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1、石油化工用金属材料基本知识交流2008.03.03Wison (Shanghai) Chemical Engineering Co., Ltd.Page : 2 常用工程材料的品种和应用概述一、碳钢 分类：1、按照钢的质量等级（即含有害元素硫、磷的多少）可分为：普通碳钢 WS0.055% Wp0.045%优质碳钢 WS0.040% Wp0.040%高级优质钢 WS0.030% Wp0.035%Page : 3 常用工程材料的品种和应用概述2、按钢中含碳量可将碳钢分为：低碳钢 Wc0.25%中碳钢 Wc0.25%0.60%高碳钢 Wc0.60%Page : 4 常用工程材料的品种和应用概述
2、3、按质量和用途分为：普通碳素结构钢：一般不经热处理，在交货状态下直接使用。这类钢保证力学性能，其代号Q及其后的数字表示屈服强度及其数值。优质碳素结构钢：为低、中碳钢，这类钢同时保证化学成分和力学性能。其牌号采用两位数字表示钢中平均碳含量的万分之几。主要用于制造机器零件，一般都要经过热处理以提高力学性能。 08#、10#钢的塑性、韧性高，具有优良的冷成型性能和焊接性能； 15#、20#、25#钢用于制作尺寸小、负荷不大、表面要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件； 30#、35#、40#、45#、50#钢经热处理（淬火+高温回火，又称调质）后具有良好的综合力学性能（较高强度和较高的塑性、韧性）；
3、 55#、60#、65#钢热处理（淬火+中温回火）后具有高的弹性极限，常用于制作负荷不大、尺寸较小的弹簧。弹素工具钢：为高碳钢（均为优质钢），其牌号用T+数字表示（为平均含碳量的千分之几），经热处理（淬火+低温回火）后具有高硬度。Page : 5 常用工程材料的品种和应用概述碳钢的缺点：n综合力学性能较差。如强度、硬度高时，其韧性、塑性较差；n用碳钢制成的工具不能用于高速切削或较高温度下金属成型；n碳钢的淬透性差（不大于1015mm），既不能制造性能要求高的大截面零件，也不宜制作形状复杂的零件；n碳钢不能满足一些特殊性能的要求，不能耐蚀、耐热、抗磨等 Page : 6 常用工程材料的品种和
4、应用概述二、合金钢：与碳钢相比，合金钢的力学性能有较大幅度的提高，可以兼顾强度、硬度与韧性几方面的性能。淬透性有显著提高，可明显减少热处理变形和开裂倾向，极大提高钢的热处理工艺性。Page : 7 常用工程材料的品种和应用概述分类：1、合金结构钢：主要加入Cr、Mn、Ni、Si、Mo等，主要作用是提高淬透性，提高钢的强度、改善钢的强度和韧性的配合。按其具体应用，又细分为： Page : 8 常用工程材料的品种和应用概述n低合金结构钢：常在供货态（正火）直接使用，焊后一般不再热处理。强度较高，塑性、韧性好，压力加工性和焊接性能好。一般Wc0.25%，主加Mn（WMn1.80%），辅加少量Ti
5、、V、Nb、Cu等。n合金渗碳钢：用于制造要求表面硬而耐磨，心部韧性较好的零件。渗碳或碳、氮共渗后再经淬火及低温回火处理后具有表硬心韧的性能特点。Wc0.10%0.25%，加Mn、Ni、Cr、B等提高渗透性，辅加少量Ti、V、W、Mo等形成稳定碳化物，以细化晶粒和提高渗碳层的硬度及耐磨性。Page : 9 常用工程材料的品种和应用概述n合金调质钢：适用于既要求高强度（承载较大载荷）又要求有较好韧性（防止断裂）的重要场合。经调质（淬火+高温回火）处理后具有优良的综合力学性能。Wc0.35%0.50%，主加Cr、Mn、Ni、Si、B等提高淬透性，辅加元素W、Mo、V提高回火稳定性以及Mo、V减轻
6、高温回火脆性、细化晶粒。n合金弹簧钢：经淬火和中温回火后具有高的弹性极限、屈强比、疲劳强度和一定的韧性。Wc0.50%0.90%，主加Si、Mn，辅加Cr、W、V减少脱碳和过热倾向，提高回火稳定性和冲击韧性，防止脆裂。Page : 10 常用工程材料的品种和应用概述2、耐热合金钢：在高温下具有高的热力学稳定性和热强性的特殊钢。耐热钢中不可缺少的合金元素是Cr、Si或AL，特别是Cr，此外还加入少量的Mo、W、V、Ti等元素起弥散强化作用。按正火组织可分为：珠光体钢：常用牌号20G（450）、15CrMo（550）、12Cr1MoV（580）、1Cr5Mo（600）等，用于工作温度低于600的
