压力管道材料课件.ppt

1、管道材料管道材料压力管道材料的特点 种类多，数量大，设计、制造、安装、种类多，数量大，设计、制造、安装、应用管理环节多。应用管理环节多。长细比大，边界条件复杂。长细比大，边界条件复杂。现场安装工作量大，环境条件较差，现场安装工作量大，环境条件较差，因此安装质量相对较差，管道的可能泄因此安装质量相对较差，管道的可能泄漏点多，从而要求投入更多的管理与监漏点多，从而要求投入更多的管理与监察；察；材料应用种类多，选用复杂。材料应用种类多，选用复杂。管道及其元件生产厂的生产规模较小，管道及其元件生产厂的生产规模较小，产品质量难以得到保证。产品质量难以得到保证。压力管道对材料性能的要求 足够的强度。良好的

2、塑性和韧性的配合。良好的冷热加工成型性能。尤其是良好的焊接性能。与环境条件协调。金属材料的分类方法：金属材料的分类方法：钢的分类：1、按化学成分分类：碳素钢：合金钢：低合金钢：合金元素总量在5%以下 中合金钢：合金元素总量5%10%高合金钢：合金元素总量在10%以上 按品质分类：一般分为：普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。按冶炼方法分类：按金相组织分类：按用途分类：1991年我国颁布了GB/T13304-1991钢分类标准，它是参照国际标准（ISO4948/1,4948/2）制定的。金属材料的表示方法：钢的编号方法：我国现行的钢铁材料表示方法，根据国家标准（GBT2212000钢铁产品牌

3、号表示方法）的规定。钢材的性能：钢材的性能：物理性能：化学性能：力学性能：强度：屈服极限：强度极限(抗拉强度)：塑性：延伸率：断面收缩率：冷弯角 硬度：冲击韧性：工艺性能：铸造性能：切削加工性能：压力加工性能：焊接性能：经济性常用钢材简介：常用钢材简介：1、碳素结构钢：标准中设Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号，牌号中字母Q代表钢的屈服点，其后的数值代表钢的屈服点值（MPa）。按标准规定，该类钢钢材的质量要求，除检验化学成分、力学性能及冷弯试验外，还检查外形和表面质量。钢管一般要进行压扁、扩口、弯曲和水压试验。该类钢产量最大，用途很广。由于含碳量较低，不含合金元素，具有适

4、当的强度，良好的塑性、韧性、工艺性能和加工成型性能。该类钢一般在热轧状态下使用。2、低合金高强度结构钢：在GB/T1591-1994中设立Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号；在GB/T16270-1996中设Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690六个牌号。这类钢中合金元素总含量通常不超过3%。低合金高强度结构钢比碳素结构钢具有较高的强度和韧性，同时有良好的焊件性能，冷、热加工性能。而其生产工艺与碳素结构钢类似，故该类钢具有良好的使用价值和经济价值。按标准规定，低合金高强度结构钢钢材的质量要求，除检验化学成分，力学性能和冷弯试验外，主要还有尺寸、外形和表

5、面质量。3、优质碳素结构钢：优质碳素结构钢的牌号取自最新额国家标准GB/T669-1999优质碳素结构钢中，优质钢：P0.035%,S0.035%；高级优质钢：P0.030%,S0.030%；特级优质钢：P0.025%,S0.025%；常用牌号有10、20等 按标准规定，优质碳素结构钢钢材的质量指标，除化学成分和力学性能外，主要还有低倍组织要求、高倍组织要求、工艺试验、表面质量等。4、合金结构钢：合金结构钢的牌号分成两部分：一是保证力学性能的合金结构钢，取自于国家标准GB/T3077-1999。此标准共77个牌号，包括表面硬化钢37个，调质钢40个。二是保证淬透性合金结构钢，取自于GB/T52

