压力管道全书 常用金属

常用金属材料

2.1铸铁

2.1.1灰口铸铁

2.1.2可锻铸铁

2.1.3球墨铸铁

2.2碳素钢

2.2.1.碳素钢的分类

2.2.2普通碳素钢

2.2.3优质碳素钢

2.2.4高级优质碳素钢

2.3合金钢

2.3.1合金钢分类

2.3.2常用合金钢

2.4常用金属材料技术条件标准

2常用金属材料

介绍压力管道中常用的金属材料的分类、特点、用途和表示方法

金属材料:黑色金属：通常指铁和铁的合金

有色金属：指铁及铁合金以外的金属及其合金。

黑色金属根据它的元素组成和性能特点分为三大类，即借铁、碳素钢及合金钢。

2.1铸铁

铸铁：含碳量大于2.06%的铁碳合金。

♦真正有工业应用价值的铸铁其含碳量一般为2.5%~6.67%。

♦铸铁的主要成分除铁之外，碳和硅的含量也比较高。由于铸铁中的含碳量较高，使得其中的

大部分碳元素已不再以Fe3c化合物存在，而是以游离的石墨存在。

性能特点：是可焊性、塑性、韧性和强度均比较差，一般不能锻，但它却具有优良的铸造性、

减摩性、切削加工性能，价格便宜。

用途：常用作泵机座、低压阀体等材料；地下低压管网的管子和管件。

根据铸铁中石墨的形状不同将铸铁分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。

2.1.1灰口铸铁：石墨以片状形式存在于组织中的铸铁称之为灰口铸铁。

♦灰口铸铁浇铸后缓冷得到的组织为铁素体和游离石墨共存,断口呈灰色，灰口铸铁也因此

而得名。灰口铸铁的各项机械性能均较差，工程上很少使用。

2.1.2可锻铸铁：经过长时间石墨化退火,使石墨以团絮状存在于铸铁组织中，此类铸铁称为可

锻铸铁。

性能特点：强度、塑性、韧性均优于灰口铸铁，其延伸率可达12%；但可锻铸铁制造工艺

复杂,价格比较高。

♦由于可锻铸铁具有一定的塑性，故"可锻”的名称也由此而出，其实它仍为不可锻。

用途：可锻铸铁在工程上常用作阀门手轮以及低压阀门阀体等。

根据断面颜色或组织的不同，可锻铸铁又分为黑心可锻铸铁、白心可锻铸铁和珠光体可锻铸

铁三种。常用的是黑心可锻铸铁。

2.1.3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

孕育剂以促进石墨化，在浇注后直接获得具有球状石墨结晶的铸铁。

性能特点：球墨铸铁的各项性能指标均优于可锻铸铁，比可锻铸铁价格便宜。

用途：可代替可锻铸铁用在较苛刻条件下。用途更广泛。

铸铁命名：根据GB9439的规定铸铁的牌号表示方法：

QT400-15QT450-10KTH330-8

延伸率（%）

最低抗拉强度（MPa）

“球铁”汉语拼音第一个字母

2.2碳素钢

碳素钢：含碳量小于等于2.06%的铁碳合金称为碳素钢。

2.21.碳素钢的分类

工业纯铁CW0.04%的Fe、C合金

低碳钢CW0.25%的钢（强度低塑性好焊接性能好Q235-A、20g、20用

于管道压容）

a.按化学成分中碳钢C>0.25~0.60%的钢。强度及塑性适中，用于紧固件和锻件如：35钢

（含碳量）高碳钢C>0.60%的钢强度和硬度高、塑性差，可制作弹簧、钢丝绳等。如65Mn

（c=0.62~0.7）

甲类钢A按机械性能供应钢Al,A2,A3-A7

普通碳素钢乙类钢B按化学成分供应的钢Bl,B2,…B7等

（PW0.05%

SW0.05%）特类钢C按机械性能+化学成分C1,C2,C3…C

b.按品质分类优质碳素钢（PW0.04%S<0.04%）10,15,20,25

高级优质钢（PW0.03%S<0.02%）

平炉钢普碳钢、低合金钢、优质碳素钢

冶炼设备转炉钢普碳钢

电炉钢优质钢和合金钢

c.冶炼方法

沸腾钢A3F

脱氧程度

镇静钢A3

半镇静钢18Nbb（18银半）

结构钢

d.按用途承压用钢（压力容器用、锅炉用钢）

工具钢

特种用途钢

I高级铸钢S、PW0.04%

II优级铸钢S、PW0.05%

铸钢HI普通级铸钢S、PW0.06%

一般阀门均为铸钢，一般应注明级别，不注为III级。适用于制造一些形状复杂，难以

进行铸造和切削加工成形而又要求较高的强度和塑性的零件。

锻钢用锻造方法生产的各种锻材和锻件。锻钢的质量和机械性能都优于铸钢，能承e.按成

型方法受大冲击力的作用，用于重要的受力零件。

热轧钢表面质量及尺寸精度较差，不能轧制细、薄的钢材:主要

用来生产型钢、钢管、钢板等大型钢材。

