压力管道材料第四章.ppt

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1、机械行业压力管道设计机械行业压力管道设计审核人员培训审核人员培训合肥通用机械研究院合肥通用机械研究院 蔡蔡 善善 祥祥第四章第四章 管道材料管道材料2目目 录录第一节第一节 金属材料的基本知识金属材料的基本知识第二节第二节 压力管道器材选用压力管道器材选用第三节第三节 材料使用限制和材料代用材料使用限制和材料代用第四节第四节 温度对材料选用的影响温度对材料选用的影响第五节第五节 管道焊接材料管道焊接材料第六节第六节 GB7132008GB7132008锅炉和压力容器钢板锅炉和压力容器钢板 3第四章第四章 管道材料管道材料 第一节第一节 金属材料基本知识金属材料基本知识1 1、金属材料的性能金属

2、材料的性能，包括使用性能和加工工艺性能。，包括使用性能和加工工艺性能。1.1使用性能使用性能金属材料在使用条件下所表现的性能。它包括材料的物金属材料在使用条件下所表现的性能。它包括材料的物理、化学和力学性能。理、化学和力学性能。（1）物理、化学性能）物理、化学性能：金属材料的物理性能是金属固有的属性，包括密度、熔点、导热性、金属材料的物理性能是金属固有的属性，包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等。导电性、热膨胀性、磁性等。金属材料的化学性能是金属在化学介质作用下所表现出来的性能，包金属材料的化学性能是金属在化学介质作用下所表现出来的性能，包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。括耐腐

3、蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。（2）力学性能力学性能：是指金属材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形：是指金属材料在一定温度条件和外力作用下，抵抗变形和断裂的能力，也称材料的机械性能。常规力学性能指标主要包括强度、和断裂的能力，也称材料的机械性能。常规力学性能指标主要包括强度、塑性、韧性、硬度等。塑性、韧性、硬度等。4加工工艺性能：金属材料的加工工艺性能是金属材料加工工艺性能：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。，也就是金属材料采用某种加工方法制

4、成成品的难易程度。冷加工：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。合，表面粗糙度等的要求。热加工：热加工：铸造性能（液态成形）铸造性能（液态成形）,锻造性能锻造性能即压力加工性能（塑性即压力加工性能（塑性变形）、焊接性能（连接）、热处理（性能潜力）等。变形）、焊接性能（连接）、热处理（性能潜力）等。52、影响金属材料性能的因素：、影响金属材料性能的因素：v化学成分、组织结构及加工工艺等的影响。化学成分、组织结构及加工工艺等的影响。2.1化学成分化学成分含碳量增加，则强度、硬度提高，而塑性、韧性下降含碳量增加

5、，则强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，可焊性变，可焊性变差。压力管道中一般采用含碳量小于差。压力管道中一般采用含碳量小于0.25%碳钢碳钢管。管。合金元素的作用：合金元素的作用：vMn：具有一定的脱氧能力，能清除钢中的氧化铁（：具有一定的脱氧能力，能清除钢中的氧化铁（FeO），能与硫），能与硫化合成硫化锰（化合成硫化锰（MnS），减轻硫的有害作用。含锰量适当），减轻硫的有害作用。含锰量适当（1。9%），能提高钢的强度和硬度，增加钢的耐磨性，减少气孔，提高焊缝的抗，能提高钢的强度和硬度，增加钢的耐磨性，减少气孔，提高焊缝的抗裂性能，但塑性和冲击值降低。锰对碳钢的性能是一种有益元素。压力裂性能，但

6、塑性和冲击值降低。锰对碳钢的性能是一种有益元素。压力管道用碳钢中的含锰量一般在管道用碳钢中的含锰量一般在0.35%0.65%之间。之间。vV、Ti、Nb等元素可以细化晶粒，提高韧性及材料致密度。等元素可以细化晶粒，提高韧性及材料致密度。vMo提高钢的热强性能、在高温时保持足够强度、细化晶粒，防止钢提高钢的热强性能、在高温时保持足够强度、细化晶粒，防止钢的过热倾向。的过热倾向。vCr、Ni提高钢的热强性能、高温氧化性和耐腐蚀性。提高钢的热强性能、高温氧化性和耐腐蚀性。6vSiSi：硅是脱氧剂，能消除氧化铁（：硅是脱氧剂，能消除氧化铁（FeOFeO）对钢的不良影响）对钢的不良影响，硅能溶入铁素体中

7、提高钢的强度，能使焊缝致密均匀，但，硅能溶入铁素体中提高钢的强度，能使焊缝致密均匀，但含量过大时易使焊缝形成夹渣，同时降低钢的塑性、韧性、含量过大时易使焊缝形成夹渣，同时降低钢的塑性、韧性、延展性和可焊性，并易导致冷脆。压力管道用碳钢中的含延展性和可焊性，并易导致冷脆。压力管道用碳钢中的含硅量一般在硅量一般在0.15%0.15%0.30%0.30%之间。之间。有害元素：有害元素：P P、S Sv形成低熔点化学物，导致热脆性和冷脆性，使塑性、韧性形成低熔点化学物，导致热脆性和冷脆性，使塑性、韧性下降。压力管道用普通碳素钢的含硫量一般控制在下降。压力管道用普通碳素钢的含硫量一般控制在0.045%0