7、锅炉管道、过热器等；马氏体钢：常用钢种为Cr12及Cr13型，具有优良的热强性，多用于制造600以下受力较大的零件；奥氏体钢：热力学稳定性和热强性最好，工作温度可达750800。某些牌号与不锈钢兼用。Page : 11 常用工程材料的品种和应用概述三、不锈钢和耐蚀合金：指含Cr量大于12%的Fe-Cr合金。不锈钢的耐蚀性能主要依靠它的自钝性，所以当钝态受到破坏时，不锈钢就会遭受各种形式的腐蚀。在某些侵蚀性较强的介质中，为使钢实现钝化或稳定钝化需在含18%Cr的Fe-Cr合金中加入提高合金热力学稳定性高的合金元素（如Ni、Mo、Cu、Si等）或提高Cr含量。Page : 12 常用工程材料的
8、品种和应用概述分类：1、奥氏体不锈钢：18-8型奥氏体不锈钢由于其有优于其它类不锈钢的耐蚀性能和综合力学性能等特点应用最广。为提高其耐蚀性，在18-8型奥氏体钢中加入Ti、Nb、Mo等元素。奥氏体不锈钢的最大缺点是在含氯化物溶液中不耐应力腐蚀，易产生点蚀及缝隙腐蚀。另外，高温及高浓度的醋酸、柠檬酸、草酸都能导致Cr-Ni奥氏体不锈钢严重腐蚀，若含Mo时，可以改善此缺点。常用牌号有0Cr18Ni9（304）、0Cr18Ni10Ti（321）、00Cr17Ni14Mo2(316L)、1Cr18Ni11Nb（347H）。2、铁素体不锈钢：屈服强度比奥氏体不锈钢高，成本较低，但由于脆性较大，特别是焊后
9、脆性以及加工性较差等缺点，它的应用受到很大限制。随着Cr含量增加耐蚀性显著增加。Page : 13 常用工程材料的品种和应用概述3、奥氏体-铁素体双相不锈钢：兼有铁素体和奥氏体的性能，具有良好的耐蚀性，对晶间腐蚀不敏感，耐点蚀、缝隙腐蚀及优良的耐应力腐蚀性能；良好的焊接性、韧性等。其缺点是冷热加工性差，不能在脆性敏感区（350850）长期使用。Cr18型双相不锈钢：典型代表是瑞典生产的3RE60钢。这类钢中的铁素体与奥氏体的比例与加热温度有关。在硫酸、磷酸及草酸溶液中，其耐全面腐蚀性能优于或相当于316L。Cr21型双相不锈钢：典型代表是瑞典的SAF2205。与3RE60相比，具有更好的耐蚀
10、性，耐点蚀性能更为突出。在H2S介质中具有良好的耐应力腐蚀性能。Cr25型双相不锈钢：占双相不锈钢总量50%以上。除耐全面腐蚀，有具有良好的工艺性能。Page : 14 常用工程材料的品种和应用概述4、镍及镍基耐蚀合金1）纯镍：由于显著的钝化倾向，其最主要的特点是耐碱腐蚀，Ni在所有的碱类溶液中都完全稳定，故Ni多用在制碱业上，成为制造熔碱和碱液容器的优良材料。2）Ni基耐蚀合金 Ni-Cu耐蚀合金：主要用于弱还原剂溶液，特别是氢氟酸。约含70%Ni和30%Cu的Ni-Cu合金素以蒙乃尔之名著称，如典型的Monel400合金。蒙乃尔合金兼有Ni和Cu的许多优点，在还原性介质中比Ni基合金耐蚀
11、，在氧化性介质中又较Cu基合金耐蚀。它是除铂、银外最好的耐氢氟酸腐蚀的金属材料之一。还可通过冷加工提高强度。 Ni-Cr型耐蚀合金：主要用于强氧化性介质。典型的Ni-Cr耐蚀合金有Inconel600（0Cr15Ni75Fe），不仅抗高温氧化，也可用于强氧化性溶液。无应力腐蚀倾向。Page : 15 无缝钢管常用标准和材质 无缝钢管的描述： 2 ASTM A335 P5 SCH80 SMLS PE ASTM B36.10M A B C D E Page : 16 2 ASTM A335 P5 SCH80 SMLS PE ASTM B36.10M A B C D EA：以英寸表示的钢管的公称
12、直径，是钢管口径的名义直径，有时用“DN”表示。Page : 17 2 ASTM A335 P5 SCH80 SMLS PE ASTM B36.10M A B C D EB：钢管执行的标准号及材质。常用标准和材质如下：一、国标（GB） 序号 标准号 标准名称 常用牌号 用途 1GB8163 输送流体用无缝钢管 20# 一般管 2GB9948 石油裂化用无缝钢管 20#、15CrMo、Cr5Mo 高温管道、炉管3GB5310 高压锅炉用无缝钢管 20G、15CrMoG、12Cr1MoVG 高压管道 4GB14976 流体输送用不锈钢无缝钢管 0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、00Cr1
13、7Ni14Mo2一般耐腐蚀管 5GB13296 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管 0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、00Cr17Ni14Mo2 高温用管道、换热器管 6GB/T9711.1 石油天然气工业输送钢管交货技术条件A级钢管 L245、L290、L320、L360、L415 长输管线等输油输气管 7GB/T9711.2 石油天然气工业输送钢管交货技术条件B级钢管 L245、L290、L320、L360、L415 长输管线等输油输气管 Page : 18 2 ASTM A335 P5 SCH80 SMLS PE ASTM B36.10M A B C D EB：钢管执行的标准号及材
