压力管道培训之材料3常用金属材料的基本限制条件
压力管道金属材料的选用
河北德昊管道制造有限公司
（1）金属资料选用准则
① 知足操作前提的要求起首应依据运用前提判别该管道能否接受压力，属于哪一类压力管道。
分歧类其余压力管道因其主要性各别，发作变乱带来的风险水平分歧，对资料的要求也分歧。
还应思索管道的运用情况和保送的介质以及介质对管体的侵蚀水平。
例如刺进海底的钢管桩，管体在浪溅区侵蚀速度为海底土中的6倍；潮差区侵蚀速度为海底土中的4倍。
在选材及防侵蚀办法上应特殊存眷。
② 可加工性要求资料应具有优越的加工性和焊接性。
③ 耐用又经济的要求压力管道，起首应平安耐用和经济。
一台设备、一批管道工程，在投资选材前，需要时进行可行性研讨，即经济技能剖析，拟选用的资料可制订数个方案，进行经济技能剖析，有些资料初始投资略高，然则运用牢靠，平常维修费用省；有的资料初始投资似乎省，但在运转中牢靠性差，平常维修费用高，全寿命周期费用高。
（2）常用资料的使用限制
常用资料限制前提见表1，常用资料运用温度局限见表2。
（3）管道常用金属资料称号及规格。
压力管道用金属管件制造及产品性能要求
压⼒管道⽤⾦属管件制造及产品性能要求15.2 压⼒管道⽤⾦属管件制造及产品性能要求15.2.1 综述⾦属管件是压⼒管道的主要配件之⼀，应⽤在管道的转弯、分⽀、变径、对接及封⼝处。
其中，钢制对焊管件在我国已有多年的制造历史，⾃上世纪50年代吉化⽣产冲压弯头开始，70年代抚顺⽯油机械⼚采⽤中频加热扩径推制弯头⼯艺批量⽣产弯头，到80年代初期吉林江机建东⼯业公司采⽤液压胀形⼯艺批量⽣产三通的约30年⾥，我国钢制对焊管件从单⼀品种起步，完成了多品种的发展；并在制造⼯艺上实现了从起步、发展到相对完善的过程。
⾃上世纪80年代中期以来，我国⾦属管件产量不但可以满⾜国内⼯程的需要，还⼤量出⼝，⽬前我国已成为⾦属管件制造的⼤国。
随着国内管件制造业的发展，管件制造⼯艺也在不断进步。
⽇前，我国⾦属管件制造商所采⽤的制造⼯艺基本上与国外同⾏⼀致，可以说是同步的，部分制造⼚在某些⽅⾯的⼯艺⽔平已达到⾏业领先的程度。
但与国外同⾏相⽐，国内管件制造商存在的差距主要有两点，⼀是先进装备不如国外，⽽且现有装备的⾃动化程度较差,加之以零散订单为主的⽣产⽅式，⽣产率偏低；另⼀点是在⼯艺、质量及现场管理上的细节上还须完善，⽐如产品的外观质量等。
这也是我国管件制造商今后应努⼒提⾼的⽅向。
另外，我国的压⼒管道⽤钢材⽅⾯与国外⼯业先进国家尚有差距，⼀些特殊的材料国内尚⽆钢⼚⽣产，这也导致了我国管件制造业对特殊材料的管件难以采购材料⽽⽆法加⼯的现象。
本节主要介绍相关产品标准中所列的钢制对焊管件(包括⽆缝管件和焊缝管件)、锻制管件(包括承插焊管件和螺纹管件等)的制造⼯艺（主要是成形⼯艺）、影响产品质量的因素、检验、质量控制要求、常⽤的产品标准规定、型式试验等。
不包括⾮标管件以及有⾊⾦属管件、铸造管件、卡套式管接头、扩孔式管接头等其它管件。
15.2.2 钢制管件的种类及规格(1) 钢制管件的种类①⽆缝和焊缝的对焊管件产品标准中所列的钢制对焊管件的品种包括弯头、三通、四通、异径管（也称⼤⼩头）、管帽、弯管、翻边短节、⽀管座等。
常用金属材料的使用温度及限制条件
常用材料的应用限制
1、铸铁
使用限制条件如下：1）使用在介质温度为-29~343℃的受压或非受压管道。
2）不得用于输送介质温度高于150℃或表压大于的可燃流体管
道。
3）不得用于输送任何温度压力条件的有毒介质。
4）不得用于输送温度和压力循环变化或管道有振动的条件下。
2、普通碳素钢
常用普通碳素钢的适用范围
3、优质碳素钢
使用限制条件：1）碱性或苛性碱介质发生碱脆的可能。
2）有应力腐蚀开裂倾向的环境应进行热处理。
3）碳素钢、碳锰钢和锰钒钢最高工作温度不超过425℃。
4）临氢操作有发生氢损伤的可能。
5）用于-20摄氏度及以下温度，应进行低温冲击韧性试验。
4、不锈耐热钢
使用限制条件：
1）400~550℃的铁素体和马氏体不锈钢考虑防止475℃回火脆破坏。
2）540-900℃，当有还原性较强的腐蚀介质存在时，应选用稳定型（含稳定化元素Ti和Nb）或超低碳型（含碳量小于%）奥氏体不锈钢。
3）不锈钢应避免接触湿的氯化物，或者控制物料和环境中氯离子浓度不超过25×10-6.