轧钢冷轧钢与热轧相比，表面光洁、尺寸精确、机械性能好。常用来

轧制表面质量优良和尺寸精确的板、管、带等细薄产品。

冷拔钢以热轧钢为原料，在冷态下进行多次拉拔而成的各种钢材。特点：

精度高、表面质量好。主要用于生产钢丝和小直径园钢和钢管。

2.2.2普通碳素钢

♦普通碳素钢与优质碳素钢相比，由于它的有害杂质元素S、P含量相对较高，综合机械性能

和耐蚀性较差，故不宜用在较重要的场合，但普通碳素钢价格便宜，故工程上常用于各种钢构

架、支吊架等，而流体输送管道上使用时常给与•定的限制。

♦普通碳素钢根据冶炼过程的脱氧程度分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。

沸腾钢：在浇铸前不用硅和铝脱氧，钢液中含氧量多，浇注及凝固时会产生大量co气泡，在

钢锭模内产生沸腾现象,这类钢叫沸腾钢。

沸腾钢冷凝后没有集中缩孔，因而成材率高,成本低，表面质量及深冲性能好。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：而脱氧较完全，浇铸时钢水在钢锭模内不产生co气体，这类钢叫镇静钢。

成材率低，成本高。但镇静钢中气体含量低，时效倾向小，钢镜中气泡、疏松较少，质量较好。

半镇静钢：进行中等程度脱氧,介于沸腾钢和镇静钢之间的钢叫。

普通碳素钢的表示方法和代号按GB700标准

Q235AF

F沸腾钢，b半镇静钢，镇静钢省略

质量等级号,A级不做冲击试验,B级做常温V形缺口冲击试验；

C、D两级常用在重要场合下

材料的屈服强度,MPa。分别为195、215、235、255、275五个等级

“屈”字汉语拼音第一个字母。

♦压力管道中常用的普通碳素结构钢牌号为Q235A（F、b）、Q235B（F、b）、Q235C、

Q235D四种，这些牌号的质量要求是顺次提高的。材料标准为GB700。

2.2.3优质碳素钢

♦优质碳素钢中的有害杂质元素S、P比普通碳素钢低，不仅如此，二者的冶炼方法也多有不

同,普通碳素钢多用成本最低转炉冶炼，而优质碳钢则采用平炉或纯氧顶吹转炉冶炼,脱氧较

好，杂质含量较低,故其综合机械性能、耐蚀性等均优于普通碳素钢。优质碳素钢与高级优质

碳素钢相比，价格不高，且是工程上应用最广泛的碳素钢。

♦优质碳素钢的表示方法和代号按GB221标准：

08F

沸腾钢

万分之几“C”

20g（25g）

锅炉钢

C:0.17-0.24%

XXXXXXX

特殊用途标记，R压容用钢；g锅炉用钢；D低温用钢

如为沸腾钢或半镇静钢淌应加“F"或"b"

含镒元素的量达到0.7%以上时，或特意加入的其它元素，为该元素的化学符号，如Mn、Si

等（16MnR）

两位数字,表示钢中平均含碳量的万分之几如：10、20、25、

35等

“ZG”表示铸钢，铸钢以外的生产方法不表示。

♦GB/T699给出了优质碳素钢的化学成分和机械性能要求。

该标准共列出了08F、10F、15F、08、10、20、25、...70Mn等31种材料牌号;

压力管道中常用的牌号为08、10、20三种。

2.2.4高级优质碳素钢

高级优质碳素钢各方面性能略优于优质碳素钢,但价格较高，工程上用的并不多。一般情况

下,如果采用优质碳素钢不能满足使用条件要求时，将考虑选用相应的合金钢而不用高级优

质碳素钢。高级优质碳素钢在优质碳素钢的牌号后加A

2.3合金钢

合金钢：为了提高钢的机械性能、工艺性能或物理化学性能，通常有意识地向钢中加入一些

合金元素,由此得到的钢就叫合金钢。

2.3.1合金钢分类

表2—1合金钢分类（用途）

第一层第二层分类第三层分类特点及用途

合金钢合金结构钢低合金钢1.低碳型合金钢，合金元素总量一般才3%；

2.强度明显高于碳素钢，有较好的塑性和韧性，可焊性尚可；

3.用于中高温、抗氢、抗高温硫腐蚀等。

调质钢1.中碳型合金钢，合金元素含量较低；

2.强度较高；

3.用于高温螺栓、螺母材料等。

弹簧钢1含碳量比调质钢高；

2经调质处理，强度较高抗疲劳强度较高；

3用于弹簧材料。

滚动轴承钢1高碳型合金钢，合金含量较高；

2具有高而均匀的硬度和耐磨性；

3用于滚动轴承。

合金工具钢量具钢1高碳型合金钢，合金元素含量较低；

2具有高的硬度和耐磨性，机加工性能好，稳定性好；

3用于量具材料。

特殊性能钢不锈钢1低碳高合金钢；

2抗腐蚀性好；

3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料.

耐热钢1低碳高合金钢；

2耐热性能好；

3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材.料。

低温钢1低碳合金钢，根据耐低温程度合金元素有高有低；

2抗低温性好；

3用于低温材料（专用钢为银钢）。

合金元素因溶于铁素体中起固溶强化作用，从而提高了材料的硬度和强度，但同时却使其韧性

和塑性相对降低。

材料在低温卜强度一般略有提高，但塑性和韧性则下降很多，通过添加一些合金元素可提高材

料在低温下的塑性和韧性。

奥氏体不锈钢由于含有较多的合金元素又具有单一的奥氏体组织，故它具有较好的抗氧化腐

蚀性能和高温使用性能。工程上，奥氏体不锈钢常用于多种腐蚀工况和高温工况。

合金钢的优点

合金钢与碳素钢相比，它具有较高的强度，较好的耐热性，较好的耐低温性能，较好的耐腐蚀性

能等优点，甚至有些生产环境采用碳素钢是满足不了要求的。故合金钢是压力管道中常用的

也是很重要的材料。

2.3.2常用合金钢

压力管道中常用的合金钢有低合金钢、调质钢、不锈钢、耐热钢和低温钢。其它钢种有时也

会偶尔碰到在此不再作进一步的介绍。

a.低合金钢

低碳型合金钢，合金元素总量一般才3%；强度明显高于碳素钢，有较好的塑性和韧性，可

焊性尚可；低合金钢有碳镒系、碳镐钿系、铝钳系、格钳钿系

♦碳锦系和碳镒帆系

GBfT1591给出了化学成分和机械性能要求；

材料牌号为Q295A（B）、Q345A〜E、Q390A〜E、Q420A〜E、Q460C-E;

用于常温及以上温度时，可用A、B或C级；用于一20〜―40℃时，可用C或D级

表示方法及代号同普通碳素钢

♦铭铝系和铭钳钮系

GB/T3077给出了化学成分和机械性能要求；

材料牌号主要为12CrMo、15CrMo、12CrlMoV；

它们常用作抗氢腐蚀、抗高温硫或硫化氢腐蚀和耐热（次高温）等材料

例如,12CrMo和15CrMo常用于550℃以下的高温工况,或用于320℃以下的临氧工

况;12CrlMoV常用于575℃以下的高温高压蒸汽介质。

表示方法及代号

XXXXXXXXX

特殊用途标记，同优质碳钢部分。对高级优质合金钢,

在其后加“A”

主要合金元素符号及其含量，其中前两位为元素符号，后两位数

字为该合金元素的平均百分比含量。数字为一位数时则用一个数字表示，含量不足1.5%时可

省略不注。有多个合金元素时则依次按此规则填写。

两位数字,表示钢中平均含碳量的万分之几。

两个字母“ZG”铸钢，铸钢以外的生产方法不表示。

25Cr2MoVA

高级优质合金钢

合金元素含量<1.5%X仅标合金元素

1.5-2.49%标“2”

2.5-3.49%标“3”

3.5-4.49%标“4”

17-19.00%标“18”

含碳量25%%（两位数字表示）

b.调质合金钢

中碳型合金钢，合金元素总量一般》3%；

它的含碳量较高，强度高，可焊性差；

GBZT3077给出了化学成分和机械性能要求；

材料牌号为40Cr,45Cr、30CrMo>30CrMoA、35CrMo、35CrMoA、25CrMoVA等

用于螺栓、螺母材料

表示方法及代号同低合金钢中的铭锦系和铭钳钿系

c.不锈钢

♦不锈钢特点

合金元素含量比较高，均超过10%,有的高达50%甚至更多；

它含有大量的合金元素，故其耐热、耐蚀等性能大大优于碳素钢和低合金钢，但随之而来

的是其价格也远远高于碳素钢和低合金钢。

♦分类（按常温的组织不同）

奥氏体型

奥氏体-铁素体双相型

铁素体型

马氏体型

沉淀硬化型

♦表示方法

!Crl8Ni9Ti0Crl8Ni900Crl8Nil8

合金元素表示方法同低合金钢

含碳量千分之几(一位数表示)

