压力管道用材料及质量控制 201505

1、全国压力管道元件制造鉴定评审员培训之全国压力管道元件制造鉴定评审员培训之压力管道用材料及质量控制压力管道用材料及质量控制全国锅炉压力容器标准化技术委员会全国锅炉压力容器标准化技术委员会 张 勇一、金属材料基础知识一、金属材料基础知识二、压力管道常用管材、板材、锻件与铸钢件验收要求与适二、压力管道常用管材、板材、锻件与铸钢件验收要求与适用范围用范围三、压力管道元件制造和压力管道安装中的材料质量控制三、压力管道元件制造和压力管道安装中的材料质量控制一、金属材料基础知识一、金属材料基础知识1、金属材料的分类2、金属材料的性能3、影响材料性能的因素4、压力管道常用材料标准1 1、金属材料的分类、金属材

2、料的分类黑色金属：黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属铁和铁的合金均称为黑色金属纯铁：化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量纯铁：化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量0.05%。纯铁。纯铁是很软的，一般不应用到实际中是很软的，一般不应用到实际中 。铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。碳合金。生铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量生铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量24.3（也有资料称（也有资料称3.5%5.5%、2.11%-6.67%）的铁碳合金称为）的铁碳合金称为生铁。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎

3、没有塑性变形能力，因生铁。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形，主要用来炼钢此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形，主要用来炼钢和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。也有习惯上把炼和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。也有习惯上把炼钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。 钢：含碳量在钢：含碳量在0.04%-2.3%之间（也有资料称之间（也有资料称0.03%-2.1%）的铁碳合金称为钢。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超的铁碳合金称为钢。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过过1.7%。钢的主要元素

4、除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等 。有色金属：有色金属：除黑色金属外的金属和合金，如镍、钛、铝、铜、锆等除黑色金属外的金属和合金，如镍、钛、铝、铜、锆等 。金属材料分类（钢材）金属材料分类（钢材）（1）按化学成分分类：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%0.6%高碳钢含碳量大于0.6%合金钢：除碳钢所含元素外，还含有其它一些合金元素：如Cr、Ni、Mo、W、V、B等，按合金元素含量不同分类：低合金钢合金元素含量小于5%中合金钢合

5、金元素含量等于5%10%高合金钢合金元素含量大于10%金属材料分类（钢材）金属材料分类（钢材）（2）按用途分类：）按用途分类：-建筑工程用钢或构件用钢建筑工程用钢或构件用钢普通碳素结构钢低合金结构钢钢筋用钢等 -结构钢结构钢机器零件用钢调质结构钢表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢易切削结构钢冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。 弹簧钢轴承钢-工具钢工具钢刃具钢、模具钢、量具钢刃具钢、模具钢、量具钢碳素工具钢合金工具钢高速工具钢。 -特殊用途用钢特殊用途用钢不锈耐酸钢、耐热钢、低温用刚、耐候钢、磁钢等-专业用钢专业用钢如桥梁用钢、船舶用钢、承压设备用钢等。金属材料分类（钢材）

6、金属材料分类（钢材）（3）按冶炼中的脱氧方式分类：沸腾钢 F镇静钢 Z半镇静钢 b特殊镇静钢 TZ金属材料分类（钢材）金属材料分类（钢材）（4）按金相组织分类按金相组织分类按退火状态按退火状态分分亚共析钢（铁素体亚共析钢（铁素体+ +珠光体）珠光体） 共析钢（珠光体）共析钢（珠光体） 过共析和莱氏体钢（珠光体过共析和莱氏体钢（珠光体+ +渗碳体）渗碳体） 按正火或淬火状态按正火或淬火状态分分铁素体钢（有称珠光体，不妥，非基本相）铁素体钢（有称珠光体，不妥，非基本相）贝氏体钢贝氏体钢马氏体钢马氏体钢奥氏体钢奥氏体钢按加热冷却时有无发生相变的按加热冷却时有无发生相变的铁素体钢、奥氏体钢、双相钢等铁

7、素体钢、奥氏体钢、双相钢等金属材料分类（钢材）金属材料分类（钢材）（5 5）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：普通钢普通钢P P含量含量0.045%0.045%，S S含量含量0.055%0.055%优质钢优质钢P P含量含量 0.040%0.040%，S S含量含量0.040%0.040%高级优质钢高级优质钢AAP P含量含量0.035%0.035%，S S含量含量0.030%0.030%特级优质钢特级优质钢EE固容规固容规 TSG R0004 TSG R0004 第第2.32.3条规定：条规定： 用于焊接的碳素钢和低合金钢，用于焊接的碳素钢和低合金钢，P 0.