4）奥氏体不锈钢使用温度超过525℃时，其含碳量应大于%，否则钢的强度会显着下降。
压力管道对材料性能有何要求
压力管道对材料性能有何要求一、压力管道的概述压力管道及其附件应选用符合国家标准规格的产品，其性能应适应规定流体的工作压力、温度、耐腐蚀等特性，保证管道有足够的机械强度和耐热稳定性。
对于腐蚀性介质的管道，还必须具有耐腐蚀的化学稳定性。
而对于化学危险品介质管道（例如油品油气、煤气、氢气、乙炔等），还应考虑密封性好、安全性高、放气和排泄气等特殊要求。
此外，压力管道有可能承受超值弯曲应力的地点及重要管段，应避免采用铸铁管件，以保证管道运行的可靠性。
当输送介质是高纯度工业用气体时，应满足以上条件外，还应考虑下列因素：管道材质不会被输送介质腐蚀；管道内表面吸附及脱附气体作用小，透气性小，管道材质本身含杂质少，起尘少，耐磨损。
强度高，便于加工；管材金属组织稳定，焊接时组织结构变化少。
在有压力的情况下，当温度高于250℃时，不宜采用铜管，当温度高于160℃时，不宜采用铝管。
室外压力管道的管径，除特殊要求外，一般其直径不宜小于25mm，但中压乙炔管道，工作压力为0.02～0.15MPa，管内径不应超过80mm，高压乙炔管道，工作压力为0.15～2.5MPa，管内径不应超过20mm。
乙炔管道不应采用镀锌钢管，不应采用铜及含铜量70%以上的铜合金制作乙炔管道及附件。
凡是同氧气接触的零件、容器和管道，在装配前必须进行严格的脱油处理。
二、压力管道的材质1、常用压力管道的材质与适应温度见表一表一常用压力管道的材质与适应温度2、常用压力管道的规格与公称通径（1）常用无缝钢管的规格与公称通径见表二表二常用无缝钢管的规格与公称通径表二适用介质为热力管道、压缩空气管道、二氧化碳管道等。
（2）氧气、氢气、氮气、乙炔管道常用无缝钢管，壁厚见表三表三氧气、氢气、氮气、乙炔管道常用无缝钢管的壁厚（3）不锈钢无缝钢管常用规格见表四表四不锈钢无缝钢管常用规格3、压力管道管材选择的一般标准压力管道管材的选择首先应根据管道内介质的种类、压力及温度确定管材的技术标准号，确定管材的钢种及钢号，并按照管道安装位置、敷设方式等多项因素进行技术经济比较决定。
压力管道材料-管道材料专业培训教材
能较好的组织，适于压力加工及切削加工。 13 莱氏体：是铸铁或高碳高合金钢中由奥氏体（或
其转变的产物）与碳化物（包括渗碳体）组成的共 晶组织。高温莱氏体以（Ld）表示,低温莱氏体以 （Ld）表示其性能与渗碳体相似，即硬而脆。
参考资料可见铁碳合金状态图有关方面解释。
1390℃ 910℃
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力和材料耐磨性的指标。硬度的表示方法有布氏硬 度（HB）、洛氏硬度（RC）和维氏硬度（HV）。 根据 经验钢材的硬度与其抗拉强度有如下近似关系：
轧制、正火的低碳钢 бb =0.36HB； 轧制、正火的中碳钢或低合金钢钢
бb =0.35HB； 硬度为 250～400，经热处理的合金钢
бb =0.33HB。 2 弹性变形和塑性变形（见 6.1.5 P281） 构件或物体在外力作用下产生变形，外力除去后 能完全恢复其原有的形状，不遗留外力作用过的任 何痕迹，这种变形称为弹性变形。 构件或物体在外力作用下产生变形，当外力除去 后，构件或物体的形状不能复原，即遗留了外力作 用下的残余变形，这种变形称为塑性变形。 3 加工残余应力产生的原因及对材料性能的影响(见 5.12- P167)
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后边的数字表示合金元素的平均百分含量，当合金 元素含量小于 1.5％时，只写出元素符号，一般不 标 明 含 量 ； 当 含 量 为 1.5 ～ 2.49 ％ 、 2.5 ～ 3.49 ％·······22.5～23.49％·······时，则在元素后 相应写成 2、3·······23·······表示。例如 40Cr 表示平均含碳量为 0.4％、 Cr 含量小于 1.5％。
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1 普通碳素结构钢牌号采用屈服点的拼音的第一 个字母”Q”及屈服强度值(Mpa),质量等级（A、B、C、 D、E），脱氧方法（F、b、Z 和 TZ，其中 Z 和 TZ 可省略）等符号表示，按顺序组成牌号。如：Q235AF 表示屈服点≥235Mpa、质量为 A 级的沸腾碳素结 构钢。
管道常用金属材料
2.1 铸铁2.2 碳素钢2.3 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。
◆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。
,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。
,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。
压力管道培训之材料3常用金属材料的基本限制条件
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压力管道材料部分 第三章 常用金属材料的基本限制 第 １ 页 共９页 ３ 常用金属材料的基本限制条件 ３．１ 一般限制条件 ３．１．１ 满足操作条件的要求 ３．１．２ 满足材料加工工艺和工业化生产的要求 ３．１．３ 符合既使用又经济的要求 ３．２ 常用材料的应用限制 ３．２．１ 铸铁 ３．２．２ 普通碳素钢 ３．２．３ 优质碳素钢 ３．２．４ 铬钼合金钢 ３．３ 常用材料的使用温度 压力管道材料部分 第三章 常用金属材料的基本限制 第 ２ 页 共９页 ３ 常用金属材料的基本限制条件 工程上的实际应用环境条件是十分复杂的，不同的介质，介质温度，介质 压力等操作条件的组合，构成了无数个选材条件．就常见的选材条件来说，要 想在这里逐一给出其选材结论是不现实的，它也正是各个设计院或工程公司一 直致力研究的问题．在这里将换一种方式，以材料为主体，应用金属理论，腐 蚀理论以及工程理论来确定各种常用材料的使用限制条件． 工程上，压力管道选材除了要确定材料牌号外，还要确定材料标准，因为 不同的材料标准，对材料质量的要求是不一样的． ３．１ 一般限制条件 在进行工程材料选用时，首先应遵循下列一些原则． ３．１．１ 满足操作条件的要求 ａ． 根据操作条件判断该管道是不是压力管道，属于那一类压力管道． 不同类别的压力管道因其重要性不同，发生事故带来的危害程度不同，故 对材料的要求也不同．一般情况下，高类别的压力管道（如一类压力管道）从材料 的冶炼工艺到最终产品的检查试验都比低类别的压力管道要求高． ｂ．