管道材料专业培训教材

管道材料专业培训教材

压力管道材料

中国石化工程建设公司

2006/05/26

目录

第一部分压力管道材料选用

第一节压力管道常用金属材料的基本性能

第二节金相学名词

第三节钢材牌号表示方法

第四节杂质元素和合金元素在钢中的作用

第五节铸铁和碳钢在化学成分、金相结构和性能上的差别

第六节钢材的质量分级

第七节石油化工生产过程中常见的腐蚀环境

第八节金属材料热处理

第九节温度对材料选用的影响

第十节压力管道常用金属材料的应用限制

第二部分压力管道器材选用

第一节常用压力管道器材标准

第二节一般要求

第三节钢管的选用要求

第四节管法兰选用

第五节垫片

第六节管件

第七节管道连接

第八节紧固件

第九节阀门

第十节材料代用

第三部分管道器材受压元件计算

第四部分涂料防腐

第五部分管道施工及验收规范

第一节管道施工及验收标准规范

第二节无损检验

第三节管道系统试验

第六部分管道分类

根据国家质量监督检验检疫总局颁发的<<压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规

则>>规定,压力管道设计单位必须取得相应级别的设计资格，为了配合这项工作，中石化编制

了<<全国压力管道设计审批人员考核培训教材》，此教材主要作为压力管道设计单位任证或

换证时设计、校核人员考试的参考资料.为了使大家更好的理解此培训教材，从以下几方面给

大家介绍一下压力管道设计情况。

第一部分压力管道材料选用

第一节压力管道常用金属材料的基本性能

金属材料的性能包括工艺性能和使用性能。金属材料的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。它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。金属材料

的使用性能是金属材料在使用条件下所表现出来的性能，它包括物理性能、化学性能和力学

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、导电性、热膨胀

性和磁性等。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，包括耐腐蚀

性、抗氧化性和化学稳定性等。金属材料的力学性能是指金属在力作用下所显示与弹性和非

弹性反应相关或涉及应力-应变关系的性能。它包括强度、塑性、硬度、韧性及抗疲劳等。

通常在压力管道设计、制造过程中，所选用的金属材料大多以力学性能为主要依据，因此熟

悉和掌握金属材料的力学性能是非常重要的。

一金属材料基本概念

1金属材料的机械性能指标（见6.1.3）

⑴强度极限6b：在拉伸应力一应变曲线上的最大应力点，单位为MPa,

Fb6b=（MPa）So

式中Fb--一试样承受的最大我荷（N）；

So-----试样原始横截面积（mm2）。

⑵屈服极限6s:材料的拉伸应力超过弹性范围，开始产生塑性变形时的应力•有些材料没

有明显的屈服点，工程上通常取试样产生0.2%残余变形时的应力作为条件屈服极限60.2,

单位为MPa。

Fs6s=（MPa）So

式中Fs一一一试样屈服时的载荷（N）；

So-----试样原始横截面积（mm2）。

F0.260.2=（MPa）So

式中F0.2——残余伸长率达到0.2%时的载荷（N）；

So-----试样原始横截面积（mm2）。

⑶持久强度6t

D：试样在设计温度下、经10万小时后，断裂时的平均应力，单位为MPa。

⑷蠕变极限6tn：在给定温度下和规定的持续时间内，使试样产生一定蠕变量的应力值。工

程上通常采用钢材在设计温度下，经过10万小时后、蠕变率为1%时的应力值，单位MPa。

⑸延伸率8：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5倍或10倍，因此，有飞5（短试样）和610