8、035%P 0.035%，S 0.035%S 0.035% 压力容器专用钢，基本要求：压力容器专用钢，基本要求：P 0.030%P 0.030%，S 0.020%S 0.020%； 抗拉强度下限值大于抗拉强度下限值大于540MPa540MPa，P 0.025%P 0.025%，S 0.015%S 0.015%； 设计温度低于设计温度低于-20-20，抗拉强度下限值小于，抗拉强度下限值小于540MPa540MPa， P 0.025% P 0.025%，S 0.012%S 0.012%； 设计温度低于设计温度低于-20-20，抗拉强度下限值大于，抗拉强度下限值大于或等于或等于540MPa540MP

9、a， P 0.020% P 0.020%，S 0.010%S 0.010%。2 2、金属材料性能、金属材料性能为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能。金属材料的性能一般包括使况下应具备的性能。金属材料的性能一般包括使用性能和加工工艺性能两个方面用性能和加工工艺性能两个方面 使用性能使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现的性能，是指金属材料在使用条件下所表现的性能，它包括材料的物理、化学和力学等性能。它包括材料的物理、化学和力学等性能。 物理性能物理

10、性能化学性能化学性能力学性能力学性能工艺性能：是指材料承受各种冷、热加工的能力。工艺性能：是指材料承受各种冷、热加工的能力。 冷、热加工性能冷、热加工性能金属材料性能使用性能物理性能物理性能金属材料在固态下所表现出来得一系列物理现象叫金属的物理性能，如金属材料在固态下所表现出来得一系列物理现象叫金属的物理性能，如密度、比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性和耐磨性等。密度、比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性和耐磨性等。化学性能化学性能材料在常温或高温条件下材料在常温或高温条件下, ,抵抗氧化或腐蚀介质对其化学侵蚀的能力，一般包括抵抗氧化或腐蚀介质对其化学侵蚀的能力，一般包括耐腐蚀性

11、，抗氧化性等。耐腐蚀性，抗氧化性等。耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能力叫金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能力叫做耐腐蚀性。化工生产中所涉及的物料，常会有腐蚀性。材料的耐蚀性做耐腐蚀性。化工生产中所涉及的物料，常会有腐蚀性。材料的耐蚀性不强，必将影响设备使用寿命，有时还会影响产品质量。不强，必将影响设备使用寿命，有时还会影响产品质量。 抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力在化工生产中，有很多设备和机械是在

12、高温下操作的，如氨合成塔、硝在化工生产中，有很多设备和机械是在高温下操作的，如氨合成塔、硝酸氧化炉、石油气制氢转化炉、工业锅炉、汽轮机等。在高温下，钢铁酸氧化炉、石油气制氢转化炉、工业锅炉、汽轮机等。在高温下，钢铁不仅与自由氧发生氧化腐蚀，使钢铁表面形成结构疏松容易剥落的不仅与自由氧发生氧化腐蚀，使钢铁表面形成结构疏松容易剥落的FeOFeO氧化皮；还会与水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等气体产生高温氧化与脱氧化皮；还会与水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等气体产生高温氧化与脱碳作用，使钢的力学性能下降，特别是降低了材料的表面硬度和抗疲劳碳作用，使钢的力学性能下降，特别是降低了材料的表面硬度和抗疲劳强度。因此

13、，高温设备必须选用耐热材料。强度。因此，高温设备必须选用耐热材料。 力学性能力学性能材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。金属材料性能使用性能力学性能（1）强度强度金属抵抗永久变形和断裂的能力。金属抵抗永久变形和断裂的能力。常用的强度判据如屈服强度、抗拉强度。常用的强度判据如屈服强度、抗拉强度。屈服强度屈服强度当金属材料呈现屈服现象时，在试验期当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生

14、而力不增加的应力点。间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。单位：单位：MPa。上屈服强度上屈服强度ReH：试样发生屈服而力首次下降前的最高应力试样发生屈服而力首次下降前的最高应力;下屈服强度下屈服强度ReL：在屈服期间，不计初始瞬间效应时的最低应力。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规定非比例延伸强度Rp抗拉强度抗拉强度试样在屈服阶段之后所能抵抗最大应力。试样在屈服阶段之后所能抵抗最大应力。符号：符号：Rm。单位：单位：MPa。 指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂 的能力。的能力。强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、

15、使用过强度是机械零件（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。程中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。强度的测定强度的测定拉伸实验。拉伸实验。11 拉伸试验拉伸试验拉伸试验机拉伸试验机拉伸试样拉伸试样金属材料性能使用性能力学性能（2）塑性）塑性断裂前材料发生不可逆永久变形断裂前材料发生不可逆永久变形能力。常用的塑性判据是伸长率能力。常用的塑性判据是伸长率A和断面收缩率和断面收缩率Z。断后伸长率断后伸长率原始标距的伸长（原始标距的伸长（Lu-Lo）与原始标）与原始标距（距（Lo）之比的百分率。）之比的百分率。断后伸长率：断后伸长率：A=（Lu-Lo

