管道常用金属材料.docx

1、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

2、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

3、.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

4、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:QT400-15 QT450-10 KTH3308I 延怫率() (MPa) 挛球铁”汉语拼音第f字垮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.碳素钢的分类低碳铜 备按化学减球中號丙 (含疾蚩)高碳钢工业纯铁0.04%的Fe、E合金CD.25%的钢强度低璽性好焊接性能好Q235-A.如牛2D用于管谨压容)C0.250.(50%flMB.强區塑性适中用于紧固井和瞬 35钢OMD怖的痢 强度和硕度高、塑性差，

5、可制作弹簧、钢躍縫等.如65Mn(c=0.(52-0J)甲类钢A搜机械性能拱迤钢Al, A2, A3舶普通好钢丿乙郑U按化学成分嗟应KI钢皿BX B7等 (PO,O5%S 0.05%). 特舸C按机代学成分C1,C2,C3Ch瑕品质分粪 廉质碳斎钢(PO.04% S 0.01%) lfli IS 20, 25 高级优病钢(PO.O3%S 0.02%)平炉钢普碳卸低合金钢、优质碳素钢ftlPH就钢-8hKS A3FRSSK”镇静钢A3半镇静钢ISNbb Qg银半）结构钢承压用钢任力容棒用、锅炉用钢）工具钢特种用谨钢丄贏级铸锅s. po.碍卄优级铸诩轧PO.OiM铸鋼 1!綁级铸钥又P笛O.U6S

6、B般阀门均为铸纳，一般应注明级别，不注为川级.适用于制造一些曙轼复热 I难氐进轩铸遥裁坊砌1工成弄而乂要求较島的强度租塑性的零杵.锻诩用霰凿方法生产的各种舉材和傲件.锻钥的质蛍和机撼性龍都优于铸钢，能承G.按成型方法 受犬冲击力的作用用于璽要的受力爭件4Ar越轧钢表面质蚩及尺寸精度较差卩不能軋制型L薄的钢材.主要用来生产 . 型钢、钢管、钢扳等大型柳材轧钢冷轧柳 与热轧榨比F表面光洁、尺寸拮确、机擁性能好。常用来轧制表I 面质眞优良和尺寸榕确的扳、管、蒂等细薄产甜“I.挣拔锯以热轧柳肯原粽在冷态下逬行多按拉拔而成的各种钢材.特点：楕度高、 表面质虽奸.主要用F生产钢线和小直隹园嗣和钢管.2.2

7、.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

8、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Q 235 A FlF沸腾瓶b半镇静钢，镇静钢省略mi一 质量等级号级不做冲击试验出级做常温形缺口冲击试验;C. D两级常用衽重要场合下 Wffi屈服强度,分别为190 215. 235. 255. 2苗五个等级 屈”字汉翩音笫一个字环|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、

9、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。08Fi涕醉 万分之几y I20 g （25g） 待殊用途标记，R压赛用轻g锅炉用钢z訂医温用嗣如耨痔钢或彌静钢凋应加或f念逢元叢的臺达到 时蚁乩上时咸特意加入的其它元素，为该元素的化学符号，如 Mn、SiW

10、(16MiiR)两位数字走示函中平均剖罐9S万分之JI立h血狐如艾等住y表示辭铸砂W卜的生产施不表示. 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 A2.3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 ，

11、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)第一层第二层分类第三层分类特点及用途合金结构钢低合金钢1 .低碳型合金钢，合金元素总量一般 3%;2强度明显高于碳素钢，有较好的塑性和韧性，可焊性尚可；3.用于中高温、抗氢、抗高温硫腐蚀等。调质钢1.中碳型合金钢，合金元素含量较低；2强度较高；3.用于高温螺栓、螺母材料等。弹簧钢1含碳量比调质钢高；2经调质处理，强度较高 抗疲劳强度较高；3用于弹簧材料。滚动轴承钢1高碳型合金钢，合金含量较高；2具有高而均匀的硬度和耐磨性；3用于滚动轴承。合金工具钢量具钢1高碳型合金钢，合金元素含量较低

12、；2具有高的硬度和耐磨性，机加工性能好，稳定性好；3用于量具材料。特殊性能钢不锈钢1低碳高合金钢；2抗腐蚀性好；3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。耐热钢1低碳高合金钢；2耐热性能好；3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。低温钢1低碳合金钢，根据耐低温程度合金元素有高有低；2抗低温性好；3用于低温材料（专用钢为镍钢）。合金钢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

13、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

14、钒系GB/T1591 给出了化学成分和机械性能要求 ;I 材料牌号为 Q295A ( B)、Q345A E、Q390A E、Q420A E、Q460CE;I 用于常温及以上温度时，可用 A、B或C级；用于一20一40C时，可用C或D级I 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 ;I 材料牌号主要为 12CrMo 、 15CrMo 、 12Cr1MoV ；l 它们常用作抗氢腐蚀、抗高温硫或硫化氢腐蚀和耐热 （次高温）等材料例如，12CrMo和15CrMo常用于 550 C以下的高温工况 ,或用于 320 C以下的临氢工I 表示方法及代号况;12C

15、rlMoV常用于575 C以下的高温高压蒸汽介质。持殊用途标记同优质碳钢邹分-对高级优质合金钢在其后加 飞主要合金元素符号及其含量其中前两位沖元素符号后两位数字为该合金元養的平均百分比含璽数字 4位敷时则用T谧字 表示念臺不足L那时可省略不注有多个合金元盍时则依娅萌位敌字表示嗣中平均含旄們万分之几两个字母彎Q铸钢越砂炒卜的主产方法不表示.25 Cr2Mb VA1高级优质合金钢 全元素含3 含碳量站胚（两位数字表示）b.调质合金钢I中碳型合金钢，合金元素总量一般 3%;I它的含碳量较高，强度高，可焊性差；I GB/T3077给出了化学成分和机械性能要求 ；I 材料牌号为 40Cr、45Cr、30

16、CrMo、30CrMoA、35CrMo、35CrMoA、25CrMoVA 等I用于螺栓、螺母材料l表示方法及代号同低合金钢中的铬钼系和铬钼钒系C.不锈钢不锈钢特点I 合金元素含量比较高，均超过10%，有的高达50%甚至更多；，但随之而来I 它含有大量的合金元素，故其耐热、耐蚀等性能大大优于碳素钢和低合金钢的是其价格也远远高于碳素钢和低合金钢。分类（按常温的组织不同）奥氏体型奥氏体-铁素体双相型铁素体型 马氏体型 沉淀硬化型表示方法0Crl8Ni9 OOCrlSNilS合金元素表示方袪同低合金钢含碳量千分之几（一位数表示） Co.l/h用表示腐低碳即0.03% 用rt00M表示“超低碳”常用不锈

17、钢1）奥氏体不锈钢根据其含碳量的不同分为高碳型、低碳型 （C 0.08% ）、和超低碳型；常温为单一奥氏体组织，消除了组织间的电位差 ，故有利于抗电化学腐蚀;它含有大量耐蚀合金元素，抗高温化学腐蚀； 具有良好的机械性能和可焊性;价格较高。GB1220 标准共给出了 33 种奥氏体不锈钢的材料牌号 ,而常用的材料牌号有 0Cr18Ni9(304) 、 00Cr19Ni10(304L) 、0Cr17Ni12Mo2(316) 、00cr17Ni14Mo2(316L) 、 0Cr18Ni10Ti(321) 、0Cr18Ni11Nb(347) 、0Cr25Ni20(310) 、 0Cr23Ni13 等。

18、探 高碳奥氏体不锈钢 含碳量较高(C=0.04 %0.12% )，高温强度较高，常用作耐热钢；探 超低碳型奥氏体不锈钢 含碳量较低(CW 0.03%)，不易产生晶间腐蚀倾向， 常用作耐蚀钢；强度较低，不应在高温下使用。探 低碳型奥氏体不锈钢 含碳量(C 0.08%，性能介于高碳和超低碳之间；2)奥氏体一铁素体型不锈钢常温组织为奥氏体 +铁素体组织；由于含有硅、 铝等合金元素 ,加之它具有双相组织， 故它抗氯化物引起的晶间腐蚀和 应 力腐蚀性能明显优于奥氏体型不锈钢。具有良好的综合机械性能和可焊性；常代替奥氏体型不锈钢用于容易发生晶间腐蚀的工作环境。但该种材料制造工艺复杂 ,成本较高 ,价格约是

19、奥氏体型不锈钢的 (3-4)倍,故这种材料在工 程上应用的并不普遍；GB1220 标准给出了 0Cr26Ni5Mo2 、1Cr18Ni11Si4AlTi 、00Cr18Ni5Mo3Si2 共 3 种奥氏 体一铁素体型不锈钢的材料牌号。3)铁素体型不锈钢常温组织为铁素体组织。由于它的平均含铬量大于 11.7%,可在材料表面形成一层致密的 Cr 氧化薄膜，能有效地保护材料免遭腐蚀。但其防腐性能不如奥氏体型不锈钢，焊接性能比较差；常用在腐蚀性较弱的环境。在压力管道中应用的不多 ,而在压力容器中常用作复合材料的复层； GB1220 标准共给出了 7 种铁素体型不锈钢的材料牌号 ,常用的材料牌号有 00