8、.045%以以下，下，含磷量一般控制在含磷量一般控制在0.040%0.040%以下；压力管道用用优质碳素以下；压力管道用用优质碳素钢的含硫量钢的含硫量和含磷量一般均控制在和含磷量一般均控制在0.035%0.035%以下。以下。微量元素微量元素ReRe、稀土元素，提高材料综合力学性能。、稀土元素，提高材料综合力学性能。2.2 2.2 组织结构、晶粒度及供货状态等。组织结构、晶粒度及供货状态等。（1 1）常见的显微组织：常见的显微组织：7v奥氏体（奥氏体（A）强度硬度不高，塑性韧性很好，无磁性。强度硬度不高，塑性韧性很好，无磁性。v铁素体（铁素体（F）强度硬度低，塑性韧性好。强度硬度低，塑性韧性好

9、。v渗碳体（渗碳体（Fe3C）硬而脆，随硬而脆，随C%增加，强度硬度提高，而塑性韧增加，强度硬度提高，而塑性韧性下降。性下降。v珠光体（珠光体（P）性能介于性能介于F与与Fe3C之间。之间。v马氏体（马氏体（M）具有很高的强度和硬度，但很脆；延展性差，易导具有很高的强度和硬度，但很脆；延展性差，易导致裂纹。致裂纹。v魏氏组织魏氏组织粗大的过热组织，塑性韧性下降，使钢变脆。粗大的过热组织，塑性韧性下降，使钢变脆。v带状组织带状组织双相共存的金属材料在热变形时沿主伸长方向呈带状或双相共存的金属材料在热变形时沿主伸长方向呈带状或层状分布的组织。层状分布的组织。（2）晶粒度：常见）晶粒度：常见18级。

10、级。8级细小而均匀、综合力学性能好。级细小而均匀、综合力学性能好。（3）热轧、调质、正火状态供货，以正火状态组织性能最好。）热轧、调质、正火状态供货，以正火状态组织性能最好。2.3 2.3 加工工艺对组织性能影响加工工艺对组织性能影响v冷作变形会带来纤维组织、加工硬化及残余内应力。冷作变形会带来纤维组织、加工硬化及残余内应力。v热变形会提高材料塑性变形能力及降低变形抗力。热变形会提高材料塑性变形能力及降低变形抗力。893、金属材料性能的名词术语、金属材料性能的名词术语 3.1强度强度：指金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。常用的：指金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。常用的强度判据

11、强度判据：抗拉强度、屈服强度。：抗拉强度、屈服强度。（1）抗拉强度（）抗拉强度（Rm）：指拉伸应力应变曲线上的最大应力点。）：指拉伸应力应变曲线上的最大应力点。（2）屈服强度）屈服强度（Re）：材料的拉伸应力超过弹性范围，开始发生塑）：材料的拉伸应力超过弹性范围，开始发生塑性变形瞬时的应力。有些金属或合金材料的拉伸曲线并不出现明显的性变形瞬时的应力。有些金属或合金材料的拉伸曲线并不出现明显的屈服现象、不能明确地确定其屈服点，在工程上规定，取试样产生屈服现象、不能明确地确定其屈服点，在工程上规定，取试样产生0.2%残余变形的应力值作为条件屈服极限，单位为残余变形的应力值作为条件屈服极限，单位为M

12、Pa。上屈服强。上屈服强度度ReH、下屈服强度、下屈服强度ReL。3.2塑性塑性：断裂前材料发生不可逆永久变形能力。常用的塑性判据是：断裂前材料发生不可逆永久变形能力。常用的塑性判据是延伸率延伸率A和断面收缩率和断面收缩率Z。（1）延伸率：表明试样在拉伸试验破坏时，产生了百分之几的塑性伸）延伸率：表明试样在拉伸试验破坏时，产生了百分之几的塑性伸长量。它是衡量钢材塑性的一个指标。试样长度一般选择为其直径的长量。它是衡量钢材塑性的一个指标。试样长度一般选择为其直径的5倍或倍或10倍，因此，有倍，因此，有A5(短试样短试样)和和A10（长试样）两种指标，单位为（长试样）两种指标，单位为v A=(L1

13、-L0）/L0100式中式中:L1-试样拉断后的标距（试样拉断后的标距（mm）；）；L0-试样的原始标距（试样的原始标距（mm）。）。10（2 2）断面收缩率）断面收缩率：断面收缩率表明试样在拉伸试验发生破坏时断面收缩率表明试样在拉伸试验发生破坏时,缩颈处产缩颈处产生的塑性变形率，单位为。生的塑性变形率，单位为。Z=（S0-S1）/S0100%式中式中:S0-试样原始横截面积（试样原始横截面积（mm2）；）；S1-试样拉断处的最小横截面积（试样拉断处的最小横截面积（mm2）。）。金属材料的金属材料的A和和Z数值越大，表示材料的塑性越好。数值越大，表示材料的塑性越好。3.3冷弯性能冷弯性能：用于

14、衡量材料在室温时的塑性。是焊接接头常用的一种工艺：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。冷弯分：面弯、背弯、侧弯三种。冷弯分：面弯、背弯、侧弯三种。3.4韧性韧性：指金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力。：指金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力。v金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而减小。金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而减小。（1）冲击功（）冲击功（Ak）：指金属材料在进行缺口冲击试验时，摆锤

15、冲击消耗在）：指金属材料在进行缺口冲击试验时，摆锤冲击消耗在试样上的能量。是衡量材料韧性，确定材料是否产生脆性破坏的一个指标。试样上的能量。是衡量材料韧性，确定材料是否产生脆性破坏的一个指标。（2）脆性转变温度：金属材料在低温下出现由韧性状态转变为脆性状态，）脆性转变温度：金属材料在低温下出现由韧性状态转变为脆性状态，使材料的冲击值急剧降低的温度叫做使材料的冲击值急剧降低的温度叫做“脆性转变温度脆性转变温度”。脆性转变温度越低。脆性转变温度越低的金属，越能在低温下承受冲击载荷。因此，脆性转变温度的高低是金属材的金属，越能在低温下承受冲击载荷。因此，脆性转变温度的高低是金属材料的性能指标之一。料

16、的性能指标之一。蠕变蠕变：在规定温度及恒定力作用下，材料塑性变形随时间而增加：在规定温度及恒定力作用下，材料塑性变形随时间而增加的现象。的现象。（1）蠕变极限）蠕变极限（n）：指在一定温度条件下，材料受外力作用在经历：指在一定温度条件下，材料受外力作用在经历10万小时时间后产生的塑性变形量为万小时时间后产生的塑性变形量为1%时的应力。时的应力。（2）高温持久极限（）高温持久极限（D）：指在一定的温度条件下，材料受外力作用）：指在一定的温度条件下，材料受外力作用在经历在经历10万小时时间后发生断裂时的应力。万小时时间后发生断裂时的应力。v蠕变极限蠕变极限n和高温持久极限和高温持久极限D均是高温下

17、材料抵抗破坏的强度指标。均是高温下材料抵抗破坏的强度指标。3.6硬度：指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。反映材料对局部变硬度：指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。反映材料对局部变形的抗力及材料的耐磨性。形的抗力及材料的耐磨性。v根据经验，布氏硬度根据经验，布氏硬度HB与抗拉强度与抗拉强度Rm之间有一定的比例关系。之间有一定的比例关系。vRmKHBK系数系数v对于轧制、正火的低碳钢：对于轧制、正火的低碳钢：Rm=0.36HBMPa;v轧制、正火的中碳钢或低合金钢：轧制、正火的中碳钢或低合金钢：Rm=0.35HBMPa;v硬度为硬度为250400HB，经热处理的合金钢：，经热处理的合金钢：Rm=

18、0.33HBMPa。113.7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（一般规定大于106次次107次）的应力循环也不会导致疲劳破坏时的最次）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。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）高周疲劳材料在低于其屈服强度的循环应力作用下，经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

19、疲劳。以上循环次数而产生的疲劳。（2）低周疲劳）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，材料在接近或超过其屈服强度的循环应力作用下，经经102105塑性应变循环次数而产生的疲劳。塑性应变循环次数而产生的疲劳。（3）热疲劳）热疲劳温度循环变化产生的循环热应力所导致的疲劳。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）腐蚀疲劳腐蚀环境和循环应力（应变）的复合作用所导致的腐蚀环境和循环应力（应变）的复合作用所导致的疲劳。疲劳。4金属材料分类金属材料分类(以钢材为主以钢材为主)含碳量小于含碳量小于2.11%（质量质量）的合金称为钢，含碳量大于或等于的合金称为钢，含碳量大于或等于

20、2.11%（质量质量）的合金称为生铁。重点介绍钢材分类。的合金称为生铁。重点介绍钢材分类。12 按化学成分分类：按化学成分分类：（1 1）碳素钢：简称碳钢。除铁、碳外主要含有少量）碳素钢：简称碳钢。除铁、碳外主要含有少量SiSi、MnMn及及P P、S S等杂等杂质，这些总含量不超过质，这些总含量不超过2%2%，按含碳量不同分为：，按含碳量不同分为：v低碳钢低碳钢含碳量小于含碳量小于0.25%0.25%v中碳钢中碳钢含碳量等于含碳量等于0.25%0.25%0.55%0.55%v高碳钢高碳钢含碳量大于含碳量大于0.55%0.55%（2 2）合金钢：碳钢所含元素外，还含有其它一些合金元素：）合金钢

21、：碳钢所含元素外，还含有其它一些合金元素：CrCr、NiNi、MoMo、W W、V V、B B等，按合金元素等，按合金元素总含量不同分类：总含量不同分类：v低合金钢低合金钢合金元素合金元素总含量小于总含量小于5%5%v中合金钢中合金钢合金元素合金元素总含量等于总含量等于5%5%10%10%v高合金钢高合金钢合金元素合金元素总含量大于总含量大于10%10%4.2 4.2 按用途分类：按用途分类：（1 1）结构钢）结构钢碳钢、低合金钢等。碳钢、低合金钢等。（2 2）工具钢）工具钢 （3 3）特殊用途用钢）特殊用途用钢不锈钢、耐候钢、耐热钢、不锈钢、耐候钢、耐热钢、低温钢低温钢等。等。134.3 4

22、.3 按冶炼中的脱氧方式分类：按冶炼中的脱氧方式分类：（1 1）沸腾钢）沸腾钢 F F （2 2）镇静钢）镇静钢 Z Z （3 3）半镇静钢）半镇静钢 b b （4 4）特殊镇静钢）特殊镇静钢 TZTZ 4.4 4.4 按品质分类：按品质分类：P P、S S杂质含量分类杂质含量分类。（1 1）普通碳素钢）普通碳素钢：钢中硫、磷含量较高，一般：钢中硫、磷含量较高，一般S S0.05%0.05%，P P 0.05%0.05%。（2 2）优质碳素钢）优质碳素钢：钢中硫、磷含量较低，一般：钢中硫、磷含量较低，一般S S0.04%0.04%，P P 0.04%0.04%。（3 3）高级优质碳素钢：钢中硫

23、、磷含量很低，）高级优质碳素钢：钢中硫、磷含量很低，S S0.02%0.02%，P P 0.03%0.03%。145钢的可焊性钢的可焊性钢的可焊性是指钢在一定的工艺条件下通过焊接形成优质接头的性能钢的可焊性是指钢在一定的工艺条件下通过焊接形成优质接头的性能。钢的可焊性主要决定于它的化学成分。其中影响最大的是含碳量，。钢的可焊性主要决定于它的化学成分。其中影响最大的是含碳量，(钢钢材焊接时，焊缝快速冷却会被淬硬。钢材含碳量越高，热影响区的硬化材焊接时，焊缝快速冷却会被淬硬。钢材含碳量越高，热影响区的硬化与脆化倾向越大，在焊接应力作用下容易产生裂纹，钢的各种化学成分与脆化倾向越大，在焊接应力作用下

24、容易产生裂纹，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，用对钢淬硬性的影响通常折算成碳的影响，称为碳当量，用CeCe表示表示)。含碳。含碳量越高，可焊性越差。通常用碳当量来反映钢的可焊性。量越高，可焊性越差。通常用碳当量来反映钢的可焊性。根据经验：根据经验：CeCe0.4%0.4%时，钢的淬硬倾向不明显，可焊性良好，焊接时不必预热；时，钢的淬硬倾向不明显，可焊性良好，焊接时不必预热；vCe=0.4%Ce=0.4%0.6%0.6%时，钢的淬硬倾向逐渐明显，需要采取预热，控制焊时，钢的淬硬倾向逐渐明显，需要采取预热，控制焊 接规范等适当的工艺措施；接规范等适当的工艺措施；vC

25、eCe0.6%0.6%时，钢的淬硬倾向大，可焊性差，需采取较高的预热温度和时，钢的淬硬倾向大，可焊性差，需采取较高的预热温度和 严格的工艺措施。严格的工艺措施。v作为钢的可焊性一般要求作为钢的可焊性一般要求C C0.25%0.25%；CeCe0.45%0.45%。156 6 钢管厚度和钢管厚度和常见缺陷常见缺陷钢管厚度钢管厚度 计算厚度计算厚度tsts：按公式计算得到的厚度；：按公式计算得到的厚度；设计厚度设计厚度tsdtsd：计算厚度与腐蚀裕量之和；：计算厚度与腐蚀裕量之和；tsd=ttsd=ts s+C2+C2 名义厚度名义厚度t tn n（即图样厚度）：设计厚度加上材料厚度负偏差后，向（

26、即图样厚度）：设计厚度加上材料厚度负偏差后，向上圆整至钢材标准规定的厚度；上圆整至钢材标准规定的厚度；t tn n=tsd+C1=tsd+C1 有效厚度有效厚度t te e：名义厚度减去厚度附加量的差值；：名义厚度减去厚度附加量的差值；t te e=t=tn n-C-C 最小厚度最小厚度t tm m：计算厚度与腐蚀或磨蚀附加量之和；：计算厚度与腐蚀或磨蚀附加量之和；t tm m=t=ts s+C2+C2 厚度附加量厚度附加量C C：设计受压元件时所必须考虑的附加厚度（包括壁厚负：设计受压元件时所必须考虑的附加厚度（包括壁厚负偏差偏差C1C1、腐蚀、腐蚀或磨蚀裕量或磨蚀裕量C2C2）。）。C=C