应考虑操作条件对材料的选择要求． 不同的材料对同一腐蚀介质的抗腐蚀 性能是不相同的．在腐蚀环境中，选用材料应避免灾难性的腐蚀形式（如应力腐 蚀开裂）出现，而对均匀腐蚀，一般至少应限定在＂耐腐蚀＂级，即最高年腐蚀速 率不超过 ０．５ｍｍ； ｃ．介质温度也是选用材料的一个重要参数． 因为温度的变化会引起材料的一 系列性能变化，如低温下材料的脆性，高温下材料的石墨化，蠕变等问题．很 多腐蚀形态都与介质温度有密切的关系，甚至是腐蚀发生的基本条件．因此压 力管道的选材应满足温度的限制条件． 压力管道材料部分 第三章 常用金属材料的基本限制 第 ３ 页 共９页 ３．１．２ 满足材料加工工艺和工业化生产的要求 ａ．理想的材料应该是容易获得的，即它应具有良好的加工工艺性，焊接性能等． 理想的材料应该是容易获得的，即它应具有良好的加工工艺性，焊接性能等 例如，对于一些腐蚀环境，选用碳钢和不锈钢复合制成的压力管道及其元 件来代替纯不锈钢材料无疑是经济适用的，但由于许多制造厂的复合工艺不过 关，使用中屡次出现问题，从而给复合材料的应用带来了限制，尤其是碳钢与 ０Ｃｒ１３ 的复合板材因现场焊接质量不容易保证， 以致工程上不敢使用或者说不敢 大量使用它． ｂ．工程上的材料应用是系列化，标准化的． 工程上的材料应用是系列化， 准化的． 工程上的材料应用是系列化 它不像在实验室中，可以做到少量，理想化的材料应用．将材料标准化， 系列化便于大规模生产，减少材料品种，从而可以节约设计，制造，安装，使 用等各环节的投入，同时也将大大降低生产成本． 所以工程上应首先选用标准材料，对于必须选用的新材料，应有完整的技 术评定文件，并经过省级及其以上管理部门组织技术鉴定，合格后才能使用． 对于必须进口的材料，应提出详细的规格，性能，材料牌号，材料标准，应 用标准等技术要求，并按国内的有关技术要求对其进行复验，合格以后才能使用． ３．１．３ 符合既适用又经济的要求 这是一个很原则的问题，实际操作起来是很复杂的．它要求材料工程师须 运用工程学，材料学，腐蚀学等方面的知识综合判断．这样的问题有时是可以定 量计算的，有时则是不可以定量计算的．一般情况下，应从以下几个方面来考虑： ａ．腐蚀方面 腐蚀方面 １）对于局部腐蚀，若通过其它措施（如工艺防腐措施）能防止或控制局部腐 蚀的发生，特别是突然性，灾难性的局部腐蚀发生，就可以采用价格比较低的 材料．否则，必须选用高级但价格高的材料． 压力管道材料部分 第三章 常用金属材料的基本限制 第 ４ 页 共９页 ２）对均匀腐蚀，在腐蚀环境比较恶劣的情况下，若选用低级但价格便宜的 材料，其腐蚀速率可能会很大，短时间内就必须更换材料；而用耐腐蚀比较好， 价格比较高的材料，其腐蚀速率可能会较小，从而维持一个比较长的生产周期． 进行综合的技术经济评定，此时采用高级材料也许更经济些．反之，如果腐蚀 环境比缓和，此时选用低级材料虽然其腐蚀速率比较大，但其价格便宜，进行 经济核算后，此时采用低级材料也许更经济些．总之这一类型的材料选用是应 进行经济核算． ３）对于同一个腐蚀环境，若选用高级材料时遭受的腐蚀可能是危险性较大 的局部腐蚀，而选用低级材料时遭受的腐蚀可能是具有较大腐蚀速率的均匀腐 蚀．此时就应考虑选用低级材料并辅以其它防腐措施． ｂ．材料标准及制造方面 材料标准及制造方面 材料标准 压力管道的类别与材料标准和制造要求并没有一个完全一一对应的关系， 这就要求材料工程师应用有关知识来综合考虑．许多材料标准和制造标准中， 都有若干供用户确认的选择项． １） 这些选择项中，有些是一般的项目，当用户没有指定时，制造商将按 自己的习惯去做． 例如，钢管的供货长度，供货状态等都属于这类项目． ２）有些项目则是附加检验项目，这些检验项目不是必需的，只有用户要求 时制造商才做．也就是说，用户可以根据使用条件不同，追加若干检验项目以 便更好的控制材料的内在质量．但提出了这些特殊要求就意味着产品价格的上 升，有些检验项目如射线探伤的费用是很高的．如何追加这些附加检验项目， 应结合使用条件和产品的价格综合考虑，有时要把握好这个尺度是很难的． ｃ．新材料，新工艺应用方面 新材料， 新材料 压力管道材料部分 第三章 常用金属材料的基本限制 第 ５ 页 共９页 积极采用新材料，支持新材料，新工艺的开发和应用，可以有效地降低建 设投资，又能满足生产工艺对材料的要求． 例如：用渗铝碳钢代替不锈钢用于抗硫和有机酸的腐蚀； 用碳钢与不锈钢的复合材料代替纯不锈钢材料； 用焊接质量有保证的有缝钢管代替无缝钢管；等等． ３．２ 常用材料的应用限制 ３．２．１ 铸铁 常用的铸铁有可锻铸铁和球墨铸铁两种． 一般限制条件： １）使用在介质温度为－２９～３４３℃的受压或非受压管道； ２） 不得用于输送介质温度高于 １５０℃或表压大于 ２．５ＭＰａ 的可燃流体管道； ３）不得用于输送任何温度压力条件的有毒介质； ４）不得用于输送温度和压力循环变化或管道有振动的条件下． 实际上，可锻铸铁经常被用于不受压的阀门手轮和地下管道；球墨铸铁经 常被用于工业用管道中的阀门阀体． ３．２．２ 普通碳素钢 限制条件： ａ． 沸腾钢 １） 应限用在设计压力≤０．６ＭＰａ，设计温度为 ０～２５０℃的条件下； ２） 不得用于易燃或有毒流体的管道； ３） 不得用于石油液化气介质和有应力腐蚀的环境中； ｂ． 镇静钢 １） 限用在设计温度为 ０～４００℃范围内． 压力管道材料部分 第三章 常用金属材料的基本限制 第 ６ 页 共９页 ２） 当用于有应力腐蚀开裂敏感的环境时，本体硬度及焊缝硬度应不大于 ＨＢ２００，并对本体和焊缝进行 １００％无损探伤； ｃ． 用于压力管道的沸腾钢和镇静钢 １）含碳量不得大于 ０．２４％． ２） ＧＢ７００ 标准给出了四种常用的普通碳素结构钢牌号，即：Ｑ２３５Ａ（Ｆ，ｂ）， Ｑ２３５Ｂ（Ｆ，ｂ），Ｑ２３５Ｃ，Ｑ２３５Ｄ．其适用范围如下： Ｑ２３５－ＡＦ 钢板：设计压力Ｐ≤０．６ＭＰａ；使用温度为０～２５０℃，钢板厚度≯１２ｍｍ； 不得用于易燃，毒性程度为中度，高度或极度危害介质的管道． Ｑ２３５－Ａ 钢板： 设计压力 Ｐ≤１．ＯＭＰａ；使用温度为 ０～３５０℃；钢板厚度≯１６ｍｍ； 不得用于液化石油气，毒性程度为高度或极度危害介质的管道． Ｑ２３５－Ｂ 钢板：设计压力 Ｐ≤１．６ＭＰａ；使用温度为 ０～３５０℃；钢板厚度≯２０ｍｍ； 不能用于高度和极度危害介质的管道． Ｑ２３５－Ｃ 钢板：设计压力 Ｐ≤２．５ ＭＰａ；使用温度为 ０～４００℃；钢板厚度≯４０ｍｍ； ３．２．３ 优质碳素钢 优质碳素钢是压力管道中应用最广的碳钢，对应的材料标准有： ＧＢ／Ｔ６９９，ＧＢ／Ｔ８１６３，ＧＢ３０８７，ＧＢ５３１０，ＧＢ９９４８，ＧＢ６４７９ 等．