储运培训讲义管道材料09.docx

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储运培训讲义管道材料09

管道材料培训的几个阶段

•基础知识

•专业知识

•规范宣贯

•设計技术文件

主题

•1.管道元件的标准化,系列化

•2.材料

•3.管子（Pipe,Tube）

•4.管件（对焊,承插,螺纹·······）

•5.法兰（垫片,紧固件,夾持件·······）

•6.阀门（过滤器,视镜······）

1.1配管材料设計的特奌

•标准化

•系列化

•國际化

•中國化

1.2规格标准化

●公称直径

Pipe,Tube

●外径

●壁厚,壁厚系列

1.3公称直径,Pipe,Tube

1.3.1公称直径

•ISO6708,GB1048-2005定义

•DNSI制

中國,欧州

•NPSIn制

美國

混用日本400A16B

1.3.2PIPE

•流体输送用圆截面中空管

•规格采用公称直径壁厚系列（壁厚）表示

•同一公称直径,外径相同而壁厚可不同

•工业管道,长输管道,公用工程

1.3.3TUBE

•中空管子统称

•圆形,方形·····

•规格用外径,内径,壁厚数值三者之二表示

•仪表,伴热,液压,气动,洁净,高压

•锅炉管,換热管,炉管

1.3.4钢管标准分类·

•Pipe流体输送用

•Tube

•机械,结构用

ASTM钢管标准

Pipe

•A106A53API5L

•A312

•A333

•A335

•板焊管A671A672

A691A358

A530通用标准

Tube

•A179A213

•A249

•A334

•A213

•A450通用标准

GB钢管标准

流体输送用（Pipe）

•GB3091-2001低压CS焊接（ERW,SAW）

•GB8163-1999CS无缝

•GB9711.1-1997高强钢,CS无缝,焊接

•SY5037低压CS螺旋焊

•GB14976-2002SS无缝

•GB18984-2003低温钢无缝

•GB12771SS焊接

•HG20537.3~20537.4SS焊接

GB钢管标准

未区分Pipe和Tube

GB5310高压锅炉管

GB3087中低压锅炉管

GB6479化肥高压管

GB9948石油裂化管

1.3.5公称直径系列

•美标体系

•欧州体系

1.3.6公称直径的选用

▲美标VS欧标

▲最小～最大

▲优选尽量不采用

大于DN600

•美标体系

级差150（6in）

•欧洲体系

级差100（DN600~1000）

200（大于DN1000）

•DN6,8,10

•DN32,65,90,125,550

1.4外径

1.4.1英制管和公制管

英制管（國际通用系列）

•ASMEB36.10,36.19

•ISO4200

HG20553Ⅰ系列

SH3405

GB17395

•JIS

–公制管（國内沿用系列淘汰系列）

•HG20553Ⅱ系列

英制管／公制管

•DN150以下

英制管大外径

公制管小外径

•DN200~300

英制管=公制管相同外径

英制管／公制管

DN350以上

•英制管外径=NPS×25.4

•公制管外径＞英制管外径

DN+30mm

DN+20mm

1.4.2选用外径系列时应注意的问题

公制管

★管子,管件（对焊,承插）,·法兰,阀门（对焊,承插）的配套

★管子,管件（对焊,承插）,·法兰,阀门（对焊,承插）的标识

Ⅱ,B

提供相关尺寸

★不能采用管螺纹和螺纹管件

选用外径系列时应注意的问题

英制管

★承插管件,阀门承插口内径与钢管外径的配合

★螺纹管件,阀门的螺纹型式（NPT,R,Rc,Rp）与钢管外径的配合

★SH3405大口径英制管外径的问题

1.5壁厚

1.5.1壁厚系列,壁厚等级

•Sch.5~160（5,10,20,30,40,60,80,100,120,140,160）

•Sch.5S~80S（5S,10S,40S,80S,20S）

•重量等级Std.XS,XXS

1.5.3國内目前应用的壁厚系列

•ASMEB36.10,B36.19（表13）

•HG20553Ⅰ系列（表14）

•SH3405（表15）

•（HG20553Ⅱ系列）

1.5.4管表号Sch.的含义

•式中:

•t－壁厚（mm）;

•P－内压（MPa）

•[σ]－许用应力（MPa）；

•φ－焊缝系数

•C－腐蚀余量（2.54mm;0.875壁厚负偏差）

1.5.4管表号Sch.的含义

•設Sch.№=1000P／［σ］ψ

•Sch.的数值相当于钢管［σ］ψ为100MPa的承压能力Bar.

