燃气工程施工-01第一章-常用钢材、管材和配件

1第一章燃气工程常用钢材、管材和配件2第一节钢材的分类第二节钢材在燃气工程中的应用场合第三节钢材的机械性能指标第四节钢中化学元素对钢材特性的影响第五节管道标准第六节管材第七节管件第八节阀门与法兰本章主要内容31.1钢材的分类%0.25%0.25%%0.60%0.60%%2.11%15%510%10%CCC低碳钢（）碳素钢中碳钢（）高碳钢（）锰钢铬钢、按化学成分分按合金元素种类分硼钢铬镍钢合金钢硅锰钢低合金钢（合金元素含量）按合金元素含量分中合金钢（合金元素含量为～）高合金钢（合金元素含量）41.1钢材的分类普通钢（S%,P%0.05%）2、按质量分优质钢（S%,P%0.04%）高级优质钢（S%0.030%,P%0.035%）平炉钢按炉别分转炉钢电炉钢3、按冶炼方法分沸腾钢按脱氧程度分镇静钢半镇静钢51.1钢材的分类建筑工程用钢桥梁工程用钢工程用钢船舶工程用钢车辆工程用钢结构钢调质钢渗碳钢机器用钢弹簧钢轴承钢4、按用途分耐磨钢压力容器用钢刃具钢工具钢磨具钢量具钢不锈钢特殊钢耐热钢•一般为中、低碳钢•一般为高碳钢6燃气工程常用的钢主要是低碳钢、优质碳素结构钢和低合金结构钢。应用场合：如钢质管道、天然气和液化石油气储配站内工艺管道、高压球罐、液化石油气储罐等。1.2钢材在燃气工程中的应用场合71.3钢材的机械性能指标1）抗拉强度σb：在拉伸——应变曲线上的最大应力点。2）屈服极限σs：材料的拉伸应力超过弹性范围，开始发生塑性变形时的应力。有些材料的拉伸曲线上并不出现明显的屈服平台，不能明确地确定其屈服点，为此在工程上规定，取试样产生0.2%残余变形的应力值作为条件屈服极限，用σ0.2表示。83）延伸率δ：表明试样在发生破坏时，产生了百分之几的塑性变形量，是衡量钢材拉伸试验时塑性的一个指标。4）断面收缩率ψ：断面收缩率表明试样在拉伸试验时，缩颈处在应力状态下所产生的最大塑性变形量，是衡量材料塑性的另一指标。5）冲击功Ak：冲击功是衡量钢材韧性，确定钢材是否产生脆性破坏的一个指标。96）硬度HB：反映材料对局部塑性变形的抗力及材料的耐磨性。根据经验，硬度与抗拉强度有如下近似关系：轧制、正火的低碳钢：σb=0.36HB轧制、正火的中碳钢或低合金钢：σb=0.35HB硬度为250~400HB，经热处理的合金钢：σb=0.33HB107）可焊性：材料在焊接过程中不出现缺陷的倾向。8）冷脆性：钢材在常温或低温下脆化而突然开裂的现象。9）热脆性：钢材在焊接或在1000~12000C下轧制时开裂的现象。111.4钢中化学元素对钢材特性的影响燃气工程中的不同钢结构，对钢材的抗拉、冷弯、冲击韧性和硬度等性能均有不同的要求。不同化学元素对钢材性能有重要影响，某些钢材在一定条件下，其性能亦会逐渐发生变化。钢中的铁和碳对钢材性能起主导作用，它们组成钢中的奥氏体、铁素体、渗碳体和珠光体等基本组分。化学元素对钢材性能的影响是通过它们对基本组分的影响而体现的。（1）、化学元素成分的影响①碳碳含量提高，钢中的强化组分渗碳体随之增多，抗拉强度和硬度相应提高，伸长率和冲击韧性则相应降低。碳是显著降低钢材可焊性元素之一。含碳量超过0．3％时，钢的可焊性显著降低。121.4钢中化学元素对钢材特性的影响②硅硅在钢中除少量呈非金属夹杂物外，大部分溶于铁素体中。当含量小于1％时，可提高钢材的强度。在低合金钢中，硅的作用主要是提高钢材的强度。③锰锰能消减硫和氧所引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善。作为低合金钢的合金元素，锰含量一般在1％～2％范围内，其主要作用是熔于铁素体中使铁素体强化；降低奥氏体的分解温度；使珠光体细化，使钢材强度提高。131.4钢中化学元素对钢材特性的影响④磷磷是碳钢中的有害杂质。主要溶于铁素体起强化作用。含量提高，钢材的强度虽有提高，但塑性和韧性显著下降。尤其是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，磷在钢中的偏析倾向强烈，一般认为，磷的偏析富集，使铁素体晶格严重畸变，导致钢材冷脆性显著增大．从而降低钢材的可焊性。⑤硫硫是很有害的元素。呈非金属硫化物夹杂于钢中，降低钢的各种机械性能。硫化物所造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹（热脆性），显著降低可焊性。硫也有强烈的偏析作用，增加了危害性。141.4钢中化学元素对钢材特性的影响⑥氧氧是钢中的有害杂质。主要存在于非金属夹杂物内，少量熔于铁素体中。非金属夹杂物降低钢的机械性能，尤其是韧性。氧有促进时效倾向的作用。氧化物所造成的低熔点使钢材可焊性变坏。⑦氮主要嵌熔于铁素体中，也可呈化合物形式存在。氮对钢材性质的影响与碳相似，使钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降，降低可焊性。在用铝或钛补充脱氧的镇静钢中，氮主要以氮化铝或氮化钛等形式存在，可减少氮的不利影响，并能细化晶粒，改善性能。151.4钢中化学元素对钢材特性的影响⑧氢以原子态或分子态存在于钢中，造成“氢脆”和“白点”，白点是在钢材内部产生微小裂纹。这是由于钢在液态下吸收大量的氢，冷却后又来不及析出，就聚集在晶体的缺陷处，造成很大的应力。⑨钛是强脱氧剂，能细化晶粒。钛能显著提高强度，对降低塑性略有影响，由于晶粒细化，故可改善韧性，提高可悍性。是常用的合金元素。⑩钒是强烈形成碳化物和氮化物的元素。钒能细化晶粒，有效地提高强度，但焊接时增加淬硬倾向。161.4钢中化学元素对钢材特性的影响（2）、应变时效碳钢和低合金钢均具有明显的屈服点，经过塑性变形后，在室温下放置一段时间（几个月或几年，或经一定温度加热处理后，屈服点会提高，塑性和韧性则相应降低，这种现象称应变时效效应，简称时效。若在空气温度下放置称为自然时效，若是经加热处理称为人工时效。一般认为，产生应变时效的原因，主要是由于晶格中的氮原子有向缺陷移动、集中、甚至呈氮化物析出的倾向。当钢材在冷塑性变形后，或者在使用中受到强力冷变形时，则氮原子的移动、集中大大加快，造成缺陷处氮原子富集，使晶格畸变加快，因而脆性增加。应变时效对超高压燃气储罐和燃气管道的安全使用构成威胁，甚至可能导致脆性破坏。17燃气工程常用钢材主要是钢结构（管道和储罐等）用钢材和少量钢筋混凝土结构（地沟和闸井等）用钢筋。（一）钢结构用钢材1．普通碳素结构钢与钢号这类钢一般以保证机械性能供货。其牌号由屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号组成。例如：Q235表示屈服强度为235MPa的普通碳素结构钢。应用场合：各种型钢、条钢、螺栓、螺钉等。1.4常用钢材的标准和选用182．优质碳素结构钢与钢号优质碳素结构钢除保证机械性能和化学成分外，还应保证S＜0．045％，P＜0．040％，其钢号以平均含碳量的万分数表示，沸腾钢和半镇静钢应特别标明。例如，平均含碳量为0．10％的沸腾钢，其钢号写为“10F”。特点：可焊性好，韧性好，低温性能好。常用10、20号钢，如储配站工艺管道；热水器外壳一般用08F等。（一）钢结构用钢材193．低合金结构钢与钢号钢号的表示方法为：前面数字表示平均含碳量的万分数，其后元素名称为所加合金元素，如合金元素后面未附数字，表示其平均含量在1．5％以下。例如，16Mn表示为平炉或氧气转炉镇静钢，其平均含碳量为0．16％，平均含锰量低于1.5％。特点：可焊性好，韧性好，低温性能好。一般用在压力高的无缝钢管、直缝焊钢管。（一）钢结构用钢材204、高压燃气储罐用钢材各类高压燃气储罐均属钢制压力容器，必须采用压力容器专用钢，满足GB665—86《压力容器用碳素钢和低合金钢厚钢板》的要求。压力容器专用钢在钢号尾部均标有汉语拼音字母“R”，例如，16MnR、15MnVR等。（l）不能用空气转炉冶炼，因为空气转炉钢含氮量高，时效倾向严重，析出氮化物后，塑性和韧性明显下降。（2）一般应将含碳量控制在0.24％以下。（一）钢结构用钢材21（3）硫和磷含量应尽量低，一般要求是S≤0.035％，P≤0.03％。（4）钢板结构要保证内部质量，出厂前必须进行超声波探伤，低合金钢板应符合《压力容器用钢板超声波探伤》（ZBJ74003—88）的Ⅱ级要求。（5）要比普通结构钢增加试验取样组数。4、高压燃气储罐用钢材22（二）特殊钢1、不锈钢与钢号主要有：0Cr13,1Cr13,2Cr13,1Cr18,2Cr18等。钢号的表示方法为：前面数字表示平均含碳量的万分数，其后元素名称为所加合金元素。例如，0Cr13表示其平均含碳量小于0．01％．平均含铬量为13％。应用场合：不锈钢刀具、双眼灶外壳等2、耐热钢主要有：1Cr18Ni8Ti等钢号的表示方法为：前面数字表示平均含碳量的万分数，其后元素名称为所加合金元素。应用场合：工业燃烧炉的喷头等23（三）管线钢管线钢钢级的命名以规定总伸长应力命名。规定总伸长应力：试样标距长度上产生0.5%的总伸长时所需的拉应力。•注：规范GB9711-88S系列己经被GB/T9711--1997L系列替代24（三）管线钢国标规定的钢级与ANSI/APISpec5L规定的钢级对比表注：管线钢X46以上为合金钢，X46以下为碳素钢，X52以上称高强度钢。251.5管道标准所谓管道标准，就是为了简化管子、管件、阀门和法兰等的品种规格，便于成批生产，使管道具有互换性，有利于设计和安装时选用这样的目的而建立的。标准化的主要内容之一就是统一规定管子、管件．阀门和法兰的主要结构尺寸与性能参数，如公称直径和公称压力。凡有相同公称直径与公称压力的管子、管件、阀门和法兰，可以互相配套．倘若材质相同，其结构尺寸也相同时，可以互换使用。261.5管道标准一、公称直径管道和工艺设备的公称直径是为了设计、制造、安装和检修方便而人为规定的一种标准直径，通常以DN表示。DN后附加以mm为单位的公称直径数字。27一、公称直径无缝钢管，DN后的数值等于外径。例如：DN159的无缝钢管就表示外径为159mm；铸铁管及其管件和阀门，DN后的数值等于内径；法兰，DN后的数值仅是与内径D或与外径相接近的整数；工艺设备（例如压缩机、液化石油气泵和燃气调压器等），DN后的数值就是设备接口的内径。PE管，也就是聚乙烯管而言，公称直径用de表示，后面的数值表示外径的尺寸，单位为mm。例如de63表示管子的外径为63mm。28二、公称压力管道和工艺设备的公称压力是为了设计、制造和使用方便而人为规定的一种标准压力，通常用Pg表示，其后附加以MPa为单位的公称压力数值。29三、试验压力试验压力是为了保证安全使用对管道和工艺设备进行强度和密封性（严密性）试验而规定的一种压力，通常以Ps表示，Ps后附加以MPa为单位的试验压力数值。一般情况下，强度试验压力为设计压力的1.5倍，严密性试验压力为设计压力的1.15倍。30四、几个概念设计压力工作压力最大允许工作压力311.6管材DN400DN400PE(PE)热轧无缝钢管冷拔不镀锌管（黑铁管）低压流体输送用钢管（直缝）热镀锌镀锌钢管钢管冷镀锌焊接钢管螺旋缝焊钢管直缝高频电阻焊（以下）直缝焊钢管直缝双面埋弧焊（以上）常用管材管铝塑复合管钢骨架塑料管衬塑铝合金管铜管薄壁不锈钢管不锈钢管不锈钢波纹管衬不锈钢铝合料管金管铸铁管塑321.6.1钢管要求油气钢管有足够的机械强度（抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击韧性），可焊接性好，而且要有不透气性。钢管是燃气工程中应用较多的管材，按照制造方法分为无缝钢管和焊接钢管。一般钢管规格的习惯表示方法是Dw×δ，低压流体输送用焊接钢管经常用DN表示规格。33（１）、无缝钢管无缝钢管用普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢或合金结构钢轧制而成