这些标准 是根据不同的使用工况而提出了不同的质量要求．它们共性的使用限制条件： ａ．输送碱性或苛性碱介质时应考虑有发生碱脆的可能，锰钢（如 １６Ｍｎ）不得 用于该环境； ｂ．在有应力腐蚀开裂倾向的环境中工作时，应进行焊后应力消除热处理，热 处理后的焊缝硬度不得大于 ＨＢ２００． 焊缝应进行 １００％无损探伤． 锰钢（如 １６Ｍｎ） 不宜用于有应力腐蚀开裂倾向的环境中； ｃ．在均匀腐蚀介质环境下工作时，应根据腐蚀速率，使用寿命等进行经济核 压力管道材料部分 第三章 常用金属材料的基本限制 第 ７ 页 共９页 算，如果核算结果证明选用碳素钢是合适的，应给出足够的腐蚀余量，并 采取相应的其它防腐蚀措施； ｄ．碳素钢，碳锰钢和锰钒钢在 ４２５℃及以上温度下长期工作时，其碳化物有 转化为石墨的可能性，因此限制其最高工作温度不得超过 ４２５℃ 规定该温度为 ４５０℃）； ｅ．临氢操作时，应考虑发生氢损伤的可能性． ｆ．含碳量大于 ０．２４％的碳钢不宜用于焊连接的管子及其元件； ｇ．用于－２０℃及以下温度时，应做低温冲击韧性试验； ｈ．用于高压临氢，交变载荷情况下的碳素钢材料宜是经过炉外精炼的材料． （锅炉规范则 ３．２．４ 铬钼合金钢 常用的铬钼合金钢材料标准有 ＧＢ９９４８， ＧＢ５３１０， ＧＢ６４７９， ＧＢ３０７７， ＧＢ１２２１ 等，其使用限制条件如下： ａ．碳钼钢（Ｃ－０．５Ｍｏ）在 ４６８℃温度下长期工作时， 其碳化物有转化为石墨的倾 向，因此限制其最高长期工作温度不超过 ４６８℃； ｂ．在均匀腐蚀环境下工作时，应根据腐蚀速率，使用寿命等进行经济核算， 同时给出足够的腐蚀余量； ｃ．临氢操作时，应考虑发生氢损伤的可能性； ｄ．在高温 Ｈ２＋Ｈ２Ｓ 介质环境下工作时，应根据 Ｎｅｌｓｏｎ 曲线和 Ｃｏｕｐｅｒ 曲线确 定其使用条件； ｅ．应避免在有应力腐蚀开裂的环境中使用； ｆ．在 ４００－５５０℃温度区间内长期工作时，应考虑防止回火脆性问题． 压力管道材料部分 第三章 常用金属材料的基本限制 第 ８ 页 共９页 ｇ． 铬钼合金钢一般应是电炉冶炼或经过炉外精炼的材料． ３．２．５ 不锈耐热钢 压力管道中常用的不锈耐热钢材料标准主要有 ＧＢ／Ｔ１４９７６，ＧＢ４２３７， ＧＢ４２３８，ＧＢ１２２０，ＧＢ１２２１ 等．其共性的使用限制条件如下： ａ．含铬 １２％以上的铁素体和马氏体不锈钢在 ４００－５５０℃温度区间内长期工作 时， 应考虑防止 ４７５℃回火脆性破坏， 这个脆性表现为室温下材料的脆化． 因此， 在应用上述不锈钢时，应将其弯曲应力，振动和冲击载荷降到敏感载荷以下， 或者不在 ４００℃以上温度使用； ｂ．奥氏体不锈钢在加热冷却的过程中，经过 ５４０～９００℃温度区间时，应考 虑防止产生晶间腐蚀倾向． 当有还原性较强的腐蚀介质存在时， 应选用稳定型（含 稳定化元素 Ｔｉ 和 Ｎｂ）或超低碳型（Ｃ＜０．０．０３％）奥氏体不锈钢； ｃ．不锈钢在接触湿的氯化物时，有应力腐蚀开裂和点蚀的可能，应避免接触 湿的氯化物，或者控制物料和环境中的氯离子浓度不超过 ２５×１０－６； ｄ． 奥氏体不锈钢使用温度超过 ５２５℃时，其含碳量应大于 ０．０４％，否则钢的 强度会显著下降． 压力管道材料部分 第三章 常用金属材料的基本限制 第 ９ 页 共９页 ３．３ 常用材料的使用温度 表 ３－１ 材 １０，２０ １６Ｍｎ ０９Ｍｎ２Ｖ １２ＣｒＭｏ １５ＣｒＭｏ １Ｃｒ５Ｍｏ 低碳奥氏体不锈钢 （０１８ＣｒＮｉ９， ０Ｃｒ１７Ｎｉ１２Ｍｏ２， ０Ｃｒ１８Ｎｉ１９Ｔｉ） 超低碳奥氏体不锈钢（００Ｃｒ１９Ｎｉ１０） 超低碳奥氏体不锈钢（００Ｃｒ１７Ｎｉ１４Ｍｏ２） ０Ｃｒ２５Ｎｉ２０ 常用金属材料的使用温度 料 使用温度℃ －２０～４２５ －４０－４５０ －７０－１００ ≤５２５ ≤５５０ ≤６００ －１９６－７００ －１９６－４００ －１９６－４５０ ≤８００１。
压力管道基础知识讲座——常用金属材料
压力管道基础知识讲座——常用金属材料压力管道是一种用于输送液体、气体或者其他流体的管道系统。
它承受的压力很高，因此需要选择合适的材料来保证安全可靠的运输。
常用的金属材料有碳钢、不锈钢、铝合金和铜合金等。
碳钢是一种常见的金属材料，具有良好的力学性能和耐腐蚀性。
它的主要成分是碳和铁，其中一般含有较少的合金元素。
碳钢在常温下具有较高的强度和硬度，但在高温下容易发生变形。
碳钢管道可以用于输送一般的液体、气体和蒸汽，但不适用于高温、高压或者腐蚀性介质。
不锈钢是一种抗腐蚀的金属材料，具有较高的强度和硬度。
它的主要成分是铁、铬、镍和其他合金元素。
不锈钢管道具有良好的耐腐蚀性，可以用于输送酸碱盐类介质和高温高压的流体。
不锈钢管道广泛应用于化工、石油、食品和制药等行业。
铝合金是一种轻质、高强度的金属材料，具有良好的导热性和电导性。
它的主要成分是铝和其他合金元素，例如铜、锌和锰等。
铝合金管道适用于输送低压的液体、气体和蒸汽，在航空航天、汽车和建筑等领域有广泛应用。
铜合金是一种导热性和导电性较好的金属材料，具有优异的抗腐蚀性和可加工性。
它的主要成分是铜和其他合金元素，例如锌、镍和铝等。
铜合金管道适用于输送液体、气体和蒸汽，在化工、船舶和海洋工程等领域有广泛应用。
选择合适的金属材料是确保压力管道安全运行的重要因素。
除了上述常用的金属材料，还可以根据具体的介质和工况选择其他特殊材料，例如合金钢、镍基合金和钛合金等。
此外，还需要考虑管道的连接方式、防腐蚀措施和监测维护等因素，以确保压力管道的可靠性和安全性。
压力管道材料及特点[1]
![压力管道材料及特点[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/5e2c8c6858fafab069dc023d.png)
压力管道材料及特点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。
压力管道用材料及质量控制
②断面收缩率——断裂后试样横断面积的最大缩减量 （So-Su）与原始横截面积（So）之比的百分率。
（3）冷弯性能——用于衡量材料在室温时的塑 性。
是焊接接头常用的一种工艺性能试验方法，它不仅可 以考核焊接接头的塑性，还可以检查受拉面的缺陷， 分面弯、背弯、侧弯三种。
•13
金属材料性能—使用性能——力学性能
上屈服强度ReH：试样发生屈服而力首次下降前的最高应力; 下屈服强度ReL：在屈服期间，不计初始瞬间效应时的最低应力。 规定非比例延伸强度Rp
②抗拉强度——试样在屈服阶段之后所能抵抗最大应力。 符号：Rm。单位：MPa。 指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂 的能力。 强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使用过程 中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。强度 的测定——拉伸实验。