•t=（Sch.№×D／1750）+2.54

1.5.5为什么要采用管表号Sch.

•管表号Sch.适用于表达一定范围內多个公称直径管子的壁厚

•管表号Sch.的数值代表许用应力为100MPa时钢管的承压能力（Bar）

•减少钢管壁厚规格数量,便于组织批量生差,庫存销售

1.5.6板焊管及其壁厚等级CWP

•大口径管道缺乏壁厚等级

≤DN600较多

DN600~1200较少

＞DN1200无

•适用于以单张钢板为坯料的板焊管

板厚负偏差

腐蚀余量（0,1.5mm）

厚度SI制,整数

1.6管道元件的规格体系

管道外径

•英制管

•公制管

公称压力

•Ciass150,300,600,900、·········

•PN10,16,25,40,63,100·······

•PN10,16,25,40,63,100·······

1.6.1英制管+美國Class公称压力

钢管

•HG20553

•GB9711.1,SY5037

•SH3405

对焊管件

•GB12459,13401

•SH3408,3409

•AWWAC205大直径

承插管件

•GB14383

•SH3410

•MSSSP79,83,95

螺纹管件

•GB14626,3287（MI）

•MSSSP79,83,95

支管台GB19326

法兰,盲板

•HG20613,20623大直径,GB13401大直径

•SH3406

•AWWAC207大直径,ASMEB16.36孔板

•HG21547盲板

阀门

•API,GB,JB

1.6.2英制管+欧洲PN公称压力

钢管

•HG20553

•GB9711.1

•SY5037

对焊管件

•GB12459,13401

承插管件

•GB14383

螺纹管件

•GB14626,3287（MI）

支管台

•GB19326

法兰,盲板

•HG20592,21547

阀门

•API,GB,JB

1.6.3公制管+欧洲PN公称压力

2.材料

•金属材料,（非金属材料）

•铁基材料,（有色）

•钢,（铸铁）

•承压件用钢,（结构件）

2.1管道元件用钢的分类

•碳钢,低合金高強度用钢—强度钢

•Cr-Mo合金钢—·热強钢,抗氢钢

•低温钢

•不锈钢

•Fe-Cr-Ni合金和Ni基合金

•铝,铜,钛合金

2.2碳钢,低合金高強度用钢

①強度

塑性,韌性,可焊性,工艺性能

②含碳量

低碳,中碳,高碳

③合金元素添加

Mn,V,Nb,Ti,······

残余元素

碳当量C+Mn／6+（Cr+Mo+V）／5+（Ni+Cu）／15

2.2碳钢,低合金高強度用钢

④脱氧

沸腾钢（Si≤0.07）,半镇静钢（Si≤0.17）

镇静钢（Si≥0.12）,真空脱氧,铝脱氧

⑤优质钢与普通结构钢

S,P≤0.035

⑥晶粒度

粗晶粒,细晶粒（≥5级,或总铝≥0.02%）

2.2碳钢,低合金高強度用钢

⑦材料交货（使用）状态和热处理

热轧,A,N,N+T,Q+T,PWHT,

控制轧制

⑧生産和加工型式

热轧,冷轧,冷拉,锻造,铸造,

热加工,冷加工,机加工

焊接,热处理

Pcm=C+Si／30+（Mn+Cu+Cr）／20+Ni／60+Mo／15+V／10+5B+T／600+H／60

2.2碳钢,低合金高強度用钢

⑨强度等级

2.2碳钢,低合金高強度用钢

⑨强度等级

2.2碳钢,低合金高強度用钢

⑩管道工程中的应用

●工业管道

管子,对焊管件20,Q235A,B,（16Mn）

锻制管件,法兰16Mn,（20）

铸件WCB

●長输管道

管子,对焊管件X42,X60,X70

2.2碳钢,低合金高強度用钢

