；

不能用于高度和極度危害介質(zhì)的管道。

Q235-C鋼板：設(shè)計壓力P±2.5MPa；使用溫度為0?400C；鋼板厚度440mm；

3.2.3優(yōu)質(zhì)碳素鋼

優(yōu)質(zhì)碳素鋼是壓力管道中應(yīng)用最廣的碳鋼，對應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)有：

GB/T699、GB/T8163、GB3087.GB5310,GB9948、GB6479等。這些標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)不同的使用工況而提出

了不同的質(zhì)量要求。它們共性的使用限制條件：

a.輸送堿性或苛性堿介質(zhì)時應(yīng)考慮有發(fā)生堿脆的可能，錦鋼（如I6Mn）不得用于該環(huán)境；

b.在有應(yīng)力腐蝕開裂傾向的環(huán)境中工作時，應(yīng)進行焊后應(yīng)力消除熱處理，熱處理后的焊縫硬度不得大于

HB200.焊縫應(yīng)進行100%無損探傷。鎰鋼（如16Mn）不宜用于有應(yīng)力腐蝕開裂傾向的環(huán)境中；

c.在均勻腐蝕介質(zhì)環(huán)境下工作時，應(yīng)根據(jù)腐蝕速率、使用壽命等進行經(jīng)濟核

算，如果核算結(jié)果證明選用碳素鋼是合適的，應(yīng)給出足夠的腐蝕余量，并

采取相應(yīng)的其它防腐蝕措施;

d.碳素鋼、碳鎰鋼和鎰銳鋼在425'C及以上溫度下長期工作時，其碳化物有轉(zhuǎn)化為石墨的可能性，因此限制

其最高工作溫度不得超過425匕(鍋爐規(guī)范則規(guī)定該溫度為450℃)；

c.臨氫操作時，應(yīng)考慮發(fā)生氫損傷的可能性。

f.含碳量大于0.24%的碳鋼不宜用于焊連接的管子及其元件；

g.用于-20℃及以下溫度時，應(yīng)做低溫沖擊韌性試驗；

h.用于高壓臨氫、交變載荷情況下的碳素鋼材料宜是經(jīng)過爐外精煉的材料。

3.2.4倍鋁合金鋼

常用的絡(luò)鋁合金鋼材料標(biāo)準(zhǔn)有GB9948、GB5310、GB6479、GB3077、GB1221等，其使用限制條件如下：

a.碳鋁鋼(C-0.5Mo)在468℃溫度下長期工作時，其碳化物有轉(zhuǎn)化為石墨的傾向，因此限制其最高長期工作

溫度不超過468℃；

b.在均勻腐蝕環(huán)境下工作時，應(yīng)根據(jù)腐蝕速率、使用壽命等進行經(jīng)濟核算，同時給出足夠的腐蝕余量；

c.臨氫操作時，應(yīng)考慮發(fā)生氫損傷的可能性；

d.在高溫H2+H2S介質(zhì)環(huán)境下工作時，應(yīng)根據(jù)Nelson曲線和Couper曲線確定其使用條件；

e.應(yīng)避免在有應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境中使用；

f.在400-551TC溫度區(qū)間內(nèi)長期工作時，應(yīng)考慮防止回火脆性問題。

g.銘鋁合金鋼一般應(yīng)是電爐冶煉或經(jīng)過爐外精煉的材料。

3.2.5不銹耐熱鋼

壓力管道中常用的不銹耐熱鋼材料標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T14976、GB4237、GB4238、GB1220,GB1221等。其

共性的使用限制條件如下：

a.含鋁12%以上的鐵素體和馬氏體不銹鋼在4()0-550℃溫度區(qū)間內(nèi)長期工作時，應(yīng)考慮防止4751c回火脆性

破壞，這個脆性表現(xiàn)為室溫下材料的脆化。因此，在應(yīng)用上述不銹鋼時，應(yīng)將其彎曲應(yīng)力、振動和沖擊載

荷降到敏感載荷以下，或者不在400℃以上溫度使用:

b.奧氏體不銹鋼在加熱冷卻的過程中，經(jīng)過540?900℃溫度區(qū)間時，應(yīng)考慮防止產(chǎn)生晶間腐蝕傾向。當(dāng)有

還原性較強的腐蝕介質(zhì)存在時，應(yīng)選用穩(wěn)定型(含穩(wěn)定化元素Ti和Nb)或超低碳型(C<0.0.03%)奧氏體不銹

鋼；

c.不銹鋼在接觸濕的氯化物時，有應(yīng)力腐蝕開裂利點蝕的可能，應(yīng)避免接觸濕的氯化物，或者控制物料和

環(huán)境中的氯離子濃度不超過25X10-6；

d.奧氏體不銹鋼使用溫度超過525匕時，其含碳量應(yīng)大于0.04%,否則鋼的強度會顯著下降。

3.3常用材料的使用溫度

表3—1常用金屬材料的使用溫度

材料使用溫度"C

10、20-20?425

16Mn-40-450

09Mn2V-70-100

12CrMo<525

15CrMo<550

!Cr5Mo<600

低碳奧氏體不銹鋼(018CrNi9,0Crl7Nil2Mo2>0Crl8Nil9Ti)-196-700

超低碳奧氏體不銹鋼(00Crl9Nil0)-196-400

超低碳奧氏體不銹鋼(00Crl7Nil4Mo2)-196-450

0Cr25Ni20<800

4應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系

4.1國際上常用的標(biāo)準(zhǔn)體系

4.1.1德國及前蘇聯(lián)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系

4.1.2美國應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系(ANSI)