（长试样）两种指标，单位为％。

Ll-L05=x100%L0

式中L1---试样拉断后的标距（mm）；

L0-----试样的原始标距（mm）。

⑹断面收缩率中断面收缩率表明试样在拉伸

试验发生破坏时,缩颈处产生的塑性变形率，单位为％。

S0-S1w=x100%SO

式中so——试样原始横截面积（mm2）；

S1-----试样拉断处的最小横截面积（mm2）。

金属材料的5和V数值越大，表示材料的塑性越好。

⑺冲击功Ak：冲击功是衡量钢材塑性、确定钢材是否产生脆性破坏的一个指标。单位为焦

耳（J）。钢材在进行缺口冲击试验时，消耗在试样上的能量，称为冲击功，用Ak表示。消耗在

试样单位截面上的冲击功，即为冲击韧性，用ak来表示。在同一温度,由不同材料做成的相

同的冲击试件，冲击功越大，表示材料韧性越好。

脆性转变温度：金属的韧性状态向脆性状态转化的温度称为脆性转变温度。材料的脆性转变

温度愈低，材料的低温冲击韧性愈好。碳素结构钢的脆性转变温度为-20℃。目前确定脆性

转变温度的普遍方法是，把冲击值降到某特定允许的最低冲击值的温度，作为该材料的脆

性转变温度。⑻硬度：硬度是反映材料对局部塑性变形的抗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

6b=0.36HB；

轧制、正火的中碳钢或低合金钢钢

6b=0.35HB；

硬度为250〜400,经热处理的合金钢

6b=0.33HBo

2弹性变形和塑性变形（见6.1.5）

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）

当金属材料在外力的作用下发生塑性变形时，由于金属中各晶粒的晶格取向各不相同，滑移

方向也各不相同，为平衡这种不均匀变形其各晶粒之间将产生内应力；另外，在金属材料的

塑性变形过程中，由于大量的位错等晶格缺陷而引起的晶格畸变使晶格处于极不稳定的壮

态，在原子力的作用下，它们都保持着恢复正常位置的趋势，为平衡畸变晶格的复原也将产

生内应力。这几种内应力都属于加工残余应力。实验证明，由晶格畸变产生的内应力最大，

是主要的加工残余应力。加工残余应力的存在会给材料的性能带来一系列不利影响：它会使

材料的强度略有升高，但塑性和韧性却大大降低；在高温条件下使用时会因应力松弛而影响

产品的变形；在腐蚀环境中使用时使材料更易遭受腐蚀等等。

第二节金相学名词

1相：合金中具有同一化学成分，同一聚集状态并以界面分开的各自均匀的组成部分。

2固溶体：两种在固态和液态均能相互溶解的元素所形成的单相晶体。

3金属化合物：两种金属元素形成的化合物。新形成的化合物具有新的晶体机构，通常具

有较高的熔点、较大的硬度，较低的塑性和韧性。

4机械混合物：两种不同晶体结构的晶核彼此机械混合而形成的物质。

56铁：工业纯铁的熔点为1534℃,在1390℃以上Fe原子按体心立方晶格排列，称为3铁。

63铁素体：6铁素体是碳在3铁中的固溶体。在1493℃时，碳的最大溶解度为0.1%。

7丫铁：在温度910〜1390℃时铁的晶格发生同素异构转变，晶体结构转变为面心立方晶格,

变为Y铁。

8奥氏体：是碳在丫铁中的固溶体，以A表示，在1493℃时的最大溶解度为2.06%,723℃

时为0.8%。其强度和硬度较高，塑性、韧性也较好，适于压力加工。

9a铁：温度低于910C时，铁的晶格又转变为体心立方晶格，称为a铁。

10铁素体：是碳在a铁中的固溶体，以F表示。在723℃时，碳的溶解度为0.02%,0℃

时仅为0.008%»其强度和硬度都很低，仅比纯铁略高，塑性、韧性较好，适于压力加工。

11渗碳体：是铁和碳的金属化合物，分子式为Fe3C,其硬度高，塑性和韧性极低，即硬

而脆。渗碳体不能单独使用，只能作为强化相存在于铁碳合金中。

12珠光体：是铁素体与渗碳体相间排列的片状组织，是机械混合物，以P表示。其强度

和硬度较高，又具有一定的塑性和韧性，是一种综合力学性能较好的组织，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。

6-FeC+3-Feb铁素体1390C固

y-FeC+y-Fe奥氏体溶910℃体

a-FeC+a-Fe铁素体

C+Fe渗碳体：金属化合物

铁素体+渗碳体珠光体：机械混合物

第三节钢材牌号表示方法

我国《钢铁产品牌号表示方法》（GB/T221-2000）的规定，-一般采用汉语拼音字母、化学元

素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。

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N235Mpa、质量为A级的沸腾碳素结构钢。GB700

中的Q195,Q215,Q235,Q255,Q275；低合金高强度结构钢的牌号表示方法与上述基本一

致，如：GB/T1591中的Q295,Q345,Q390,Q420,Q450。

2优质碳素结构钢钢号采用钢中含碳量的万分数（平均值）表示。当钢中含碳量为0.15~0.6,

含Mn量超过0.7%（0.7-1.0%）时，称之为高镒钢，必须将“Mn”标出，如20Mn、40Mn

等。

3合金钢牌号，采用“两位数字+合金元素符号+数字”表示，前两位数字表示钢的平均含碳量

（万分之几），合金元素用化学符号表示（或汉字表示），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，•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%。当钢中硫、磷含量低于0.025%

时即为高级优质钢,此时在钢号后再加上"高''字或"A”,例如35CrMoAo

4不锈钢牌号:奥氏体不锈钢采用“一位数字+合金元素符号+合金元素百分含量”表示，前面」

位数字表示平均含碳量（以千分之几计），含ca.03%时用“00”、CW0.08%时用“0"、C<0.15%

时用“I”表示。例如

00Crl9Nil0表示CW0.03%,

Cr:18-20%,Ni:8~12%,0Crl8Ni9表示C<0.08%,

Cr:17〜19%,Ni:8〜U%,lCrl8Ni9表示C0O.15%,

Cr:17〜19%,Ni:8〜10%等。

CW0.08%的奥氏体不锈钢为低碳不锈钢，C<0.03%的奥氏体不锈钢为超低碳不锈钢马氏体不

锈钢牌号的表示方法中的前面一位数字，当含碳量大于0.15%后，基本上是采用平均含

碳量的千分数表示，例如2Crl3的含碳量0.16~0.25%»

5铸铜牌号

GB11352〈一般工程用铸造碳钢件〉的牌号表示方法采用拼音字母+屈服限+强度限来表示。

例如ZG200-400,6s=200MPa,6b=400Mpa.

6铸铁牌号

①灰铸铁牌号采用灰铁两个字第一个的拼音字母HT+6b值表示。

例如GB9439《灰铸铁件》中的HT100,HT150,HT200,HT250,HT300,HT350.

②可锻铸铁牌号采用材料名称的拼字头、金相结构代号、强度限和延伸率表示。

例如GB9440《可锻铸铁件》中的KTH300-06,KTH330-08,KTH350-10,KTH370-12;