⑾使用温度上限和下限

•高温长期强度,氧化,组织穩定性（石墨化,珠光体球化）

•脆断

⑿腐蚀与防腐

•腐蚀余量

•镀锌,镀镍,氮化,磷化

•内,外塗料,油漆（底漆,面漆）,衬里

•除锈,喷砂Sa2.5级

2.2碳钢,低合金高強度用钢

⒀SCC

★碱脆和PWHT

NaOH23510152030405060

℃90808576706554484340

★H2S-SCC（氢脆）

湿H2S-SCC,H2S分压0.0035kg／cm2,温度,PH值,催化剂氰化物

NACEMR0175Rc22,HB187,197

强度,含碳量,碳当量,Ni,热处理,焊接,WPQ,

补焊（HV250）,PWHT,检验HB,

2.2碳钢,低合金高強度用钢

★HIC,层状撕裂,Z向性能

板S≤0.003

管S≤0.01

锻件S≤0.025

★高温高压氢腐蚀,氢鼓泡

Nelson曲线

2.3低温用钢

①铁素体钢的脆性转变（体心立方晶格）

②脆性断裂

应力,缺口,脆性转变温度

③工程中钢材脆性转变的判据

V形缺口夏比冲击试验和冲击试验温度

标准试样,小试样,冲击功,侧向膨胀,断口纤维率,脆性转变温度,冲击试验温度

2.3低温用钢

④影响钢材脆性转变的因素

•强度

•厚度,方向性,焊接厚度

•应力,残余应力,低应力

•焊接,PWHT

•晶粒度

•化学成份c,Mn,Ni,微合金化,纯净度,脱氧,气体含量

•热处理,回火脆性,控轧

•焊接材料,药皮类型

2.3低温用钢

⑤低温界线与低温用钢

•≥0℃Q235B,A

•≥－19℃20,16Mn

•≥－29℃L245,A105,WPB,WCB,

•≥－40℃16MnD

•≥－46℃10MnD,A333Gr6,WPL6,LF2,LCB

•≥－101℃3.5Ni

•≥－253℃奥氏体不锈钢,Al,Cu

2.3低温用钢

•⑥管道工程中遇到的几种低温工况

•工作条件

•环境温度（定义,厚度,材料,管道规范）

•节流效应

•低温低应力

•压力试验的温度

2.4Cr-Mo合金钢

2.4.1用途

•耐热,热强,650℃

表16,≥400℃

•抗氢,高温H2S腐蝕

Nelson曲线

2.4.2Cr-Mo合金钢钢号优选

•≤540℃15CrMo14Cr1Mo

•≤580℃12Cr2Mo12Cr1MoV

•≤650℃1Cr5MoCr9Mo1V

2.4.3Cr-Mo合金钢热处理与强度等级表17

•退火A

•正火+回火N+T回火温度

•调质Q+T回火温度

•热加工后的恢复性能热处理

•PWHT与回火温度,氢腐蚀与PWHT

•母材和焊接接头硬度HB225,241

•焊前予热与层间温度

2.5不锈钢

2.5.1不锈钢分类

•奥氏体，沉淀硬化不锈钢，

•铁素体，马氏体，

•双相钢

2.5.2奥氏体不锈钢的用途

•耐蚀，洁净，高温，低温

2.5.3奥氏体不锈钢

•Cr耐蚀,鈍化膜

•Ni,组织和相平衡

•铬当量,镍当量,舍夫勒图,Delong图

Cr=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb

Ni=Ni+30（C+N）+0.5Mn

C碳化物,強度

★标准成份范围的差異表18

2.5.4300系列奥氏体不锈钢

•301,302→304低碳→304L超低碳

→321,347稳定化

•304→316,317→316mod→904L→6Mo（254SMO）→20合金

•304→304H→316H,347H→309→310→800H→800HT

•304→304N→XM19

2.5.5奥氏体不锈钢使用问题

①耐蚀

氧化性,还原性,钝化膜,酸洗钝化,回火色,保护气氛,铁离子试验

