常用金属材料

2.1 铸铁

2.1.1灰口铸铁

2.1.2可锻铸铁

2.1.3球墨铸铁

2.2 碳素钢

2.2.1.碳素钢的分类

2.2.2普通碳素钢

2.2.3优质碳素钢

2.2.4高级优质碳素钢

2.3 合金钢

2.3.1合金钢分类

2.3.2常用合金钢

2.4 常用金属材料技术条件标准

2常用金属材料

介绍压力管道中常用的金属材料的分类、特点、用途和表示方法

金属材料:黑色金属：通常指铁和铁的合金

有色金属：指铁及铁合金以外的金属及其合金。

黑色金属根据它的元素组成和性能特点分为三大类,即铸铁、碳素钢及合金钢。

2.1铸铁

铸铁：含碳量大于2.06％的铁碳合金。

◆真正有工业应用价值的铸铁其含碳量一般为2.5%~6.67%。

◆铸铁的主要成分除铁之外,碳和硅的含量也比较高。由于铸铁中的含碳量较高,使得其中的

大部分碳元素已不再以Fe3C化合物存在,而是以游离的石墨存在。

性能特点：是可焊性、塑性、韧性和强度均比较差,一般不能锻,但它却具有优良的铸造性、减摩性、切削加工性能,价格便宜。

用途：常用作泵机座、低压阀体等材料；地下低压管网的管子和管件。

根据铸铁中石墨的形状不同将铸铁分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。

2.1.1灰口铸铁：石墨以片状形式存在于组织中的铸铁称之为灰口铸铁。

◆灰口铸铁浇铸后缓冷得到的组织为铁素体和游离石墨共存,断口呈灰色，灰口铸铁也因此而得名。灰口铸铁的各项机械性能均较差,工程上很少使用。

2.1.2可锻铸铁：经过长时间石墨化退火,使石墨以团絮状存在于铸铁组织中,此类铸铁称为可锻铸铁。

性能特点：强度、塑性、韧性均优于灰口铸铁，其延伸率可达12%；但可锻铸铁制造工艺复杂,价格比较高。

◆由于可锻铸铁具有一定的塑性,故"可锻"的名称也由此而出,其实它仍为不可锻。

用途：可锻铸铁在工程上常用作阀门手轮以及低压阀门阀体等。

根据断面颜色或组织的不同,可锻铸铁又分为黑心可锻铸铁、白心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁三种。常用的是黑心可锻铸铁。

2.1.3球墨铸铁：是通过在浇注前向铁水中加入一定量的球化剂进行球化处理,并加入少量的孕育剂以促进石墨化,在浇注后直接获得具有球状石墨结晶的铸铁。

性能特点：球墨铸铁的各项性能指标均优于可锻铸铁，比可锻铸铁价格便宜。

用途：可代替可锻铸铁用在较苛刻条件下。用途更广泛。

铸铁命名：根据GB9439的规定铸铁的牌号表示方法：

2.2碳素钢

碳素钢：含碳量小于等于2.06%的铁碳合金称为碳素钢。

2.2.1.碳素钢的分类

2.2.2普通碳素钢

◆普通碳素钢与优质碳素钢相比,由于它的有害杂质元素S、P含量相对较高,综合机械性能和耐蚀性较差,故不宜用在较重要的场合,但普通碳素钢价格便宜,故工程上常用于各种钢构架、支吊架等,而流体输送管道上使用时常给与一定的限制。

◆普通碳素钢根据冶炼过程的脱氧程度分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。

沸腾钢：在浇铸前不用硅和铝脱氧, 钢液中含氧量多,浇注及凝固时会产生大量CO气泡，在钢锭模内产生沸腾现象,这类钢叫沸腾钢。

沸腾钢冷凝后没有集中缩孔,因而成材率高,成本低,表面质量及深冲性能好。但因含氧量高,成分偏析大,内部杂质多,抗腐蚀性和机械性能差,.且容易发生时效硬化和钢板的分层,故不宜作重要用途。

镇静钢：而脱氧较完全,浇铸时钢水在钢锭模内不产生CO气体,这类钢叫镇静钢。

成材率低,成本高。但镇静钢中气体含量低,时效倾向小,钢镜中气泡、疏松较少,质量较好。半镇静钢：进行中等程度脱氧,介于沸腾钢和镇静钢之间的钢叫。

普通碳素钢的表示方法和代号按GB700标准

◆压力管道中常用的普通碳素结构钢牌号为Q235A(F、b)、Q235B(F、b)、Q235C、Q235D 四种,这些牌号的质量要求是顺次提高的。材料标准为GB700。

2.2.3优质碳素钢

◆优质碳素钢中的有害杂质元素S、P比普通碳素钢低,不仅如此,二者的冶炼方法也多有不同,普通碳素钢多用成本最低转炉冶炼,而优质碳钢则采用平炉或纯氧顶吹转炉冶炼,脱氧较好,杂质含量较低,故其综合机械性能、耐蚀性等均优于普通碳素钢。优质碳素钢与高级优质碳素钢相比,价格不高,且是工程上应用最广泛的碳素钢。

◆优质碳素钢的表示方法和代号按GB221标准：

◆GB/T699给出了优质碳素钢的化学成分和机械性能要求。

该标准共列出了08F、10F、15F、08、10、20、25、……70Mn等31种材料牌号；

压力管道中常用的牌号为08、10、20三种。

2.2.4高级优质碳素钢

高级优质碳素钢各方面性能略优于优质碳素钢,但价格较高，工程上用的并不多。一般情况下,如果采用优质碳素钢不能满足使用条件要求时，将考虑选用相应的合金钢而不用高级优质碳素钢。高级优质碳素钢在优质碳素钢的牌号后加A

2.3合金钢

合金钢：为了提高钢的机械性能、工艺性能或物理化学性能,通常有意识地向钢中加入一些合金元素,由此得到的钢就叫合金钢。

2.3.1合金钢分类

表2－1合金钢分类(用途)

合金元素因溶于铁素体中起固溶强化作用,从而提高了材料的硬度和强度,但同时却使其韧性和塑性相对降低。

材料在低温下强度一般略有提高,但塑性和韧性则下降很多,通过添加一些合金元素可提高材料在低温下的塑性和韧性。

奥氏体不锈钢由于含有较多的合金元素又具有单一的奥氏体组织,故它具有较好的抗氧化腐蚀性能和高温使用性能。工程上,奥氏体不锈钢常用于多种腐蚀工况和高温工况。

合金钢的优点

合金钢与碳素钢相比,它具有较高的强度,较好的耐热性,较好的耐低温性能,较好的耐腐蚀性能等优点,甚至有些生产环境采用碳素钢是满足不了要求的。故合金钢是压力管道中常用的也是很重要的材料。

2.3.2常用合金钢

压力管道中常用的合金钢有低合金钢、调质钢、不锈钢、耐热钢和低温钢。其它钢种有时也会偶尔碰到在此不再作进一步的介绍。

a.低合金钢

低碳型合金钢，合金元素总量一般≯3％；强度明显高于碳素钢，有较好的塑性和韧性，可焊性尚可；低合金钢有碳锰系、碳锰钒系、铬钼系、铬钼钒系

◆碳锰系和碳锰钒系

GB/T1591给出了化学成分和机械性能要求;

l 材料牌号为Q295A（B）、Q345A～E、Q390A～E、Q420A～E、Q460C～E;

l 用于常温及以上温度时，可用A、B或C级；用于－20～－40℃时，可用C 或D级

l 表示方法及代号同普通碳素钢

◆铬钼系和铬钼钒系

GB/T3077给出了化学成分和机械性能要求;

l 材料牌号主要为12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV；