常用金属材料知识

常用金属材料知识
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,即铸铁、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：
QT400-15 QT450-10 KTH330-8
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。
2.2.1.碳素钢的分类

工业纯铁 C≤0.04％的Fe、C合金
低碳钢 C≤0.25％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 A1，A2，A3…A7

普通碳素钢 乙类钢B 按化学成分供应的钢B1，B2，…B7等
（ P≤0.05％
S ≤0.05%） 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（P≤0.04％ S ≤0.04%）10，15，20，25

高级优质钢（P≤0.03％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铌半）


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、P≤0.04%
Ⅱ优级铸钢S、P≤0.05%
铸钢 Ⅲ普通级铸钢S、P≤0.06%
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
Q 235 A F
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：
08 F
沸腾钢
万分之几“C”

20 g （25g）
锅炉钢
C:0.17～0.24%

XX XX XX X
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,尚应加“F”或 "b"
含锰元素的量达到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≯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。
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≯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;
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－20～－40℃ 时，可用C或D级?
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;
材料牌

号主要为12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV；?
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℃以下的临氢工况;12CrlMoV常用于575℃以下的高温高压蒸汽介质。
表示方法及代号?
XX XX XXXX X
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。

25 Cr2 Mo V A
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；?
GB/T3077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铬钼系和铬钼钒系?

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
1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9 00Cr18Ni18

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(C≤0.08％)、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(316)、00cr1

7Ni14Mo2(316L)、0Cr18Ni10Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)、0Cr25Ni20(310)、0Cr23Ni13等。
※ 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；
※ 超低碳型奥氏体不锈钢 含碳量较低(C≤0.03％)，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(C≤0.08％，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, 0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al.
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：0Cr18Ni9(304)、0Cr17Ni12Mo2(316)、0Cr18Ni10Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)、0Cr25Ni20(310)、0Cr23Ni13等；
铁素体型：00cr12和0Cr13Al等；
马氏体型：1Cr5Mo、1cr13和2Cr13、3Cr13等；
沉淀硬化型：0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al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。Cr2Mo、Cr9Mo材料和1Cr5Mo

一样,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350-650℃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。这类钢焊接性较差,容易出现延迟裂纹,一般焊后要进行热处理。
f.低温用钢(镍钢)
● 具有面心立方晶格的金属材料(如铜Cu、镍Ni、奥氏体钢等)一般没有低温冷脆现象,是最好的低温用材,故含铜、镍等元素的合金钢常用于低温工况。
● 晶粒越细钢材的低温冲击韧性越好,故一般铁素体钢要正火处理后使用。杂质元素硫(S)、磷(P)、氧(O)都将降低钢材的低温冲击韧性,一般要严格控制。
● 我国的低温用钢有：16Mn、09Mn2V、06AlCu、06MnNb，奥氏体不锈钢。

2.4 常用金属材料技术条件标准
(1)GB/T699一1999《优质碳素结构钢技术条件》
主要对10、20、25、35等优质碳素钢的牌号及化学成分、冶炼方法、交货状态、力学性能、试验要求等作出了规定。
(2)GB/T700-88《碳素结构钢》
主要对Q195、Q215、Q235、Q255等碳素结构钢的生产和试验等要求作出了规定。是碳素结构钢的技术条件。
(3)GB/T1220-92《不锈钢棒》
对不锈钢棒的尺寸、外形、技术要求、试验方法等作出了规定。它是包括0Cr18Ni9、00Cr19Nil0、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2等奥氏体不锈钢，0Cr13等铁素体不锈钢,1Cr13、2Cr13等马氏体不锈钢和0Crl7Ni14Cu4Nb等沉淀硬化型等各种不锈钢的技术条件。
(4)GB/T1221-92《耐热钢棒》
对耐热钢棒的尺寸、外形、技术要求、试验方法、验收规则等作出了规定。它是包括奥氏体耐热不锈钢、铁素体耐热钢和1Cr5Mo马氏体耐热钢等的技术条件。
(5) GB/T1591-94《低合金高强度结构钢》
对低合金高强度结构钢的牌号和技术要求、试验方法、检验规则等作出了规定。标准包括了Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等牌号低合金高强度结构钢的制造检验要求。
(6) GB/T3077-1999《合金结构钢技术条件》
主要用于直径或厚度不大于250mm的合金结构钢热扎和锻制条钢。其化学成分亦适用于钢坯及其制品。
此技术条件包括了石油化工管道常用的12CrMo、15CrMo、35CrMo、40Cr等常用合金钢牌号。
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

3常用金属材料的基本限制条件
工程上的实际应用环境条件是十分复杂的，不同的介质、介质温度、介质压力等操作条件

的组合，构成了无数个选材条件。就常见的选材条件来说，要想在这里逐一给出其选材结论是不现实的，它也正是各个设计院或工程公司一直致力研究的问题。在这里将换一种方式，以材料为主体，应用金属理论、腐蚀理论以及工程理论来确定各种常用材料的使用限制条件。
工程上，压力管道选材除了要确定材料牌号外，还要确定材料标准，因为不同的材料标准，对材料质量的要求是不一样的。
3.1一般限制条件
在进行工程材料选用时，首先应遵循下列一些原则。
3.1.1满足操作条件的要求
a． 根据操作条件判断该管道是不是压力管道，属于那一类压力管道。
不同类别的压力管道因其重要性不同，发生事故带来的危害程度不同，故对材料的要求也不同。一般情况下，高类别的压力管道(如一类压力管道)从材料的冶炼工艺到最终产品的检查试验都比低类别的压力管道要求高。
b.应考虑操作条件对材料的选择要求。不同的材料对同一腐蚀介质的抗腐蚀性能是不相同的。在腐蚀环境中，选用材料应避免灾难性的腐蚀形式(如应力腐蚀开裂)出现，而对均匀腐蚀，一般至少应限定在"耐腐蚀"级，即最高年腐蚀速率不超过0.5mm；
c.介质温度也是选用材料的一个重要参数。因为温度的变化会引起材料的一系列性能变化，如低温下材料的脆性，高温下材料的石墨化、蠕变等问题。很多腐蚀形态都与介质温度有密切的关系，甚至是腐蚀发生的基本条件。因此压力管道的选材应满足温度的限制条件。
3.1.2满足材料加工工艺和工业化生产的要求
a． 理想的材料应该是容易获得的，即它应具有良好的加工工艺性、焊接性能等。
例如，对于一些腐蚀环境，选用碳钢和不锈钢复合制成的压力管道及其元件来代替纯不锈钢材料无疑是经济适用的，但由于许多制造厂的复合工艺不过关，使用中屡次出现问题，从而给复合材料的应用带来了限制，尤其是碳钢与0Cr13的复合板材因现场焊接质量不容易保证，以致工程上不敢使用或者说不敢大量使用它。
b.工程上的材料应用是系列化、标准化的。
它不像在实验室中，可以做到少量、理想化的材料应用。将材料标准化、系列化便于大规模生产，减少材料品种，从而可以节约设计、制造、安装、使用等各环节的投入，同时也将大大降低生产成本。
所以工程上应首先选用标准材料，对于必须选用的新材料，应有完整的技术评定文件，并经过省级及其以上管理部门组织技术鉴定，合格后才能使用。
对于必须进口的材料，应提出详细的规格、性能、材料牌号、材料标准、应用标准等技术要求，并按国内的有关技

术要求对其进行复验，合格以后才能使用。
3.1.3符合既适用又经济的要求
这是一个很原则的问题，实际操作起来是很复杂的。它要求材料工程师须运用工程学、材料学、腐蚀学等方面的知识综合判断。这样的问题有时是可以定量计算的，有时则是不可以定量计算的。一般情况下，应从以下几个方面来考虑：
a.腐蚀方面
1）对于局部腐蚀，若通过其它措施(如工艺防腐措施)能防止或控制局部腐蚀的发生，特别是突然性、灾难性的局部腐蚀发生，就可以采用价格比较低的材料。否则，必须选用高级但价格高的材料。
2）对均匀腐蚀，在腐蚀环境比较恶劣的情况下，若选用低级但价格便宜的材料，其腐蚀速率可能会很大，短时间内就必须更换材料；而用耐腐蚀比较好、价格比较高的材料，其腐蚀速率可能会较小，从而维持一个比较长的生产周期。进行综合的技术经济评定，此时采用高级材料也许更经济些。反之，如果腐蚀环境比缓和，此时选用低级材料虽然其腐蚀速率比较大，但其价格便宜，进行经济核算后，此时采用低级材料也许更经济些。总之这一类型的材料选用是应进行经济核算。
3）对于同一个腐蚀环境，若选用高级材料时遭受的腐蚀可能是危险性较大的局部腐蚀，而选用低级材料时遭受的腐蚀可能是具有较大腐蚀速率的均匀腐蚀。此时就应考虑选用低级材料并辅以其它防腐措施。
b.材料标准及制造方面
压力管道的类别与材料标准和制造要求并没有一个完全一一对应的关系，这就要求材料工程师应用有关知识来综合考虑。许多材料标准和制造标准中，都有若干供用户确认的选择项。
1） 这些选择项中，有些是一般的项目，当用户没有指定时，制造商将按自己的习惯去做。
例如，钢管的供货长度、供货状态等都属于这类项目。
2）有些项目则是附加检验项目，这些检验项目不是必需的，只有用户要求时制造商才做。也就是说，用户可以根据使用条件不同，追加若干检验项目以便更好的控制材料的内在质量。但提出了这些特殊要求就意味着产品价格的上升，有些检验项目如射线探伤的费用是很高的。如何追加这些附加检验项目，应结合使用条件和产品的价格综合考虑，有时要把握好这个尺度是很难的。
c.新材料、新工艺应用方面
积极采用新材料，支持新材料、新工艺的开发和应用，可以有效地降低建设投资，又能满足生产工艺对材料的要求。
例如：用渗铝碳钢代替不锈钢用于抗硫和有机酸的腐蚀；
用碳钢与不锈钢的复合材料代替纯不锈钢材料；
用焊接质量有保证的有缝钢管代替无缝钢管；等等。
3.2

