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'H)_$~)~,T7v第四节杂质元素和合金元素在钢中的作用第五节铸铁和碳钢在化学成分、金相结构和性能上的差别第六节钢材的质量分级第七节石油化工生产过程中常见的腐蚀环境第八节金属材料热处理第九节温度对材料选用的影响第十节压力管道常用金属材料的应用限制$?%?2N;O/_0O4B-U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#\9^N9T'`/@9B'V-n第二节一般要求+I!A!?8c0A0~)iy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7b.f#I3f3f;a-C3n1Z0C第七节管道连接第八节紧固件*l#j;@#p*z+B(S:c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;a#v!I'S?/w-C/r第一节管道施工及验收标准规范第二节无损检验q0M/Y2Z/S9u(B:v;A!?4\0\第三节管道系统试验$z*q.o6K1}.}第六部分管道分类c!\2j.E*o+C根据国家质量监督检验检疫总局颁发的压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则规定,压力管道设计单位必须取得相应级别的设计资格,为了配合这项工作,中石化编制了全国压力管道设计审批人员考核培训教材,此教材主要作为压力管道设计单位任证或换证时设计、校核人员考试的参考资料.为了使大家更好的理解此培训教材,从以下几方面给大家介绍一下压力管道设计情况。第一部分压力管道材料选用&?9SI+p:jR4K第一节压力管道常用金属材料的基本性能金属材料的性能包括工艺性能和使用性能。金属材料的工艺性能是金属材料在制造管道组成件的过程中，适合各种冷、热加工的性能，也就是金属材料采用某种加工方法制成成品的难易程度。它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。金属材料的使用性能是金属材料在使用条件下所表现出来的性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能。金属材料的物理性能是金属固有的属性，包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。金属材料的化学性能是金属在化学介质作用下所表现出来的性能，包括耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等。金属材料的力学性能是指金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变关系的性能。它包括强度、塑性、硬度、韧性及抗疲劳等。通常在压力管道设计、制造过程中，所选用的金属材料大多以力学性能为主要依据，因此熟悉和掌握金属材料的力学性能是非常重要的。N[5m,k\!i,}一金属材料基本概念&j/y#]#n#u1金属材料的机械性能指标(见6.1.3)ou;v6^X,y;J'x⑴强度极限бb：在拉伸应力—应变曲线上的最大应力点，单位为MPa。,P:@&n:].\.~:YFbбb=(MPa)So;P5R1km9A7k1Y,q-_8d%|式中Fb------试样承受的最大载荷（N）；So------试样原始横截面积（mm2）。⑵屈服极限бs:材料的拉伸应力超过弹性范围，开始产生塑性变形时的应力。有些材料没有明显的屈服点，工程上通常取试样产生0.2％残余变形时的应力作为条件屈服极限б0.2，单位为MPa。5U.b9]{6[;CFsбs=(MPa)So式中Fs------试样屈服时的载荷（N）；So------试样原始横截面积（mm2）。*f'O7d#i%]9k3H2D\F0.2б0.2=(MPa)So7`-y9n(y1J8T6t式中F0.2------残余伸长率达到0.2%时的载荷（N）；JT,J:p&IU&@$CSo------试样原始横截面积（mm2）。9T:U+Y3_*c+L#|4Z⑶持久强度бt8z,Lg0_3K3Y(],`0^:\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。3F5@/U*?&g'k/R(s)y#X⑷蠕变极限бtn：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。)z5[1{.X.[,?+U:P⑸延伸率δ：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δ5(短试样)和δ10（长试样）两种指标，单位为％。*c7a:i3E&F(@+a8\L1-L0δ=x100%L0式中L1------试样拉断后的标距（mm）；|5w;I4k-T.B;IL0------试样的原始标距（mm）。⑹断面收缩率ψ：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％。3a$v&n1v+?2lwS0-S1ψ=x100%S04x+f,|;?&P9K.U%M式中S0------试样原始横截面积（mm2）；%j#F0R(~;k%l&G6V#g$U+rS1------试样拉断处的最小横截面积（mm2）。金属材料的δ和ψ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。$Z_1Z*jj5]/s,\脆性转变温度：金属的韧性状态向脆性状态转化的温度称为脆性转变温度。材料的脆性转变温度愈低，材料的低温冲击韧性愈好。碳素结构钢的脆性转变温度为-20℃。目前确定脆性转变温度的普遍方法是，把冲击值降到某一特定允许的最低冲击值的温度，作为该材料的脆性转变温度。⑻硬度：硬度是反映材料对局部塑性变形的抗力和材料耐磨性的指标。硬度的表示方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（RC）和维氏硬度（HV）。根据经验钢材的硬度与其抗拉强度有如下近似关系：5N/C.K;R6{轧制、正火的低碳钢бb=0.36HB；轧制、正火的中碳钢或低合金钢钢бb=0.35HB；硬度为250～400，经热处理的合金钢){;`,z's7J:K;r:yбb=0.33HB。2弹性变形和塑性变形（见6.1.5）构件或物体在外力作用下产生变形，外力除去后能完全恢复其原有的形状，不遗留外力作用过的任何痕迹，这种变形称为弹性变形。构件或物体在外力作用下产生变形，当外力除去4H7H(d;g#^%{.[后，构件或物体的形状不能复原，即遗留了外力作用下的残余变形，这种变形称为塑性变形。3加工残余应力产生的原因及对材料性能的影响(见5.12)当金属材料在外力的作用下发生塑性变形时，由于金属中各晶粒的晶格取向各不相同，滑移方向也各不相同，为平衡这种不均匀变形其各晶粒之间将产生内应力；另外，在金属材料的塑性变形过程中，由于大量的位错等晶格缺陷而引起的晶格畸变使晶格处于极不稳定的壮态，在原子力的作用下，它们都保持着恢复正常位置的趋势，为平衡畸变晶格的复原也将产生内应力。这几种内应力都属于加工残余应力。实验证明，由晶格畸变产生的内应力最大，是主要的加工残余应力。加工残余应力的存在会给材料的性能带来一系列不利影响：它会使材料的强度略有升高，但塑性和韧性却大大降低；在高温条件下使用时会因应力松弛而影响产品的变形；在腐蚀环境中使用时使材料更易遭受腐蚀等等。1J.D7e#X!l2L6d.U5Y&q:X3O第二节金相学名词8q!d#H(z&R4s1相：合金中具有同一化学成分，同一聚集状态并以界面分开的各自均匀的组成部分。%rY:U4_7x,A7F2固溶体：两种在固态和液态均能相互溶解的元素所形成的单相晶体。9S2\5XG7x8J!o#M*c4B8u3金属化合物：两种金属元素形成的化合物。新形成的化合物具有新的晶体机构，通常具有较高的熔点、较大的硬度，较低的塑性和韧性。.M%p$E5C6D;lg-Z#w/g2W4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。5δ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δ铁。'G2r(Z!z2hR6δ铁素体:δ铁素体是碳在δ铁中的固溶体。在1493℃时，碳的最大溶解度为0.1％。7γ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γ铁。8奥氏体:是碳在γ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。9α铁：温度低于910℃时，铁的晶格又转变为体心立方晶格，称为α铁。10铁素体:是碳在α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。;Q!_5fc:t'h$U6uδ-FeC+δ-Feδ铁素体1390℃固-]H;F)s(eγ-FeC+γ-Fe奥氏体溶910℃体8A-n4\!W2K$c-L'q(D5~α-FeC+α-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7W#j#Dd;x'~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≥235Mpa、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，称之为高锰钢，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，一般不标明含量；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35CrMoA。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，前面一位数字表示平均含碳量（以千分之几计），含C≤0.03％时用“00”、C≤0.08％时用“0”、C≤0.15％时用“1”表示。例如'H3q6l.o5?@%z7]00Cr19Ni10表示C≤0.03％，&l%O7i.x(?4N&l5PRCr:18～20%,Ni:8～12%,0Cr18Ni9表示C≤0.08％，1e5v8q4}2V2x'w#y*H:@n(A,TCr: