【2017年整理】金属材料和法兰基础知识

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1、金属材料和法兰基础知识目 录1 金属材料基础知识1.1 金属的微观结构1.2 金属材料的基本性能 1.3 温度对金属材料的影响1.4 常见元素对金属材料性能的影响2 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3 常用金属材料的基本限制条件3.1 一般限制条件3.1.1 满足操作条件的要求3.1.2 满足材料加工工艺和工业化生产的要求3.1.3 符合既使用又经

2、济的要求3.2 常用材料的应用限制3.2.1 铸铁3.2.2 普通碳素钢3.2.3 优质碳素钢3.2.4 铬钼合金钢3.3 常用材料的使用温度4 应用标准体系4.1 国际上常用的标准体系4.1.1 德国及前苏联应用标准体系4.1.2 美国应用标准体系(ANSI)4.1.3 日本应用标准体系(JIS)4.1.4 国际标准化组织（ISO）的应用标准体系4.1.5 英国和法国应用标准体系4.2 国内常用的标准体系4.2.1 石化行业应用标准体系4.2.2 化工行业应用标准体系4.2.3 机械行业应用标准体系4.2.4 国家应用标准体系4.2.5 压力管道应用标准体系配对1 金属材料基础知识金属材料的

3、基本知识仅介绍金属材料的微观结构、基本性能、常见元素对性能的影响以及金属材料的分类及牌号标识等内容。1.1 金属的微观结构1.1.1 碳钢与铸铁由 95以上 Fe（0.054）C 组成的 Fe、C 合金。1）铁的内部结构将铁水缓冷到其凝固点 1534以下，铁水就开始结晶，直到全部结晶成固态铁为止，温度才又继续下降。所结晶成的固体是由许多小颗粒组成，每个小颗粒具有不规则的外形，叫晶粒。每个晶粒内部都是由无数个原子按一定的规律排列而成。若将各个原子的中心用线条连接起来，组成一个空间格子，可用来说明原子排列的规律性，这种空间格子叫“晶格” 。常见的金属晶格形式： 面心立方晶格 体心立方晶格 Fe 的

4、晶格形式15341390 体心立方排列叫 铁1390910 面心立方排列叫 铁910以下 体心立方排列叫 铁 铁 铁 铁这种在固态下晶体结构随温度发生改变的现象叫“同素异构转变” 。它是钢铁能够进行多种热处理而改变其性能的重要依据。 2）碳的存在形式固溶体：就是由两种或两种以上的化学元素，在固态下互相溶解构成的单一均相物质。铁素体 碳溶解在体心立方晶格 Fe 原子之间形成的固溶体。是低碳钢在常温时的主体相。奥氏体 碳溶解在面心立方晶格 Fe 原子之间形成的固溶体。是碳钢在高温时的组织。渗碳体：铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体、奥氏体中时， “剩余” 的碳与铁形成的铁碳化合物（Fe3C）的晶体组

5、织。石 墨：铸铁中的 C 2.06% ，奥氏体最大溶碳量 2.06，剩余的 C 以石墨形式存在。1.1.2 铁碳合金相图（相图略）铁碳合金相图 是表示不同成分的铁碳合金在不同温度下所具有的状态或组织的关系图。相图的作用 通过铁碳合金相图能掌握钢的组织随成分和温度变化的规律, 以便能够正确制定热处理和热加工的工艺，是改变其组织，获得所需要的性能的依据。相图中有：两个组元： 铁（Fe） 性能表现为强度和硬度较低，塑性和韧性较好渗碳体（Fe3C） 性能表现为硬而脆四个基本相：液相（L）、铁素体（）、奥氏体（）和渗碳体（Fe3C）两个次生相：珠光体（铁素体渗碳体的两相机械混合物）具有良好的强度和硬度又

6、具有良好的塑性和韧性，属常温稳定组织莱氏体（奥氏体渗碳体的两相机械混合物）在平衡状态下：C0.8 珠光体 共析钢C0.8 渗碳体珠光体 过共析钢（ES 过共析钢）GS 线： C1100mm 时（已不太常用）则使用了小外径系列 的尺寸。 管法兰：同时包括了美式法兰和欧式法兰 两个系列。（ISO7005-1 ）它代表了当前世界法兰标准的应用趋势。公称压力等级：第一系列：PN 1.0、1.6、2.0、5.0、11.0、15.0、26.0、42.0 8 个等级；第二系列：PN 0.25、0.6、2.5、4.0 共 4 个等级。第一系列为基本系列,第二系列为限制系列。 两个系列中：PN0.25、PN0.

7、6、PN1.0、PN1.6、PN2.5、PN4.0 六个等级属欧式法兰,PN2.0、PN5.0、PN11.0(600Psi)、PN15.0、PN26.0(1500Psi)、PN42.0 属 美式法兰；二者在结构尺寸和密封面尺寸上不能互换的。 ISO 应用标准体系中常用的标准有：ISO6708 管件 公称尺寸定义ISO7268 管件 公称压力定义ISO4200 焊接和无缝平端钢管 尺寸和单位长度ISO1127 不锈钢钢管 尺寸公差和单位长度质量ISO3183 石油和天然气工业用钢管IS06759 热交换器用无缝钢管ISO7005-1 金属管法兰ISO7483 符合 ISO7005 标准的管法兰密

8、封垫片ISO3419 非合金钢和合金钢管件ISO5251 不锈钢对焊管件ISO7121 法兰型钢制球阀ISO10497 阀门试验 防火试验要求 4.1.5 英国和法国应用标准体系a.英国应用标准体系(BS) 管子：大外径系列BS1600 其直径范围和壁厚分级同 ANSI B36.10/B36.11;BS3600 基本上等同采用了 ISO 标准，其直径范围和壁厚分级同 ISO4200。法兰标准：同时包括了美式法兰 和欧式法兰两个系列。BS1560 基本上等同采用了 ANSI 标准, 其结构型式和密封面型式同 ANSI B16.5;BS4504 基本上等同采用了 DIN 标准, 其结构型式和密封面

9、型式同 DIN2500。BS 中常用的标准有:BS1600 石油工业用钢管尺寸BS3600 承压用焊接钢管和无缝钢管的尺寸及单位长度质量BS3605.1 承压用焊接和无缝不锈钢钢管与BS1560 管法兰 (美式法兰)BS4504 管法兰 (欧式法兰)BS1740.1 锻钢制管件BS1965 对焊承压管件BS1640 石油工业用对焊管件BS3799 石油工业用螺纹及承插焊管件b.法国应用标准体系(NF)法国应用标准体系(NF)与英国应用标准体系类似。4.2 国内常用的标准体系目前，国内的压力管道及其元件的应用标准很多,又均不完整。以管法兰标准为例, 常用的标准就有国家标准(GB)、机械行业标准(

10、JB)、石化行业标准(SH) 和化工行业标准(HG)等。这些标准各有各自的温度-压力表、密封面尺寸和接管尺寸,相互之间互换性差,有些甚至不能配套使用。为了能很好地应用这些标准，介绍一下目前国内常用的压力管道应用标准体系。4.2.1 石化行业应用标准体系 管子尺寸系列标准(SH3405) 基本属于“大外径系列”SH3405 等效采用了 ISO4200 标准，故当 DN1100mm 时,它能与 ANSI B36.l/36.19 标准配套使用。SH3405 直径范围和壁厚分级：序号 钢管类别 公称直径范围 壁厚分级1 奥氏体不锈钢无缝钢管 10400 Sch5s、Sch10s、Sch20s、Sch4

11、0s、Sch80s2 碳素钢、合金钢无缝钢管 10600 Sch20、Sch30 、Sch40 、Sch60、Sch80、Sch100、Sch120、Sch140、Sch160、XXS3 奥氏体不锈钢焊接钢管 801000 2.012mm4 碳素钢、合金钢焊接钢管 1502000 4.018mm法兰标准(SH3406)：属于 美式法兰公称压力：PN1.0、PN2.0(CL150) 、PN5.0(CL300) 、PN6.8(CL400)、PN10.0(CL600),PN15.0(CL900)、PN25.0(CL1500) 、PN42.0(CL2500) 8 个等级公称直径：DN15DN1500m

12、m法兰密封面： 当 DN600 时，凸台面、凹凸面、全平面、榫槽面、环槽面 5 种 DN650 时，凸台面 1 种法兰型式： 当 DN600 时，平焊、对焊、承插焊、螺纹连接、松套 5 种DN650 时 对焊 1 种 SH3406 等效采用了 ANSI B16.5 和 API605 标准,。SH3406 在结构尺寸和密封面型式上与 ANSI B16.5/API605 有着很好的互换性，它能与 ANSI、API、MSS 等标准的管道元件配套使用。但因为 SH3406 采用了我国材料标准而不是美国材料标准(ASTM),故二者的温度-压力表有少许偏差,故在考虑二者互换时, 应注意并核对它们的温度-压

13、力对应允许值。石化行业应用标准体系中的常用标准SH3401 管法兰用石棉橡胶板垫片SH3402 管法兰用聚四氟乙烯包覆垫片SH3403 管法兰用金属环垫片SH3404 管法兰用紧固件SH3405 石油化工企业钢管尺寸系列SH3406 石油化工钢制管法兰SH3407 管法兰用缠绕式垫片SH3408 钢制对焊无缝管件SH3409 钢板制对焊管件SH3410 锻钢制承插焊管件石化行业应用标准体系属于一个比较完整的应用标准体系。因为它等效采用了 ANSI 标准，因此代表着先进和发展方向。又由于它的法兰(SH3406)能与 API 标准阀门匹配使用。通过近几年的应用证明,这套应用标准体系是一个科学的、先

14、进的、同时又是可操作性好的标准体系。4.2.2 化工行业应用标准体系 管子尺寸系列标准(HG20553) A 系列： 属于大外径系列B 系列：属于 小外径系列法兰标准 同时包含欧式法兰和美式法兰欧式法兰（HG20592 HG20605）压力等级：PN 0.25、0.6 、1.0 、1.6、2.5 、4.0、6.3 、10.0、16.0、25.0 等 10 个等级公称直径：DN10DN2000mm法兰型式：板式平焊、带颈平焊、带颈对焊、整体式、承插焊、螺纹、对焊环松套、平焊环松套、法兰盖、衬里法兰等 10 种密封面型式：突面、凹凸面、榫槽面、环连接面、全平面等 5 种。它可以与 JB 阀门配套使

15、用。美式法兰标准(HG20615HG20626)公称压力：PN2.0、PN5.0、PN11.0、PN15.0、PN26.0 和 PN42.0 6 个压力等级公称直径: DN151500法兰型式: 带颈平焊、带颈对焊、整体法兰、承插焊、螺纹、松套等 6 种,密封面型式 突面、凹凸面、榫槽面、环连接面、全平面等 5 种型式。化工行业压力管道应用标准体系也是一个相对比较完整的标准体系，而且经历了若干年的生产实践检验,具有成熟的使用经验。由于它同时具有 大外径系列和小外径系列 、欧式法兰和 美式法兰 两个系列,故其使用面比较广, 它既可以与国外的 ANSI、DIN、ISO 等标准配合使用,又可以与国内的 GB、SH、JB 等标准配合使用。化工行业应用标准体系中的常用标准.HG20537.1 奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定HG20553 化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列HG/T21634 锻钢制承插焊管件HG/T21635 碳钢、低合金钢元缝对焊管件HG/T21631 钢制有缝对焊管件HG/T21632