27、1+C2C=C1+C26.2 6.2 常见缺陷常见缺陷钢在冶炼和轧制过程中，由于工艺不当，成型之后，钢材中会产生一钢在冶炼和轧制过程中，由于工艺不当，成型之后，钢材中会产生一些缺陷，主要有重皮、分层、裂纹、白点、线状缺陷、非金属夹杂物、些缺陷，主要有重皮、分层、裂纹、白点、线状缺陷、非金属夹杂物、夹渣、气泡、疏松、折叠、偏析、龟裂等，这些缺陷不仅严重影响钢材夹渣、气泡、疏松、折叠、偏析、龟裂等，这些缺陷不仅严重影响钢材的机械性能和使用性能，而且给钢材加工造成困难。在制造压力元件前的机械性能和使用性能，而且给钢材加工造成困难。在制造压力元件前，根据情况可对钢材进行必要的检验，常用的有低倍组织检查

28、、断口检，根据情况可对钢材进行必要的检验，常用的有低倍组织检查、断口检查及超声波检查等。查及超声波检查等。7、钢的质量分级钢的质量分级钢材：钢材：GB/T3077GB/T3077合金结构钢合金结构钢,GB699,GB699,GB700,GB700 是以钢中硫、磷、及残余铜、镍、铬的含量来划分质量等级的，是以钢中硫、磷、及残余铜、镍、铬的含量来划分质量等级的，见下表所示。见下表所示。高级优质钢在钢材牌号后边加高级优质钢在钢材牌号后边加”A”A”,特级优质钢在钢材牌号后边特级优质钢在钢材牌号后边 “E E”表示。表示。钢类钢类P PS SCuCuCrCrNiNi不大于不大于普通质量普通质量 0.0

29、450.0450.050.05-优质优质0.0350.0350.0350.0350.30.30.30.30.30.3高级优质高级优质0.0250.0250.0250.0250.250.250.30.30.30.3特级优质特级优质0.0250.0250.0150.0150.250.250.30.30.30.37.2锻件锻件：JB4726压力容器用碳素钢和低合金钢锻件将锻件质量分为压力容器用碳素钢和低合金钢锻件将锻件质量分为、级；级；JB4727低温压力容器用低合金钢锻件将锻件质量分为低温压力容器用低合金钢锻件将锻件质量分为、级；级；JB4728压力容器用不锈钢锻件将锻件质量分为压力容器用不锈钢锻

30、件将锻件质量分为、级级。如下表所示：。如下表所示：18级别级别检验项目检验项目检验数量检验数量硬度硬度逐件逐件拉伸，冲击（拉伸，冲击（b b、s s、5 5、AkvAkv）同炉批号同炉批号、同热处理、抽检一件、同热处理、抽检一件拉伸，冲击拉伸，冲击 (b b、s s、5 5、Akv)Akv)同上同上超声检测超声检测逐件逐件拉伸，冲击拉伸，冲击(b b、s s、5 5、Akv)Akv)逐件逐件超声检测超声检测逐件逐件19 铸钢：铸钢：GB11352 GB11352一般工程用铸造碳钢件将铸钢件一般工程用铸造碳钢件将铸钢件 质量分为质量分为3 3级：级：级：高级质量铸钢级：高级质量铸钢 P P、S

31、S 0.04 0.04；级：优级质量铸钢级：优级质量铸钢 P P、S S 0.05 0.05；级：普通质量铸钢级：普通质量铸钢 P P、S S 0.06 0.06；第二节第二节 压力管道器材选用压力管道器材选用1.1.管道材料选用管道材料选用管道用材的基本要求管道用材的基本要求（1 1）压力管道用材料应根据管道级（类）别、设计压力、设计）压力管道用材料应根据管道级（类）别、设计压力、设计温度、介质要求和操作特点等设计条件以及材料的加工工艺性温度、介质要求和操作特点等设计条件以及材料的加工工艺性能、耐蚀性能、焊接性能和经济合理性等选用；能、耐蚀性能、焊接性能和经济合理性等选用；（2 2）压力管道

32、受压元件用钢应采用平炉、电炉或纯氧顶吹转炉）压力管道受压元件用钢应采用平炉、电炉或纯氧顶吹转炉冶炼。钢材的技术要求应符合相应的国家标准、行业标准或有冶炼。钢材的技术要求应符合相应的国家标准、行业标准或有关技术条件的规定。关技术条件的规定。（3 3）采用未形成国家或行业标准的材料，应有相应级别的标准）采用未形成国家或行业标准的材料，应有相应级别的标准化技术委员会的技术鉴定，并应根据设计条件核对材料的各项化技术委员会的技术鉴定，并应根据设计条件核对材料的各项性能指标和规格。性能指标和规格。（4 4）压力管道常用金属材料使用温度不得超过）压力管道常用金属材料使用温度不得超过下表的范围：下表的范围：2