切削性能： 切削加工性（可切削性，机械加工性）：指金属材料被刀具切削加工 后而成为合格工件的难易程度。切削加工性好坏常用加工后工件的表 面粗糙度，允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。它与金属材 料的化学成分，力学性能，导热性及加工硬化程度等诸多因素有关。 通常是用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断。一般讲，金属材 料的硬度愈高愈难切削，硬度虽不高，但韧性大，切削也较困难。 冷弯性能： 指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲 角度α（外角）或弯心直径d 对材料厚度a 的比值表示，a 愈大或d/a 愈 小，则材料的冷弯性愈好。 冲压性能： 金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲 压。检验方法用杯突试验进行检验。
蠕变在低温下也会发生，但只有达到一定的温度才能变得显著,称温度为蠕变温度。 对各种金属材料的蠕变温度约为0.3Tm，Tm为熔化温度，以热力学温度表示。通常 碳素钢超过300-350摄氏度，合金钢在400-450摄氏度以上时才有蠕变行为
压力管道培训：管道材料
4、合金结构钢：
合金结构钢的牌号分成两部分：一是保证
力学性能的合金结构钢，取自于国家标准 GB/T3077。此标准共77个牌号，包括表面 硬化钢37个，调质钢40个。二是保证淬透 性合金结构钢，取自于GB/T5216，共14个 牌号。
按标准规定，该类钢材的质量指标，除检
查化学成分、力学性能或淬透性以外，一 般还有低倍组织要求、钢材尺寸、外形和 表面质量；保证淬透性合金结构钢还检验 晶粒度。
⑻GB/T9711《石油天然气工业管线输送用钢 管》
⑼GB/T12771《流体输送用不锈钢焊接钢》 ⑽GB13296《锅炉、热交换器用不锈钢无缝
钢管》
⑾GB/T14976《流体输送用不锈钢远缝钢管》 ⑿GB/T18984《低温管道用无缝钢管》
• 一般流体输送用钢管必须进行化学成分分 析、拉力试验、压扁试验和水压试验。
⑶消除应力退火是为了除去由于塑性变形 加工，焊接等原因造成的以及铸件内存在 的残余应力而进行的热处理工艺，消除应 力退火的加热温度低于钢的再结晶温度。
• 2、正火：正火主要用于细化钢材的晶粒， 改善组织、提高机械性能；
正火与退火的区别是正火的冷却速度稍快 ，所获得的组织比退火细，综合机械性能 也有所提高。
3、优质碳素结构钢：
优质碳素结构钢的牌号取自最新额国家标 准GB/T669《优质碳素结构钢》中，优质 钢：P≤0.035%,S≤0.035%；高级优质钢： P≤0.030%,S≤0.030%；特级优质钢： P≤0.025%,S≤0.025%；常用牌号有10、20 等
按标准规定，优质碳素结构钢钢材的质量 指标，除化学成分和力学性能外，主要还 有低倍组织要求、高倍组织要求、工艺试 验、表面质量等。
• （5）磷： 磷是钢中的有害杂质，磷在钢中能全部溶于铁 素体内，从而即产生“冷脆 性”。 钢的各种化学成分对钢淬硬性的影响通常折算 成碳的影响，称为碳当量，用Ce表示。
管道金属材料
管道金属材料一、管道金属材料的选用1. 压力管道金属材料的特点压力管道涉及各行各业，对它的基本要求是“安全与使用”，安全为了使用，使用必须安全，使用还涉及经济问题，即投资省、使用年限长，这当然与很多因素有关。
而材料是工程的基础，首先要认识压力管道金属材料的特殊要求。
压力管道除承受载荷外，由于处在不同的环境、温度和介质下工作，还承受着特殊的考验。
（1）金属材料在高温下性能的变化①蠕变钢材在高温下受外力作用时，随着时间的延长，缓慢而连续产生塑性变形的现象，称为蠕变。
钢材蠕变特征与温度和应力有很大关系。
温度升高或应力增大，蠕变速度加快。
例如，碳素钢工作温度超过300～350℃，合金钢工作温度超过300～400℃就会有蠕变。
产生蠕变所需的应力低于试验温度钢材的屈服强度。
因此，对于高温下长期工作的锅炉、蒸汽管道、压力容器所用钢材应具有良好的抗蠕变性能，以防止因蠕变而产生大量变形导致结构破裂及造成爆炸等恶性事故。
②球化和石墨化在高温作用下，碳钢中的渗碳体由于获得能量将发生迁移和聚集，形成晶粒粗大的渗碳体并夹杂于铁素体中，其渗碳体会从片状逐渐转变成球状，称为球化。
由于石墨强度极低，并以片状出现，使材料强度大大降低，脆性增加，称为材料的石墨化。
碳钢长期工作在425℃以上环境是地，就会发生石墨化，在大于475℃更明显。
SH3059规定碳钢最高使用温度为425℃，GB150则规定碳钢最高使用温度为450℃。
③热疲劳性能钢材如果长期冷热交替工作，那么材料内部在温差变化引起的热应力作用下，会产生微小裂纹而不断扩展，最后导致破裂。
因此，在温度起伏变化工作条件下的结构、管道应考虑钢材的热疲劳性能。
④材料的高温氧化金属材料在高温氧化性介质环境中（如烟道）会被氧化而产生氧化皮，容易脆落。
碳钢处于570℃的高温气体中易产生氧化皮而使金属减薄。
故燃气、烟道等钢管应限制在560℃下工作。
（2）金属材料在低温下的性能变化当环境温度低于该材料的临界温度时，材料冲击韧性会急剧降低，这一临界温度称为材料的脆性转变温度。
压力管道对材料性能有何要求
压力管道对材料性能有
何要求
公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
压力管道对材料性能有何要求
管道组成件的材料选用应当满足以下各项基本要求，设计时根据特定使用条件和介质，选择合适的材料；
(一) 符合相应材料标准的元宝，其使用方面的要求符合管道有关安全技术规范的规定；
(二) 金属材料的延伸率不低于14%，材料在最低使用温度下具备足够的抗脆断，由于特殊原因必须使用延伸率低于14%的金属材料时，能够采取必要的防护措施；
(三) 在预期的寿命内，材料在使用条件下具有足够的稳定性，包括物理性能、化学性能、力学性能、耐腐蚀性能以及应力腐蚀破裂的敏感性等；
(四) 考虑在可能发生火灾和灭火条件下的材料适用性以及由此带来的材料性能变化和次生灾害；
(五) 材料适合相应制造、制作加工(包括锻造、铸造、焊接、冷热成形加工、热处理等)的要求，用于焊接的碳钢、低合金钢的含碳量应当小于或者等于0.30%；
(六) 几种不同的材料组合使用时，应当注意其可能出现的不得影响。
压力管道材料
常用金属材料：