②晶间腐蚀

机理,碳化物析出,敏化和晶间腐蚀试验,休氏试验,超低碳,稳定化

③奌蚀,缝隙腐蚀和应力腐蚀

氯离子,浓度和浓缩,温度,PH

連多硫酸-SCC,稳定化SS

2.5.5奥氏体不锈钢使用问题

④热处理

•固溶,稳定化处理,消除应力热处理,再结晶

⑤金相组织

•奥氏体,δ相,σ相（650~1000）,碳化铬析出（400~950）,马氏体转变（磁性）,晶粒度

⑥应变硬化和泠加工变形量

•A2-70,A193B8-2

•20~15%,10%（≥675℃）

2.5.5奥氏体不锈钢使用问题

⑦高温使用（H）

•含碳量（焊材）,晶粒度（≤6）,冷变形（10%）

⑧低温使用

•-101℃WPQ,α相5%

•-196℃侧向膨胀0.38mm

•固溶状态

2.5.5奥氏体不锈钢使用

⑨双牌号

•304／304L,304／304H

•316／316L,316／316H

⑩许用应力,

•σ0.2,σ1

•ns1.5,1.1

⒒钢号合併,代用,不锈铸钢

2.6双相不锈钢

2.6.1双相不锈钢的特奌

•双相,50%,α+γ

•加N

•高强

•耐蚀

•奌蚀,SCC

2.6.3双相钢的应用

•相比例

α相母材35~55%

•Σ相和475℃脆化,HB271（Rc28）

•-46℃Akv45J

•設計温度

•-50℃,+300℃

3.管道工程用钢管

3.1钢管分类

3.1.1几种分类方法

用途（压力,对象）

材料

制管工艺

3.1.2按制管工艺分类

•无缝（热轧,冷拔,冷轧,锻造,离心铸造）

•有缝,焊接

3.1钢管分类

3.1.2按制管工艺分类

①直缝（炉焊,ERW,SAW,GTAW,GMAW,

PAW,FCAW,SMAW）

②螺旋焊缝（ERW,SAW）

③对接

3.2无缝制管工艺及质量控制

3.2.1无缝轧制工艺

⊙工艺

•管坯（軋,锻,連铸）;修磨;穿孔（荒管）;

热軋;定径;热处理;校直;表面处理.

冷軋;

泠拔（打头）.

⊙主要质量控制奌:

管坯;穿孔;成型及表面质量;热处理;NDT和压力试验.

3.2.2锻管

•30~40T钢锭

•4500T立式冲孔

•2500T卧式拔伸

•車削,镗孔

•317.5×28~1066.5×198,4~8.5M

•471厂

3.2.3ERW工艺

•工艺:

板卷+分条;机组成型和ERW;去毛刺;热处理;切断.

•主要质量控制奌:

板卷;去内毛刺;焊缝热处理;检验.

3.2.4EFW板焊管工艺:

⊙板卷+分条;机组成型和EFW;热处理;切断;检验;表面处理.

⊙单张钢板+刨边;UOE或JCOE;EFW;定径或冷扩（1.5%）;PWHT;检验;表面处理.

3.2.4EFW板焊管工艺

⊙主要质量控制奌

钢板

EFW工艺

PWHT

NDT

压力试验

3.3钢管标准

⊙國内钢管标准

见1.3.4GBPipe所列,但缺乏板焊管⊙國外钢管标准

见1.3.4ASTMPipe所列,尤其是A671,A691板焊管标准

3.4钢管标准的适用规格,范围和质量等级

•标准规定的适用范围;材料;规格;质量等级;

•质量等级

A高级1高级

B中等2一般

C较低

3.4钢管标准的适用范围和质量等级

3.4.1无缝管标准

⊙规格热轧DN25~500

冷拔≤DN200（50）

冷轧≤DN100,仪表,公差,抛光

⊙GB8162,机械结构用;不适用.

⊙B级无缝管标准（优质碳素钢）

GB8163和GB3087以及GB9711.1L245

适用范围,市场及质量体系B-2;B-1;B-1.

管坯B-2;B-1;B-1.

质量要求（检验）和等级B-2;B-1;B-1.

