常用金属材料_沧州五森管道有限公司

常用金属材料

从第一节中已经知道，压力管道中最常用的材料是金属材料，而且不同元素组成的金属材料其性能差别很大，既是相同的材料，在不同的环境下，其性能也不同。然而，不同的元素或相同的元素以不同比例组成可以得到无数种金属材料，要罗列出这些材料是不现实的，也是没有必要的。在这里仅对压力管道中常用的金属材料，就其分类、特点、用途和表示方法进行介绍。

在所用的众多金属材料中，大致可以分为两大类：黑色金属和有色金属。黑色金属通常指铁和铁的合金，有色金属是指铁及铁合金以外的金属及其合金。

一、常用黑色金属材料

黑色金属根据它的元素组成和性能特点可以分为三大类，即铸铁、碳素钢及合金钢。

（一）铸铁

从铁碳合金相图（图3-4）中可以知道，含碳量大于2.06%的铁碳合金称为铸铁（而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，含碳和硅量也比较高。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，故铸铁的性能特点是可焊性、塑性、韧性和强度均比较差，一般不能锻造，但它却具有优良的铸造性、减摩性、切削加工性能，价格便宜，因此常用作泵机座、低压阀体等材料，有时地下低压管网也用铸铁做成的管子和管件。根据铸铁中石墨的形状不同可将铸铁分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁三类。

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。灰口铸铁各项机械性能均较差，工程上很少用。根据GB9439的规定，灰口铸铁的牌号表示方法如下：

H T X X

最小抗拉强度的十分之一，MPa

“灰铁”两字的汉语拼音第一个字母

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，此类铸铁称之为可锻铸铁。在可锻铸铁中，由于团絮状石墨对金属基体的割裂和引起应力集中的作用比片状石墨小，故可锻铸铁的强度、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。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，牌号有KTH330－8、KTH350－10（见GB9440标准）等。黑心可锻铸铁的牌号表示方法如下：

KTH X X X —— X X

延伸率，（%）

最低抗拉强度，MPa

“可铁黑”三字的汉语拼音第一个字母

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。由于球状石墨比团絮状石墨对金属基体的割裂和引起应力集中的作用更小，故球墨铸铁的各项机械性能指标均优于可锻铸铁，故可代替可锻铸铁用在较苛刻的条件下。球墨铸铁比可锻铸铁价格便宜，故它的应用更广泛。球墨铸铁牌号的表示方法为QTXXX-XX，后面的数字意义同可锻铸铁，QT为“球铁”两字的汉语拼音第一个字母。常用的球墨铸铁有QT400－15、QT450－10等牌号，见GB12227标准。

（二）碳素钢

在铁碳合金相图（图3-4）中，含碳量小于等于2.06%的铁碳合金称为碳素钢。

注：实际上，从使用性上来说，锰钢（含锰的碳素钢）使用范围与碳素钢大致相同，仅仅是钢的强度比碳素钢高，

而重量略轻，故国外例如美国ASTM标准常将锰钢与碳素钢归为一类，统称为碳钢，而我国的材料标准则将

锰钢叫做低合金钢。作者认为有些不妥，因为在人们的印象中，凡合金钢都是通过加入Cr、Mo、Ni、V、W

等合金元素，且表现出特殊的性能（如耐热性、抗腐蚀性等）。但为了与我国的标准保持一致，这里仍将锰钢

等归为低合金钢。

碳素钢的分类方法有很多种，如按化学成分分类常分为低碳钢（C<0.25%）、中碳钢（C=0.25%~0.6%）和高碳钢（C>0.6%）三种；按质量分类常分为普通钢（S≤0.05%，P≤0.05%）、优质钢（S≤0.04%，P≤0.04%）和高级优质钢（S≤0.02%，P≤0.03%）三类；按用途分类常分为结构钢、承压用钢（压力容器用钢、锅炉用钢）、工具钢等。由于中碳钢和高碳钢可焊性较差，在工程设计中除螺栓材料之外，常用的压力管道材料都是低碳钢。