33、021v常用金属材料牌号及适用温度范围常用金属材料牌号及适用温度范围材材 料料适用温度适用温度()Q235-A、Q235-B035010、20、20G-2045016Mn-2045009Mn2V-2010012CrMo52515CrMo550 12Cr1MoV5751Cr5Mo600 低碳奥氏体不低碳奥氏体不锈钢锈钢-19670000Cr19Ni10-196400 00Cr17Ni14Mo2-1964500Cr25Ni20800L1，L2，L3，L5，LF21，LF2-269200（5）GB/T18984-2003低温管道用无缝钢管低温管道用无缝钢管规定规定：低温管道用无缝钢管低温管道用无缝钢

34、管 使用温度范围使用温度范围16MnDG、10MnDG、09DG、09Mn2VDG、06Ni3MoDG -45 -45 -100 -100 2223（6）在设计条件下，非标准管道组成件的计算应力）在设计条件下，非标准管道组成件的计算应力,不应超不应超过管道设计温度下材料的许用应力。过管道设计温度下材料的许用应力。（7）受压元件以及直接与受压元件焊接的非受压元件用钢）受压元件以及直接与受压元件焊接的非受压元件用钢材，必须有钢厂的钢材质量证明书。材，必须有钢厂的钢材质量证明书。（8）压力管道受压元件采用国外材料时，应选用国外规范）压力管道受压元件采用国外材料时，应选用国外规范允许使用的材料，其使用

35、范围应符合相应规范规定允许使用的材料，其使用范围应符合相应规范规定,该材料有该材料有质量证明书。质量证明书。（9）输送极度危害介质、高度危害介质及液化烃的压力管道）输送极度危害介质、高度危害介质及液化烃的压力管道应采用优质钢制造；输送可燃介质的管道不得采用沸腾钢应采用优质钢制造；输送可燃介质的管道不得采用沸腾钢制造。含碳量大于制造。含碳量大于0.24%的材料，不宜用于焊制管子及管件的材料，不宜用于焊制管子及管件。（10）选择材料时，应考虑不同材料间相互连接或接触，在）选择材料时，应考虑不同材料间相互连接或接触，在工艺过程中可能产生的有害影响。工艺过程中可能产生的有害影响。（11）输送腐蚀性介质

36、管道用材料应有耐腐蚀能力。除晶间）输送腐蚀性介质管道用材料应有耐腐蚀能力。除晶间腐蚀和其他局部性腐蚀需按具体情况考虑外，一般可根据介质腐蚀和其他局部性腐蚀需按具体情况考虑外，一般可根据介质对金属材料的腐蚀速率选用。金属材料的腐蚀速率，可分为下对金属材料的腐蚀速率选用。金属材料的腐蚀速率，可分为下列四类：列四类：年腐蚀速率不超过年腐蚀速率不超过的材料为充分耐腐蚀材料；的材料为充分耐腐蚀材料；年腐蚀速率为年腐蚀速率为的材料为耐腐蚀材料；的材料为耐腐蚀材料；年腐蚀速率超过年腐蚀速率超过0.5mm的材料为尚耐腐蚀材料；的材料为尚耐腐蚀材料；年腐蚀速率超过年腐蚀速率超过0.5mm的材料为不耐腐蚀材料。的

37、材料为不耐腐蚀材料。（12）对于操作温度等于或高于）对于操作温度等于或高于200，介质中含有氢气的碳，介质中含有氢气的碳钢、低合金钢管道，应根据管道的最高操作温度加钢、低合金钢管道，应根据管道的最高操作温度加2040的的裕量和介质中氢气的分压，按裕量和介质中氢气的分压，按Nelson曲线选择适当的抗氢材曲线选择适当的抗氢材料。料。241.2钢管的选用钢管的选用1.2.1.钢管标准钢管标准（略）略）1.2.2.压力管道应当采用流体输送用钢管，不得使用结构用钢管。压力管道应当采用流体输送用钢管，不得使用结构用钢管。1.2.3.输送极度和高度危害介质、可燃介质或压力温度参数较高或承受机输送极度和高度

38、危害介质、可燃介质或压力温度参数较高或承受机械振动、压力脉动及温度剧烈变化的的管道宜选用无逢钢管。设计压力械振动、压力脉动及温度剧烈变化的的管道宜选用无逢钢管。设计压力大于大于10Mpa高温高压管道应采用无缝钢管，其制造要求应符合高温高压管道应采用无缝钢管，其制造要求应符合GB5310高压锅炉用无缝用钢管高压锅炉用无缝用钢管。GB3087低中压锅炉用无缝钢管主要用于低中压锅炉用无缝钢管主要用于设计压力不大于设计压力不大于10Mpa的管道。的管道。1.2.4根据制造方法不同，钢管分为无缝钢管和焊接钢管两大类。焊接钢根据制造方法不同，钢管分为无缝钢管和焊接钢管两大类。焊接钢管由于其产品尺寸、形状偏