3.4.1无缝管标准

⊙A级无缝管标准

GB5310CSASSSA1

GB6479CSASSSA1

GB9948CSASSSA2

GB18984LTCSNi-ASA2

GB14976SSA2

GB9711.2高強度低合金钢A2

3.4.2ERW焊管

•规格DN15~500（400）,英制管

•材料Q195,Q235A（Galv.）

•标准和质量等级

GB3091C2

GB9711.1C1（内毛刺,热处理,NDT和压力试验）

3.4.3碳钢和低合金钢SAW板焊管

•规格DN450~2000（对接更大）

•板材（≤20mm）,长度12M,

•GB9711L245~X70A,B

•A671,672CS,LTCS,Ni-ASA,B

•A694ASA

•GB3091（直）Q235A,BC

•Sy5037（螺旋Q235A,BC

3.4.3碳钢和低合金钢SAW板焊管

⊙影响质量等级的因素

•板材

•钢管长度（併接）

•双面,单面saw

•焊缝探伤焊缝係数表20

•热处理

•压力试验

3.4.4不锈钢EFW焊管

•两种工艺

⊙連续生産DN15~200,5S10S

板卷,机组成型,自动TIG不加丝,在线NDT,热处理,压力试验,酸洗钝化

⊙单根生産,≥DN150,≤20mm,6M

单张板,折卷成型,半自动PAW（加或不加丝）,整形,NDT,（热处理,压力试验）,酸洗钝化

3.5設計选用

3.5.1按质量等级选用

•GC1A

•GC2B或A

•GC3C或B

•GC2,无毒,非可燃,且PN20以下C或B

3.5設計选用

3.5.2按材料选用

•Q235,195ERWGB3091

SAWGB3091

螺旋SAWSY5037

•20无缝

GB8163,3087,9948,6479

•20G无缝GB5310

•L245无缝GB9711

DSAWGB9711

ERWGB9711

3.5設計选用

3.5.2按材料选用

•20R,20g,16MnD,15CrMoR,A516等板DSAW板焊管A671,672,694

•15CrMo等CrMo合金管无缝

GB5310,6479,9948

•LTCS,3.5Ni等低温钢,无缝,GB18984

•304等不锈钢无缝GB14976

•304等不锈钢板焊管HG20537.4

ASTMA358

3.5設計选用

3.5.3按规格选用

•Q235,195ERWDN15~500

•Q235,195SAW≥DN450

•L245ERWDN15~400

•L245DSAW≥DN450

•20,15CrMo等无缝≤DN400

•20G,15CrMo等高温高压厚壁锻造管

DN300~1000

•低温钢无缝≤DN400

3.5設計选用

3.5.3按规格选用

•20R,16MnDR,15CrMoR等DSAW管

≥DN450

•304等不锈钢无缝≤DN300

•304等不锈钢板焊≥DN150

3.5設計选用

3.5.4考慮经济性

•检查项目增加,价格依次提高

•C2→C1→B2→B1→A2→A1

•ERW→SAW→气体保护焊→热轧→冷拔→冷轧→锻造

•Q235A→Q235B→20→L245→20G→LTCS→CrMo钢→3.5Ni304→304L→321→347→316→316L

3.5.5考慮采购与成套

•标准与非标

•通用与特殊,专用

•材件和规格的合併与分散

•批量大与小

•庫存与订单生産

4.管件

4.1管件分类（不包括法兰类）

⊙按结构形式或功能分

•直通,转向,封闭,分支/斜接,变径,同心/偏心,……

⊙按連接型式分

•对接,承插（承口/插口）,管螺纹（NPT,R,Rp,Rc;G;内,外）,螺纹,卡套,扩口……

⊙按材料类别和制造形式分

•材件;无缝,焊接,锻制,铸造

4.2构成管件的四大要素

①结构形式

②連接型式（两端/多端、阴/阳）

③规格尺寸DN及承压能力（壁厚或压力等级）

④材料和制造型式

•①和②由管件标准或小样图,数据表表达;

•④由材料和管件制造技术要求表达;

•③由設計选用确定.

4.3管件选用中应注意的问题

4.3.1对焊管件

⑴DN15~1200,（更大直径？

小尺寸的連接型式是否合适？

）;

壁厚以及无缝/有缝同管子标准（最小壁厚）;

如要加厚,应标记端部和加厚二个厚度;

⑵标准型式与非标？

（弯曲半径,斜接三通,虾米弯……）

⑶弯头与弯管;大R;带直边;

⑷三通与支管連接,异径三通;

⑸补强型式（支管連接,支管台,Boss,半管接头,补强板,补强管,主管加强,焊接三通,鞍式加強）

⑹异径管,同心/偏心;带/不带折边和直边;

4.3.1对焊管件

⑺坡口标准化;（37.5°／30°）

⑻无缝与有缝（板,焊管;焊制坯件,