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，详见本章第四节。

普通碳素钢根据其冶炼过程的脱氧程度不同可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。在浇铸前不用硅和铝脱氧，浇铸时在钢锭模内产生沸腾现象，这类钢叫沸腾钢。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。进行中等程度脱氧，介于沸腾钢和镇静钢之间的钢叫半镇静钢。沸腾钢常在其材料牌号后面加字母F进行表示，半镇静钢则是在其材料牌号后面加字母b进行表示，镇静钢省略不加。

沸腾钢由于脱氧不完全，钢液中含氧量多，浇注及凝固时会产生大量CO气泡，造成剧烈的沸腾现象。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。

镇静钢由于脱氧完全，浇注时钢液平静，没有沸腾现象，冷凝后有集中缩孔，所以成材率低，成本高。但镇静钢中气体含量低，时效倾向小，钢锭中气泡、疏松较少，质量较好。

普通碳素钢的表示方法和代号按GB700标准规定如下：

Q XXX——X X

冶炼时的脱氧方法，分别为F、z、b三个字母。F为沸腾钢；z为镇静

钢，可省略不注；b为半镇静钢。

质量等级号，分别用A、B、C、D字母表示。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、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的转炉冶炼，而优质碳钢则采用平炉或钝氧顶吹转炉冶炼，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，故这类钢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标准规定如下：

XX X X XX X

特殊用途标记，如R表示压力容器用钢；g表示锅炉用钢；D表示低

温用钢。如果为沸腾钢或半镇静钢，尚应用“F”或“b”字母附后。

含锰元素的量达到0.7%以上时，或者特意加入的其它元素，为该元素

的化学符号，如Mn，Si等。

两位数数字，表示钢中平均含碳量的万分之几。常见的有10、20、25、

35等。

两个字母“ZG”，表示铸钢，铸钢以外的生产方法不表示。

GB699标准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、15、20、25、……70Mn等31种材料牌号，而压力管道中常用的牌号为08、10、20三种。08和10钢因含碳量低、硬度低、塑性好，常用作金属垫片。20钢则常用于管子和管件。

GB8163、GB9948、GB6479、GB3087、GB5310等标准给出了优质碳素钢钢管的材料制造要求，它们都是压力管道常用的钢管标准，有关这些标准的应用将在第五章中介绍。

GB710、GB711、GB713、GB5681、GB6654等标准给出了优质碳素钢钢板的材料制造要求，它们都是压力管道常用的钢板标准。选用时，应根据其应用范围确定。

GB12225、GB12228等标准给出了压力管道常用的优质碳素钢的铸件材料制造要求。

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，工程上应用的并不多。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。高级优质碳素钢的表示方法是在优质碳素钢的牌号后面加字母“A”。

（三）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。

材料中加入合金元素后，其性能将发生一系列的变化。

从本章第一节中已经知道，常用钢材都是由铁素体、奥氏体、碳化物、金属间化合物、金属和非金属夹杂物以及基本上不溶解于钢中的少量的游离元素等组成的混合体，但不同的钢具有不同的晶格结构和微观组织，也表现出不同的性能。钢的性能取决于铁的固溶体和碳化物的各自性能以及彼此相对的分布状态，合金元素正是通过改变上述的因素而发生作用的。

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。在珠光体低合金钢中，合金元素主要是通过对铁素体的固溶强化和使珠光体变细而得到强化的。

一般情况下，除了碳元素对合金钢的淬火和回火性能有影响外，合金元素的影响则更大，其影响主要表现在：提高钢的淬透性，使截面积较大的零部件也能获得全部的马氏体组织；提高钢的回火稳定性，使材料在较高温度下回火也能获得较好的综合机械性能。

一般情况下，蠕变的产生常由于晶界强度的降低所致，而合金元素如钼、铬等能显著提高材料的晶界强度，从而使材料有较高的抗蠕变性能。

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。例如，从组织上来讲，奥氏体组织有较好的塑性和韧性，超细晶粒组织其塑性和韧性也较好，故通过加入足够的合金元素使材料在常温下为奥氏体组织，或加入能使奥氏体晶粒变细的铝（Al）、镍（Ni）等元素而获得的材料，用于低温甚至超低温下仍具有良好的塑性和韧性。