4.1.3日本應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系(JIS)

4.1.4國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系

4.1.5英國和法國應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系

4.2國內(nèi)常用的標(biāo)準(zhǔn)體系

4.2.1石化行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系

4.2.2化工行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系

4.2.3機械行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系

4.2.4國家應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系

4.2.5壓力管道應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系配伍

4應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系

目前，大多數(shù)壓力管道及其元件都進行了系列化，并有相應(yīng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)作支持。

因此壓力管道材料設(shè)計時首先要考慮的問題就是壓力管道及其元件標(biāo)準(zhǔn)系列的

選用。

應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系。一個管系（路）中各元件所用系列標(biāo)準(zhǔn)的集合。

這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括管子系列標(biāo)準(zhǔn)、管件系列標(biāo)準(zhǔn)、法蘭及其連接件系列標(biāo)準(zhǔn)、閥門

標(biāo)準(zhǔn)等。

這些標(biāo)準(zhǔn)通過一定的規(guī)則在一個管系中得到應(yīng)用，它們之間相互銜接、相互配合,

從而確定了管道及其元件的基本參數(shù)。這些標(biāo)準(zhǔn)中尤其以管子標(biāo)準(zhǔn)和法蘭標(biāo)準(zhǔn)最

具代表性，它們是其它應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。下面以管子標(biāo)準(zhǔn)和法蘭標(biāo)準(zhǔn)為主，介紹

應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

目前，世界上各國應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)體系有很多，不同的國家不同的行業(yè)有不同的應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)體系，它們之間有些相差很多，無法配套使用和互換因而給使用者帶

來不少麻煩。

因此，壓力管道設(shè)計的第一步就是選擇應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系，并作為設(shè)計的統(tǒng)一規(guī)定，

以免各相關(guān)專業(yè)因采用不能互換的其它標(biāo)準(zhǔn)體系而導(dǎo)致錯誤。

世界各國應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)大體上分為兩大類。

?管子一一即鋼管外徑系列分為國際通用系列（大外徑系列）英制管;

國內(nèi)常用系列（小外徑系列）公制管（或米制管）

|)\132()25105063SO1001251502()。25()30010()-15()6()()

222712卜6()76X!)11111016S215)27：-；11()615761()

IS2332:達15577：1,1os1：需159219273：'>77126ISO63()

?法蘭：歐式法蘭和美式法蘭

壓力等級：PN0.10.250.61.01.62.54.06.310.016.0

25.040.0MPa歐式法蘭(DIN)

壓力等級：PN2.05.06.810.015.025.042.0MPa美

式法蘭(ANSI)

CL15030040060090015002500Psi

由此可以看出，無論是法蘭還是管子，上述兩個系列或兩個體系是不能混合使用

的。

ANSI美國國家標(biāo)準(zhǔn)化組織

ASTM.AmericanSocietyofTestingMaterials,美國材料實驗協(xié)會

?鋼管壁厚表示方法

鋼管壁厚表示方法有管子表號、鋼管壁厚尺寸和管子重量三種方法

1）是以管子表號〃Sch〃表示壁厚。

管子表號是管子設(shè)計壓力與設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力的比值乘以1000,并經(jīng)圓整

后的數(shù)值。

即：Sch=P/[o]tX1000

ANSIB36.10壁厚等級：SchlO、Sch20、Sch30、Sch40、Sch60>Sch80、SchlOO,

Schl20>Schl40、Schl60十個等級；

ANSIB36.19壁厚等級：Sch5s、SchlOs.Sch40s、Sch80s四個等級；

2）以鋼管壁厚尺寸表示中國、ISO、日本部分鋼管標(biāo)準(zhǔn)采用

3）是以管子重量表示管壁厚度，它將管子壁厚分為三種：

a.標(biāo)準(zhǔn)重量管，以STD表示

b加厚管，以XS表示

c.特厚管，以XXS表示。

對于DNW250mn的管子，Sch40相當(dāng)于STD,DN<200mm的管子,Sch80相當(dāng)于XS。

4.1國際上常用的標(biāo)準(zhǔn)體系

隨著我國對外改革開放和加入WTO,各行業(yè)與國際上聯(lián)系越來越多，為了更好地

與國際接軌，就要求從事壓力管道設(shè)計的人員對國際上通用的和先進的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

體系有所了解。下面介紹兒個主要的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系。

4.1.1德國及前蘇聯(lián)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系

a.德國（DIN）

?管子：大外徑系列

?管法蘭：歐式法蘭

壓力等級:PNO.1、0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4、10.0、16.0、25.0、

32.0、40.013個等級

公稱直徑：DN6?4000mm

法蘭密封面：平面、凸臺面、凹凸面、梯槽面、橡膠環(huán)連接面、透鏡面及膜片焊

接