第1章　金属管材料及分类

管子是用于管道中输送各种流体的零件。管子断面通常为圆形，也有制成非圆形截面的异形管。管子常用的材料种类繁多，总的可以分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类（见表1-1-1）。

1.1　金属管的分类

金属管是指由金属材料加工制作而成的管子。金属材料是人们日常生活及工业上应用最广泛的材料。它主要分为钢﹑铁及有色金属等几类，而其中的钢又是应用最多、最普遍的材料，钢中主要成分是铁元素，其余部分是人为添加的合金元素及各种杂质。正是由于这些添加的合金元素的品种不同、数量不同，才形成了各种各样的钢，如普通碳钢、不锈钢、合金钢等。在这些添加元素中，碳（C）起着非常重要的作用。金属管分类方法有很多种，其中常见分类方法有以下4种。

1.1.1　按生产方法分类

（1）无缝管　无缝管分为热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管、顶管和铸造管等。

（2）焊接管

①按工艺分。分为电弧焊管、电阻焊管（高频、低频）、气焊管、炉焊管等。

②按焊缝分。分为直缝焊管、螺旋焊管。

1.1.2　按断面形状分类

（1）简单断面钢管　圆形钢管、方形钢管、椭圆形钢管、三角形钢管、六角形钢管、菱形钢管、八角形钢管、半圆形钢管。

（2）复杂断面钢管　不等边六角形钢管、五瓣梅花形钢管、双凸形钢管、双凹形钢管、瓜子形钢管、圆锥形钢管、波纹形钢管、表壳钢管等。

1.1.3　按用途分类

管道用钢管、热工设备用钢管、机械工业用钢管、石油、地质钻探用钢管、容器钢管、化学工业用钢管、特殊用途钢管。

1.1.4　按材质分类（见表1-1-2）

1.2　碳钢钢管

用普通碳素钢或优质碳素结构钢制造而成的钢管称为碳素钢管，简称碳钢管。常用普通碳素钢中的Q235-A和Q235-A·F、优质碳素结构钢中的10钢或20钢来制造管道用碳钢管。Q235-A和Q235-A·F使用温度-20～300℃，适用公称压力不超过16kgf/cm 的管道。手工电焊采用结422焊条，气焊采用H08（焊08）焊丝。10和20钢使用温度-40～450℃，在450℃以下的低、中压管道中大量使用这两种管材。手工电焊采用结422或结426、结427焊条，气焊采用H08A（焊08高）焊丝。当工作温度不超过200℃时，20钢也可用于工作压力不超过320kgf/cm2的高压管道。碳素钢管的耐蚀性和耐热性不够高，一般用来输送常温或中温弱腐蚀性介质。在工厂中，适用碳钢管的介质很多，例如水蒸气、冷热水、煤气、天然气、燃料油、压缩空气、氧气、氮气、乙炔、碱液、乳化剂、制冷剂等。在碳钢管内部衬以耐蚀材料制成衬里钢管，可扩大碳钢管的使用范围。

1.2.1　碳钢的分类

碳钢是以铁为基本元素，含有少量碳，其含碳量不大于2.11％的铁碳合金，还含有少量Si、Mn、P、S等杂质的铁碳合金。有时也称为普碳钢或碳素钢。

碳钢根据分类方式不同而有不同的名称。

（1）按含碳量分

①纯铁　w（C）≤0.02％；

②低碳钢　0.02％<w（C）≤0.25％；

③中碳钢　0.25％<w（C）≤0.6％；

④高碳钢　0.6％<w（C）≤2.11％；

⑤铸铁　w（C）>2.11％。

（2）按杂质含量分　C、S、P、Mn、Si是碳钢中五大元素。通常根据钢中有害杂质硫和磷的含量分类如下。

①普通钢　w（S）≤0.05％，w（P）≤0.045％；

②优质钢　w（S）≤0.035％，w（P）≤0.035％；

③高级优质钢　w（S）≤0.025％，w（P）≤0.025％；

④特级质量钢　w（S）≤0.015％，w（P）≤0.025％。

（3）按用途分

①结构钢　用来制造各种金属构件和机器零件。

②工具钢　用来制造各种工具（量具、刀刃、模具）。

（4）按钢材脱氧程度分　根据炼钢时脱氧程度的不同，钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三类。