16、）/Lo， Lu-Lo断后标距的残余伸长。断后标距的残余伸长。断面收缩率断面收缩率断裂后试样横断面积的最大缩减量断裂后试样横断面积的最大缩减量（So-Su）与原始横截面积（）与原始横截面积（So）之比的百分率。）之比的百分率。 （3）冷弯性能冷弯性能用于衡量材料在室温时的塑用于衡量材料在室温时的塑性。性。是焊接接头常用的一种工艺性能试验方法，它不仅可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，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。分面弯、背弯、侧弯三种。13金属材料性能使用性能力学性能（4 4）韧性韧性材料材料在断

17、裂前吸收能量和进行在断裂前吸收能量和进行塑性变塑性变形形的能力。的能力。金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应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。力集中程度加剧而减小。冲击韧性冲击韧性( (冲击功冲击功)冲击试样缺口底部单位横冲击试样缺口底部单位横截面积上的冲击吸收功。截面积上的冲击吸收功。反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力，一般由冲反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力，一般由冲击韧性值（击韧性值（akak）和冲击功（）和冲击功（AkAk，现在用现在用K KV2V2表示）表示，表示）表示，其单位分别为其单位分别为J/cm2J/cm2和和J J（焦耳）。（焦耳）

18、。冲击韧性或冲击功试验（简称冲击韧性或冲击功试验（简称“冲击试验冲击试验”），因试验），因试验温度不同而分为常温、低温等；按试样缺口形状分为温度不同而分为常温、低温等；按试样缺口形状分为VV形缺口和形缺口和UU形缺口冲击试验两种。形缺口冲击试验两种。 冲击吸收功指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。冲击吸收功指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。14 冲击试验机冲击试验机 冲击试样和冲击试验示意图冲击试样和冲击试验示意图金属材料性能使用性能力学性能（5）硬度硬度材料局部抵抗硬物压入其表面材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。是比较各种材料软硬的指标。的能力称为硬度。是比较各种材料软硬的指标

19、。由于规定了不同的测试方法，所以有不同的硬度由于规定了不同的测试方法，所以有不同的硬度标准。各种硬度标准的力学含义不同，相互不能标准。各种硬度标准的力学含义不同，相互不能直接换算，但可通过试验加以对比。直接换算，但可通过试验加以对比。常用硬度按其范围测定分：布氏硬度（常用硬度按其范围测定分：布氏硬度（HBW）、）、洛氏硬度（洛氏硬度（HRA H、K等标尺）、维氏硬度等标尺）、维氏硬度（HV）等。）等。硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。一般硬度越高，耐磨性越好。验方法。一般硬度越高，耐磨性越好。 16金属材料性能使用性能力学性能（6）蠕变

20、蠕变在高温和低于屈服强度的应力作用下，在高温和低于屈服强度的应力作用下，材料塑性变形量随时间延续而增加的现象材料塑性变形量随时间延续而增加的现象 。与弹性变形不同，与弹性变形不同，塑性变形塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限弹性极限时也能出现。时也能出现。 蠕变极限蠕变极限在规定温度下，引起试样在一定时间内蠕在规定温度下，引起试样在一定时间内蠕动总伸长率或恒定蠕变速率不超过规定值的最大应力。动总伸长率或恒定蠕变速率不超过规定值的最大应力。蠕变在低温下也会发生，

21、但只有达到一定的温度才能变得显著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。称温度为蠕变温度。对各种金属材料的蠕变温度约为对各种金属材料的蠕变温度约为0.3Tm0.3Tm，TmTm为熔化温度，以热力学温度表示。通常为熔化温度，以热力学温度表示。通常碳素钢超过碳素钢超过300-350300-350摄氏度，合金钢在摄氏度，合金钢在400-450400-450摄氏度以上时才有蠕变行为摄氏度以上时才有蠕变行为 持久强度持久强度在规定温度及恒定力作用下，试样至断裂在规定温度及恒定力作用下，试样至断裂的持续时间的强度。的持续时间的强度。金属材料、金属材料、机械零件机械零件

22、和和构件构件抗高温断裂的能力，常以持久极限表示。试样在一定温抗高温断裂的能力，常以持久极限表示。试样在一定温度和规定的持续时间下，引起断裂的应力称持久极限。金属材料的持久极限根据高度和规定的持续时间下，引起断裂的应力称持久极限。金属材料的持久极限根据高温持久试验来测定。飞机发动机和机组的设计寿命一般是数百至数千小时，材料的温持久试验来测定。飞机发动机和机组的设计寿命一般是数百至数千小时，材料的持久极限可以直接用相同时间的试验确定。在持久极限可以直接用相同时间的试验确定。在锅炉锅炉、燃气轮机燃气轮机和其他和其他透平机械透平机械制造制造中，机组的设计寿命一般为数万小时以上，它们的持久极限可用短时间

