【2017年整理】常用金属材料

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1、液位计、压力管道、化工设备的常用金属材料 2007-08-03 10:01:49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,即铸铁、碳素钢及合金钢。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

2、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。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。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

3、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。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：2 碳素钢碳素钢：含碳量小于等于 2.06%的铁

4、碳合金称为碳素钢。碳素钢的分类2.1 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一定的限制。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

5、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 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

6、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： 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。2.3 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

7、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 A3.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。3.1 合金钢分类表 21 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；

8、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（专用钢为镍钢）。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

9、相对降低。材料在低温下强度一般略有提高,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。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

10、合金钢低碳型合金钢，合金元素总量一般3；强度明显高于碳素钢，有较好的塑性和韧性，可焊性尚可；低合金钢有碳锰系、碳锰钒系、铬钼系、铬钼钒系碳锰系和碳锰钒系GB/T1591 给出了化学成分和机械性能要求;l 材料牌号为 Q295A（B）、Q345AE、Q390AE、Q420AE、Q460CE;l 用于常温及以上温度时，可用 A、B 或 C 级；用于2040 时，可用 C 或 D 级l 表示方法及代号同普通碳素钢铬钼系和铬钼钒系GB/T3077 给出了化学成分和机械性能要求;l 材料牌号主要为 12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV；l 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)

11、等材料例如,12CrMo 和 15CrMo 常用于 550以下的高温工况,或用于 320以下的临氢工况;12CrlMoV 常用于 575以下的高温高压蒸汽介质。l 表示方法及代号b.调质合金钢l 中碳型合金钢，合金元素总量一般3；l 它的含碳量较高，强度高，可焊性差；l GB/T3077 给出了化学成分和机械性能要求;l 材料牌号为 40Cr、45Cr、30CrMo、30CrMoA、35CrMo、35CrMoA、25CrMoVA 等l 用于螺栓、螺母材料l 表示方法及代号同低合金钢中的铬钼系和铬钼钒系c.不锈钢不锈钢特点l 合金元素含量比较高,均超过 10,有的高达 50%甚至更多；l 它含有

12、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(C0.08)、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 0Cr18Ni9(304)、00Cr19Ni10(304L)、0Cr17Ni12Mo2(3

13、16)、00cr17Ni14Mo2(316L)、0Cr18Ni10Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)、0Cr25Ni20(310)、0Cr23Ni13 等。 高碳奥氏体不锈钢 含碳量较高 (C=0.040.12)，高温强度较高，常用作耐热钢； 超低碳型奥氏体不锈钢 含碳量较低 (C0.03)，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。 低碳型奥氏体不锈钢 含碳量(C0.08 ，性能介于高碳和超低碳之间；2）奥氏体一铁素体型不锈钢 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

14、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(3-4)倍,故这种材料在工程上应用的并不普遍； GB1220 标准给出了 0Cr26Ni5Mo2、1Cr18Ni11Si4AlTi、00Cr18Ni5Mo3Si2 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。 由于它的平均含铬量大于 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 00cr12 和 0Cr13Al。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铬钼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 1cr13 和 2Cr13、3Cr13。5）沉淀硬化型不锈钢 指