C<0.1%用“0”表示“低碳”

<0.03%用“00”表示“超低碳”

♦常用不锈钢

1)奥氏体不锈钢

•根据其含碳量的不同分为高碳型、低碳型(CW0.08%)、和超低碳型；

•常温为单一奥氏体组织，消除了组织间的电位差，故有利于抗电化学腐蚀；

•它含有大量耐蚀合金元素，抗高温化学腐蚀；

•具有良好的机械性能和可焊性；

•价格较高。

•GB1220标准共给出了33种奥氏体不锈钢的材料牌号,而常用的材料

牌号有0Crl8Ni9(304)、00Crl9Nil0(304L).0Crl7Nil2Mo2(316)、00crl7Nil4Mo2(316L),

0Crl8Nil0Ti(321),0Crl8NillNb(347),0Cr25Ni20(310),0Cr23Nil3等。

X高碳奥氏体不锈钢含碳量较高(C=0.04%〜0.12%),高温强度较高，常用作耐热钢；

X超低碳型奥氏体不锈钢含碳量较低(CW0.03%),不易产生晶间腐蚀倾向，常用作耐蚀

钢；强度较低，不应在高温下使用。

X低碳型奥氏体不锈钢含碳量(CW0.08%,性能介于高碳和超低碳之间；

2)奥氏体•铁素体型不锈钢

•常温组织为奥氏体+铁素体组织；

•由于含有硅、铝等合金元素，加之它具有双相组织，故它抗氯化物引起的晶间腐蚀和应

力腐蚀性能明显优于奥氏体型不锈钢。

•具有良好的综合机械性能和可焊性；

•常代替奥氏体型不锈钢用于容易发生晶间腐蚀的工作环境。

•但该种材料制造工艺复杂，成本较高,价格约是奥氏体型不锈钢的(34)倍,故这种材料在

工程上应用的并不普遍；

•GB1220标准给出了0Cr26Ni5M02、lCrl8Nil!Si4AlTi.00Crl8Ni5Mo3Si2共3种奥氏

体一铁素体型不锈钢的材料牌号。

3)铁素体型不锈钢

•常温组织为铁素体组织。

•由于它的平均含铝量大于11.7%,可在材料表面形成一层致密的Cr氧化薄膜，能有效地

保护材料免遭腐蚀。但其防腐性能不如奥氏体型不锈钢，

•焊接性能比较差；

•常用在腐蚀性较弱的环境。在压力管道中应用的不多，而在压力容器中常

用作复合材料的复层；

•GB1220标准共给出了7种铁素体型不锈钢的材料牌号，常用的材料牌号有00crl2和

0Crl3Al,

4)马氏体不锈钢

•合金含量与铁素体型不锈钢类似；

•碳含量较高，具有较高的硬度和耐磨性，耐蚀性较弱；

•常被用于手术刀，压力管道中碳素钢和铭铝钢阀门的阀杆和阀芯；

•GB1220标准共给出了18种马氏体型不锈钢的材料牌号，常用的材料牌号有lcrl3和

2CH3、3cli3。

5)沉淀硬化型不锈钢

•指可以进行沉淀硬化处理的奥氏体或马氏体不锈钢：

•有很高的强度和硬度，耐蚀接近奥氏体不锈钢，

•压力管道中用作螺栓和螺母材料；

・GB1220标准共给出了3种材料牌号,0Crl7Ni4Cu4Nb、0Crl7Ni7AK0Crl5Ni7Mo2Al.

e.耐热钢

•除超低碳不锈钢和双相不锈钢外，大多数不锈钢都可作为耐热钢；

•GB1221标准共给出了40种耐热钢的材料牌号，常用的牌号有：

奥氏体型:0Crl8Ni9(304),0Crl7Nil2Mo2(316)、OCrl8NilOTi(321),0Crl8NillNb(347)>

0Cr25Ni20(310)>0Cr23Nil3等；

铁素体型:00crl2和OCr13Al等；

马氏体型：ICr5Mo、lcrl3和2CH3、3Crl3等;

沉淀硬化型：0Crl7Ni4Cu4Nb,0Crl7Ni7Al等

※工程上常用的耐热合金钢还有Cr2Mo、Cr9Mo等材料，但GB1221标准中却没有列入。

Cr2M0、Cr9Mo材料和lCr5Mo-样，属于低碳型合金钢，常温下可获得铁素体和珠光体组织

但容易淬硬而出现马氏体组织。这类钢有较高的热强性,常用于350-65CTC且腐蚀性不强的工

况下，如动力系统的高温蒸汽管道。它还有一定的抗高温硫腐蚀和高温氢腐蚀的能力。这类

钢焊接性