23、的试验数据中，机组的设计寿命一般为数万小时以上，它们的持久极限可用短时间的试验数据直线外推以得到数万小时以上的持久极限。经验表明，直线外推以得到数万小时以上的持久极限。经验表明，蠕变蠕变速度小的速度小的零件零件，达到持，达到持久极限的时间较长。锅炉管道对蠕变要求不严，但必须保证使用时不破坏，需要用久极限的时间较长。锅炉管道对蠕变要求不严，但必须保证使用时不破坏，需要用持久强度作为设计的主要依据。持久强度设计的判据是：工作应力小于或等于其持久强度作为设计的主要依据。持久强度设计的判据是：工作应力小于或等于其许许用应力用应力，而许用应力等于持久极限除以相应的，而许用应力等于持久极限除以相应的安全系

24、数安全系数。 17金属材料性能使用性能力学性能（7）疲劳疲劳材料在循环应力和应变作用下，材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积性损伤，经一在一处或几处产生局部永久性累积性损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。程。高周疲劳高周疲劳材料在低于其屈服强度的循环应力作材料在低于其屈服强度的循环应力作用下，经用下，经104 105以上循环次数而产生的疲劳。以上循环次数而产生的疲劳。低周疲劳低周疲劳材料在接近或超过其屈服强度的低频材料在接近或超过其屈服强度的低频率循环应力作用下，经率循环应力作用下，经102105塑性应变循环次

25、数而塑性应变循环次数而产生的疲劳。产生的疲劳。热疲劳热疲劳温度循环变化产生的循环热应力所导致温度循环变化产生的循环热应力所导致的疲劳。的疲劳。腐蚀疲劳腐蚀疲劳腐蚀环境和循环应力（应变）的复合腐蚀环境和循环应力（应变）的复合作用所导致的疲劳。作用所导致的疲劳。18金属材料性能金属材料性能工艺性能工艺性能工艺性能工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。定的冷、热加工条件下表现出来的性能。 金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能

26、力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。锻性、热处理性能、切削加工性等。 冷加工性能冷加工性能切削性能：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

27、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。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。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：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角度 （外角）或弯心直径（外角）或弯心直径d d 对材料厚度对材料厚度a a 的比值表示，的比值表示，

28、a a 愈大或愈大或d/a d/a 愈小，则材料的冷弯性愈好。愈小，则材料的冷弯性愈好。冲压性能：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。压。检验方法用杯突试验进行检验。19金属材料性能工艺性能工艺性能工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。热加工性能热加工性能 铸造性能铸造性能铸造性（可铸性）：指金属材料能用铸造的方法获得合格铸件的性能。铸造性主要包

29、括流动性，收缩性和偏析。流动性是指液态金属充满铸模的能力，收缩性是指铸件凝固时，体积收缩的程度，偏析是指金属在冷却凝固过程中，因结晶先后差异而造成金属内部化学成分和组织的不均匀性。合金钢与高碳钢比低碳钢偏析倾向大，因此，铸造后要用热处理方法消除偏析。 锻造性能锻造性能可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。焊接性能焊接性能焊接性（可焊性）：指金属材料对焊接加工的适应性能。主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它包括两个方面的内容：一是结合性能，即在一定

30、的焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性，二是使用性能，即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属焊接接头对使用要求的适用性。化工设备广泛采用焊接结构，因此材料焊接性是重要的工艺性能。 203 3、影响材料性能因素、影响材料性能因素成分工艺组织性能影响材料性能的主要因素化学成分组织结构加工工艺热处理21影响材料性能因素化学成分1、碳（碳（C C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳当量超过冲击性降低，当碳当量超过0.23%0.23%时，钢的焊接性能变坏，因此时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一

31、般不超过用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.25%0.25%。2 2、硅（、硅（Si Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有含有0.150.150.30%0.30%的硅。硅量增加，会降低钢的焊接性能的硅。硅量增加，会降低钢的焊接性能3 3、锰（、锰（MnMn）：在碳素钢中加入）：在碳素钢中加入0.70%0.70%以上时就算以上时就算“锰钢锰钢”，较一般碳，较一般碳素钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬透素钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬透性，改善钢的热加工性能。锰量增高，减弱钢的抗

32、腐蚀能力，降性，改善钢的热加工性能。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。低焊接性能。4 4、磷（、磷（P P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。5 5、硫（、硫（S S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。6 6、氧（、氧（O O）：氧在钢中是有害元素。尤其是对疲劳强度、冲击韧性）：氧在钢

33、中是有害元素。尤其是对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。等有严重影响。7 7、氢（、氢（H H）：钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。）：钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。22影响材料性能因素影响材料性能因素化学成分化学成分8 8、氮（、氮（N N）：铁素体溶解氮的能力很低。当钢中溶有过饱和的氮，在）：铁素体溶解氮的能力很低。当钢中溶有过饱和的氮，在放置较长一段时间后或随后在放置较长一段时间后或随后在200200300300加热就会发生氮以氮化物加热就会发生氮以氮化物形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。形式的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。9 9、铬（

34、、铬（CrCr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 1010、镍、镍(Ni)(Ni)：镍能提高钢的强度，又保持良好的塑性和韧性：镍能提高钢的强度，又保持良好的塑性和韧性( (低温韧性低温韧性) )。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采

35、用其他合金元素代用镍铬钢。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 1111、 钼钼(Mo)(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能。：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能。 1212、钛、钛(Ti)(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒；：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。1313、钒、钒(V)(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%0.5%的钒可细化组织晶粒，的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物

36、，在高温高压下可提高抗氢提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。腐蚀能力。 1414、铌、铌(Nb)(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。强度，但塑性和韧性有所下降。23影响材料性能因素组织结构铁碳合金状态图铁碳合金状态图铁碳平衡图铁碳平衡图 又称铁碳相图或铁碳合金状态图。它以温度为纵坐标，碳又称铁碳相图或铁碳合金状态图。它以温度为纵坐标，碳含量为横坐标含量为横坐标, ,表示在接近平衡条件（铁表示在接近平衡条件（铁- -石墨）和亚稳条件（铁碳石墨）和亚稳条件（铁碳化铁）

37、下（或极缓慢的冷却条件下）以铁、碳为组元的二元合金在不化铁）下（或极缓慢的冷却条件下）以铁、碳为组元的二元合金在不同温度下所呈现的相和这些相之间的平衡关系。同温度下所呈现的相和这些相之间的平衡关系。 Fe-Fe3CFe-Fe3C平衡图由包平衡图由包晶、共晶、共析三个基本反应组成晶、共晶、共析三个基本反应组成 （下图仅为纯铁和钢的部分）（下图仅为纯铁和钢的部分）铁碳合金状态图明确反映出含碳量、温度与组织状态的关系，是研究铁碳合金状态图明确反映出含碳量、温度与组织状态的关系，是研究钢铁的重要依据，也是铸造、锻造及热处理工艺的主要理论依据。它钢铁的重要依据，也是铸造、锻造及热处理工艺的主要理论依据。

38、它的许多基本特点即使对于复杂合金钢也具有重要的指导意义，如在简的许多基本特点即使对于复杂合金钢也具有重要的指导意义，如在简单二元单二元Fe-CFe-C系中出现的各种相，往往在复杂合金钢中也存在。当然，系中出现的各种相，往往在复杂合金钢中也存在。当然，需要考虑到合金元素对这些相的形成和性质的影响，因此研究所有钢需要考虑到合金元素对这些相的形成和性质的影响，因此研究所有钢铁的组成和组织问题都必须从铁碳平衡图开始。工程上依据铁的组成和组织问题都必须从铁碳平衡图开始。工程上依据Fe-Fe3CFe-Fe3C平平衡图把铁碳合金分为三类衡图把铁碳合金分为三类, ,即工业纯铁即工业纯铁(C0.021(C0.0

39、21) )、钢、钢(0.021(0.0212.112.11C)C)和铸铁和铸铁(2.11(2.116.696.69C)C)。 实际加热时钢铁的临界点往往高于实际加热时钢铁的临界点往往高于Fe-Fe3CFe-Fe3C平衡图上的临界点平衡图上的临界点, ,冷却时冷却时则低于平衡图的临界点。如图则低于平衡图的临界点。如图3 3所示，习惯上以所示，习惯上以A A表示平衡图上的临界表示平衡图上的临界点点, ,沿用奥斯蒙以法文加热的首字母沿用奥斯蒙以法文加热的首字母c c及冷却的首字母及冷却的首字母r r分别标志加热和分别标志加热和冷却，冷却，AcAc表示加热时的临界点表示加热时的临界点,Ar,Ar表示冷

40、却时的临界点表示冷却时的临界点。 242526影响材料性能因素组织结构常见的显微组织奥氏体（奥氏体（A A）碳溶解在-Fe铁中形成的固溶体称奥氏体。 强度硬度不高，塑性韧性很好，无磁性。铁素体（铁素体（F F）碳溶解在-Fe中形成的固溶体称铁素体 强度硬度低，塑性韧性好。渗碳体（渗碳体（Fe3CFe3C）铁碳合金中的碳不能全部溶入-Fe或-Fe中，其余部分的碳和铁形成一种化合物（Fe3C），称为渗碳体。 硬而脆，随C%增加，强度硬度提高，而塑性韧性下降。珠光体（珠光体（P P）珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物。 性能介于F与Fe3C之间。马氏体（马氏体（MM）马氏体是钢和铁从高温急冷下来的组

41、织，是碳原子在a-Fe中过饱和的固溶体。 具有很高的强度和硬度，但很脆；延展性差，易导致裂纹。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。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层状分布的组织。27影响材料性能因素组织结构晶粒度：用于描述晶粒大小的参数 常用的表示方法单位体积的晶粒数目（ZV）单位面积内的晶粒数目（ZS）晶粒的平均线长度（或直径） （用18级表示。8级细小而均匀、综合力学性能好）金属晶粒的尺寸(或晶粒度)对其在室温及高温下的机械性质有决定性的影响，晶粒尺寸的细化也被作为钢的热处理中最重要的强化途径之一。因此，在金属性能分析中，晶粒尺寸的计算显

42、得十分重要。28影响材料性能因素影响材料性能因素加工工艺、热处理加工工艺、热处理加工工艺对组织性能影响冷作变形会带来纤维组织、加工硬化及残余内应力。热变形会提高材料塑性变形能力及降低变形抗力。热处理通过改变金属材料的组织，对金属材料的性能产生较大影响。29影响材料性能因素影响材料性能因素热处理热处理热处理是把金属材料在固态下加热到预定热处理是把金属材料在固态下加热到预定温度保温一定时间，然后以预定的方式冷温度保温一定时间，然后以预定的方式冷却下来，通过这一过程改变金属材料内部却下来，通过这一过程改变金属材料内部的组织结构，从而使金属材料的性能发生的组织结构，从而使金属材料的性能发生预期的变化。

43、热处理改变金属工件的性能，预期的变化。热处理改变金属工件的性能，是通过改变其内部组织来实现的。金属材是通过改变其内部组织来实现的。金属材料在热处理过程中，会发生一系列的组织料在热处理过程中，会发生一系列的组织变化。金属材料中组织转变的规律，就是变化。金属材料中组织转变的规律，就是热处理的原理。热处理的原理。影响材料性能因素影响材料性能因素热处理热处理常用的钢材热处理方法常用的钢材热处理方法 ：退火，正火，淬火，回火，：退火，正火，淬火，回火，调质和固溶处理。调质和固溶处理。（1）退火：常用的退火又分可为完全退火、再结晶退火：常用的退火又分可为完全退火、再结晶退火和消除应力退火。退火和消除应力退

44、火。(A) 完全退火是将铁碳合金完全奥氏体化（加热到完全退火是将铁碳合金完全奥氏体化（加热到Ac3以上以上2030）然后缓慢冷却，以获得接近平衡组）然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的工艺过程。完全退火适用于处理亚共析钢、中织的工艺过程。完全退火适用于处理亚共析钢、中合金钢，目的是改善钢铸件或热扎型材的机械性合金钢，目的是改善钢铸件或热扎型材的机械性能。由于加热温度超过上临界点，使组织完全重结能。由于加热温度超过上临界点，使组织完全重结晶，可达到细化晶粒、均匀组织、降低硬度、充分晶，可达到细化晶粒、均匀组织、降低硬度、充分消除内应力等目的。消除内应力等目的。影响材料性能因素影响材料性能因素热处理

45、热处理 再结晶退火是将变形后的金属加热到再结晶温度再结晶退火是将变形后的金属加热到再结晶温度以上（以上（600Ac1 之间），保持适当时间，使被冷加之间），保持适当时间，使被冷加工拉长了的和破碎了的晶粒重新成核和长大成正常工拉长了的和破碎了的晶粒重新成核和长大成正常晶粒，成为没有内应力的新的稳定组织。使钢的物晶粒，成为没有内应力的新的稳定组织。使钢的物理性能和机械性能基本上都能得到恢复。对于连续理性能和机械性能基本上都能得到恢复。对于连续多次冷加工的钢材，因随加工道次的增加、硬度不多次冷加工的钢材，因随加工道次的增加、硬度不断升高，塑性不断下降，必须在两次加工之间安排断升高，塑性不断下降，必须

46、在两次加工之间安排一次再结晶退火、使其软化，以便钢材能进一步加一次再结晶退火、使其软化，以便钢材能进一步加工。这种退火又称为软化退火或中间退火。工。这种退火又称为软化退火或中间退火。影响材料性能因素影响材料性能因素热处理热处理消除应力退火。消除应力退火是为了除去消除应力退火。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工艺，消除应力退火的加热温度低于钢的再结晶温度。再结晶温度。(SR)影响材料性能因素影响材料性能因素热处理热处理（2 2）

47、正火：将钢加热到）正火：将钢加热到Ac3 Ac3 （或（或 Acm Acm ）以上）以上30305050，保温后在空气中冷却，得到珠光体型，保温后在空气中冷却，得到珠光体型组织的热处理工艺叫正火。组织的热处理工艺叫正火。( N )( N )正火主要用于细化钢材的晶粒，改造组织、提高正火主要用于细化钢材的晶粒，改造组织、提高机械性能；机械性能；正火与退火的区别是正火的冷却速度稍快，所获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。得的组织比退火细，综合机械性能也有所提高。影响材料性能因素影响材料性能因素热处理热处理（3 3）淬火：将钢加热到）淬火：将钢加热到

48、Ac3Ac3（亚共析钢）（亚共析钢）或或Ac1Ac1（过共析钢）以上（过共析钢）以上30305050，保温后，保温后以大于临界冷却速度的速度快速冷却的热以大于临界冷却速度的速度快速冷却的热处理工艺叫淬火。处理工艺叫淬火。( Q )( Q )淬火一般是为了得到马氏体组织，可使钢淬火一般是为了得到马氏体组织，可使钢材得到细化；淬火马氏体是碳在材得到细化；淬火马氏体是碳在-Fe -Fe 中的中的过饱和固溶体。过饱和固溶体。影响材料性能因素影响材料性能因素热处理热处理（4）回火：将钢加热到）回火：将钢加热到Ac1 以下某一温度，以下某一温度，保温后在空气中冷却的工艺叫回火。保温后在空气中冷却的工艺叫回

49、火。( T )回火常作为钢淬火后的第二道热处理，以回火常作为钢淬火后的第二道热处理，以改善钢的淬火组织和性能。回火也常用于改善钢的淬火组织和性能。回火也常用于消除钢材的变形加工或焊接残余应力。根消除钢材的变形加工或焊接残余应力。根据回火时加热的温度不同，据回火时加热的温度不同，回火可分为低温、中温和高温三种。回火可分为低温、中温和高温三种。影响材料性能因素影响材料性能因素热处理热处理（5）调质：通常将淬火加高温回火的热处理工）调质：通常将淬火加高温回火的热处理工艺叫调质。艺叫调质。( Q+T )调质后获得回火索氏体组织，可使钢材得到强调质后获得回火索氏体组织，可使钢材得到强度与韧性相配合的良好

50、的综合性能。度与韧性相配合的良好的综合性能。（6）固溶处理：将合金钢加热至高温单相区，）固溶处理：将合金钢加热至高温单相区，并经过充分的保温，使过剩相充分溶解到固溶并经过充分的保温，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和的固溶体这样体中后快速冷却，以得到过饱和的固溶体这样的热处理工艺称为固溶处理。（奥氏体不锈钢）的热处理工艺称为固溶处理。（奥氏体不锈钢）其目的是为了改善金属的塑性和韧性，并为进其目的是为了改善金属的塑性和韧性，并为进一步进行沉淀硬化热处理工艺准备条件。一步进行沉淀硬化热处理工艺准备条件。( S )4 4、压力管道常用材料标准压力管道常用材料标准基础标准基础标准GB/

51、T 699 GB/T 699 优质碳素结构钢优质碳素结构钢GB/T 700 GB/T 700 碳素结构钢碳素结构钢GB/T 3077GB/T 3077 合金结构钢合金结构钢钢板：钢板：GB/T 710 GB/T 710 优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带GB 713 GB 713 锅炉和压力容器用钢板锅炉和压力容器用钢板GB/T 3274 GB/T 3274 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带钢带GB 3531 GB 3531 低温压力容器用低合金钢板低温压力容器用低合金钢板GB 24511 GB 24511 承压设备用不锈钢

52、钢板及钢带承压设备用不锈钢钢板及钢带38压力管道常用材料标准压力管道常用材料标准-钢管钢管钢管钢管GB 3087GB 3087 低中压锅炉用无缝钢管低中压锅炉用无缝钢管GB/T 3091GB/T 3091 低压流体输送用焊接钢管低压流体输送用焊接钢管GB 5310GB 5310 高压锅炉用无缝钢管高压锅炉用无缝钢管GB 6479GB 6479 高压化肥设备用无缝钢管高压化肥设备用无缝钢管GB/T 8163GB/T 8163 输送流体用无缝钢管输送流体用无缝钢管GB/T9711 GB/T9711 石油天然气工业输送钢管交货技术条件石油天然气工业输送钢管交货技术条件GB 9948GB 9948 石

53、油裂化用无缝钢管石油裂化用无缝钢管GB/T 12459GB/T 12459 钢制对焊无缝管件钢制对焊无缝管件GB/T 12771GB/T 12771 流体输送用不锈钢焊接钢管流体输送用不锈钢焊接钢管GB 13296 GB 13296 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管压力管道常用材料标准压力管道常用材料标准-钢管钢管钢管钢管GB/T 13401GB/T 13401 钢板制对焊管件钢板制对焊管件GB/T 14976GB/T 14976 流体输送用不锈钢无缝钢管流体输送用不锈钢无缝钢管GB/T 21832 GB/T 21832 奥氏体奥氏体铁素体型双相不锈钢焊接钢管铁素体