6、16-1985，共14个牌号。按标准规定，该类钢材的质量指标，除检查化学成分、力学性能或淬透性以外，一般还有低倍组织要求、钢材尺寸、外形和表面质量；保证淬透性合金结构钢还检验晶粒度。5、不锈钢：不锈钢是不锈耐酸钢的简称，包括不锈钢和耐酸钢两类。这类钢按其组织特征分为奥氏体型、奥氏体铁素体型、铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型五类。（1）奥氏体型不锈钢主要合金元素为铬和镍。具有稳定的奥氏体组织，加热无相变，无铁磁性。这类钢的常用钢种有：1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、00Cr19Ni10等；（2）铁素体型不锈钢主要合金元素为铬，其含量通常大于等于13%，不含镍。这类钢的常用钢种有：00Cr17、

7、0Cr13Al等 （3）奥氏体铁素体型不锈钢是在188型奥氏体不锈钢的基础上添加更多的铬、钼和硅元素，或降低含碳量制成。这类钢的常用钢种有：1Cr18Ni11Si、00Cr18Ni等 （4）马氏体型不锈钢主要合金元素是铬，其含量13%以上，含碳量较高。这类钢的常用钢种有：1Cr13、0Cr13、1Cr12等 6、耐热钢：耐热钢是在高温下有良好的化学稳定性和较高强度的合金钢，提高钢在高温下能抵抗氧和其他介质的侵蚀，并使其具有较高的强度和韧性。主要的方法是在钢中加入铬、钼、钨、镍等元素，并正确地施以热处理工艺。钢管主要标准：GB3087低中压锅炉用无缝钢管GB5310高压锅炉用无缝钢管GB6479

8、化肥设备用高压无缝钢管GB/T8163流体输送用无缝钢管GB9948石油裂化用无缝钢管GB/T14976流体输送用不锈钢无缝钢管GB12771流体输送用不锈钢焊接钢管GB/T13793直缝电焊钢管GB/T14980低压流体输送大直径电焊钢管GB/T9711.13石油天然气工业输送钢管交货技术条件GB/T3091低压流体输送用镀锌焊接钢管GB/T3092低压流体输送用焊接钢管HG20537.14奥氏体不锈钢焊接钢管GB2207不锈钢无缝钢管GB13296锅炉、热交换器用不锈无缝钢管钢管种类、无缝标准钢管：、连续炉焊（锻焊）标准钢管：、电阻焊标准钢管：、直缝埋弧焊标准钢管：、溶化极气体保护电弧焊标

9、准钢管：、溶化极气体保护电弧焊和埋弧焊复合标准钢管：、双缝埋弧焊标准钢管：、双缝溶化极气体保护电弧焊标准钢管：、双缝溶化极气体保护电弧焊和埋弧焊复合标准钢管、螺旋缝埋弧焊标准钢管：钢管的质量等级：GB9948GB8163GB6479GB2270GB13296化学成分抗拉强度屈服点合同中注明伸长率冲击韧性布氏硬度（HRC)水压试验（逐根）GB9948GB8163GB6479GB2270GB13296压扁试验合同中注明扩口试验合同中注明合同中注明合同中注明无损检测合同中注明晶间腐蚀温度对金属材料性能的影响：温度对金属材料性能的影响：金属材料在高温下的性能变化：材料的蠕变及应力松弛：材料的球化和石墨

10、化：材料的高温氧化：金属材料在低温下的性能变化：一般情况下，对于每种金属材料都有这样一个临界温度，当环境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脆性转变温度。金属材料的热处理：金属材料的热处理：淬火：回火：调质：退火：正火：常见元素对金属性能的影响：常见元素对金属性能的影响：常用碳素钢中各元素对其性能的影响：碳（C）在碳素钢中的作用：硅(Si)在碳素钢中的作用：硫(S)、氧(O)在碳素钢中的作用：磷(P)、砷(As)、锑(Sb)在碳素钢中的作用：常用低合金钢中各元素对其性能的影响：碳（C）在低合金钢中的作用：锰(Mn)在低合金钢中的作用：铬(Cr)在低合金钢中的作

11、用：钼(Mo)在低合金钢中的作用：钒(V)在低合金钢中的作用：硅(Si)在低合金钢中的作用：铝(Al)在低合金钢中的作用：硫(S)、氧(O)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等元素在低合金钢中的作用：常用高合金钢中各元素对其性能的影响：碳（C）在高合金钢中的作用：镍(Ni)在低合金钢中的作用：钛（Ti）在低合金钢中的作用：常用金属材料：常用金属材料：常用黑色金属材料：铸铁：含碳量大于2.06的铁碳合金称为铸铁。性能特点是可焊性、塑性、韧性和强度均较差，但它却具有良好的铸造性和切削加工性能，价格便宜。根据铸铁中石墨的形状不同可将铸铁分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。碳素钢：含碳量小于2.06的铁

12、碳合金称为碳素钢 由于中碳钢和高碳钢的可焊性较差，在工程设计中除螺栓材料外，常用的压力管道材料都是低碳钢。合金钢：合金钢与碳素钢相比，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 常用有色金属材料：铝合金:铜合金：钢管的选择1、焊接钢管 常用的焊接钢管标准有：GB/T3091流体输送用焊接钢管 GB/T9711.11997石油天然气工业输送钢管交货技术条件 SY/T5038普通流体输送用螺旋缝高频焊钢管 SY/T5037普通流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管 GB12771流体输送用不锈钢焊接钢管 HG50237.14奥氏体不锈钢焊接钢管 目前，常用的焊接钢管根据其生产时采用的焊

13、接工艺不同可以分为：连续炉焊(锻焊)钢管、电阻焊钢管和电弧焊钢管三种。（1）、连续炉焊(锻焊)钢管 连续炉焊(锻焊)钢管 是在加热炉内对钢带进行加热，然后对已成型的边缘采用机械加压方法使其焊接在一起而形成的具有一条直缝的钢管。连续炉焊(锻焊)钢管 特点：生产效率高，生产成本低；但焊缝质量差，综合机械性能差。材料牌号：Q195A、Q215A、Q235A三种 用 途：适于设计温度为0100、设计压力不超过0.6MPa的水和压缩空气系统。标 准：GB/T3091流体输送用焊接钢管（2）、电阻焊钢管 电阻焊钢管是通过电阻焊或电感应焊焊接方法生产的，带有一条直焊缝的钢管 特 点：生产效率高，自动化程度高

14、，焊后的变形和残余应力较小。设备投资高，对焊接接头的质量要求也比较高。由于接头处难免有杂质存在，所以接头塑性和冲击韧性较低。标 准：SY/T5038普通流体输送用螺旋缝高频焊钢管 材料牌号：Q195A、Q215A、Q235A三种 用 途：适用于设计温度200的水、煤气、空气、采暖蒸汽等 标 准：GB/T9711.11997石油天然气工业输送钢管交货技术条件 材料牌号：L 175、L210，L245，L290，L320，L360，L450等15种 用 途：石油天然气工业中可燃流体和非可燃流体（中、低压）（3）、电孤焊钢管 电孤焊钢管 是通过电弧焊焊接方法生产的钢管。特 点：接头达到完全的冶金结合

15、，接头的机械性能能够完全达到或达到母材的机械性能。在经过适当的热处理和无损检查之后，电弧焊直缝钢管的使用条件可达到无缝钢管的使用条件而取代之。螺旋缝钢管材料牌号：Q195、Q215、Q235三种 用 途：适用于设计温度200的水、煤气、空气、采暖蒸汽等 标 准：SY/T5037普通流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管 直缝钢管材料牌号：1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、00Cr19Ni11、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2共12种 用 途：设计压力小于5.0MPa，焊缝系数小于1.0时，不宜用于极度或高度危害介质 标 准：GB12771流体输送用不锈钢焊接钢

16、管 HG50237.14奥氏体不锈钢焊接钢管 2、无缝钢管 无缝钢管 是采用穿孔热轧等热加工方法制造的不带焊缝的钢管。必要时，热加工后的管子还可以进一步冷加工至所要求的形状、尺寸和性能。目前，无缝钢管（DN15600）是石油化工生产装置中应用最多的管子。（1）、碳素钢无缝钢管 材料牌号：10、20、09MnV、16Mn共4种 标 准：GB8163流体输送用无缝钢管 GB/T9711.11997石油天然气工业输送钢管交货技术条件 GB6479化肥设备用高压无缝钢管 GB9948石油裂化用无缝钢管 GB3087低中压锅炉用无缝钢管 GB5310高压锅炉用无缝钢管 GB/T8163：材料牌号：10、

17、20、09MnV、16Mn 适用范围：设计温度小于350、压力低于10MPa的油品、油气和公用介质 GB6479：材料牌号：10、20G、16Mn共3种 适用范围：设计温度40400、设计压力10.032.0MPa的油品、油气 GB9948：材料牌号：10、20共2种 适用范围：不宜采用GB/T8163钢管的场合。GB3087：材料牌号：10、20共2种 适用范围：低中压锅炉的过热蒸汽、沸水等 GB5310：材料牌号：20g 1种 适用范围：高压锅炉的过热蒸汽介质 检验：一般流体输送用钢管必须进行化学成分分析、拉力试验、压扁试验和水压试验。GB5310、GB6479、GB9948三种标准的钢管

18、，除了流体输送用钢管必须进行的试验外，还要求进行扩口试验和冲击试验；这三种钢管的制造检验要求是比较严格的。GB6479标准还对材料的低温冲击韧性做出了特殊要求。GB3087标准的钢管，除了流体输送用钢管的一般试验要求外，还要求进行冷弯试验。GB/T8163标准的钢管，除了流体输送用钢管的一般试验要求外，据协议要求进行扩口试验和冷弯试验。这两种管子的制造要求不如前三种严格。制造：制造：GB/T/8163和GB3087标准的钢管多采采用平炉或转炉冶炼，其杂质成分和内部缺陷相对较多。GB9948多采用电炉冶炼。大多加入了炉外精炼工艺，成分和内部缺陷相对较少。GB6479和GB5310标准本身规定了炉

19、外精炼的要求，其杂质成分和内部缺陷最少，材料质量最高。选用 GB/T8163 选用：一般情况下，GB/T8163标准的钢管适用于设计温度小于350、压力低于10.0MPa的油品、油气和公用介质条件下；对于油品、油气介质，当其设计温度超过350或压力大于10.0MPa时，宜选用GB9948或GB6479标准的钢管；凡是低温下(小于20)使用碳素钢钢管应采用GB6479标准，只有它规定了对材料低温冲击韧性的要求。GB3087和GB5310标准是专门为锅炉用钢管而设置的标准。锅炉安全监察规程强调指出，凡与锅炉相连的管子都属监察范围，其材料与标准的应用都应符合锅炉安全监察规程的规定，故锅炉、电站、供暖

20、以及石化生产装置中用到的公用蒸汽管道(由系统供给)等都应采用GB3087或GB5310标准。*值得注意的是，质量好的钢管标准，钢管的价格也比较高，如GB9948比GB8163材料的价格高近1/5，因此，在选用钢管材料标准时，应依据使用条件综合考虑，既要可靠又要经济。（2）、铬钼钢和铬钼钒钢无缝钢管：常用的铬钼钢和铬钼钒钢无缝钢管标准有：GB9948石油裂化用无缝钢管有：12CrMo、15CrMo、1Cr2Mo、1Cr5Mo共4种；GB6479化肥设备用无缝钢管有：12CrMo、15CrMo、1Cr5Mo共三种；GB5310高压锅炉用无缝钢管有：15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrM

21、oG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG共六种（3）、不锈钢无缝钢管 常用的不锈钢无缝钢管标准有：GB/T14976、GB13296、GB9948、GB6479、GB5310共五个标准。其中，后三个标准中仅列出了两三个不锈钢材料牌号，而且是不常用的材料牌号。因此，当工程上选用不锈钢无缝钢管标准时，基本上都选用GB/T14976和GB13296标准。GB/T14976流体输送用不锈钢无缝钢管 材料牌号：0Cr18Ni9(304)、00Cr19Ni10(304L)、0Cr17Ni12Mo2(316)、00Cr17Ni14Mo2(316L)、0Cr18Nil0Ti(321)、0Cr18Ni11Nb

22、(347)、0Cr25Ni20(310)等 共19种适于一般流体的输送。GB13296锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管：材料牌号：0Cr18Ni9(304)、00Cr19Ni10(304L)、0Cr17Ni12Mo2(316)、00Cr17Ni14Mo2(316L)、0Cr18Nil0Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)、0Cr25Ni20(310)等 共25种 常见的金属材料的腐蚀与防护：常见的金属材料的腐蚀与防护：（1）常见的腐蚀类型及其定义：按腐蚀发生的机理来分，可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀；按腐蚀形态分类，可分为均匀腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀；应力腐蚀：是指金属构件在拉

23、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以下三个条件：其一是要有特定的腐蚀环境；其二是要有足够大的拉伸应力；其三是金属材料具有特定的合金成分和组织。工程上防止应力腐蚀开裂的措施有以下几个方面：其一是降低管道元件中的应力水平，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；其三是正确选用材质，力求避免易产生腐蚀开裂的材料环境组合。常见的几种腐蚀介质：常见的几种腐蚀环境：压力管道防腐设计的基本内容：防腐蚀设计的基本内容：正确的选择材料；防腐蚀措施的选择及其设计；防腐蚀结构设计；防腐蚀强度设计：制造安装及维修对防腐的影响；管道预定寿命的确定；防腐蚀材

24、料的选择原则：管道的使用条件：材料的耐蚀性能：材料的货源、价格及经济性：使用年限的考虑：常用金属材料的基本限制条件：常用金属材料的基本限制条件：一般限制条件：满足操作条件的要求 满足材料加工工艺和工业化生产的要求 符合即使用又经济的要求 常用材料的应用限制：铸铁：普通碳素钢：优质碳素钢：铬钼合金钢 不锈耐热钢：其它方面对材料的限制：碳当量：使用温度：复合管材和复合板材：渗铝管：金属材料的焊接金属材料的焊接 压力管道常用的焊接方法：电弧焊：气体保护焊：气焊 焊接接头的组织与性能：焊接接头包括焊缝和热影响区两部分 焊接接头常见的缺陷：焊接残余应力 焊接裂纹 气孔和夹渣 其它焊接缺陷 焊条的分类及选

25、用原则：焊条选用的一般原则为：考虑母材的力学性能和化学成分 考虑焊件结构的复杂程度和刚性 考虑焊件的工作条件 考虑劳动生产率、焊工劳动条件、经济合理性和焊接质量 压力管道常用材料的焊接：低碳钢的焊接 低合金钢的焊接 奥氏体不锈钢的焊接 焊接接头的检测与试验：对焊缝采用的检查试验方法有外观检验、无损检测、压力及密封试验、机械性能试验、化学成分分析和金相组织分析等 焊接工艺评定：焊接性试验 焊接工艺评定 常用非金属材料：常用非金属材料：特点：化学稳定性好，耐腐蚀。易加工成型。比重小 良好的电绝缘性 常用工程塑料及其衬里管：聚四氟乙烯（PTFE）及其衬里管：聚氯乙烯（PVC）及其衬里管：聚乙烯（PE

26、）及其衬里管：苯乙烯丁二烯丙烯晴共聚体（ABS）及其衬里管：常用橡胶衬里管：其它非金属及其衬里管：管道元件的应用：管道元件的应用：压力管道常用管子材料选用原则：优先选用管材：考虑介质压力的影响：考虑介质温度的影响：考虑介质化学性质的影响：考虑管子本身功能的影响：考虑压力降的影响：常用阀门的选用：闸阀 截止阀 节流阀 止回阀 球阀 柱塞阀 旋塞阀 蝶阀 隔膜阀 减压阀 疏水阀 管法兰的选用：垫片、紧固件的选用：材料代用时应考虑如下因素：1材料对工作介质的相容性。如应力腐蚀、晶间腐蚀等；2代用材料的设计温度下的许用应力是否达到原设计的要求；3代用材料是否会产生如改变焊接材料、焊接工艺等；4代用材料是否会产生诸如改变热处理状态、无损检测及焊接试板等要求。