39、差小，钢管表面质量好，价格低，应用范围管由于其产品尺寸、形状偏差小，钢管表面质量好，价格低，应用范围迅速扩大。随焊缝检验技术的发展和提高，在许多应用中已代替了无缝迅速扩大。随焊缝检验技术的发展和提高，在许多应用中已代替了无缝钢管。钢管。根据焊接工艺不同，焊接钢管可分为锻焊、电阻焊和电熔焊三种。锻根据焊接工艺不同，焊接钢管可分为锻焊、电阻焊和电熔焊三种。锻焊已逐渐被淘汰。焊缝形式有直缝和螺旋缝两种。焊已逐渐被淘汰。焊缝形式有直缝和螺旋缝两种。焊接钢管的制造应符合焊接钢管的制造应符合石油天然气工业输送钢管交货技石油天然气工业输送钢管交货技术条件术条件第第1部分部分A级钢管级钢管的要求。的要求。25

40、(1)电阻焊钢管的焊缝为非完全冶金结合，其综合性能差，不适用于高温电阻焊钢管的焊缝为非完全冶金结合，其综合性能差，不适用于高温,电电阻焊碳钢直缝钢管阻焊碳钢直缝钢管,宜用于温度不超过宜用于温度不超过200的无毒介质管道。的无毒介质管道。(2)电熔焊钢管的焊缝为完全冶金结合电熔焊钢管的焊缝为完全冶金结合,焊缝综合机械性能好。其使用条件焊缝综合机械性能好。其使用条件根据焊缝检验要求而定。经过根据焊缝检验要求而定。经过100射线检验的焊接钢管等同于无缝钢管。射线检验的焊接钢管等同于无缝钢管。v直缝电焊钢管使用温度，碳钢管不超过直缝电焊钢管使用温度，碳钢管不超过425，低碳奥氏体不锈钢不超，低碳奥氏体

41、不锈钢不超过过600。螺旋缝埋弧焊钢管主要用于不超过。螺旋缝埋弧焊钢管主要用于不超过300的非极度、高度危害介的非极度、高度危害介质管道质管道。(3)GT/T3091-2001低压流体输送用焊接钢管是在合并低压流体输送用焊接钢管是在合并GB/T3091-93低压流体输送用镀锌焊接钢管低压流体输送用镀锌焊接钢管，GB/T3092-1993低压流体输送用焊接低压流体输送用焊接钢管钢管和和GB/T14980-1994低压流体输送用大直径电焊钢管等三项标准低压流体输送用大直径电焊钢管等三项标准的基础上，增加了直缝埋弧焊钢管内容编制而成。的基础上，增加了直缝埋弧焊钢管内容编制而成。这种钢管适用于水、污水

42、、燃气、空气、采暖蒸汽等低压流体输送用。这种钢管适用于水、污水、燃气、空气、采暖蒸汽等低压流体输送用。1.钢管公称尺寸及外径系列钢管公称尺寸及外径系列（1）钢管的壁厚系列。钢管壁厚分级共有三种钢管的壁厚系列。钢管壁厚分级共有三种:26以管子表号以管子表号(Sch)表示的壁厚系列。这种表示方法是美国国家标准表示的壁厚系列。这种表示方法是美国国家标准协会协会ASMEB36.10焊接和无缝钢管标准规定的。焊接和无缝钢管标准规定的。v和和JIS标准中规定的表号系列为标准中规定的表号系列为Sch10、20、30、40、60、80、100、120、140、160。v和和JIS标准中规定的奥氏体不锈钢管表系

43、列为标准中规定的奥氏体不锈钢管表系列为Sch5S、10S、20S、40S、80S。vSH3405规定的管子壁厚表号系列与规定的管子壁厚表号系列与ASME标准相同。标准相同。以管子重量表示管壁厚度以管子重量表示管壁厚度v美国美国MSS和和ANSI规定了以管子重量表示壁厚的方法。该标准将管子规定了以管子重量表示壁厚的方法。该标准将管子壁厚按重量分三种壁厚按重量分三种:以名义壁厚表示系列以名义壁厚表示系列（2）钢管公称尺寸及外径系列钢管公称尺寸及外径系列 a.a.标准重量管标准重量管 以以STD STD 表示表示b.b.加厚管加厚管 以以XS XS 表示表示c.c.特厚管特厚管 以以XXS XXS

44、表示表示27公称直径公称直径DN钢钢管管外外径径欧洲体系欧洲体系美洲体系美洲体系系列系列系列系列系列系列 10 17.2 14 15 21.3 18 21.3 20 26.9 25 26.9 25 33.7 32 33.7 32 42.4 38 42.4 40 48.3 45 48.3 50 60.3 57 60.3 65 76.1 76 73 80 88.9 89 88.9 100 114.3 108 114.3125 139.7 133 141.3150 168.3 159 168.3200 219.1 219 219.1282.管法兰管法兰与垫片选用与垫片选用2.1.1、管法兰管法兰管法