54、型双相不锈钢焊接钢管GB/T 21833 GB/T 21833 奥氏体奥氏体铁素体型双相不锈钢无缝钢管铁素体型双相不锈钢无缝钢管GB/T 24593 GB/T 24593 锅炉和热交换器用奥氏体不锈钢焊接钢管锅炉和热交换器用奥氏体不锈钢焊接钢管NB/T 47019 锅炉、热交换器用管订货技术条件锅炉、热交换器用管订货技术条件HG/T 20537.3 HG/T 20537.3 化上装置用奥氏体不锈钢焊接钢管技术要求化上装置用奥氏体不锈钢焊接钢管技术要求 HG/T 20537.4 HG/T 20537.4 化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技术要求化工装置用奥氏体不锈钢大口径焊接钢管技术要求 S

55、Y/T 3091SY/T 3091低压流体输送用焊接钢管低压流体输送用焊接钢管 SY/T 5037 SY/T 5037低压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管低压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管压力管道常用材料标准压力管道常用材料标准-锻件锻件钢锻件：NB/T47008(JB/T 4726)承压设备用碳素钢和合金钢锻件NB/T 47009(JB/T 4727) 低温承压设备用低合金钢锻件NB/T 47010(JB/T 4728) 承压设备用不锈钢和耐热钢锻件压力管道常用材料标准压力管道常用材料标准-铸件铸件铸钢和铸铁件GB/T 1348 球墨铸铁件球墨铸铁件GB/T 9439 灰铸铁件灰铸铁件GB/T 944

56、0 可锻铸铁件可锻铸铁件GB/T 12229 通用阀门碳素钢铸件技术条通用阀门碳素钢铸件技术条件件GB/T 16253 承压钢铸件承压钢铸件压力管道常用材料标准压力管道常用材料标准-有色金属有色金属有色金属材料GB/T 2054GB/T 2054 镍及镍合金板镍及镍合金板GB/T 2882GB/T 2882 镍及镍合金管镍及镍合金管GB/T 3621GB/T 3621 钛及钛合金板材钛及钛合金板材GB/T 3624GB/T 3624 钛及钛合金管钛及钛合金管GB/T 6893GB/T 6893 铝及铝合金拉铝及铝合金拉( (轧轧) )制无缝管制无缝管YB/T 5264YB/T 5264 耐蚀合

57、金锻件耐蚀合金锻件YB/T 5353YB/T 5353 耐蚀合金热轧板耐蚀合金热轧板压力管道常用材料标准压力管道常用材料标准-有色金属有色金属有色金属材料JB 4741 压力容器用镍铜合金热轧板材JB 4742 压力容器用镍铜合金无缝管JB 4743 压力容器用镍铜合金锻件 JB/T4734 铝及铝合金容器 JB/T4745 钛及钛合金容器 JB/T4755 铜及铜合金容器 JB/T4756 镍及镍合金容器压力管道常用材料标准压力管道常用材料标准非非金属材料金属材料GB3985 石棉橡胶板GB 15558.1 燃气用埋地聚乙烯（PE）管道系统第1部分：管材GB 15558.2 燃气用埋地聚乙烯

58、（PE）管道系统第2部分：管件CJ/T125 燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管CJ/T 126 燃气用钢骨架聚乙烯塑料复合管件 CJ/T 183 钢塑复合压力管CJ/T 189 钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管二、压力管道常用管材、板材、锻件与铸钢二、压力管道常用管材、板材、锻件与铸钢件验收要求与适用范围件验收要求与适用范围 1、TSG D0001 压力管道安全技术监察规压力管道安全技术监察规程程工业管道工业管道第二章第二节和第三节第二章第二节和第三节对压力管道常用的各种材料提出了基本的对压力管道常用的各种材料提出了基本的安全技术要求和使用范围安全技术要求和使用范围规定。 2、GB/T 20801.

59、2 压力管道规范压力管道规范 工业管道工业管道 第第 2 部分：材料部分：材料进一步明确进一步明确规定了压力管道各种建造材料的基本要求，这些基本要求包括材料选用、使用限制、检验要求和标记等方面。1 1、TSG D0001 TSG D0001 压力管道安全技术监察规程压力管道安全技术监察规程第二章第二章 管道元件管道元件 第二节材料第二节材料第二十一条管道组成件的材料选用应当满足以下各项基本要求，设计时第二十一条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：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规定，其使用方面的要求符合管道

60、有关安全技（一）符合相应材料标准的规定，其使用方面的要求符合管道有关安全技术规范的规定；术规范的规定；（二）金属材料的延伸率不低于（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，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，能够的金属材料时，能够采取必要的防护措施；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（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；性能、化学性能、力学性