奥氏体不锈钢由于有较多的合金元素，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。

综上所述，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。根据用途不同，合金钢可以按表3-2分类：

表3-2 合金钢的分类

第一层分类	第二层分类	第三层分类	特点及用途
合金	合金结构钢	低合金钢	属于低碳型合金钢，合金元素总量一般不超过3%，强度明显高于碳素钢，有较好的塑性和韧性，可焊性尚可，常用于中高温、抗氢、抗高温硫腐蚀等工况条件
钢		调质钢	属中碳型合金钢，合金元素含量也比较低，主要是用于提高淬透性，获得强度较高的索氏体组织。这类合金钢常用作高温螺栓、螺母材料

表3-2（续）

第一层分类	第二层分类	第三层分类	特点及用途
	合金结构钢	弹簧钢	其含碳量比调质钢更高，通过调质处理以获得较高的强度和屈强比，并有较好的抗疲劳强度，常用作弹簧材料
		滚动轴承钢	属于高碳型合金钢，合金含量较高，通过球化退火、淬火、低温回火等获得高而均匀的硬度和耐磨性，常作滚动轴承等
		刀具钢	属高碳型合金钢，通过淬火+低温回火获得马氏体组织，有较高的硬度、耐磨性和热硬性，常用作机加工切削工具
合	合金工具钢	模具钢	属中碳型合金钢，通过淬火+高温回火获得索氏组织，以获得较好的强度、韧性、硬度和耐磨性，同时还具有好的回火稳定性，常用作锻造模具
金		量具钢	属高碳型合金钢，通过复杂的热处理工艺（包括冷处理和人工时效处理）使得它既具有高的硬度和耐磨性，还具有机加工性能好、稳定性好等特点，常用作量具材料
钢	特殊性能钢	不锈钢	属于低碳高合金元素的合金钢，利用合金元素本身的抗蚀性或形成单一的组织，常用于抗腐蚀。一部分不锈钢可用作耐热钢。
		耐热钢	属于低碳高合金元素的合金钢，但并不是所有的耐热钢都可以用作抗腐蚀
		低温钢	属于低碳合金钢，根据耐低温的温度不同，其合金元素有高有低。常用的低温专用钢为镍钢

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，有兴趣的读者可查阅有关专著，在此不再作进一步的介绍。

1、低合金钢

工程上常用的低合金钢有碳锰系、碳锰钒系、铬钼系和铬钼钒系等系列。

GB/T1591标准给出了碳锰系和碳锰钒系低合金钢的化学成分和机械性能要求。该标准列出了Q295A（B）、Q345A~E、Q390A~E、Q420A~E、Q460C~E共20种材料牌号。其表示方法及代号含义同普通碳素钢部分。当用于常温及以上温度时，可用A、B或C级；当用于－20℃~－40℃时，可用D或E级。值得一提的是，该标准修订前与修订后的表示方法差别很大，而当该标准修订后，其它相应的配套标准（例如GB8163、GB9948、GB6479、JB4726、GB6654等）尚未随之变动，故近期应用时应注意这个问题。

GB3077标准给出了铬钼系和铬钼钒系低合金钢的化学成分和机械性能要求。该标准共列出了81种材料牌号，其表示方法按GB221标准的规定如下：

XX X X XXXX X

特殊用途标记，同优质碳钢部分。对于高级优质合金钢，则在其基

本代号后面加字母“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

表示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”，表示铸钢，铸钢以外的生产方法不表示。

常用的铬钼系和铬钼钒系低合金钢材料牌号有12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV等，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；12Cr1MoV常用于575℃以下的高温高压蒸汽介质。