⑴ 常用黑色金属材料： 铸铁：含碳量大于2.06％的铁碳合金称为铸 铁。性能特点是可焊性、塑性、韧性和强 度均较差，但它却具有良好的铸造性和切 削加工性能，价格便宜。 根据铸铁中石墨的形状不同可将铸铁分为 灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。
碳素钢：含碳量小于2.06％的铁碳合金称为 碳素钢 由于中碳钢和高碳钢的可焊性较差，在工 程设计中除螺栓材料外，常用的压力管道 材料都是低碳钢。 合金钢：合金钢与碳素钢相比，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 ⑵ 常用有色金属材料： 铝合金: 铜合金：
• 5、不锈钢： 不锈钢是不锈耐酸钢的简称，包括不锈 钢和耐酸钢两类。 这类钢按其组织特征分为奥氏体型、奥 氏体－铁素体型、铁素体型、马氏体型和 沉淀硬化型五类。 （1）奥氏体型不锈钢主要合金元素为铬和镍。 具有稳定的奥氏体组织，加热无相变，无 铁磁性。 这类钢的常用钢种有：1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9、00Cr19Ni10等；
•
钢管的质量等级：
GB9948 GB8163 GB6479 GB2270 GB1329 6
化学成分
抗拉强度 屈服点
√
√ √
√
√ √
√
√ √
√
√ ×
√
√
合同中注明
伸长率
冲击韧性 布氏硬度 水压试验 （逐根）
√
√ √ √
√
× × √
√
√ × √
√
× × √
√
× √（HRC) √
GB9948 GB8163 GB6479 GB2270 压扁试验
压力管道对材料性能的要求
• ⑴ 足够的强度。 • ⑵ 良好的塑性和韧性的配合。 • ⑶ 良好的冷热加工成型性能。尤其是良好 的焊接性能。 • ⑷ 与环境条件协调。
管道常用金属材料
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。
压力管道设计基本要求全解
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1、管道等级表的内涵
主要内容： 1．管道等级：流体介质/温度－压力额定值 2．管子：材料/公称直径/外径/管道壁厚/管表号Sch 3．法兰：材料/法兰类型/密封面/法兰盖 4．阀门：球阀/闸阀/截止阀/止回阀/立式止回阀/蝶阀 5．管件：材料/弯头/三通/同心大小头/偏心大小头/ 管帽/管接
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4、压力管道的分类和分级
关于工业管道
（1）工业管道的范围：工业管道的使用范围仅限于企业、 事业单位内部，（包括延伸出工厂边界线，但归属于 企、事业单位管辖的工艺管道）主要有别于公用管道。 分三类：工艺管道、公用工程管道 、辅助管道；
（2）工业管道的服务对象： 服务对象强调的是为企业、事 业单位的生产服务 。
（3）工业管道的属性：这类压力管道为企、事业单位所有， 属于单位管辖。
（4）介质特性：介质种类多、压力温度范围大。
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4、压力管道的分类和分级
GD类－－动力管道：
定义：火力发电厂用于输送蒸汽、汽水两相介质的管道；
分级：分为GD1级和GD2级。
特征：介质单一，性质明确、压力与温度较高的输送管道；
且设计温度 T≥ 400℃的管道。
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5、工业管道（GC类）的条件
2）GC2级的条件： 除规定的GC3级管道外，介质毒性危害程度、火灾危险
性（可燃性）、设计压力和设计温度小于规定的GC1级 的管道。
3）GC3级的条件： 输送无毒、非可燃流体介质，设计压力P≤1.0MPa，设计
工作压力工作温度设计压力设计温度设计压力的确定工作压力pwmpa设计压力mpapw18ppw01818pw40p11pw40pwpw04pw80p105pw设计温度的确定最高工作温度t5最低取2015t有色金属及合金钢铜铝钛以及镍铝钛合金复合材料非金属与非金属金属与非金属标准号标准名称尺寸系列mm材料gb30871999低中压锅炉用无缝钢管d010426t15261020gbt30912001低压流体输送用焊接钢管d011781626t4016q215aq345abgb53101995高压锅炉用无缝钢管d022530t27020g1cr19ni11nbgb64792000化肥设备用高压无缝钢管d0273t2701016mngbt81631999流体输送用无缝钢管d06630t025751016mngbt127712000流体输送用不锈钢焊接钢管d08630t03161cr18ni9gbt149762002流体输送不锈钢无缝钢管d06426t051530427不锈钢材料的选择c压力管道设计中常用钢材牌号的适用温度范围
压力管道材料第四章-3-精品文档
1.2 加工工艺性能：金属材料的加工工艺性能是金属材料 在制造管道组成件的过程中，适合各种冷、热加工的性能 ，也就是金属材料采用某种加工方法制成成品的难易程度。 ⑴冷加工： 切削加工性能等。达到规定的几何形状和尺寸，公差配 合，表面粗糙度等的要求。 ⑵热加工： 铸造性能（液态成形）,锻造性能即压力加工性能（塑性 变形）、焊接性能（连接）、热处理（性能潜力）等。
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4.3 按冶炼中的脱氧方式分类： （1）沸腾钢 F （2）镇静钢 Z （3）半镇静钢 b （4）特殊镇静钢 TZ 4.4 按品质分类：P、S杂质含量分类。 （1）普通碳素钢：钢中硫、磷含量较高，一般S≤0.05%， P ≤0.05%。 （2）优质碳素钢：钢中硫、磷含量较低，一般S≤0.04%， P ≤0.04%。 （3）高级优质碳素钢：钢中硫、磷含量很低，S≤0.02%， P ≤0.03%。
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3.7 疲劳：指材料在交变应力的作用下，发生破坏时的最大应力，通 常用疲劳持久极限来衡量，即材料在交变应力的作用下，经过无数次 （一般规定大于106次~107次）的应力循环也不会导致疲劳破坏时的最 大应力。它是反映材料交变应力破坏的强度指标。 （1）高周疲劳——材料在低于其屈服强度的循环应力作用下，经105 以上循环次数而产生的疲劳。 （2）低周疲劳——材料在接近或超过其屈服强度的循环应力作用下， 经102～105塑性应变循环次数而产生的疲劳。 （3）热疲劳——温度循环变化产生的循环热应力所导致的疲劳。 （4）腐蚀疲劳——腐蚀环境和循环应力（应变）的复合作用所导致的 疲劳。 4 金属材料分类(以钢材为主) 含碳量小于2.11%（质量）的合金称为钢，含碳量大于或等于2.11% （质量）的合金称为生铁。重点介绍钢材分类。
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4.1 按化学成分分类： （1）碳素钢：简称碳钢。除铁、碳外主要含有少量Si、Mn及P、S等杂 质，这些总含量不超过2%，按含碳量不同分为： 低碳钢——含碳量小于0.25% 中碳钢——含碳量等于0.25%～0.55% 高碳钢——含碳量大于0.55% （2）合金钢：碳钢所含元素外，还含有其它一些合金元素：Cr、Ni、 Mo、W、V、B等，按合金元素总含量不同分类： 低合金钢——合金元素总含量小于5% 中合金钢——合金元素总含量等于5%～10% 高合金钢——合金元素总含量大于10% 4.2 按用途分类： （1）结构钢——碳钢、低合金钢等。 （2）工具钢 （3）特殊用途用钢——不锈钢、耐候钢、耐热钢、低温钢等。
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压力管道培训之材料 3 常用金属材料的基本限制条件.txt 什么叫乐观派？这个。
就象茶壶一样，屁股被烧得红红的，还有心情吹口哨。
生活其实很简单，过了今天就是明天。
一生看一个女人是不科学的，容易看出病来。
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压力管道材料部分第三章常用金属材料的基本限制第 1 页共9页3 常用金属材料的基本限制条件3.1 一般限制条件3.1.1 满足操作条件的要求3.1.2 满足材料加工工艺和工业化生产的要求3.1.3 符合既使用又经济的要求 3.2 常用材料的应用限制 3.2.1 铸铁 3.2.2 普通碳素钢 3.2.3 优质碳素钢3.2.4 铬钼合金钢3.3 常用材料的使用温度压力管道材料部分第三章常用金属材料的基本限制第 2 页共9页3 常用金属材料的基本限制条件工程上的实际应用环境条件是十分复杂的, 不同的介质介质温度,介质压力等操作条件的组合,构成了无数个选材条件. 就常见的选材条件来说, 要想在这里逐一给出其选材结论是不现实的, 它也正是各个设计院或工程公司一直致力研究的问题. 在这里将换一种方式, 以材料为主体,应用金属理论,腐蚀理论以及工程理论来确定各种常用材料的使用限制条件. 工程上, 压力管道选材除了要确定材料牌号外, 还要确定材料标准, 因为不同的材料标准,对材料质量的要求是不一样的. 3.1 一般限制条件在进行工程材料选用时,首先应遵循下列一些原则. 3.1.1 满足操作条件的要求 a. 根据操作条件判断该管道是不是压力管道, 属于那一类压力管道.不同类别的压力管道因其重要性不同, 发生事故带来的危害程度不同,故对材料的要求也不同.一般情况下, 高类别的压力管道（如一类压力管道）从材料的冶炼工艺到最终产品的检查试验都比低类别的压力管道要求高. b. 应考虑操作条件对材料的选择要求. 不同的材料对同一腐蚀介质的抗腐蚀性能是不相同的.在腐蚀环境中, 选用材料应避免灾难性的腐蚀形式（如应力腐蚀开裂）出现,而对均匀腐蚀,一般至少应限定在"耐腐蚀"级,即最高年腐蚀速率不超过0.5mm; c. 介质温度也是选用材料的一个重要参数. 因为温度的变化会引起材料的一系列性能变化, 如低温下材料的脆性, 高温下材料的石墨化, 蠕变等问题. 很多腐蚀形态都与介质温度有密切的关系,甚至是腐蚀发生的基本条件. 因此压力管道的选材应满足温度的限制条件.压力管道材料部分第三章常用金属材料的基本限制第 3 页共9页3.1.2 满足材料加工工艺和工业化生产的要求a. 理想的材料应该是容易获得的, 即它应具有良好的加工工艺性,焊接性能等. 理想的材料应该是容易获得的, 即它应具有良好的加工工艺性, 焊接性能等例如,对于一些腐蚀环境, 选用碳钢和不锈钢复合制成的压力管道及其元件来代替纯不锈钢材料无疑是经济适用的, 但由于许多制造厂的复合工艺不过关, 使用中屡次出现问题, 从而给复合材料的应用带来了限制, 尤其是碳钢与0Cr13 的复合板材因现场焊接质量不容易保证, 以致工程上不敢使用或者说不敢大量使用它. b. 工程上的材料应用是系列化, 标准化的. 工程上的材料应用是系列化, 准化的. 工程上的材料应用是系列化它不像在实验室中,可以做到少量, 理想化的材料应用. 将材料标准化, 系列化便于大规模生产, 减少材料品种,从而可以节约设计,制造, 安装, 使用等各环节的投入,同时也将大大降低生产成本. 所以工程上应首先选用标准材料, 对于必须选用的新材料,应有完整的技术评定文件, 并经过省级及其以上管理部门组织技术鉴定, 合格后才能使用. 对于必须进口的材料, 应提出详细的规格,性能,材料牌号,材料标准,应用标准等技术要求,并按国内的有关技术要求对其进行复验,合格以后才能使用. 3.1.3 符合既适用又经济的要求这是一个很原则的问题, 实际操作起来是很复杂的.它要求材料工程师须运用工程学,材料学,腐蚀学等方面的知识综合判断. 这样的问题有时是可以定量计算的,有时则是不可以定量计算的. 一般情况下, 应从以下几个方面来考虑: a. 腐蚀方面腐蚀方面1) 对于局部腐蚀, 若通过其它措施( 如工艺防腐措施) 能防止或控制局部腐蚀的发生,特别是突然性, 灾难性的局部腐蚀发生,就可以采用价格比较低的材料. 否则, 必须选用高级但价格高的材料.压力管道材料部分第三章常用金属材料的基本限制第 4 页共9页2) 对均匀腐蚀, 在腐蚀环境比较恶劣的情况下, 若选用低级但价格便宜的材料, 其腐蚀速率可能会很大, 短时间内就必须更换材料; 而用耐腐蚀比较好, 价格比较高的材料, 其腐蚀速率可能会较小,从而维持一个比较长的生产周期. 进行综合的技术经济评定, 此时采用高级材料也许更经济些. 反之, 如果腐蚀环境比缓和,此时选用低级材料虽然其腐蚀速率比较大, 但其价格便宜,进行经济核算后, 此时采用低级材料也许更经济些.总之这一类型的材料选用是应进行经济核算. 3) 对于同一个腐蚀环境, 若选用高级材料时遭受的腐蚀可能是危险性较大的局部腐蚀,而选用低级材料时遭受的腐蚀可能是具有较大腐蚀速率的均匀腐蚀. 此时就应考虑选用低级材料并辅以其它防腐措施. b. 材料标准及制造方面材料标准及制造方面材料标准压力管道的类别与材料标准和制造要求并没有一个完全一一对应的关系, 这就要求材料工程师应用有关知识来综合考虑. 许多材料标准和制造标准中, 都有若干供用户确认的选择项. 1) 这些选择项中,有些是一般的项目,当用户没有指定时,制造商将按自己的习惯去做. 