20、cr12 和0Cr13Al 。4)马氏体不锈钢 合金含量与铁素体型不锈钢类似； 碳含量较高，具有较高的硬度和耐磨性，耐蚀性较弱； 常被用于手术刀，压力管道中碳素钢和铬钼钢阀门的阀杆和阀芯； GB1220 标准共给出了 18 种马氏体型不锈钢的材料牌号 , 常用的材料牌号有 1cr13 和 2Cr13、3Cr13。5)沉淀硬化型不锈钢 指可以进行沉淀硬化处理的奥氏体或马氏体不锈钢； 有很高的强度和硬度，耐蚀接近奥氏体不锈钢， 压力管道中用作螺栓和螺母材料； GB1220 标准共给出了 3 种材料牌号 , 0Cr17Ni4Cu4Nb 、 0Cr17Ni7Al 、 0Cr15Ni7Mo2Al.e.耐

21、热钢除超低碳不锈钢和双相不锈钢外，大多数不锈钢都可作为耐热钢；GB1221 标准共给出了 40 种耐热钢的材料牌号，常用的牌号有：奥氏体型： 0Cr18Ni9(304) 、 0Cr17Ni12Mo2(316) 、 0Cr18Ni10Ti(321) 、 0Cr18Ni11Nb(347) 、 0Cr25Ni20(310) 、 0Cr23Ni13 等；铁素体型： 00cr12 和 0Cr13Al 等；马氏体型： 1Cr5Mo 、1cr13 和 2Cr13、 3Cr13 等；沉淀硬化型： 0Cr17Ni4Cu4Nb 、0Cr17Ni7Al 等工程上常用的耐热合金钢还有 Cr2Mo 、Cr9Mo 等材料

22、 ,但 GB1221 标准中却没有列入。Cr2Mo 、Cr9Mo 材料和 1Cr5Mo 一样 ,属于低碳型合金钢 ,常温下可获得铁素体和珠光体组织这类但容易淬硬而出现马氏体组织。这类钢有较高的热强性，常用于350-650C且腐蚀性不强的工 况下， 如动力系统的高温蒸汽管道。 它还有一定的抗高温硫腐蚀和高温氢腐蚀的能力。钢焊接性较差 ,容易出现延迟裂纹 ,一般焊后要进行热处理。f.低温用钢(镍钢)具有面心立方晶格的金属材料 (如铜Cu、镍Ni、奥氏体钢等)一般没有低温冷脆现象，是 最好的低温用材 ,故含铜、镍等元素的合金钢常用于低温工况。晶粒越细钢材的低温冲击韧性越好 ，故一般铁素体钢要正火处理

23、后使用。杂质元素硫 (S)、磷(P)、氧(0)都将降低钢材的低温冲击韧性 ，一般要严格控制。我国的低温用钢有：16Mn、09Mn2V、06AICu、06MnNb，奥氏体不锈钢。2.4 常用金属材料技术条件标准(1)GB/T699 一 1999优质碳素结构钢技术条件主要对 10、 20、 25、 35 等优质碳素钢的牌号及化学成分、冶炼方法、交货状态、力学性能、 试验要求等作出了规定。(2)GB/T700-88 碳素结构钢主要对 Q195、 Q215、 Q235、 Q255 等碳素结构钢的生产和试验等要求作出了规定。是碳素 结构钢的技术条件。(3)GB/T1220-92 不锈钢棒对不锈钢棒的尺寸

24、、外形、技术要求、试验方法等作出了规定。它是包括 0Cr18Ni9、00Cr19NiI0 、 0Cr17Ni12Mo2 、 00Cr17Ni14Mo2 等奥氏体不锈钢， 0Cr13 等铁素体不锈钢,1Cr13、2Cr13等马氏体不锈钢和 0Crl7Ni14Cu4Nb等沉淀硬化型等各种不锈钢的技术条 件。(4)GB/T1221-92 耐热钢棒 对耐热钢棒的尺寸、外形、技术要求、试验方法、验收规则等作出了规定。它是包括奥氏体 耐热不锈钢、铁素体耐热钢和 1Cr5Mo 马氏体耐热钢等的技术条件。(5)GB/T1591-94 低合金高强度结构钢Q295、Q345、 Q390、 Q420、 Q460 等牌号低合金高强度结构钢的制造检验要求。(6) GB/T3077-1999 合金结构钢技术条件主要用于直径或厚度不大于 250mm 的合金结构钢热扎和锻制条钢。其化学成分亦适用于钢 坯及其制品。此技术条件包括了石油化工管道常用的 12CrMo 、15CrMo 、 35CrMo 、40Cr 等常用合金钢牌号。