2、调质合金钢

调质合金钢属于低合金结构钢的一种，合金元素总量一般不大于3％，但由于它的含碳量较高，故强度高，可焊性差，常用于螺栓、螺母材料。

GB3077标准给出了调质合金钢的化学成分和机械性能要求，其表示方法同低合金钢中的铬钼系和铬钼钒系。常用材料牌号有40Cr、45Cr、30CrMo、30CrMoA、35CrMo、35CrMoA、25Cr2MoVA等。用作螺栓材料时常为高级优质调质合金钢。

3、不锈钢

不锈钢的最大特点就是其合金元素含量比较高，均超过10％，有的高达50％甚至更多。由于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。

不锈钢根据其常温的组织不同可分为奥氏体型、奥氏体—铁素体双相型、铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型五类。对于奥氏体型又可根据其含碳量的不同分为高碳型（C=0.04%~0.12%），低碳型（C≤0.08%）和超低碳型（C≤0.03%）三种。

a、奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢常温组织为单一奥氏体组织，它消除了组织之间的电位差，故有利于抗电化学腐蚀。又由于它含有大量耐蚀合金元素，故也抗高温化学腐蚀。奥氏体不锈钢具有良好的综合机械性能，也具有良好的可焊性，故工程上应用很广泛。但其价格较高，约是碳钢材料的10倍，是普通合金钢的近4倍，故不是必须使用时就不要轻易选用。

高碳奥氏体不锈钢由于其含碳量较高，高温强度较高，故常用作耐热钢。

超低碳型奥氏体不锈钢由于其含碳量较低，不易产生晶间腐蚀倾向，故常用作耐腐蚀钢。但它的强度较低，尤其是高温强度较低，故不应在高温下使用。

低碳型奥氏体不锈钢的性能介于高碳和超低碳之间，既可作防腐蚀用，又可作为耐热用。但其防腐性能不如超低碳型，而高温强度不如高碳型。

有时为了使奥氏体不锈钢既具有较高的强度和耐热性，又具有抗晶间腐蚀性能，常在低碳型奥氏体不锈钢中加入稳定化元素（Ti、Nb），得到稳定型的奥氏体不锈钢。这种材料对耐温和耐蚀兼而有之，故工程上应用较广。

不锈钢（包括奥氏体型、奥氏体—铁素体双相型、铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型）的表示方法按GB221标准规定如下：除含碳量的表示方法不同外，其它均与低合金钢相同。此时的含碳量以一位数字来表示，该数字为平均含碳量的千分之几。当平均含碳量小于千分之一时，用“0”表示；当平均含碳量小于0.03%时，用“00”表示。

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)、00Cr17Ni14Mo2(316L)、0Cr18Ni10Ti(321)、0Cr18Ni11Nb（347)、0Cr25Ni20（310）、0Cr23Ni13等。

b、奥氏体—铁素体型不锈钢

奥氏体—铁素体型不锈钢常温组织为奥氏体+铁素体组织。由于此类材料中含有硅、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。它与奥氏体型不锈钢一样，具有良好的综合机械性能，也具有良好的可焊性，故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—铁素体型不锈钢的材料牌号。关于这些材料牌号的应用可参照有关的手册或专著。

c、铁素体型不锈钢

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铬氧化物薄膜，从而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，焊接性能也比较差，还容易出现475℃回火脆性和σ相析出引起的脆性，故常用在腐蚀性较弱的环境。铁素体型不锈钢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，而常用的材料牌号有00Cr12和0Cr13Al。

d、马氏体型不锈钢

马氏体型不锈钢的合金元素含量与铁素体型不锈钢类似，但其含碳量较高，淬透性较好，容易得到硬而脆的马氏体组织。因此，它具有较高的硬度和耐磨性，耐蚀性较弱，常用于医疗中的手术刀，而压力管道中则常用作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，而常用的材料牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13等。

e、沉淀硬化型不锈钢

沉淀硬化型不锈钢是指可以进行沉淀硬化处理的奥氏体或马氏体型不锈钢。经过沉淀硬化处理后，此类不锈钢有很高的强度和硬度，其耐蚀性则接近于奥氏体不锈钢，在压力管道中它常用作螺栓和螺母材料。

GB1220标准给出了0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al共3种沉淀硬化型不锈钢的材料牌号。关于这些材料牌号的应用可参照有关的手册或专著。

4、耐热钢

GB1221标准共给出了40种耐热钢的材料牌号。对比GB1220和GB1221标准就可以看出，除超低碳不锈钢和双相不锈钢外，大多数不锈钢都可用作耐热钢。耐热钢根据其常温的组织不同可分为奥氏体型、铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型四大类。工程上常用的耐热钢材料牌号有：

a、奥氏体型：0Cr18Ni9(304)、0Cr17Ni12Mo2(316)、0Cr18Ni10Ti(321)、0Cr18Ni11Nb（347)、0Cr25Ni20（310）、0Cr23Ni13等；

b、铁素体型：00Cr12、0Cr13Al等；

c、马氏体型：1Cr5Mo、1Cr13、2Cr13、3Cr13等；

d、沉淀硬化型：0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al等。

值得一提的是，作为耐热合金钢，工程上常用的还有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，故也用在此类介质环境中。这类钢焊接性较差，容易出现延迟裂纹，故一般焊后要进行热处理。

5、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。此外，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，故一般要严格控制。

我国的低温用钢有16Mn、09Mn2V、06AlCu、06MnNb等，或者用奥氏体不锈钢。但前者一般适应的低温温度不宜太低，而奥氏体不锈钢又比较贵，故这里介绍ASTM中常的低温用钢，即镍（Ni）钢。常用的镍钢牌号及其化学成分和性能见表3-3所示。

表3-3 常用镍钢的化学成分和机械性能

	化学成分				强度及塑性			V型冲击韧性		适用
牌号	C	Mn	Si	Ni	σ_s (MPa)	σ_b (MPa)	σ(%)	T_试(℃)	a_k (J\cm²)	温度(℃）
2.5Ni	≤0.17	≤0.70	0.15~ 0.30	2.1~2.5	260	≥500	23	-50	20	-50

表3-3（续）

	化学成分				强度及塑性			V型冲击韧性		适用
牌号	C	Mn	Si	Ni	σ_s (MPa)	σ_b (MPa)	σ(%)	T_试(℃)	a_k (J\cm²)	温度(℃）
3.5Ni	≤0.17	≤0.70	0.15~ 0.30	3.25~ 3.75	260	≥500	23	-101	20	-101
5Ni	≤0.13	0.30~ 0.60	0.20~ 0.35	4.75~ 5.25	460	≥670	20	-170	34	-170
9Ni	≤0.13	≤0.90	0.15~ 0.30	8.5~9.5	530	≥700	20	-196	34	-196

二、常用有色金属材料

工业上通常将铝、铜、镁、铅、锌等金属及其以这些金属为基体组成的合金叫做有色金属。应该说，这些材料在压力管道上的应用并不多，但由于它们具有一些独特的性能，故仍有必要作一介绍。

有色金属与黑色金属相比，具有以下特点：重量轻，比强度高，有特殊的耐腐蚀性能。但其强度一般较低，冶炼困难，价格高。

有色金属的种类很多，比较常用的有色金属有铝及铝合金、铜及铜合金。表3-4给出了铝及铝合金、铜及铜合金的分类、特点和用途。

表3-4 常用有色金属的分类、特点及用途

第一层分类	第二层分类	第三层分类	特点及用途
	铝合金	防锈铝合金（LF）	属于Al-Mn（LF21）或Al-Mg（LF5、LF11）合金。前者比钝铝有较好的耐蚀性，强度高，且有较好的压力加工性能和焊接性能，但机加工性能较差。后者重量比钝铝轻，强度比Al-Mn合金高，耐蚀性能好，可替代钝铝和Al-Mn合金，压力管道中常用作低温材料
常用		硬铝合金（LY）	属Al-Cu-Mg合金，它比防锈铝合金有较高的强度和较好的机加工性能，但防腐蚀性能不如防锈铝合金好，尤其不耐海水腐蚀，可作地脚螺栓等材料
有色金属	铜合金	黄铜(主要添加成分为锌）	常用的有锡黄铜（HSn62-1）、铅黄铜（ZHPb59-1）和铁黄铜（ZHFe59-1-1）三种。锡黄铜能耐海水腐蚀，强度较高，常用于船舶用管；铅黄铜因铅的存在而使其加工性能较好，耐磨性也较好，但强度低，常用作阀杆轴承衬套；铁黄铜具有较好的耐海水腐蚀性能，强度适中，有较好的耐磨性，故常用作轴承衬套和船用管道附件
		青铜(主要添加成分为锡）	常用的有锡青铜（QSn4-4-2.5）、铝青铜（QAl9-2）、铸造铝青铜（ZQAl9-2）三种。锡青铜有良好的减摩性和耐蚀性，常用作受磨擦的零件如轴承等；铝青铜有较高的机械性能和耐蚀性，可用作海轮上的管道配件；铸造铝青铜机械性能适中，用于铸造耐磨零件

1、铝及铝合金

铝很轻，比重为2.7，其密度大约是铜的三分之一；铝塑性好（y＝80％），强度低（s_b＝80~100MPa），机加工性能较差；铝很容易被氧化而形成一层致密的、附着力很强的氧化膜，该氧化膜能保护铝进一步被腐蚀，故它具有很好的抗大气腐蚀性能。但因氧化膜的存在，增加了铝在焊接时的焊接缺陷，故它比碳钢的焊接性能差。铝与硅、铜、镁、锰等组成的合金，可以根据其组成的比例不同，而得到多种铝合金，而且不同合金的机械性能和耐腐蚀性能差别很大。常见铝合金的性能特点、用途已列入表3-4中，其化学成分、机械性能、可适用的腐蚀介质等可查阅有关手册或专著。铝合金的表示方法为：字母后面跟随数字，字母为“铝”及功能性代表字如“防、硬”的汉语拼音字母，后面的数字为该系列的顺序号。

2、铜及铜合金

铜是良导体，故常用作电导体元件；铜的化学性能比较稳定，能很好地耐大气甚至海洋大气腐蚀，但不耐氨以及强氧化性介质的腐蚀；铜的塑性很好，可以承受各种形式的冷热压力加工。铜与锡（Sn）、铅（Pb）、铝（Al）、铁（Fe）等元素并以不同的比例结合，可以得到一系列铜合金。与不同的元素结合，或以不同的比例结合，得到的铜合金性能差别很大。常见铜合金的性能特点和用途已列入表3-4中，其化学成分、机械性能、可适用的腐蚀介质等可查阅有关手册或专著。铜合金的表示方法按相应的国家标准规定为：“字母+主加元素符号+铜含量—主加元素含量”。对黄铜来说，此处的字母为“H”，即“黄”字的汉语拼音第一个字母；对青铜来说，此处的字母为“Q” ，即“青”字的汉语拼音第一个字母。如果该合金为铸造合金，则尚应在牌号前加字母“Z”。

思考题：

1、什么叫铸铁？工程上常见的铸铁材料有那几种？

2、什么叫普通碳素钢？表示方法如何？

3、什么叫沸腾钢？什么叫镇静钢？什么叫半镇静钢？

4、沸腾钢和镇静钢各有何优缺点？

5、什么叫优质碳素钢？表示方法如何？

6、常用优质碳素钢的材料标准和材料牌号有哪些？

7、什么叫合金钢？常用的合金钢有哪几类？

8、低合金钢的表示方法如何？

9、常用低合金钢的材料标准和材料牌号有哪些？

10、常用调质合金钢的材料牌号有哪些？

11、什么叫奥氏体不锈钢？常用奥氏体不锈钢的材料标准和牌号有那些？

12、常用耐热钢的材料标准和牌号有那些？

13、ASTM标准给出的镍钢牌号有哪些？适用温度范围如何？

14、什么叫黑色金属材料？什么叫有色金属材料？

15、有色金属材料与黑色金属材料相比有何特点？

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