例如,钢管的供货长度, 供货状态等都属于这类项目. 2) 有些项目则是附加检验项目, 这些检验项目不是必需的, 只有用户要求时制造商才做. 也就是说, 用户可以根据使用条件不同, 追加若干检验项目以便更好的控制材料的内在质量. 但提出了这些特殊要求就意味着产品价格的上升,有些检验项目如射线探伤的费用是很高的. 如何追加这些附加检验项目, 应结合使用条件和产品的价格综合考虑,有时要把握好这个尺度是很难的. c. 新材料, 新工艺应用方面新材料, 新材料压力管道材料部分第三章常用金属材料的基本限制第 5 页共9页积极采用新材料,支持新材料,新工艺的开发和应用,可以有效地降低建设投资,又能满足生产工艺对材料的要求. 例如: 用渗铝碳钢代替不锈钢用于抗硫和有机酸的腐蚀; 用碳钢与不锈钢的复合材料代替纯不锈钢材料; 用焊接质量有保证的有缝钢管代替无缝钢管; 等等.3.2 常用材料的应用限制3.2.1 铸铁常用的铸铁有可锻铸铁和球墨铸铁两种. 一般限制条件：1)使用在介质温度为-29〜343C的受压或非受压管道；2)不得用于输送介质温度高于150 C或表压大于2.5MPa的可燃流体管道；3)不得用于输送任何温度压力条件的有毒介质；4) 不得用于输送温度和压力循环变化或管道有振动的条件下. 实际上, 可锻铸铁经常被用于不受压的阀门手轮和地下管道；球墨铸铁经常被用于工业用管道中的阀门阀体. 3.2.2 普通碳素钢限制条件：a.沸腾钢1)应限用在设计压力w 0.6MPa,设计温度为0〜250C的条件下; 2) 不得用于易燃或有毒流体的管道; 3) 不得用于石油液化气介质和有应力腐蚀的环境中；b.镇静钢1)限用在设计温度为0〜400 C范围内.压力管道材料部分第三章常用金属材料的基本限制第 6 页共9页2) 当用于有应力腐蚀开裂敏感的环境时, 本体硬度及焊缝硬度应不大于HB200, 并对本体和焊缝进行 1 00%无损探伤； c. 用于压力管道的沸腾钢和镇静钢1) 含碳量不得大于0.24%. 2) GB700 标准给出了四种常用的普通碳素结构钢牌号, 即：Q235A(F,b),Q235B(F,b),Q235C,Q235D.其适用范围如下：Q235-AF钢板：设计压力P< 0.6MPa;使用温度为0〜250 C ,钢板厚度》12mm;不得用于易燃，毒性程度为中度，高度或极度危害介质的管道•Q235-A钢板：设计压力P w I.OMPa;使用温度为0〜350C ;钢板厚度》16mm;不得用于液化石油气，毒性程度为高度或极度危害介质的管道.Q235-B钢板:设计压力P w 1.6MPa;使用温度为0〜350C ;钢板厚度》20mm;不能用于高度和极度危害介质的管道.Q235-C钢板:设计压力P w 2.5 MPa;使用温度为0〜400C ;钢板厚度》40mm;3.2.3 优质碳素钢优质碳素钢是压力管道中应用最广的碳钢, 对应的材料标准有：GB/T699,GB/T8163,GB3087,GB5310,GB9948,GB6479 等. 这些标准是根据不同的使用工况而提出了不同的质量要求. 它们共性的使用限制条件： a. 输送碱性或苛性碱介质时应考虑有发生碱脆的可能，锰钢(如16Mn)不得用于该环境；b.在有应力腐蚀开裂倾向的环境中工作时，应进行焊后应力消除热处理, 热处理后的焊缝硬度不得大于HB200. 焊缝应进行100%无损探伤. 锰钢(如16Mn) 不宜用于有应力腐蚀开裂倾向的环境中; c. 在均匀腐蚀介质环境下工作时, 应根据腐蚀速率, 使用寿命等进行经济核压力管道材料部分第三章常用金属材料的基本限制第7 页共9页算, 如果核算结果证明选用碳素钢是合适的, 应给出足够的腐蚀余量,并采取相应的其它防腐蚀措施；d.碳素钢，碳锰钢和锰钒钢在425 C及以上温度下长期工作时，其碳化物有转化为石墨的可能性，因此限制其最高工作温度不得超过425 C规定该温度为450 C ); e.临氢操作时，应考虑发生氢损伤的可能性. f. 含碳量大于0.24% 的碳钢不宜用于焊连接的管子及其元件；g.用于-20 C及以下温度时，应做低温冲击韧性试验；h.用于高压临氢，交变载荷情况下的碳素钢材料宜是经过炉外精炼的材料. ( 锅炉规范则3.2.4 铬钼合金钢常用的铬钼合金钢材料标准有GB9948， GB5310， GB6479， GB3077， GB1221 等，其使用限制条件如下：a.碳钼钢(C-0.5MO)在468 C温度下长期工作时，其碳化物有转化为石墨的倾向，因此限制其最高长期工作温度不超过468 C ; b.在均匀腐蚀环境下工作时，应根据腐蚀速率，使用寿命等进行经济核算，同时给出足够的腐蚀余量; c. 临氢操作时，应考虑发生氢损伤的可能性; d. 在高温H2+H2S 介质环境下工作时，应根据Nelson 曲线和Couper 曲线确定其使用条件；e.应避免在有应力腐蚀开裂的环境中使用；f.在400-550 C温度区间内长期工作时，应考虑防止回火脆性问题.压力管道材料部分第三章常用金属材料的基本限制第8 页共9页g. 铬钼合金钢一般应是电炉冶炼或经过炉外精炼的材料.3.2.5 不锈耐热钢压力管道中常用的不锈耐热钢材料标准主要有GB/T14976,GB4237, GB4238,GB1220,GB1221 等.其共性的使用限制条件如下: a. 含铬12%以上的铁素体和马氏体不锈钢在400-550 C温度区间内长期工作时，应考虑防止475 C回火脆性破坏，这个脆性表现为室温下材料的脆化. 因此, 在应用上述不锈钢时, 应将其弯曲应力, 振动和冲击载荷降到敏感载荷以下，或者不在400 C以上温度使用；b.奥氏体不锈钢在加热冷却的过程中，经过540〜900C温度区间时，应考虑防止产生晶间腐蚀倾向•当有还原性较强的腐蚀介质存在时，应选用稳定型(含稳定化元素Ti 和Nb) 或超低碳型(C<0.0.03%) 奥氏体不锈钢； c. 不锈钢在接触湿的氯化物时，有应力腐蚀开裂和点蚀的可能，应避免接触湿的氯化物，或者控制物料和环境中的氯离子浓度不超过25 X 10-6; d. 奥氏体不锈钢使用温度超过525 C时，其含碳量应大于0.04%，否则钢的强度会显著下降.压力管道材料部分第三章常用金属材料的基本限制第9 页共9 页3.3 常用材料的使用温度表3-1 材10，20 16Mn 09Mn2V 12CrMo 15CrMo 1Cr5Mo 低碳奥氏体不锈钢(018CrNi9，0Cr17Ni12Mo2， 0Cr18Ni19Ti) 超低碳奥氏体不锈钢(00Cr19Ni10)超低碳奥氏体不锈钢(00Cr17Ni14Mo2) 0Cr25Ni20 常用金属材料的使用温度料使用温度C-20 〜425 -40-450 -70-100 < 525 < 550 < 600 -196-700 -196-400 -196-450 < 800。