①沸腾钢　为脱氧不完全的钢。浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出），钢锭凝固后，蜂窝气泡分布在钢锭中，在轧制过程中这种气泡空腔会被黏合起来。这类钢的特点是钢中含硅量很低，通常铸成不带保温帽的上小下大的钢锭。优点是钢的收得率高，生产成本低，表面质量和深冲性能好。缺点是钢的杂质多，成分偏析较大，所以性能不均匀。

②镇静钢　为完全脱氧的钢。通常铸成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收得率低，但组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金钢一般都是镇静钢。

③半镇静钢　为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点，在冶炼操作上较难掌握。

1.2.2　碳素钢管

常用无缝钢管是用10、20、30、35、45等优质碳素钢，10、20等低碳钢制造的无缝管主要用于流体输送管道。45、40Cr等中碳钢制成的无缝管用来制造机械零件，如汽车、拖拉机的受力零件。一般采用无缝钢管时，要保证其强度，并进行压扁试验。

①低中压锅炉用无缝钢管　用于制造各种低中压锅炉、过热蒸汽管、沸水管、水冷壁管及机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管等。用优质碳素结构钢热轧或冷轧（拨）无缝钢管，主要用10、20钢制造，除保证化学成分和力学性能外，还要做水压试验和卷边、扩口、压扁等试验。

②高压锅炉钢管　主要用来制造高压及以上压力的蒸汽锅炉管道等用的优质碳素结构钢、合金结构钢和不锈耐热钢无缝钢管，这些锅炉管经常处于高温和高压下工作，管子在高温烟气和水蒸气的作用下还会发生氧化和腐蚀，因此要求钢管有高的持久强度、高的抗氧化性能，并具有良好的组织稳定性，采用的优质碳素结构钢有20G、20MnG、25MnG；此外，对成品钢管显微组织、晶粒度、脱碳层也有一定要求。

③石油裂化管　石油炼厂的炉管、热交换器管和管道用无缝管。常用优质碳素钢（10、20）、合金钢（12CrMo、15CrMo）、耐热钢（12Cr2Mo、15Cr5Mo）、不锈钢（1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti）制造。钢管除保证化学成分和各种力学性能外，还要做水压、压扁、扩口等试验以及表面质量和无损检验。

1.3　合金钢钢管

合金钢钢管是由合金钢经加工而制成的管道。除铁和碳以外，还含有为某种目的而特意加入的合金元素的钢称为合金钢。合金钢管主要用于高压锅炉、高温过热器和再热器等高压高温的管道上及设备上，它是采用优质碳素钢、合金结构钢和不锈耐热钢，经热轧（挤、扩）或冷轧（拔）而成。一般而言，合金钢比碳钢具有更高的强度、耐磨性和淬透性，并具有较高的耐热性、红硬性、耐蚀性等特殊性能。在管道工程中习惯上所说的合金钢管是指低合金钢管，而高合金钢管通常归于不锈耐酸钢管，本书把高合金钢管归类在特殊用途管中介绍。

低合金钢管一般采用低合金钢中的珠光体耐热钢来制造。其主要特点是高强、耐热，并具有一定的耐蚀性。低合金钢是相对于碳钢而言的，是在碳钢的基础上，为了改善钢的一种或几种性能，而有意向钢中加入一种或几种合金元素。加入的合金量超过碳钢正常生产方法所具有的一般含量时，称这种钢为合金钢。当合金总量低于3.5％时称为低合金钢；合金含量在3.5％～10％之间时称为中合金钢；大于10％的称为高合金钢。

1.3.1　合金钢管分类

合金钢管是钢管按照生产用料（也就是材质）来定义的，顾名思义就是合金钢制作而成的管子。合金钢管的材质大致有：16-50Mn、27SiMn、40Cr、12-42CrMo、16Mn12Cr1MoV、T91、27SiMn、30CrMo、15CrMo20G、Cr9Mo、10CrMo910、15Mo3、15CrMoV、35CrMoV、45CrMo、15CrMoG、12CrMoV、45Cr、50Cr、45CrNiMo等。主要分为Mn合金钢管和CrMo合金钢管两大类。

1.3.2　Mn合金钢管

（1）特性　Mn合金钢管是低合金高强度结构钢。含碳量为0.1％～0.25％，加入主要合金元素锰、硅、钒、铌和钛等，合金总量小于3％。按强度分为300MPa、350MPa、400MPa和450MPa4个级别。主要有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。“Q”是屈服的“屈”字的汉语拼音大写字头，其后数字为该牌号最小屈服点（σs）值，其后的符号是按照该钢杂质元素（硫、磷）含量由高到低并伴随碳、锰元素的变化而分为A、B、C、D4等。

（2）化学成分　化学成分：w（C）=0.12％～0.20％；w（Mn）=1.20％～1.60％；w（Si）=0.20％～0.55％。抗拉强度：470～660MPa。屈服强度：275～345MPa。伸长率：21％。具体值要根据钢材的厚度或直径而定，以上数据对应钢材的厚度或直径为：16～100mm。

（3）用途　主要用于桥梁的专用钢种为16Mnq，汽车大梁的专用钢种为16MnL，压力容器的专用钢种为16MnR。

（4）工艺流程

①卫生级镜面管工艺流程：管坯→检验→剥皮→检验→加热→穿孔→酸洗→修磨→润滑风干→焊头→冷拔→固溶处理→酸洗→酸洗钝化→检验→冷轧→去油→切头→风干→内抛光→外抛光→检验→标识→成品包装。

②工业管工艺流程：管坯→检验→剥皮→检验→加热→穿孔→酸洗→修磨→润滑风干→焊头→冷拔→固溶处理→酸洗→酸洗钝化→检验。

1.3.3　CrMo合金钢管

（1）特性　富含Cr和Mo合金，属于耐高温、耐蚀钢管。适用于高压锅炉、高温过热器和再热器等高压高温的管道上及设备上。其钢号含义如下。

①钢号开头的两位数字表示钢的含碳量，以平均含碳量的万分之几表示，如40Cr。

②钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量小于1.5％时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字“1”，例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”，前者含铬量为0.4％～0.6％，后者为0.9％～1.2％，其余成分全部相同。当合金元素平均含量大于等于1.5％、大于等于2.5％、大于等于3.5％等时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4等，例如18Cr2Ni4WA。

③钢中的钒（V）、钛（Ti）、铝（Al）、硼（B）、稀土（RE）等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中，钒为0.07％～0.12％，硼为0.001％～0.005％。

④高级优质钢应在钢号最后加“A”，以区别于一般优质钢。

⑤专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。例如铆螺专用的30CrMnSi钢，钢号表示为ML30CrMnSi。

（2）材质　16-50Mn、27SiMn、40Cr、Cr5Mo、12Cr1MoV、12Cr1MoVG、15CrMo、15CrMoG、15CrMoV、13CrMo44、T91、27SiMn、25CrMo、30CrMo、35CrMo、35CrMoV、40CrMo、45CrMo、Cr9Mo、10CrMo910、15Mo3、A335、P11、P22、P91、T91、钢研102、ST45.8-111、A106B。

（3）制造工艺

①热轧（挤压无缝钢管）：圆管坯→加热→穿孔→三辊斜轧、连轧或挤压→脱管→定径（或减径）→冷却→矫直→水压试验（或无损检测）→标记→入库。

②冷拔（轧）无缝钢管：圆管坯→加热→穿孔→打头→退火→酸洗→涂油（镀铜）→多道次冷拔（冷轧）→坯管→热处理→矫直→水压试验（或无损检测）→标记→入库。

1.4　不锈钢钢管

不锈钢钢管（stainless steel）是一种中空的长条圆筒状钢材，其适用于作输送流体的管道，主要用于石油、化工、医疗、食品、轻工、机械仪表等工业输送管道以及机械结构部件等。不锈钢钢管选用材质为耐酸和耐热牌号的钢坯，经过加热、穿孔、定径、热轧、切削而成。

不锈钢是在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，具有美观的表面和耐蚀性能，不必经过镀色等表面处理，而发挥不锈钢所固有的表面性能，使用于多方面的钢铁的一种。具有代表性的有13铬钢、18铬镍钢等高合金钢。

从金相学角度分析，因为不锈钢含有铬而使表面形成很薄的铬膜，这个膜隔离开氧气，起耐蚀的作用。为了保持不锈钢所固有的耐蚀性，钢必须含有12％以上的铬。

目前已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。不锈钢中最常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响最大的元素有碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钒、锰、氮、铜、钴等。

1.4.1　不锈钢的特性与用途

（1）一般特性

①表面美观以及使用可能性多样化；

②耐蚀性好，比普通钢耐用；

③强度高，因而薄板使用的可能性大；

④耐高温氧化及强度高，因此能够抗火灾；

⑤常温加工，即容易塑性加工；

⑥因为不必表面处理，所以使用简便、维护简单；

⑦清洁，光洁程度高；

⑧焊接性能好。

（2）物理性能　不锈钢的物理性能主要用以下几方面来表示。

①热膨胀系数。因温度变化而引起物质量度元素的变化。热膨胀系数是膨胀-温度曲线的斜率，瞬时热膨胀系数是特定温度下的斜率，两个指定的温度之间的平均斜率是平均热膨胀系数。热膨胀系数可以用体积或者是长度表示，通常是用长度表示。

②密度。物质的密度是该物质单位体积的质量，单位是kg/m3或lb/in3。

③弹性模量。当施加力于单位长度棱柱的两端能引起物体在长度上的单位变化时，单位面积上所需的力称为弹性模量。单位为lb/in3或N/m3。

④电阻率。在单位长度立方体材料的两对面之间测量的电阻，单位用Ω·m，μΩ·cm或（已废的）Ω/（circular mil·ft）来表示。

⑤磁导率。无量纲系数，表示物质易被磁化的程度，是磁感应强度与磁场强度之比。

⑥熔化温度范围。确定合金开始凝固和凝固完成的温度。

⑦比热容。单位质量的物质温度改变1℃（K）所需要的热量。在英制和CGs制中二者比热的数值相同，因为热量的单位（Btu或cal）取决于单位质量的水升高1℃（K）所需的热量。国际单位制中比热容的数值与英制或CGS制是不同的，因为能量的单位（J）是有不同定义的。比热容的单位是Btu/（lb·℉）及J/（kg·K）。

⑧热导率。物质导热的速率的量度。在单位截面积物质上建立单位长度上的1℃的温度梯度时，那么热导率定义为单位时间传导的热量，热导率的单位为Btu/（h·ft·℉）或W/（m·K）。

⑨热扩散率。是确定物质内部温度前迁速率的一种性能，是热导率对比热容和密度乘积的比值，热扩散率的单位是Btu/（h·ft·℉）或W/（m·K）。

（3）腐蚀特性

①腐蚀的种类和定义　一种不锈钢可在许多介质中具有良好的耐蚀性，但在另外某种介质中，却可能因化学稳定性低而发生腐蚀。所以说，一种不锈钢不可能对所有介质都耐蚀。在众多的工业用途中，不锈钢都能提供令人满意的耐蚀性能。根据使用经验来看，除机械失效外，不锈钢的腐蚀主要表现在局部腐蚀（亦即应力腐蚀开裂、点腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳以及缝隙腐蚀）。这些局部腐蚀所导致的失效事故几乎占失效事故的一半以上。事实上，很多失效事故是可以通过合理选材而予以避免的。

金属的腐蚀，按机理可分为物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀三种。生活实际、工程实际中的金属腐蚀，绝大多数都属于电化学腐蚀。

a.应力腐蚀开裂（SCC）。是指承受应力的合金在腐蚀性环境中由于裂纹的扩展而产生失效的一种通用术语。应力腐蚀开裂具有脆性断口形貌，但它也可能发生于韧性高的材料中。发生应力腐蚀开裂的必要条件是要有拉应力（不论是残余应力还是外加应力，或者两者兼而有之）和特定的腐蚀介质存在。裂纹的形成和扩展大致与拉应力方向垂直。这个导致应力腐蚀开裂的应力值，要比没有腐蚀介质存在时材料断裂所需要的应力值小得多。在微观上，穿过晶粒的裂纹称为穿晶裂纹，而沿晶界扩展的裂纹称为沿晶裂纹，当应力腐蚀开裂扩展至某一深度时（此处，承受载荷的材料断面上的应力达到它在空气中的断裂应力），则材料就按机械裂纹（在韧性材料中，通常是通过显微缺陷的聚合）而断开。因此，由于应力腐蚀开裂而失效的零件的断面，将包含有应力腐蚀开裂的特征区域以及与显微缺陷的聚合相联系的“韧窝”区域。

b.点腐蚀。点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微，而分散发生的局部腐蚀，常见蚀点的尺寸小于1.00mm，深度往往大于表面孔径，轻者有较浅的蚀坑，严重的甚至形成穿孔。

c.晶间腐蚀。晶粒间界是取向不同的晶粒间界面，因而，它们是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物（如碳化物和δ相）沉淀析出的有利区界面。因此，在某些腐蚀介质中，晶粒间界可能先行被腐蚀。这种类型的腐蚀称为晶间腐蚀，大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。晶间腐蚀是一种有选择性的腐蚀破坏，它与一般选择性腐蚀不同之处在于，腐蚀的局部性是显微尺度的，而宏观上不一定是局部的。

d.缝隙腐蚀。是指在金属构件缝隙处发生斑点状或溃疡形的宏观蚀坑，是局部腐蚀的一种形式，它可能发生于溶液停滞的缝隙之中或屏蔽的表面内。这样的缝隙可以在金属与金属或金属与非金属的接合处形成，例如，在与铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物以及海生物相接触之处形成。

e.全面腐蚀。是用来描述在整个合金表面上以比较均匀的方式发生的腐蚀现象的术语。当发生全面腐蚀时，材料由于腐蚀而逐渐变薄，甚至材料腐蚀失效。不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。全面腐蚀所引起的失效问题并不太令人担心，因为，这种腐蚀通常可以通过简单的浸泡试验或查阅腐蚀方面的文献资料而预测。

根据不同的使用情况对耐蚀提出不同的指标要求，一般可分为两大类。

不锈钢：指在大气及弱腐蚀介质中耐蚀的钢。腐蚀速率小于0.01mm/a的，认为是“完全耐蚀”；腐蚀速率小于0.1mm/a的，认为是“耐蚀”的。

耐蚀钢：指在各种强烈腐蚀介质中能耐蚀的钢。

②各种不锈钢的耐蚀性能

•301不锈钢在形变时呈现出明显的加工硬化现象，用于要求较高强度的场合。

•302不锈钢实质上就是含碳量更高的304不锈钢的变种，通过冷轧可使其获得较高的强度。

•302B是一种含硅量较高的不锈钢，它具有较高的抗高温氧化性能。

•303和303Se是分别含有硫和硒的易切削不锈钢，用于要求易切削和表而光洁程度高的场合。303Se不锈钢也用于制作需要热镦的机件，因为这种不锈钢具有良好的可热加工性。

•304是一种通用性的不锈钢，它广泛地用于制作要求良好综合性能（耐蚀和成形性）的设备和机件。

•304L是含碳量较低的304不锈钢的变种，用于需要焊接的场合。较低的含碳量使得在靠近焊缝的热影响区中析出的碳化物减至最少，而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境中产生晶间腐蚀（焊接侵蚀）。

•304N是一种含氮的不锈钢，加氮是为了提高钢的强度。

•305和384不锈钢含有较高的镍，其加工硬化率低，适用于对冷成形性要求高的场合。

•308不锈钢用于制作焊条。

•309、310、314及330不锈钢的镍、铬含量都比较高，为的是提高钢在高温下的抗氧化性能和蠕变强度。而305S和310S是309和310不锈钢的变种，所不同者只是含碳量较低，为的是使焊缝附近析出的碳化物减至最少。330不锈钢有特别高的抗渗碳能力和抗热振性。

•316和317不锈钢含有铝，因而在海洋和化学工业环境中的耐点蚀能力大大优于304不锈钢。其中，316不锈钢的变种有低碳不锈钢316L、含氮的高强度不锈钢316N以及合硫量较高的易切削不锈钢316F。

•321、347及348是分别以钛、铌加钽、铌稳定化的不锈钢，适宜制作高温下使用的焊接构件。348是一种适用于核动力工业的不锈钢，对钽和钴的含量有一定的限制。

表1-1-3所示为不锈钢的特性与用途。

1.4.2　不锈钢管分类介绍

不锈钢无缝钢管和不锈钢焊接钢管（有缝钢管）基本的两大类。

（1）按材质分类　常用的有：201不锈钢管，301不锈钢管，304不锈钢管，314L不锈钢管，316不锈钢管，316L不锈钢管，430不锈钢管，440不锈钢管等。

①201不锈钢管。铬-镍-锰奥氏体不锈钢管。

②301不锈钢管。301延展性好，用于成形产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好，抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。

③304不锈钢管。全称SUS304不锈钢管。SUS304不锈钢管属于美国牌号材质的不锈钢管，国内牌号相当于0Cr19Ni9不锈钢管，通常用0Cr18Ni9替代。不锈钢防锈的机理是合金元素形成致密氧化膜，隔绝氧接触，阻止继续氧化。所以不锈钢并不是“不锈”。304材料出现生锈现象，可能是使用环境中存在氯离子。氯离子广泛存在，如食盐、汗迹、海水、海风、土壤等。不锈钢在氯离子存在的环境中，腐蚀很快，甚至超过普通的低碳钢。所以对不锈钢的使用环境有要求，而且需要经常擦拭，除去灰尘，保持清洁干燥。

④316和317不锈钢管。316和317不锈钢（317不锈钢的性能见后）是含钼不锈钢种。317不锈钢中的含钼量略高于316不锈钢。由于钢中含有钼，该钢种总的性能优于310和304不锈钢，高温条件下，当硫酸的浓度低于15％和高于85％时，316不锈钢具有广泛的用途。316不锈钢还具有良好的耐氯化物侵蚀的性能，所以通常用于海洋环境。

⑤430不锈钢管。铁素体不锈钢，装饰用，例如用于汽车饰品，有良好的成形性，但耐温性和耐蚀性要差。

⑥440不锈钢管。高强度刃具钢，含碳量稍高，经过适当热处理后可以获得较高屈服强度，硬度可以达到58HRC，属于最硬的不锈钢之列。

（2）按生产标准分类

①按照312/A312M-03焊接奥氏体不锈钢钢管标准生产。材质：304、304L、316L。适合于在高温和一般腐蚀环境中使用的奥氏体不锈钢无缝钢管和直缝钢管。用途：石化、造纸、酿酒、煤气、蒸气、自来水、污水处理等工程。

②按照JIS G3459焊接奥氏体不锈钢管标准生产。材质：304、304L、316L。适合于在高温和一般腐蚀环境中使用的奥氏体不锈钢无缝钢管和直缝钢管。用途：石化、造纸、酿酒、煤气、蒸气、自来水、污水处理等工程。

③按照ASTM A554焊接奥氏体不锈钢标准生产。材质：304、304L、316L。适用于各种机械制造中。

④按照DIN 17457焊接奥氏体不锈钢管标准生产。材质：304、304L、316L。适合于在高温和一般腐蚀环境中使用的奥氏体不锈钢无缝钢管和直缝钢管。用途：石化、造纸、酿酒、煤气、蒸气、自来水、污水处理等工程。

⑤按照A249/A249M-02标准生产。材质：304、304L、316L。用途：锅炉、过热器、热交换器及冷凝管。

1.4.3　不锈钢管力学性能（见表1-1-4）

1.5　有色金属管

在工业应用中，把金属分为黑色和有色两种，黑色金属有铁及其合金（各种牌号的钢和生铁）。所有其他金属，如铜、铝、铅等都属于有色金属。有色金属也包括贵金属，如铂、金和银。这些金属，或以纯态使用，或用以作为各种合金的组成部分。

多数工业用的有色金属，就其基本性能来说，可分为三类：难熔的重金属——铜和镍；中熔度的轻金属——铝和镁；易熔的重金属——锌、铅和锡。

工艺管道中常用的铜管、铝管、铝合金管和铅管等称为有色金属管。有色金属管分为无缝和用板材卷焊的两大类。铜管分紫铜管和黄铜管两种。制造紫铜管所用的材料牌号有T2、T3、T4和TVP等，含铜量较高（99.7％以上）；黄铜管所用的材料牌号有H62、H68等，都是锌和铜的合金，如H62黄铜管，其材料成分：铜为60.5％～63.5％，锌为39.6％，其他杂质含量小于0.5％。

常用无缝铜管的规格：外径12～250mm，壁厚1.5～5mm；铜板卷焊管的规格：外径155～505mm，供货方式有单根的和成盘的两种。

铝管是化学工业常用的管道，按其制造材质分工业钝铝L2、L6和防锈铝合金管LF2、LF6。常用铝管的规格：无缝铝管的外径为18～120mm，壁厚1.5～5mm；铝板卷焊铝管的外径为159～1020mm，壁厚6～8mm。铝管输送的介质操作温度在200℃以下，当温度高于160℃时，不宜在压力下使用。

铅管分为纯铅管和合金铅管两种，纯铅管也称软铅管，这种管材常用Pb2、Pb3等纯铅制造；合金铅管也称硬铅管，是铅和锑的合金。铅管的规格通常是内径乘以壁厚来表示，常用规格：15～200mm。直径为100mm的铅管需用铅板卷制。铅管在化工、医药等工业中使用较多，适用于输送硫酸、二氧化硫、氢氟酸等。铅管的最高使用温度为200℃，当温度高于140℃时，不宜在压力下使用。铅管的机械强度不高，但很重。

除以上几种有色金属管材外，还有钛、铝镁、铝锰等合金管材。

有色金属管的标准为：铜管（GB 1527—87）、黄铜管（GB 1528—87）、铝管和铝合金管（GB 4437—84）。

1.5.1　有色金属材料特性

有色金属及其合金牌号表示方法见表1-1-5。

（1）镍及其合金　是化学、石油、有色金属冶炼、高温、高压、高浓度或混有不纯物等各种苛刻腐蚀环境下比较理想的金属材料。

由于镍的标准电位大于铁，可获得耐蚀性优异的镍基耐蚀合金。镍力学性能良好，尤其塑、韧性优良，能适应多种腐蚀环境。多用于食品加工设备、化学品装运容器、电气与电子部件、处理苛性碱设备、耐海水腐蚀设备和换热器，如海船中的阀门、泵、轴、夹具和紧固件，也常用于制作接触浓CaCl2溶液的冷冻机零件以及化学加工设备、石油炼制设备，特别是发电厂给水加热器的管子等。

（2）钛及其合金　钛为白色轻金属，相对密度4.5，熔点高，热膨胀系数小，导热性差，强度低，塑性好。钛具有优良的耐蚀性和耐热性，其抗氧化能力优于大多数奥氏体不锈钢，而在较高温度下钛材仍能保持较高的强度。

钛有许多优异的性能，其资源丰富，储量仅次于铝、铁和镁，成为四大元素之一。钛合金不仅在飞机、导弹、航天和舰船等方面广泛应用，而且也正向民用领域推广。

钛在高温下化学活性极高，非常容易和氧、氮和碳等元素形成稳定的化合物，所以在大气中工作的钛及其合金仅在540℃以下具有良好的耐热性；钛具有较好的低温性能，可做低温材料。常温下钛具有极好的耐蚀性能，在大气、海水、硝酸和碱溶液等介质中十分稳定，但在任何浓度的氢氟酸中均能迅速溶解。