14、质。常用标准和材质如下：二、美标（ASTM、API、ASME ） 序号 标准号 标准名称 常用牌号 用途 1ASTM A106 高温用无缝碳钢管 GR.B 高温管道2ASTM A213 锅炉、过热器和换热器用铁素体和奥氏体合金钢管 T5、T9、T11、T12、304、304H、321H、347H 高温管道、加热炉炉管 3ASTM A312 无缝和焊接奥氏体不锈钢管 304、321高温管道 4ASTM A333 低温用无缝和焊接钢管Gr.6 低温管道 5ASTM A335 高温用无缝铁素体合金钢管 P5、P9、P11、P12、P22、P91 高温管道、加热炉炉管 6API 5L PSL1 管线钢
15、规范B、X42、X46、X52 长输管线等输油输气管 7API 5L PSL2 管线钢规范 B、X42、X46、X52 长输管线等输油输气管 Page : 19 2 ASTM A335 P5 SCH80 SMLS PE ASTM B36.10M A B C D EB：钢管执行的标准号及材质。常用标准和材质如下：三、日标（JIS） 序号 标准号 标准名称 常用牌号 用途 1JIS G3458配管用合金钢管 STPA22、STPA23、STPA25 2JIS G3462 锅炉、换热器用合金钢管 STBA22、STBA23、STBA25 3JIS G3467 加热炉合金钢管STFA22、STFA2
16、3、STFA25、STFA26Page : 20 2 ASTM A335 P5 SCH80 SMLS PE ASTM B36.10M A B C D EB：钢管执行的标准号及材质。常用标准和材质如下：四、德国标准（DIN） 序号 标准号 标准名称 常用牌号 用途 1DIN 17175 耐热钢制无缝钢管 ST45.8-、10CrMo910 高温管道 Page : 21 无缝钢管常用标准和材质无缝钢管标准及牌号的常用代用：1、15CrMo（STPA22、STBA22、STFA22、T12、P12、 13CrMo44）2、P11 （STPA23、STBA23、STFA23、T11）3、Cr5Mo
17、 (STPA25、STBA25、STFA25、P5、T5)4、12Cr2Mo1 （P22、10CrMo910）5、Cr9Mo （STFA26、P9）6、20G （ST45.8-）7、API 5L B （ASTM A106 B） (注意碳、硫、磷含量控制)Page : 22 2 ASTM A335 P5 SCH80 SMLS PE ASTM B36.10M A B C D EC：表征钢管厚度系列的代号。D：表示钢管是无缝钢管，PE表示平口交货，BE表示坡口交货，坡口形式见图集。E：表示钢管的尺寸系列。常用的尺寸系列有4个。美标ASTM B36.10M、ASTM B36.19M，中石化标准SH3
18、405，化工部标准HG20553。Page : 23 炼油主要装置用无缝钢管举例（中石化洛阳设计院）常减压装置： 工艺管道用钢管：GB8163 20#、GB5310 20G、GB14976 0Cr18Ni9、GB14976 00Cr17Ni14Mo2、ASTM A312 TP321H 加热炉炉管：GB9948 Cr5Mo催化裂化装置： 工艺管道：GB8163 20#、GB5310 15CrMoG、GB5310 20G、 GB14976 0Cr18Ni9、ASTM A312 304H延迟焦化装置： 工艺管道：GB8163 20#、GB9948 20#、GB5310 20G 、ASTM A335
19、 P5、ASTM A335 P9、GB14976 0Cr18Ni10Ti、GB6479 20G 加热炉炉管：ASTM A335 P9Page : 24 炼油主要装置用无缝钢管举例（中石化洛阳设计院）加氢裂化装置： 工艺管道：GB8163 20#、GB9948 20#、GB5310 20G、ASTM A106 B、ASTM A312 TP321、ASTM A335 P22 加热炉炉管：ASTM A213 347H连续重整装置：GB8163 20#、GB9948 20#、GB5310 20G、GB5310 15CrMoG、ASTM A312 TP321聚丙烯装置：GB8163 20#、GB14976 0Cr18Ni9、ASTM A333 Gr.6CFB锅炉（电站）：GB8163 20#、GB5310 20G、GB5310 15CrMoG、GB5310 12Cr1MoVGPage : 25 Thank you