KTZ450-06,KTZ500-04,KTZ600-02,KTZ700-02等。其中H代表铁素体,Z代表珠光体。以

KTH300-06为例，表示为铁素体可锻铸铁6b=300Mpa,3=6%。

③球墨铸铁牌号表示方法与可锻铸铁相似。

例如GB1348《球墨铸铁件》中的QT400-18,QT400-15,QT450-10,QT500-7,QT600-3,

QT7002,QT800-2,QT900-2o以QT400-18为例，球墨铸铁的（jb=400Mpa、6=18%。参考资

料可见《钢铁产品牌号表示方法》GB/T221-2000标准。

第四节杂质元素和合金元素在钢中的作用

非合金钢中的杂质元素是在冶炼过程中不是人为有意地加入或保留的元素。常见杂质元素有

硅、镒、硫、磷等，对钢的性能有较大的影响。

合金钢中的合金元素是为使金属具有某些特性，在基本金属中有意加入或保留的金属或非金

属元素。钢中常用的合金元素有倍（Cr）、镒（Mn）、硅（Si）、银（Ni）、铜（Mo）、鸽（W）、

钮（V）、钻（Co）,钛（Ti）、铝（A1）、铜（Cu）、硼（B）、氮（N）、稀土（RE）等。其中

硫、磷在特定的条件下可认为是合金元素，如易切削钢中的硫。

一、主要杂质元素在非合金钢中的作用

1铳

非合金钢中铳的含量一般为0.25〜0.8%。镭是炼钢用钵铁作脱氧剂的残存元素，镒有很好

的脱氧能力：镒能溶于铁素体和渗碳体中，使其固溶强化，并能增加和细化珠光体，从而提

高其强度和硬度；钵可与硫形成MnS,以消除硫的有害影响。

2硅

硅在镇静钢中含量一般为0.1〜0.4%,而在沸腾钢中含量一般小于等于0.07%。硅也是作为

脱氧剂进入钢中的，硅比镒的脱氧能力还强；硅能溶于铁素体中使其固溶强化，从而提高其

强度、硬度和弹性。

3硫

硫是钢中的有害元素，由矿石与焦炭中带来的。硫与铁形成化合物FeS（熔点为1190C左右）,

而FeS与铁形成低熔点（985C）的共晶体分布在晶界处。当钢在1000〜1200C进行锻压或轧

制时、由于这种共晶体先熔化，而使钢沿晶界开裂，称为“热脆硫还降低钢的耐腐蚀性。

4磷

磷是钢中的有害杂质，磷溶入铁素体中，使钢的塑性下降，钢的强度、硬度升高，造成钢的

“冷脆性”。但可提高钢的抗蚀性，可改善钢的切削加工性能。

5碳

碳含量升高，钢的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，焊接性能卜降，焊缝热影响区扩大。

但00.9%后钢的强度反而下降。

二、合金元素在钢中的作用合金元素对钢基本相的影响。

钢的基本相是铁素体和渗碳体。

1强化铁素体：大多数合金元素（如铭、铝、钢、氮、镒、硅、磷等）都能溶于铁素体中产

生固溶强化，使铁素体的强度、硬度升高，塑性、韧性下降.

2形成碳化物：钢中能形成碳化物的元素有铁、

毓、铝、钳、铝、银、倍、钛等（按与碳亲和力山弱到强排列），与碳的亲和力越强，形成

的碳化物越稳定，硬度也就越高。

第五节铸铁和碳钢在化学成分、金相结构和性能上的差别

铸铁的含碳量一般在2.5〜4.5%,并含有比钢多的Si,Mn,S,P。碳在铸铁中除少量溶于基

体外，绝大部分是以石墨或碳化物的形式存在。铸铁比碳钢脆，不能锻轧，但铸造性能和切

削加工性能好。钢的含碳量C<2.1%,含有少量的Si,Mn,S,P,合金钢还含有一定量的其他

合金元素，如Ni,Cr,Mo,V等。各种成分以不同的金属相、金属化合物和机械混合物构成。

钢的机械性能好，便于各种加工。

通常，低碳钢含碳量<0.25%,中碳钢含碳量为0.25〜0.6%,高碳钢含碳量>0.6%。

第六节钢的质量分级

(1)钢材：GB/T3077《合金结构钢》，GB699V优质碳素结构钢〉,GB700V碳素结构钢,是

以钢中硫、磷、及残余铜、银、铭的含量来划分质量等级的，如下表所示。

钢类PSCuCrNi%不大于

普通质量优质高级优质特级优质

<0.045

0.035

0.025

0.025

<0.05

0.035

0.3

0.025

0.25

0.015

0.25

0.3

0.3

0.3

0.3

0.3

0.3

高级优质钢在钢材牌号后边加“A”,特级优质钢在钢材牌号后边加“E”表示。

(2)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I、H、III、IV4级；

JB4727〈低温压力容器用低合金钢锻件〉、将锻件质量分为II、HI、IV3级；

JB4728〈压力容器用不锈钢锻件〉将锻件质量分为I、II、III、IV4级，如下表所示

级别检验项目检验数量

I硬度逐件

II拉伸,冲击(ob,6s,55,Akv)

同炉批号，同热处理，抽检一件

III拉伸,冲击(6b,6s,85,Akv)

同上

超声检测逐件

IV拉伸，冲击

（6b,6s,85,Akv）

逐件超声检测逐件

（3）铸钢

GB11352〈一般工程用铸造碳钢件〉将铸钢件质量分为3级：

I级：高级质量铸钢P,S<0.04%

II级:优级质量铸钢P,S4）.05%

III级：普通质量铸钢P,SV0.06%

第七节石油化工生产过程中常见的腐蚀环境

一金属腐蚀的概念（见6.5.1P285）

金属与周围介质相接触，产生化学或电化学作用而遭受破坏的过程称为腐蚀。

腐蚀的分类方法较多，常用的有以下儿种：

（1）按腐蚀介质分，有大气腐蚀、水腐蚀、土壤腐蚀、高温气体腐蚀及各种酸、碱、盐的

腐蚀等；

（2）按遭受腐蚀的材料分，有碳钢的腐蚀、有不锈钢的腐蚀、各种有色金属的腐蚀及高分

子材料的腐蚀等；

（3）按着腐蚀形式分，有均匀腐蚀及局部腐蚀两大类，后者又有晶间腐蚀、点蚀及缝隙腐

蚀等；

（4）按腐蚀发生的机理分，有化学腐蚀及电化学腐蚀两大类。

二应力腐蚀破裂（6.5.3）

应力腐蚀破裂是金属构件在拉伸应力和腐蚀环境共同作用下引起的破坏。应力腐蚀断裂的产

生应具备三个条件，其一要有特定的腐蚀环境（包括腐蚀介质的成分、浓度、杂质和温度等）;

其二是要有足够大的拉伸应力（超过某一极限值）；其三是金属材料具有特定的合金成分和

组织（包括晶粒大小、晶粒取向、形态、相结构、各类缺陷等）。工程上防止应力腐蚀开裂

的措施有以下几方面：其一是降低应力水平，避免或减少局部应力集中，消除加工残余应力

和焊接残余应力。其二是控制敏感环境，例如加入缓蚀剂，升高介质的PH值，采用电化电

化学保护等措施。其三是正确选用材质，力求避免易产生应力腐蚀开裂的材料-环境组合。

可产生应力腐蚀破坏的金属材料和环境的组合主要有以下几种：

（1）对碳钢和低合金钢，介质有碱液、硝酸盐溶液、无水液氨、湿硫化氢、醋酸等；

（2）对奥氏体不锈钢，介质有氯离子、氯化物+蒸汽、湿硫化氢、碱液等；

（3）对含铝奥氏体不锈钢，介质有碱液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸铜的水溶液等；

（4）对黄铜，介质有氨气及溶液、氯化铁、湿二氧化硫等；

（5）对钛，介质有含盐酸的甲醇或乙醇、熔融氯化钠等；

（6）

对铝，介质有湿硫化氢、含氢硫化氢、海水等。

三晶间腐蚀

1晶间腐蚀是由于晶界沉积了杂质，或某一元素增多或减少而引起的。这种变化大多由于不

适当的热处理或冷加工所致。晶间腐蚀的发生有两个条件，其一是晶界物质的物理化学状态

与晶粒本身不同，其二是有特定的腐蚀环境存在。以奥氏体不锈钢为例，它在焊接时，焊缝

两侧2〜3毫米处可被加热到400〜910℃,这就是所谓的晶间腐蚀敏化区，这时晶界的络和碳

化合为Cr23c6,从固溶体中沉淀下来，铭的流动性很慢，不容易从晶内扩散到晶界，因此晶界

形成贫铭区。钢中含铭量须在11%以上才有良好耐腐蚀性，贫铭区的铭量可降到11%的水

平，因此，在适合的腐蚀溶液中就形成“碳化铭（阴极）-贫铭区（阳极）电池，使晶界贫铭

区产生腐蚀。

2工程上防止晶间腐蚀(对奥氏体不锈钢而言)发生的措施主要有：

①进行固溶化热处理；

②降低不锈钢中的含碳量，将碳含量降低到0.03%以下；

③采用含稳定化元素(主要是钛和锯)的奥氏体不锈钢。

四氯化物腐蚀

介质中氯化物分为两种，一种为无机氯化物，另一种为有机氯化物。前者一般由原油中带来，

后者则是生产过程的产物，即在生产过程中混进来的。氯化物对碳素钢的腐蚀基本为均匀腐

蚀并伴随着氢脆的发生。对不锈钢的腐蚀为点蚀，从一些试验资料上看，常用不锈钢抗氯化

物的点蚀能力由低到高的顺序是：304T304L_1Crl3-316—316L—3211347T2205。

工程上防止氯化物腐蚀的措施主要从以下几个方面考虑：

(1)加强原油的脱盐工艺，使得原油中的NaCl、MgC12、CaC12尽可能在原油蒸储前大部

分被脱去。

(2)对重点部位(如塔顶冷凝系统)注氨、注碱、注水、注缓蚀剂。其中注氨、注碱的目的

是中和HC1,注水的目的是稀释HCI,当C1离子的浓度降到lOOPPm以下时，腐蚀就会变

得缓和。一般工程要求其CI离子浓度应控制在50Ppm及以下。

(3)选择适应的材料，如采用碳钢一不锈钢复合钢板。

五硫化物的腐蚀(SH/T3129-2002)加工高硫原油重点装置主要管道设计选材导则

1硫化氢腐蚀

防护措施：

1)改进材料性能

a)降低钢材的含硫量，当钢材的含硫量为0.005〜0.006%,可耐硫化物应力开裂。

b)钢中增加Ca,Ce(钿)元素，使钢中MnS夹杂物由条状变为球状，以防止裂纹产生。

c)增加0.2〜0.3%铜，可减少氢向钢中的扩散量。

2)焊后热处理并控制焊缝硬度，APIRP942"控制碳钢炼油设备焊缝硬度防止硫化物应力

开裂''中认为：在设备制造过程中，防止操作中硫化物应力开裂的最现实和最经济的三个方法

如下：

a)仔细控制焊缝化学成分避免合金成分超高(钵最大含量1.6%,硅最大含量1%)；

b)保持焊缝硬度在合格范围(HB200)；

c)进行焊后热处理，消除残余应力。

在多年的生产实践中，因低温H2s腐蚀而发生的事故时有报导，因此工程上给予了严格的

材料使用条件，以防止H2s应力腐蚀导致的事故。这些条件归纳起来有三项：其•是在选

材上要求钢材的屈服极限不大于490MPa,同时必须是镇静钢。不得选用含银量大于1.0%

的低合金钢。其二是加强对原材料及焊缝的无损检测，严格控制焊接缺限和制造缺陷的存在。

其三是进行焊后消除应力热处理，并控制其焊缝硬度不大于HB200»

2高温H2-H2S腐蚀

存在于加氢精制及加氢裂化装置高温(300~420℃)的反应器、加热炉管及工艺管线。腐蚀

形态为H2s对钢的化学腐蚀。在富氢的环境中90%〜98%的有机硫将转化为硫化氢。在氢

的促进下可使H2S加速对钢材的腐蚀。各种钢材的H2+H2S的腐蚀率可按库柏-高曼

(Couper-Gtorman)曲线选取。

3对于在湿H2s应力腐蚀环境中防止碳钢和低合金钢管道发生应力腐蚀破裂的问题，对材

料和制造工艺的要求主要依据《控制碳钢炼油设备焊缝硬度防止环境破裂》API942及《汕

用设备用抗硫化物应力开裂金属材料要求》NACE(NationalAssociationofCorrosionengineers)

MR0175(SulfideStressCrackingResistantMetallicMaterialsforOilficldEquipment)油田设备抗

硫化应力断裂的金属材料的规定而提出的。钢的硬度越高，越易发生应力腐蚀，NACE标准

规定，含硫用钢的硬度HRC<22,焊缝处硬度为HB<200,这是因为焊缝硬度的分布比母

材复杂，所以对焊缝硬度的规定比母材严。焊缝部位常发生破裂，一方面是由于焊接残余应

力的作用，另•方面是由于焊缝金属、溶合线及热影响区出现淬硬组织的结果，为防止破裂，

焊后进行有效的热处理十分必要。详细解释及应用见NACEMR0175标准，另外，也可见中

石化标准《加工高硫原油重点装置主要管道设计选材导则》中的材料选用。构成湿硫化氢应

力腐蚀环境（详见6.5.4）：

（1）介质温度低于或等于（60+2P）,P为介质压力，Mpa;

（2）硫化氢在介质中的分压大于等于0.00035Mpa;

（3）介质中含有液相水或有水的结露；

（4）PH小于9或有氟化物存在。

当介质构成湿硫化氢应力腐蚀开裂的环境条件时，应用的材料应符合下列要求：

（1）材料标准规定的屈服强度应小于等于355Mpa;

（2）材料实测的抗拉强度应小于等于650Mpa;

（3）材料的使用状态应为正火、正火+回火、退火或调质状态；

（4）碳当量限制：对碳钢和碳镒钢应小于等于0.4,对于低合金钢应小于等于0.45;

（5）硬度硬度：无论是对材料本体或焊缝及热影响区，硬度均应小于等于HB200。

（6）焊后应进行消除应力热处理或其它等效的热处理。

六氢脆与氢腐蚀（657）

氢脆：在高温、高压下分子氢部分分解成原子氢，或者在湿酸性腐蚀环境中经过电化学反应

生成氢原子，这些氢原子渗透到钢内部后，使钢晶粒间原子结合力降低，表现为钢材的延伸

率、断面收缩率降低，强度也发生变化，这种现象叫氢脆。氢脆是一次脆化，是可逆的；通

过热处理将氢释放出去后，金属将恢复其原有的机械性能。

影响氢脆的因素有：（658）

1）氢分压。氢分压越高，延迟破坏时间越短；

2）温度，高温下不发生氢脆，此时它已转化为氢腐蚀。温度太低时也不发生，因为此时氯

不具备大量渗入金属晶格内的活性。它一般多发生在-30C〜30C温度区间内；

3）金属材料的强度，强度越高，发生氢脆的可能性越大；

4）金属的金相组织，如马氏体组织发生氢脆的指数是球状珠光体组织的3倍；

5）应力水平，材料的脆断是在足够的应力作用下发生的，降低应力水平，使其低于晶

格滑移所需的能量，氢脆将不会发生。

工程上防止氢脆发生的措施有：避开其温度敏感区使用；选用强度低的材料；降低金属构件

的应力水平。

氢腐蚀：是指钢材长期与高温、高压氢气接触时，

氢原子或氢分子会与钢中的碳化物（渗碳体）发生化学反应生成甲烷（Fe3c2+H23Fe+CH4）,

当这样的化学反应发生在钢材的表面时，称为表面脱碳，发生在钢材内部时，称为内部脱碳。

内部脱碳和外部脱碳统称为氢腐蚀。

对于钢材内部的内部脱碳，由于生成的甲烷气体不能从钢中扩散出去，而聚积在晶粒间形成

局部高压，造成应力集中，进而使钢材产生微裂纹或鼓泡，致使钢材的强度及韧性下降，即

使钢材变脆。氢腐蚀是永久脆化，是不可逆的。影响钢材表面脱碳和内部脱碳的主要因素是

氢分压和温度。工程上防止氢蚀的破坏的选材依据是Nelson曲线。该曲线由美国石油学会

API标准发布，目前广泛被各国所采用。在应用Nelson曲线时，图中各数据点绘制的安全

温度是在操作条件的±10℃范围内波动。因为附图是基于大量生产数据绘制的，故在选择材

料时应在相关曲线下增加安全系数。温度可取设计温度加20〜40℃,按SH3059中规定.

七环烷酸

环烷酸腐蚀的防护措施主要是选用耐蚀材料。而碳钢、Cr5Mo、Cr9Mo及0Crl3不耐环烷

酸高温腐蚀。此种腐蚀部位应选用00Crl7Nil2Mo2(316L)材料，且Mo含量大于2.3%。在

无冲蚀的情况下，也可选用经固溶化处理的0Crl8Ni9(304)材料。

八液氨应力腐蚀(见6.5.5)

当介质符合下列各项条件时，即构成液氨应力腐蚀环境：

(1)介质为液氨(含水量不大于0.2%)，且有可能受空气(氧或二氧化碳)的污染；

(2)使用温度高于-5℃。

当介质构成液氨应力腐蚀开裂的环境条件时，应用的材料应符合下列要求：

(1)材料标准规定的屈服强度应小于等于355Mpa；

(2)材料实测的抗拉强度应小于等于650Mpa：

(3)材料的使用状态应为正火、正火+回火、退火或调质状态；

(4)碳当量限制：对碳钢和碳镒钢应小于等于0.4,对于低合金钢应小于等于0.45；

(5)硬度硬度：无论是对材料本体或焊缝及热影响区，硬度均应小于等于HB200(教材为

HB185)；

(6)焊后应进行消除应力热处理或其它等效的热处理。

第八节金属材料热处理(6.3.1)

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。金属材料在热处过程中，会

发生一系列的组织变化。金属材料中组织转变的规律，就是热处理的原理。

一常用的钢材热处理方法：退火，正火，淬火，回火，调质。

1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。

完全退火是将铁碳合金完全奥氏体化(加热到Ac3以上20〜30℃)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。再结晶退火是将变形后的金属加热到再结晶

温度以上(600℃〜Acl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。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：将钢加热到Ac3(或Acm)以上30~50℃,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。正火主要用于细化钢材的晶粒，改造组织、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淬火：将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Acl(过共析钢)以上30〜50℃,保温后以大于

临界冷却速度的速度快速冷却的热处理工艺叫淬火。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a-Fe中的过饱和固溶体。

4回火：将钢加热到Acl以下某一温度，保温后在空气中冷却的工艺叫回火。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，回火可分为低温、中温和高温三种。

5调质：通常将淬火加高温度回火的热处理工艺叫调质。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的综合性能。

6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。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。

二化学热处理

化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使•种或几种元素渗入它的表层，

以改变其化学成分、组织和性能的热处理。其特点是表层不仅有组织改变也有化学成分的改

变。

1钢的渗碳：渗碳是为提高工件表层的含碳量并在其中形成一定的含碳量梯度，将工件在渗

碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。其目的是为了将钢件表面层增加含

碳量，再经过淬火、低温回火后，工件表层具有高硬度和耐磨性，而工件内部仍具有原低碳

钢的高塑性和高韧性。

2渗氮（氮化）：渗氮（氮化）是在一定温度下于一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学

热处理工艺。其目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。三辂银奥氏体不锈

钢的热处理由于这类钢在加热和冷却过程中无a-y的相变发生，所以不能淬火强化，由于这

种钢的室温平衡组织是奥氏体和少量碳化物，耐蚀性差。使用时、要经过固溶化处理，即加

热到1100~1150℃,使碳化物全部溶于奥氏体。经固溶化处理的单相奥氏体是不稳定的。

当其再加热到600〜700℃时，会发生碳化物（CrFe）23c6沿奥氏体析出，由于在该温度下

铭原子的扩散速度低于碳原子的扩散速度，沿晶界析出的碳，只能从晶界俯近取得格，致使

晶界附近贫格，当境界晶界处的倍含量低于耐腐蚀极限含络量时、在腐蚀介质中将产生晶间

腐蚀。为了防止发生晶间腐蚀，可将钢的含碳量控制在0.03%以卜一。现在多采用含碳量不

高于0.03%的超低碳不锈钢来达到这一目的。另外，还可以加入强碳化物元素Ti或Nb,

使钢先形成TiC或NbC,避免碳倍结合。四压力管道常用材料的供货热处理状态（6.3.3）

材料牌号供货热处理状态材料牌号供货热处理状态

Q-235正火15CrMo调质

20正火ICr5Mo调质

16Mn正火35CrMoA调质

12CrMo调质OCrl8Ni9固溶

第九节温度对材料选用的影响

一高温对材料的影响（6.7.8P303）钢材使用温度上限不应超过GB150《钢制压力容器》各许

用应力表中各钢号所对应的上限温度。碳素钢和碳镒钢在高于425℃温度下长期使用时，应

考虑钢中碳化物的石墨化倾向。奥氏体钢的使用温度高于525c时，钢中含碳量应不小于

0.04%。钢材的蠕变温度通常碳钢在300〜350℃、低合金钢在400〜450℃时应考虑蠕变问

题。

二低温对材料的影响

在低温情况下，材料因其原子周围的自山电子活动能力减弱和“粘结力”的增加而使金属呈现

脆性。一般情况下，对于每种材料，都有这样一个温度，当温度低于该临界温度时，材料的

冲击韧性会急剧降低。通常将这一临界温度称为材料的脆性转变温度。为了衡量材料在低温

下的韧性，常用低温冲击韧性（冲击功）来衡量，许多标准上都给出了材料低温冲击韧性的

要求。工程上解决低温脆断的方法是材料在脆性转变温度以上使用，或通过设计温度下的冲

击试验证明材料在设计温度下的冲击功不低于某一值（对应与脆性转变温度的冲击功值）时

方可使用。因为材料的脆性断裂是一种较危险的实效型式，故许多设计规范都花费大量的篇

幅对此进行了规定，其中以ASME规范最为详细。ASMEB31.3”工艺管道”主要从以下几个

方血进行了规定：冲击试验的条件；冲击试验的要求；冲击试验的准则。详细解释见ASME

B31.3。《钢制压力容器》GB150规定了钢材的使用温度下限，除奥氏体钢及低温压力容器

另有规定外，均为高于-20℃。钢材的使用温度低于或等于-20℃时一，应按低温压力容器设计

要求进行夏比（V型缺口）低温冲击试验。

1奥氏体不锈钢低温管道，在设计温度高于或等于-196°C,且满足下列各项要求时可免做低

温冲击试验：

A母材含碳量小于或等于0.10%；

B焊接材料和工艺符合JB/T4709《钢制压力容器焊接规程》的要求：

C设计温度低于-100℃时，应按JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》进行焊缝金属的低

温夏比（V型缺口）冲击试验并符合要求。

2低温管道材料的许用应力应采用其20℃时的许用应力。

3低温低应力工况：受压元件的设计温度虽然低于-20℃,但其薄膜应力小于或等于钢材常

温标准屈服强度的六分之一，且不大于50MPa的工况。（5.47）

4低温管道用钢的冲击试验温度的确定（5.48）低温管道用钢的冲击试验温度应低于或等于

受压元件的最低设计温度，当受压元件使用条件符合低温低应力工况要求时，钢材的冲击试

验温度应低于或等于设计温度加50℃o若设计温度加50C后，高于-20C时，则不必遵守

低温应力管道的要求。

三冲击功合格指标（详见6.7.1）

根据GB50316—2000和GB150标准的规定，钢材在试验温度下冲击功的合格指标，应按

钢材标准抗拉强度下限值确定。如下表所示：

钢材标准抗拉强度下限值cb/Mpa

试样数冲击功值Akv/J＜450

三个试样的平均值＞18

其中最小值12.6＞450~515

三个试样的平均值＞20

其中最小值14＞515-650

三个试样的平均值＞27

其中最小值18.9

奥氏体高合金钢三个试样的平均值＞31

其中最小值21.7

关于标准冲击试样，过去规定梅氏试样，但由于夏比V型缺口试样能更好地反映材料抵抗

冲击荷载的能力，应用已越来越多。夏比V型缺口试样的冲击值直接用冲击功Akv来表示。

此外夏比V型缺口试样所用冲头圆角半径R=8mm,支座圆角R=1mm,而梅氏试样规

定两者均为2.5mm。因此这两种试样做冲击试验时，其冲头和支座必须是专用的。

四影响冲击韧性的因素

1.试样形状、尺寸的影响

ak值的确定与缺口处横截面有很密切的关系。同种材料，试样缺口越深、越尖锐，应力也

就越集中。冲击功就变小了，ak值也就降低了，因此不同类型和尺寸试样的ak值不能直接

比较。如夏比V型缺口试样所测得ak值与U型缺口试样所测得ak值，对同一种材料来

说是完全不同的。

2.试验温度的影响

ak值与试验温度有关。有些材料在工作温度降低到某一温度以卜时，ak值会明显下降，即

所谓的冷脆现象，这一温度称为“脆性转变温度”，在这温度以下的材料便呈脆性状态。冷脆

现象曾在世界上造成多次灾难性事故，所以在低温条件下工作，包括在寒冷地区室外工作的

材料，必须通过试验确定其脆性转变温度，以保证它的低温冲击性能。

3.材料缺陷的影响

原材料的内部缺陷(如夹渣、气孔、偏析等)，以及制造工艺所造成的裂纹、过热、回火脆

性等缺陷，均对冲击韧性ak值非常敏感。

4.材料纤维组织方向的影响

金属材料在轧制、锻造时，其夹杂物、金属氧化物及偏析会沿着变形方向被拉长，形成细条

状流线，称纤维组织。顺纤维方向(纵向)的冲击韧性值要比垂直纤维方向(横向)为高，

有时差别很大，所以材料的冲击韧性要考虑纤维组织的受力方向问题，有些材料在标准中已

分开标明纵向和横向两种冲击功。

五常用钢材使用温度见6.7.5。

第十节压力管道常用金属材料的应用限制

一常用材料的应用限制

1、铸铁

含碳2.1〜4.5%的铁碳合金称为铸铁。常用的铸铁有两种：可锻铸铁和球墨铸铁。它们均具

有强度，塑性和韧性差但价格便宜的特点。可锻铸铁是由白口铸铁在固态下经长时间石墨化

退火而得到的具有团絮状石墨的一种铸铁。与别的铸铁相比，它具有较高的塑性和韧性，但

制造工艺复杂，价格高。工程上一般限制它使用在介质温度为-20〜3430c的受压管道，同时

不得用于输送介质温度高于150℃或表压大于2.5Mpa的可燃流体管路。实际上，它经常被

用于不受压的阀门手轮和地下污水管道。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，并加入少量的孕盲剂以促进石墨化，在浇注后直接获得具有球状石墨

结晶的铸铁。它具有良好的铸造性、耐腐蚀性、切削加工性以及低的缺口敏感性。工程上一

般限制它使用在介质温度在-20〜343℃的受压管道。实际上，它经常被用于工业用水管路中

的阀门阀体。铸铁元件的使用，应符合下列规定：(SH3059)

(1)普通球墨铸铁，不得用于设计温度低于-200C或高于343℃的受压管道。奥氏体球墨铸铁

经低温冲击试验合格后，可用于-196°C；

(2)可锻铸铁，不得用于设计温度低于-20C或高于343℃的的任何管道，且不得用于设计温

度高于150℃或设计压力大于2.5Mpa的可燃介质管道；

(3)普通铸铁，不得用于有毒、可燃介质或温度急剧变化的受压管道，但可用于设计温度0〜

150℃,设计压力小于或等于l.OMPa的一般介质管道。

2、普通碳素钢

通常接钢中含硫、磷杂质元素多少将碳素钢分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢

三种。其中硫、磷含量分别小于等于0.055%和0.045%的碳素钢称为普通碳素钢。普通碳

素钢根据其冶炼过程加的脱氧程度不同分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。脱氧不完全的

钢称为沸腾钢。由于脱氧不完全，钢液中含氧量多，浇注及凝固时会产生大量的CO气泡，

造成剧烈的沸腾现象，沸腾钢也因此而得名；沸腾钢冷凝后没有集中缩孔，因而成材率高、

成本低、表面质量及深度冲击性好，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，故不宜作重要用途。镇静钢是脱氧完全的

钢。(6.7.1)浇注时钢液平静，没有沸腾现象。此类钢冷凝后易产生集中缩孔，所以成材率低、

成本高，但镇静钢气体含量低，时效倾向小，钢锭中气泡、疏松少，质量较好。脱氧程度介

于沸腾钢和镇静钢之间的钢称为半镇静钢。其性能也介于二者之间。沸腾钢常在其材料牌号

后面加字母F以示表示，半镇静钢则是在其材料牌号后面加字母b进行表示，镇静钢省略

不加。GB/T700标准共给出了四种牌号的普通碳素结构钢，即Q235A(F、b),Q235B(F、

b)、Q235C、Q235D,这四种牌号的质量要求是顺次提高的。

输送可燃介质的管道材料、低温材料必须采用镇静钢。

输送剧毒及石油液化气的管道材料采用优质钢。

普通碳素钢与优质碳素钢相比，综合机械性能差，但价格便宜，因此它常用作结构钢。

用在压力管道上时，常限制它在下列条件内使用：(详见6.7.4P301)：

⑴在GB150-1998《钢制压力容器》2002年4月16日发布的第1号修改单中，因Q235-AF

和Q235-A钢板型号存在问题，已不推荐使用：

(2)碳素镇静钢板适用范围规定如下：

Q235-B钢板

设计压力＜1.6MPa；

设计温度0〜350℃；

钢板厚度不大于20mm；

不得用于液化烧，毒性程度为高度、极度危害介质的管道。

Q235-C钢板

设计压力＜2.5MPa：设计温度0〜400℃；

钢板厚度不大于30mm；

不得用于液化燃，毒性程度为高度、极度危害介质的管道。

3、优质碳素钢

硫、磷含量均小于等于0.035%的碳钢称为优质碳素钢。它一般采用平炉、电炉冶炼，要求

比较高时还要加炉外精炼。优质碳素钢是压力管道应用最广的碳钢，对应的材料标准有

GB/T699、GB/T8163.GB3087、GB531O、GB6654、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。它们的共性使用限制条件有以下几个方面：

碳素钢和低中合金钢

(1)石墨化

碳素钢由于其良好的可加工性、可焊接性及经济性，得到普遍的采用。但在高于350C时，

碳钢的强度下降的很快，容易产生氧化和其他形式的腐蚀，即使在钢材制造过程中采用了控

制抗氧化条件的脱氧剂，其最高工作温度大约在450C,但碳素钢和碳镒钢在高于425c温

度下长期使用，应考虑钢中碳化物相的石墨化倾向，而0.5M。钢约在468℃以上长期工作，

也会使石墨化现象加快发展，从而使机械性能恶化：所以在较高温度下最好采用低合金钢或

不锈钢。这里说的石墨化是指：钢中稳定的碳化物，在高温下分解形成碳原子并聚集的过程

(2)珠光体球化

碳钢和低合金钢大都为铁素体加珠光体组织，在高温如450℃以上，珠光体中的片状渗碳体

逐步转化为球状，使材料的蠕变极限及持久强度大大下降。为防止石墨化和珠光体球化，在

这一温度范围内宜选用Cr-Mo耐热钢。

(3)高温氧化

氧化是最常见的高温腐蚀，但是氧化并不总是有害的。实际上，大部分耐蚀合金和耐热合金

都是靠形成氧化膜来防止腐蚀的。氧化铭是最常见的这种保护膜。但随着温度升高，氧化速

度加快而且变成有害。碳素钢和低合金钢在高温F不仅强度大大下降，同时材料表面极易氧

化。提高耐氧化性的最常用方法是加大格含量。为了增强耐氧化性，还经常添加铝、硅和稀

土等其他元素。钢中加入足够的Cr、Si、Al可有效防止高温氧化。添加铝可提高高温下抗

氧化及石墨化，以及抗氢腐蚀及硫腐蚀的性能，所以，铝铝钢广泛应用于高温高压场合。抗

氧化及腐蚀的能力随络的添加量的增加而提高。但是，由于会造成性能的不稳定、加工困难

或由于其他一些原因，这些元素的添加量是有限的。几乎没有合金的含铭量高于30%。硅

的添加量一般限制在2%以内，锻（轧）合金中的铝限于4%以下。钻、钝和其它稀土元素

的添加量通常只有百分之零点几。高温材料要求在高温下具有良好的耐氧化及耐气体腐蚀

性能、很高的高温强度值及非脆化性质。Si-Cr-Al钢管如德国牌号（DIN）X10CrA24钢管表现

出优异的耐热性能，特别是耐含硫的腐蚀性环境的性能。

（4）碱脆

金属在碱液中的应力腐蚀破裂称碱脆。碳钢发生碱脆的趋向见SH3059中图示，由图可知，

氢氧化钠浓度在50%以上的全部浓度范围内碳钢几乎都可能产生碱脆；碱脆的最低温度为

50℃,管材表面受一定浓度的碱性流体长期侵蚀或反复作用，并在高温和应力的综合影响下

易产生脆化破裂。培训教材对苛性碱液管道（6.5.6）解释如下苛性碱液管道在一定条件下能

引起碳钢材料的应力腐蚀开裂（碱脆），影响碳钢产生应力腐蚀开裂的因素有碱液浓度、温

度和材料中存在的残余应力等。

一般情况下，当NaOH的浓度和温度超出下列规定时，应对焊缝进行消除应力热处理。

碱液浓度％510152030405060

温度℃8576706554484340

当NaOH的浓度和温度超出下列规定时，应考虑采用含银合金：

碱液浓度％1020304050

温度℃105110978277

（5）在有应力腐蚀开裂的环境中工作时，应进行焊后应力消除热处理，热处理焊缝硬度不得

大于HB200o焊缝应进行100%无损探伤（对接焊缝应是射线探伤）。但镒钢（如16Mn）

不得用于该环境下。

（6）在均匀腐蚀介质环境下工作时，应根据腐蚀速率、使用寿命、经济性综合考虑，同忖给

出足够的腐蚀余量，并采取相应的防腐蚀措施。

（7）临氢操作时，应考虑发生氢损伤的可能性。

（8）含碳量大于0.24%的碳钢不能用于焊制管子及其元件。

（9）设计温度低于或等于-20C的低温管道用钢材，除含碳量小于和等于0.10%且符合标准的

铭镇奥氏体不锈钢在材料温度不低于-196℃时不做低温冲击试验外，其余钢材均应作夏比

（V型缺口）低温冲击试验。试验要求应符合现行《钢制压力容器》GB150的规定。

4、4铜钢（即合金钢）

为了提高钢的机械性能、工艺性能或物理、化学性能，人为地在钢中加入一些合金元素，以

适应一些特定条件的需要，这种钢就叫合金钢。合金钢根据用途不同可分为三大类，即合金

结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。其中合金结构钢又分为普通低合金钢、易切钢、渗碳钢、

调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢。合金工具钢又分为刀具钢、模具钢、量具钢。特别性能钢又

分为不锈钢、耐热钢和耐磨钢。压力管道中常用的是普通低合金钢、调质钢（用于紧固件）、

弹簧钢（用于弹簧支吊架和阀门）、不锈钢（用于各种腐蚀工况）、耐热钢（用于高温工况下）

五类。其中不锈钢作为特殊的合金钢具有很多特点。常用的材料标准有GB9948>GB5310、

GB6479、GB/T3077、GB/T1221等，有关使用限制条件有以下几点：

（1）碳铝钢（C-0.5M。）在468℃温度下长期工作时，其碳化物有转化为石墨化的倾向。因

此限制其最高工作温度不超过468

（2）在均匀腐蚀环境下工作时，应根据腐蚀速率、使用寿命令和经济性进行选材，同时给

出足够的腐蚀余量。

（3）临氢操作时，应考虑发生氢损伤的可能性。

5、不锈钢（铭铝钢）

（1）不锈钢种类

1）按化学成分可分为：铝不锈钢和铭银不锈钢。

2）按在使用状态下钢的组织类型分可分为：铁素体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、奥氏体-铁

素体双相型不锈钢、马氏体型不锈钢等。

①铁素体型不锈钢：这类钢具有单相铁素体组织，具有耐蚀性好、塑性好、强度低等优点。

典型的铁素体型不锈钢是!Crl7o

②奥氏体型不锈钢：这类钢室温下具有单相奥氏体组织，具有优良的力学性能、耐蚀性和

良好的塑性等特点。典型的奥氏体型不锈钢是0Crl9Ni9。

③奥氏体-铁素体双相型不锈钢：当钢中含有5〜20%铁素体时，由于铁素体大多沿晶界形

成，含珞量又较高，因此敏化处理后所导致的贫铭程度不足以产生晶间腐蚀。典型的

奥氏体-铁素体双相型不锈钢是lCrl7Mn9Ni3Mo3Cu2N>0Cr26Ni7Mo3CuSiN»

④马氏体型不锈钢：这类钢具有较高的力学性能和适中的耐蚀性等特点。典型的马氏体

型不锈钢是lCrl3、2Crl3和3Crl3«

（2）压力管道中常用的不锈钢材料标准主要有GB/T14976、GB/T4237、GB/T4238、GB/T1220

等。其共性的使用限制条件有以下几点：

1）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。

2）含铭

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最少，或者不在400℃以上温度下使用。

3）含铭16%以上的高倍不锈钢和含铭18%以上的高铭银不锈钢在540〜900℃温度区间长

期工作时，应考虑防止产生。相析出，从而引起室温下材料的脆化和高温下材料蠕变强度的

下降。这种现象可以通过将其加热至1000℃以上进行退火处理来消除。通常在高铭不锈钢、

格银奥氏体不锈钢及耐热合金中，伴随着。相的析出，材料的塑性和韧性显著下降，脆性增

加。0相具有高硬度，在Fe-Cr合金中，。相属于正方晶系。。相（FeCr）是脆性的金属间

化合物相。

4）奥氏体不锈钢经过540〜900℃温度区间时，应考虑防止产生晶间腐蚀倾向。当有氧化

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（CW0.03%）

奥氏体不锈钢。5）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，或者控制介质中的氯离子浓度不超过25PPm。

6）奥氏体不锈钢与铅、锌或其化合物在其溶点温度以上接触时，有晶间腐蚀破坏的敏感性。

7）奥氏体不锈钢使用温度超过525℃时，其含碳量应不小于0.04%»若含碳量太低，钢的

强度会显著下降。

8）对有剧烈环烷酸腐蚀的环境，应选用含铝的奥氏体不锈钢（如316、316L）或其复合材

料（复合板或复合管）。

9）一般规定超低碳奥氏体不锈钢使用温度，304L控制在400℃以下，316L控制在450℃以

下。

第二部分压力管道器材选用

第一节常用压力管道器材标准见考核培训教材6.6.1-P288。

第二节一般要求

1管道材料，应根据管道级别、设计温度、设计压力和介质特殊要求等设计条件'以及材料

加工工艺性能、焊接性能和经济合理性等选用。

2标准管道组成件的压力温度参数，应符合管道设计温度和设计压力的要求。

3在设计条件下，非标准管道组成件的计算应力，不应超过管道设计温度下材料的许用应力。

4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

国家标准、行业标准和有关技术条件的规定。

5受压元件以及直接