常用材料的应用限制
3.2.1铸铁
常用的铸铁有可锻铸铁和球墨铸铁两种。
一般限制条件：
1）使用在介质温度为-29～343℃的受压或非受压管道；
2）不得用于输送介质温度高于150℃或表压大于2.5MPa的可燃流体管道；
3)不得用于输送任何温度压力条件的有毒介质；
4)不得用于输送温度和压力循环变化或管道有振动的条件下。
实际上，可锻铸铁经常被用于不受压的阀门手轮和地下管道；球墨铸铁经常被用于工业用管道中的阀门阀体。
3.2.2普通碳素钢
限制条件：
a. 沸腾钢
1) 应限用在设计压力≤0.6MPa，设计温度为0～250℃的条件下；
2) 不得用于易燃或有毒流体的管道；
3) 不得用于石油液化气介质和有应力腐蚀的环境中；
b. 镇静钢
1) 限用在设计温度为0～400℃范围内。
2) 当用于有应力腐蚀开裂敏感的环境时，本体硬度及焊缝硬度应不大于HB200，并对本体和焊缝进行100％无损探伤；
c. 用于压力管道的沸腾钢和镇静钢
1)含碳量不得大于0.24%。
2) GB700标准给出了四种常用的普通碳素结构钢牌号，即：Q235A(F、b)， Q235B(F、b)、Q235C、Q235D。其适用范围如下：
Q235-A?F钢板：设计压力P≤0.6MPa；使用温度为0～250℃，钢板厚度≯12mm；
不得用于易燃，毒性程度为中度、高度或极度危害介质的管道。
Q235-A 钢板： 设计压力P≤1.OMPa；使用温度为0～350℃；钢板厚度≯16mm；
不得用于液化石油气、毒性程度为高度或极度危害介质的管道。
Q235-B 钢板：设计压力P≤1.6MPa；使用温度为0～350℃；钢板厚度≯20mm；
不能用于高度和极度危害介质的管道。
Q235-C 钢板：设计压力P≤2.5 MPa；使用温度为0～400℃；钢板厚度≯40mm；
3.2.3优质碳素钢
优质碳素钢是压力管道中应用最广的碳钢，对应的材料标准有：
GB/T699、GB/T8163、GB3087、GB5310、GB9948、GB6479等。这些标准是根据不同的使用工况而提出了不同的质量要求。它们共性的使用限制条件：
a.输送碱性或苛性碱介质时应考虑有发生碱脆的可能，锰钢(如16Mn)不得用于该环境；
b.在有应力腐蚀开裂倾向的环境中工作时，应进行焊后应力消除热处理，热处理后的焊缝硬度不得大于HB200。焊缝应进行100％无损探伤。锰钢(如16Mn)不宜用于有应力腐蚀开裂倾向的环境中；
c.在均匀腐蚀介质环境下工作时，应根据腐蚀速率、使用寿命等进行经济核
算，如果核算结果证明选用碳素钢是合适的，应给出足够的腐蚀余量，并
采取相应的其它防腐蚀措施；
d.碳素钢、碳锰钢和锰钒钢在425℃及以上温度下长期工作时，其碳化物有转化为石墨的可能性，因此限制其最高工作温度不得超过425℃ (锅炉规范则

规定该温度为450℃)；
e.临氢操作时，应考虑发生氢损伤的可能性。
f.含碳量大于0.24%的碳钢不宜用于焊连接的管子及其元件；
g.用于-20℃及以下温度时，应做低温冲击韧性试验；
h.用于高压临氢、交变载荷情况下的碳素钢材料宜是经过炉外精炼的材料。

3.2.4铬钼合金钢

常用的铬钼合金钢材料标准有GB9948、GB5310、GB6479、GB3077、GB1221等，其使用限制条件如下：
a.碳钼钢(C-0.5Mo)在468℃温度下长期工作时，其碳化物有转化为石墨的倾向，因此限制其最高长期工作温度不超过468℃；
b.在均匀腐蚀环境下工作时，应根据腐蚀速率、使用寿命等进行经济核算，同时给出足够的腐蚀余量；
c.临氢操作时，应考虑发生氢损伤的可能性；
d.在高温H2+H2S介质环境下工作时，应根据Nelson曲线和Couper曲线确定其使用条件；
e.应避免在有应力腐蚀开裂的环境中使用；
f．在400-550℃温度区间内长期工作时，应考虑防止回火脆性问题。
g. 铬钼合金钢一般应是电炉冶炼或经过炉外精炼的材料。

3.2.5不锈耐热钢

压力管道中常用的不锈耐热钢材料标准主要有GB/T14976、GB4237、GB4238、GB1220、GB1221等。其共性的使用限制条件如下：
a.含铬12%以上的铁素体和马氏体不锈钢在400-550℃温度区间内长期工作时，应考虑防止475℃回火脆性破坏，这个脆性表现为室温下材料的脆化。因此，在应用上述不锈钢时，应将其弯曲应力、振动和冲击载荷降到敏感载荷以下，或者不在400℃以上温度使用；
b.奥氏体不锈钢在加热冷却的过程中，经过540～900℃温度区间时，应考虑防止产生晶间腐蚀倾向。当有还原性较强的腐蚀介质存在时，应选用稳定型(含稳定化元素Ti和Nb)或超低碳型(C<0.0.03%)奥氏体不锈钢；
c.不锈钢在接触湿的氯化物时，有应力腐蚀开裂和点蚀的可能，应避免接触湿的氯化物，或者控制物料和环境中的氯离子浓度不超过25×10-6；
d. 奥氏体不锈钢使用温度超过525℃时，其含碳量应大于0.04％，否则钢的强度会显著下降。

3.3常用材料的使用温度
表3－1 常用金属材料的使用温度
材 料 使用温度℃
10、20
16Mn
09Mn2V
12CrMo
15CrMo
1Cr5Mo
低碳奥氏体不锈钢（018CrNi9、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni19Ti）
超低碳奥氏体不锈钢（00Cr19Ni10）
超低碳奥氏体不锈钢（00Cr17Ni14Mo2）
0Cr25Ni20 -20～425
-40-450
-70-100
≤525
≤550
≤600
-196-700
-196-400
-196-450
≤800
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伍

4 应用标准体系
目前，大多数压力管道及其元件都进行了系列化，并有相应的应用标准作支持。因此压力管道材料设计时首先要考虑的问题就是压力管道及其元件标准系列的选用。
应用标准体系。一个管系（路）中各元件所用系列标准的集合。
这些标准应包括管子系列标准、管件系列标准、法兰及其连接件系列标准、阀门标准等。
这些标准通过一定的规则在一个管系中得到应用，它们之间相互衔接、相互配合，从而确定了管道及其元件的基本参数。这些标准中尤其以管子标准和法兰标准最具代表性，它们是其它应用标准的基础。下面以管子标准和法兰标准为主，介绍应用标准。
目前，世界上各国应用的标准体系有很多，不同的国家不同的行业有不同的应用标准和标准体系，它们之间有些相差很多，无法配套使用和互换因而给使用者带来不少麻烦。
因此，压力管道设计的第一步就是选择应用标准体系，并作为设计的统一规定，以免各相关专业因采用不能互换的其它标准体系而导致错误。

世界各国应用标准大体上分为两大类。
◆管子----即钢管外径系列分为国际通用系列（大外径系列） 英制管；
国内常用系列（小外径系列） 公制管（或米制管）

DN 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600
φ 22 27 34 42 48 60 76 89 114 140 168 219 273 324 356 406 457 508 610
φ 18 25 32 38 45 57 73 89 108 133 159 219 273 325 377 426 480 530 630

◆ 法兰：欧式法兰和美式法兰
压力等级：PN 0.1 0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10.0 16.0 25.0 40.0 MPa 欧式法兰（DIN）
压力等级：PN 2.0 5.0 6.8 10.0 15.0 25.0 42.0 MPa 美式法兰（ANSI）
CL 150 300 400 600 900 1500 2500 Psi
由此可以看出，无论是法兰还是管子，上述两个系列或两个体系是不能混合使用的。

ANSI 美国国家标准化组织
ASTM.American Society of Testing Materials, 美国材料实验协会
◆ 钢管壁厚表示方法
钢管壁厚表示方法有管子表号、钢管壁厚尺寸和管子重量三种方法
1）是以管子表号"Sch"表示壁厚。
管子表号是管子设计压力与设计温度下材料许用应力的比值乘以1000,并经圆整后的数值。
即: Sch＝P/[σ]t×1000
ANSI B36.10壁厚等级：Sch10、Sch20、Sch30、Sch40、Sch60、Sch80、Sch100、Sch120、Sch140、Sch160十个等级;
ANSI B36.19壁厚等级：Sch5s、Sch10s、Sch40s、Sch80s四个等级;
2）以钢管