45、兰标准管法兰标准v目前国内钢制管法兰有目前国内钢制管法兰有GB/T91129124-2000钢制管法兰；钢制管法兰；GB/T13402-98大直径碳钢管法兰；大直径碳钢管法兰；JB/T7490-94管路法兰管路法兰与垫片与垫片；SH/T340696石油化工钢制管法兰；石油化工钢制管法兰；HG2059220635-2009钢制管法兰、垫片、紧固件等钢制管法兰、垫片、紧固件等5个标准。分属两个个标准。分属两个体系：体系：v美州体系：美州体系：GB/T91129124、SH/T3406、HG2061520626；v欧洲体系：欧洲体系：GB/T91129124、JB/T7490、HG205922060

46、5。2.1.2法兰结构法兰结构v法兰型式：对焊（法兰型式：对焊（WN），平焊（），平焊（SO），承插焊（），承插焊（SW），松套），松套（LJ），螺纹（），螺纹（PT）。）。v密封面型式：突面（密封面型式：突面（RF），全平面（），全平面（FF），凹凸面（），凹凸面（MF），榫槽），榫槽面（面（TG），环槽面），环槽面（RJ）292.1.3公称压力：公称压力：GB/T91129124-2000包括了欧洲体系及美洲体系包括了欧洲体系及美洲体系。v公称压力欧洲体系公称压力欧洲体系、共共9个压力等级个压力等级;v公称压力美洲体系公称压力美洲体系:PN2.0(20)、5.0(50)、11.0(110)

47、、15.0(150)、26.0(260)、42.0(420)Mpa(bar)共共6个压力等级。个压力等级。v美洲体系的英制压力等级：美洲体系的英制压力等级：CL150、300、400、600、900、1500、2500等共等共7个压力等级。个压力等级。2.1.4选用选用（1）无附加外载法兰连接根椐管道设计压力和法兰材料）无附加外载法兰连接根椐管道设计压力和法兰材料,查法兰标准的查法兰标准的压力压力-温度等级表选取。温度等级表选取。（2）当连接尺寸相同而压力等级不同的法兰相连接时，其使用条件应以）当连接尺寸相同而压力等级不同的法兰相连接时，其使用条件应以较低等级法兰为准。较低等级法兰为准。（3）

48、在剧烈循环工况条件下，应选用对焊式法兰。）在剧烈循环工况条件下，应选用对焊式法兰。（4）公称压力小于或等于）公称压力小于或等于的标准管法兰采用缠绕垫片或金属垫的标准管法兰采用缠绕垫片或金属垫片时片时,宜选用对焊式或松套式管法兰。宜选用对焊式或松套式管法兰。（5）承插焊或螺纹管法兰不得用于间隙腐蚀或严重腐蚀条件下。）承插焊或螺纹管法兰不得用于间隙腐蚀或严重腐蚀条件下。30（6）突面法兰的密封面，除采用非金属垫片其密封面可以车制水线外，）突面法兰的密封面，除采用非金属垫片其密封面可以车制水线外，其他法兰密封面均不得车制水线。其他法兰密封面均不得车制水线。（7）采用金属垫片密封的法兰连接，一般要求金

49、属垫片材料的硬度比法）采用金属垫片密封的法兰连接，一般要求金属垫片材料的硬度比法兰密封面的硬度低（兰密封面的硬度低（HB30-40）。当金属环垫材料与法兰材料相同时，）。当金属环垫材料与法兰材料相同时，应对金属环垫进行热处理以降低硬度。应对金属环垫进行热处理以降低硬度。2.2垫片垫片2.2.1垫片标准垫片标准v垫片标准和法兰标准垫片标准和法兰标准都有欧洲和美州两个体系，所以选择垫片时一定都有欧洲和美州两个体系，所以选择垫片时一定要和法兰的体系配套。垫片和法兰一样，可以从其公称压力来区分。要和法兰的体系配套。垫片和法兰一样，可以从其公称压力来区分。（1）国家标准）国家标准vGB/T9126-20

50、03代替了代替了4-88,名称为名称为,分别为分别为平面型平面型（、2.0MPa）、）、凸面型凸面型（、5.0MPa）、）、凹凸面型凹凸面型（、）和、）和榫槽型榫槽型（、）石棉橡胶垫片。、）石棉橡胶垫片。31vGB/T13403-92大直径碳钢管法兰用垫片，大直径碳钢管法兰用垫片，、6.、。垫片型式带外环缠绕式垫片、带内外环缠绕式垫片和石、。垫片型式带外环缠绕式垫片、带内外环缠绕式垫片和石棉橡胶垫片。棉橡胶垫片。vGB/T13404-92管法兰用聚四氟乙烯包覆垫片，管法兰用聚四氟乙烯包覆垫片，、v3-2003缠绕式垫片缠绕式垫片欧洲体系欧洲体系、16.0Mpa;v美洲体系美洲体系、，型式有基本