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压力管道材料部分 前言 管道材料是整个管道设计过程中的基础部分，它直接影响到压力管道的可靠性和经济性。在一个石油化工生产装置中，管道材料的费用约占整个工程投资的十分之一，而管道的材料设计涉及到管道器材标准体系的选用、材料选用、压力等级的确定、管道及其元件型式的选用等内容。 由于压力管道安全管理刚刚起步,许多从事这方面工作的技术人员对这一事物还不太了解,技术基础工作也比较薄弱。从压力管道设计认证过程中发现,一些设计单位尤其是在管道材料和管道应力方面以前考虑的较少, 因此压力管道的材料部分我们就从最基础的知识讲起，重要的不是您在本次学习班上学到了某一个知识点，而是要搞清一个设计思路，设计的每一个环节都有依据、有标准可寻。 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 2.2碳素钢 2.3合金钢 3 压力管道常用金属材料的基本限制条件 3.1一般限制条件 3.2 常用材料的应用限制 3.3其它方面对材料的限制 4应用标准体系 4.1国际上常用的标准体系 4.2国内常用的标准体系 5管道压力等级 6管道器材选用 7表面处理、防腐、涂层 8管道施工及验收规范 1 金属材料基础知识 金属材料的性能首先取决于它的元素组成，其次它也将受微观组织、加工方法、热处理方式等因素的影响，而工程选材主要是依据材料的性能而进行的。作为材料工程师，有必要对影响材料的有关基本知识有所了解，并能够对材料的加工方法、热处理、检查试验等提出适宜的要求，从而能够选用到既可靠又经济的材料。 有关金属材料的基本知识今天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＋（0.05－4％）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。 图1－1 金属的晶格 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 图1－2 金属的面心立方晶格和体心立方晶格 ◆面心立方晶格 是在立方体的8个顶点和六个面的中心处各为一个原子所占据如：Al、Cu、Ni等 ◆体心立方晶格 是在立方体的8个顶点和立方体中心处各为一个原子所占据如：Cr、W、Mo、Mn、V等 金属的变形，实质上就是其晶格的变形或移动。 在外力的作用下，金属内部的晶格首先将发生伸长或歪扭变形，如果去掉外力，变形的晶格将恢复正常的稳定位置，此时的金属变形称为弹性变形。 如果施加的外力足够大，以致超过了原子间的结合力，金属内部的晶格将发生错位或滑移，移位后的原子将和新位置上的原子发生粘结，此时就说金属发生了塑性变形。 如果再增大外力，使它能够克服整个金属断面上所有晶格滑移所需要的力，此时金属的塑性变形量将快速增加，直到金属的断裂。 对单晶体来说，晶格的变形(拉伸或扭转)或移位总是优先在原来结合力较小的面间进行，或者是沿原子密度最大的几何面(称为晶面)发生。对于每种晶胞来说，这种面越多，晶体变形越容易，表现出来的金属塑性越好。面心立方晶胞变形面较多，体心立方晶胞较少，故具有体心立方晶胞结构的金属强度最高，面心晶胞则较低。 ◆ Fe属于面心立方晶格还是体心立方晶格？ 1534℃～1390℃ 体心立方排列叫δ铁 1390℃～910℃ 面心立方排列叫γ铁 910℃以下 体心立方排列叫α铁 α铁 γ铁 δ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 钢铁是一种Fe、C合金，C是以怎样的形式与Fe构成合金呢？ 在铁的晶格中，原子之间是有一定空隙的，碳原子半径较小，可以嵌在Fe的晶格中构成固溶体。它不破坏Fe的晶格结构。 ◆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。 体心立方晶格Fe原子之间空隙小