壁厚尺寸表示 中国、ISO、日本部分钢管标准采用
3）是以管子重量表示管壁厚度,它将管子壁厚分为三种：
a.标准重量管,以STD表示
b加厚管，以XS表示
c.特厚管，以XXS表示。
对于DN≤250mn的管子，Sch40相当于STD，DN<200mm的管子,Sch80相当于XS。
4.1国际上常用的标准体系
随着我国对外改革开放和加入WTO，各行业与国际上联系越来越多，为了更好地与国际接轨，就要求从事压力管道设计的人员对国际上通用的和先进的相关标准体系有所了解。下面介绍几个主要的应用标准体系。
4.1.1德国及前苏联应用标准体系
a.德国（DIN）
◆ 管子：大外径系列
◆ 管法兰：欧式法兰
压力等级：PN 0.1、0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4、10.0、16.0、25.0、32.0、40.0 13个等级
公称直径：DN6～4000mm
法兰密封面：平面、凸台面、凹凸面、榫槽面、橡胶环连接面、透镜面及膜片焊接面 7种
法兰型式：平焊板式、平焊松套式、翻边松套式、对焊翻边松套式、对焊环翻边松套式、对焊式、螺纹连接式、整体式及法兰盖 9种
◆ 常用的标准
DIN2410.T.1 管子及钢管标准概述
DIN2448 无缝钢管 尺寸及单位长度质量
DIN2458 焊接钢管 尺寸及单位长度质量
DIN2500 法兰 一般说明
DIN2501.T.1 法兰 连接尺寸
DIN2519 钢法兰 交货技术条件
DIN2980 带螺纹的钢管配件

b. 前苏联（ΓOCT）
◆ 管子：小外径系列 外径尺寸同我国的JB 系列
◆ 管法兰：欧式法兰
压力等级：PN 0.1、0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4、10.0、16.0、20.0 11个等级
公称直径：DN6~3000mm
法兰密封面：全平面、凸台面、凹凸面、聚四氟乙烯用榫槽面、透镜面及椭圆型环连接面 7种
法兰型式：平焊板式、平焊松套式、翻边松套式、对焊式、螺纹连接式、整体式及法兰7种

※德国管法兰标准DIN和前苏联管法兰标准ΓOCT在PN≤16.0的等级中可以配对使用,但已不能互换(因为接管尺寸系列不同)。随着前苏联解体,其应用标准体系ΓOCT目前在国际工程上已很少用。
4.1.2 美国应用标准体系(ANSI)
美国国家标准ANSI B16.5《钢制管法兰及法兰管件》是一个比较完整、比较成熟同时也是国际上比较流行、比较通用的先进标准。该标准与其它相关的ANSI、API 、ASTM、MSS组成的压力管道应用标准体系形成于大量的试验研究基础之上,并经历了数十年的实践检验,因此不失为一个科学、先进的标准,并广泛为各个国家所接受。
◆ 管子：大外径系列 (ANSI B36.10和ANSI B36.19)
公称直径范围：(DN6~DN2000)mm
壁厚表示方法：
1）是以管子表号"Sch"表示壁厚；
2）是以管子重量表示管壁厚度。
◆ 管法兰：美式法兰
压力等级：

CL 150 300 400 600 900 1500 2500 Psi 7个等级
公称直径：DN15~600mm
法兰密封面：凸台面（RF）、凹凸面（MF）、榫槽面（TG）、金属环连接面 4种
法兰型式：平焊式、承插焊式、对焊式、螺纹连接式、松套式及法兰盖 6种
◆美国应用标准体系ANSI中常用的标准有：
ANSI/ASME B36.10 无缝及焊接钢管
ANSI/ASME B36.19 不锈钢无缝及焊接钢管
ANSI/ASME B16.9 工厂制造的钢对焊管件
ANSI/ASME B16.11 承插焊和螺纹锻造管件
ANSI/ASME B16.28 钢制对焊小半径弯头和回弯头
ASME/ANSI B16.34 法兰连接、螺纹连接和焊接连接的阀门
ASME/ANSI B16.5 管法兰和法兰管件
ASME/ANSI B16.36 孔板法兰
ASME/ANSI B16.42 球墨铸铁法兰和法兰管件
ASME/ANSI B16.47 大直径钢法兰
ASME/ANSI B16.20 管法兰用缠绕式、包覆式垫片和环槽式用金属垫片
ASME/ANSI B16.21 管法兰用非金属平垫片
ASME/ANSI B18.2.1 方头和六角头螺栓和螺纹
ASME/ANSI B18.2.2 方头和六角头螺母
API std605 大口径法兰、法兰盖
API std526 法兰连接钢制泄压阀
API std598 阀门的检验与试验
API std599 法兰连接和焊接连接的金属旋塞阀.果
API std600 法兰和对焊连接的钢制闸阀
API std602 小型钢闸阀(紧凑型闸阀)
API std603 150磅耐腐蚀用法兰阀
API std608 法兰连接和对焊连接的金属球阀
API std609 支耳型和对夹型蝶阀
API std6D 管道阀门规范
MSS SP-44 带颈平焊法兰
4.1.3 日本应用标准体系(JIS)
◆ 管子：大外径系列 (JIS G3454、JIS G3458、JIS G 3459) 与ANSI大多数相同
无缝钢管公称直径：(DN6~DN650)mm
壁厚表示方法：管子表号"Sch"表示壁厚
碳钢及合金钢JIS G3454、JIS G3458：
Sch10、Sch20、Sch30、Sch40、Sch60、Sch80、Sch100、Sch120、Sch140、Sch160 10个等级;
不锈钢JIS G 3459：
Sch5s、Sch10s、Sch20s、 Sch40s、Sch80s、 Sch120s 、Sch160s 7个等级;
焊接钢管公称直径：(DN350~DN2000)mm
壁厚表示方法：直接用壁厚数值表示。
◆ 管法兰：(JIS B2201、JIS B2220等)自成体系,既不属于"美式法兰",也不属于"欧式法兰"
公称直径： (DN10~DN1000)mm
公称压力等级：2K、5K、l0K、16K、20K、30K、40K、63K 共8个等级
法兰密封面：光滑面、大凸台面、小凸台面、凹凸面、榫槽面 5种
法兰型式：平焊式、承插焊式、对焊式、螺纹连接式、松套式及法兰盖6种

※JIS应用标准体系与ANSI和DIN等都不能配套使用。为了弥补这个缺陷,日本石油学会编制了一套JPI标准,它基本上等效采用了ANSI/API应用标准体系,故它能与ANSI互换。
◆日本应用标准体系JIS中常用的标准有:
JIS G3452 普通用途碳钢管
JISG3454 承压用碳钢管
JISG3455 承压用碳钢管
JISG3456 高温用碳钢管
JISG3457 电弧焊碳钢管
JIS G3458 合金钢管

JIS G3459 不锈钢钢管
JIS G3468 电弧焊大直径不锈钢钢管
JIS B2201 铁素体材料管法兰压力等级
JIS B2202 管法兰尺寸
JIS B2210 铁素体材料管法兰基础尺寸
JISB2220 钢制管法兰
JIS B2302 钢制螺纹连接管件
JIS B2311 普通用途的钢制对焊管件
JIS B2312 钢制对焊管件
JIS B2313 钢板制对焊管件
JIS B2316 承插焊管件
JIS B2401 O形环
JIS B2404 管阀兰用缠绕式垫片
JIS B3453 压缩石棉垫片
4.1.4国际标准化组织（ISO）的应用标准体系
◆ 管子：基本上属大外径系列(ISO4200)
**标准(ISO4200)系列1基本上采用了ANSI的尺寸,仅DN>1100mm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、PN0.6、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(G 、机械行业标准(J 、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DN≤1100mm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 10～400 Sch5s、Sch10s、Sch20s、Sch40s、Sch80s
2 碳素钢、合金钢无缝钢管 10~600 Sch20、Sch30、Sch40、Sch60、Sch80、Sch100、Sch120、Sch140、Sch160、XXS
3 奥氏体不锈钢焊接钢管 80~1000 2.0~12mm
4 碳素钢、合金钢焊接钢管 150~2000 4.0~18mm
◆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：DN15~DN1500mm
法兰密封面： 当DN≤600时，凸台面、凹凸面、全平面、榫槽面、环槽面 5种
DN≥650时，凸台面 1种
法兰型式： 当DN≤600时，平焊、对焊、承插焊、螺纹连接、松套 5种
DN≥650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：DN10~DN2000mm
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阀门配套使用。.
美式法兰标准(HG20615-HG20626)
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: DN15~1500
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 锻钢制承插焊、螺纹和对焊接管台
HG/T21637 化工管道过滤器
HG/T21577 快速特种接头
HG20592~20605 钢制管法兰(欧洲体系)
HG20615~20626 钢制管法兰(美洲体系)
HG20606~20612 钢制管法兰用垫片(欧洲体系)
HG20627~20633 钢制管法兰用垫片(美洲体系)
HG20613 钢制管法兰紧固件(欧洲体系)
HG20634 钢制管法兰紧固件(美洲体系)
4.2.3机械行业应用标准体系
◆ 管子尺寸 属于"小外径系列"
◆法兰标准 欧式法兰
压力等级：PN 0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、20.0等10个压力等级
公称直径：DN15~DN1600mm
法兰型式：整体、板式平焊、对焊、平焊环板式松套、对焊环板式松套、翻边板式松套和法兰盖等7种
密封面型式：平面、凸面、凹凸面、榫槽面、环连接面 5种。
※JB没有相应的管子尺寸系列标准、管件标准，体系很不完善，需要GB体系作支持；
JB法兰标准把不同等级的材料列入同一温度－压力表中，以至失去了其科学性；
JB阀门标准以有限的型号给出选用系列(从各产品汇编中体现出来)，既限制了其使用范围，又失去了其灵活性。从许多生产装置的应用情况来看,JB阀门的使用性能也不尽人意；JB阀门不能与ANSI配伍使用,不便于与世界接轨；
◆机械行业应用标准

体系中的常用标准有:
JB/T74 管路法兰技术条件
JB/T75 管路法兰类型
JB/T79.1~79.4 整体铸钢管法兰
JB/T81 板式平焊钢制管法兰
JB/T82.1~82.4 对焊钢制管法兰
JB/T83 0.25、0.6、1.0、1.6、2.5MPa平焊环式松套钢制管法兰
JB/T84 4.0、6.3、10.0MPa凹凸面对焊环板式松套钢制管法兰
JB/T85 0.25、0.6MPa翻边式松套钢制管法兰
JB/T86.1~86.2 钢制管法兰盖,
JB/4700～4703 压力容器用法兰
JB/T87~90 管路法兰用垫片
JB4704~4706 压力容器用垫片
4.2.4国家应用标准体系
◆管子尺寸系列标准GB17395属于"大外径系列"
◆ .法兰标准：(GB/T 9112-2000) 包括欧式法兰和美式法兰
接管分为系列I、系列II
系列I为“大外径系列” ，以期能与SH标准等匹配；
系列II为“小外径系列” ，以期能与JB标准等匹配。
欧式法兰：分为系列I、系列II，
公称压力 PN 0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0MPa 9个等级
公称通径 DN10～2000mm
法兰型式：整体、带颈螺纹、对焊、带颈平焊、板式平焊、平焊环板式松套、对焊环板式松套、翻边环板式松套和法兰盖等9种
密封面型式：平面、突面、凹凸面、榫槽面 4种。
美洲法兰：系列I(大外径)
公称压力 PN 2.0、5.0、11.0、15.0、26.0、42.0MPa 6个等级
公称通径 DN10～600mm
法兰型式：整体、带颈螺纹、对焊、带颈平焊、带颈承插焊、对焊环带颈松套和法兰盖等7种
密封面型式：平面、突面、凹凸面、榫槽面、环连接面 5种。
※ 它基本上能含盖JB标准和HG标准的"欧洲体系"标准,为取代这两个标准创造了条件;
※ "欧式法兰"和"美式法兰"，其温度-压力等级值的确定是将中国材料与欧洲材料和美洲材料进行性能对比后,选用ISO7005-1中规定的相应材料的压力－温度参数。
※ 压力管道国家标准体系也是一个比较完整的标准体系。它的管件标准分为A、B两个系列，其中A系列为“大外径系列”，以期能与SH标准等匹配；B系列为“小外径系列”，以期能与JB标准等匹配。
◆中国国家应用标准体系常用标准
GB12459 钢制对焊无缝管件
GB/T13401 钢板制对焊管件
GB/T14626 锻钢制螺纹管件
GB/T14382 管道用三通过滤器
GB/T14383 锻钢制承插焊管件
GB/T9112~9124 钢制管法兰
GB4622.1~3 管法兰用缠绕式垫片
GB9126.1~4 管法兰用石棉橡胶垫片
GB9128.1~2 管法兰用金属环垫片
GB/T13404 管法兰用聚四氯乙烯包覆垫片
GB/T15601 管法兰用金属包覆垫片
GB30 六角螺栓
GB52 六角螺母
GB56 六角厚螺母
GB901 等长双头螺柱B级
GB6170 I型六角螺母A和B级
GB6171 I型六角螺母细牙A和B级
GB6175 II型六角螺母A和B级.
GB6176 皿型六角螺母细牙A和B级
GB12220 通用阀门 标志
GB12221 法兰连接金

属阀门 结构长度...
GB12224 钢制阀门一般要求,..
GB12234 通用阀门 法兰和对焊连接钢制闸阀..
GB12235 通用阀门 法兰连接钢制截止阀和升降式止回阀
GB12236 通用阀门 法兰连接钢制旋启式止回阀
GB12237 通用阀门 法兰和对焊连接钢制球阀
GB12238 通用阀门 法兰和对夹连接蝶阀
GB12239 通用阀门 隔膜阀
GB12244~12246减压阀
GB12247~12251蒸汽疏水阀
GB/T13927 通用阀门 压力试验
4.2.5 压力管道应用标准体系配伍
a．可用的压力管道应用标准体系比较多，而且各标准体系之间有些是不能配套使用的,有些虽然基本能配套使用但尚有个别问题应注意。
b.一个装置或同时建设的几个装置应尽量采用同一个应用标准体系,这样可以避免由于不同标准体系之间的配合问题而带来的一些错误。
c.工程中经常遇到在一个装置上同时采用两套或多套应用标准体系的情况,或者是由于某套标准体系的应用标准不完善,需要其它体系的标准进行支持。这就要求材料工程师除了在了解有关的标准体系之外,还应知道各体系之间的标准配合问题。
d.注意核对各标准的温度-压力值。
5管道压力等级
5.1 设计条件
5.1.1设计压力
5.1.2设计温度
5.2影响管道压力等级确定的因素
5.2.1应用标准体系
5.2.2材料
5.2.3操作介质
5.2.4介质温度及管系附加力

5.3影响壁厚等级确定的因素
5.3.1材料的许用应力
5.3.2腐蚀余量
5.3.3管子及其元件的制造壁厚偏差
5.3.4焊缝系数
5.3.5设计寿命
5.4 常用压力管道器材的设计标准

5管道压力等级
前面已经提及，压力管道的组成件一般都是标准件，因此压力管道组成件的设计主要是其标准件的选用，管道压力等级的确定也就是其标准件等级的确定。
管道的压力等级包括两部分:
以公称压力表示的标准管件的公称压力等级；
以壁厚等级表示的的标准管件的壁厚等级。
管道的压力等级：通常把管道中由标准管件的公称压力等级和壁厚等级共同确定的能反映管道承压特性的参数叫做管道的压力等级。而习惯上为简化描述，常把管道中管件的公称压力等级叫做管道的压力等级。
压力等级的确定是压力管道设计的基础，也是设计的核心。它是压力管道布置、压力管道应力校核的设计前提条件，也是影响压力管道基建投资和管道可靠性的重要因素。
5.1 设计条件
工程上，工艺操作参数不宜直接作为压力管道的设计条件，要考虑工艺操作的波动、相连设备的影响、环境的影响等因素，而在工艺操作参数的基础上给出一定的安全裕量作为设计条件。这里所说的设计条件主要是指设计压力和设计温度。
管道的设计压力：应不低于正常操作

时，由内压(或外压)与温度构成的最苛刻条件下的压力。
最苛刻条件：是指导致管子及管道组成件最大壁厚或最高公称压力等级的条件。
设计压力确定： 考虑介质的静液柱压力等因素的影响，设计压力一般应略高于由(或)外压与温度构成的最苛刻条件下的最高工作压力。
a. 一般情况下管道元件的设计压力确定
一般情况下，为了操作上的方便，在此不妨采用压力容器的做法，即在相
应工作压力的基础上增加一个裕度系数。

表5-1 一般情况下管道元件的设计压力确定
工作压力Pw(MPa) 设计压力P(MPa)
Pw≤1.8 P= Pw+0.18
1.84.0Pw>8.0 P=1.05 Pw
※ 当按该原则确定的设计压力会引起管道压力等级变化时，应判断该工作压力是否就是由内压(或外压)与温度构成的最苛刻条件下的最高工作压力，如果是，在报请有关技术负责人批准的情况下，设计压力可取此时的最高工作压力，而不加系数。

b. 管道中有安全泄压装置时，
管道中有安全泄压装置时预示着该管道在运行过程中有出现超出其正常操作压力的可能。设置安全泄压装置(如安全阀、爆破片等)的目的，就是在系统中出现超出其正常操作压力的情况时，能将压力自动释放而使设备、管道等系统的硬件得到保护。此时管道的设计压力应不低于安全泄压装置的设定压力。
c. 管道中有高扬程的泵
对于高扬程的泵，尤其是往复泵，在开始启动的短时间内，往往会在第一道切断阀之前的管道和泵内产生一个较高的封闭压力，有时这个封闭压力会达
到一个很大的值。此时泵的出口管道，其设计压力应取泵的最大封闭压力值。
d. 真空系统
真空系统管道承受的压力就是其外部的大气压力，故其设计压力应取0.1MPa外压；
e. 与塔或容器等设备相连的管道
与塔或容器等设备相连的管道其设计压力应不低于所连设备的设计压力。当管道内有较高的液体液柱时，还应考虑该液体静压头的影响。事实上，对于管道来说，其受力要比设备复杂，这是因为它除受介质载荷之外，还往往遭受到由于管道的热胀冷缩而产生的管系力等。因此，管道的设计压力一般应不低于设备的设计压力。
5.1.2设计温度
管道的设计温度: 应不低于正常操作时，由内压（或外压）与温度构成的最苛刻条件下的温度。
最苛刻条件 指导致管子及管道组成件最大壁厚、最高公称压力等级或最高材料等级的条件。
设计温度的确定:考虑环境、隔热、操作稳定性等因素的影响，设计温度应略高于由内压(或外压)与温度构成的最苛刻条件下的最高工作温度。
a. 一般情况下管道元件的设计温