钛合金中的钛铝、钛锡、钛锆等合金，其常温强度并不高，但它的高温强度和抗蠕变性能好。钛合金中的钛铁、钛锰、钛铜、钛钨、钛硅、钛镍等合金，具有良好的塑性，低温时有良好的韧性，并有良好的耐海水腐蚀及耐热盐腐蚀能力，所以适用于制造在400℃以下长期工作的零件、要求一定高温强度的发动机零件以及在低温下使用的火箭导弹的液氢燃料箱部件等。

（3）镁及其合金　它们的主要特性是密度小、化学活性强、强度低。纯镁强度低，不能用于结构材料，实际应用的主要是镁合金。

镁合金是以镁为基体材料，添加少量合金元素Al、Mn、Zn、Zr和Be等以提高镁合金的强度，其中铝和锌是主要的合金元素。锰可提高合金的耐蚀性，锆可细化铸造合金的晶粒和提高抗热裂倾向，稀土金属除有类似锆的作用外，还可改善合金的铸造性能、焊接性能、耐热性能和消除应力腐蚀倾向。

镁合金的优良性能是相对密度小，因而其强度虽然不高，但是它的比强度和比刚度却可以与合金结构钢相媲美，故镁合金是航空工业的重要结构材料，它能承受较大的冲击、振动载荷，并有良好的机械加工性能和抛光性能。其缺点是耐蚀性较差、缺口敏感性大及熔铸工艺复杂。

1.5.2　常见有色金属管特性及主要用途

（1）铝管及铝合金管　铝是一种活泼的金属，但钝化性很强，表面易生成一层具有保护性的氧化膜，故有较高的化学稳定性，是一种良好的耐蚀材料。铝的纯度越高，其化学耐蚀性越强。为了改变铝的性能，常在铝中加入其他元素，如铜、镁、锰、锌等，就构成了铝合金。铝合金大大提高了铝的强度和硬度。

在低温状态下（0～-196℃），铝的强度和力学性能仍然良好，所以可用于液化装置、深冷设备和低温管道。

铝制设备及管道不易污染产品，因此，铝管广泛应用于食品工业中。

铝管是由铝及铝合金经过拉制和挤压而成的管材，使用最高温度为150℃，公称压力不超过0.588MPa。常用12、13、14、15牌号的工业铝制造，加工方法为拉制或挤压成形。铝及铝合金管有较好的耐蚀性能，常用于输送浓硝酸、脂肪酸、丙酮、苯类等液体，也可用于输送硫化氢、二氧化碳等气体，但不能用于输送碱和含氯离子的化合物。薄壁管由冷拉或冷压制成，供应长度为1～6m；厚壁管由挤压制成，最小供应长度为300mm。铝及铝合金管规格（外径）有11mm、14mm、18mm、25mm、32mm、38mm、45mm、60mm、75mm、90mm、110mm、120mm、185mm等几种，壁厚0.5～32.5mm。铝合金管由铝镁、铝锰体系组成。其特点是耐蚀性、抛旋光性高，塑性和强度高。纯铝管焊接性好，铝合金管焊接稍难，多采用氩弧焊接。铝管规格用“外径×壁厚”表示。

（2）铜管　常用铜管有纯铜管和黄铜管（铜合金等），纯铜管主要由12、13、T4、TUP（脱氧铜）制造，黄铜管主要由H62、H68、HPb59-1等牌号的黄铜制造。铜及铜合金管可用于制氧、制冷、空调、高纯水设备、制药等管道，也可用于现代高档次建筑的给水、热水供应管道等。拉制铜管、挤制铜管的规格见GB 1527—1987《拉制铜管》、GB 1528—1987《挤制铜管》、拉制黄铜管、挤制黄铜管的规格见GB 1529—1987《拉制黄铜管规格》、GB 1530—1987《挤制黄铜管》，拉制无缝铜水管和铜气管见国家标准GB/T 18033—2000。根据制造方式分，铜管有拉制铜管和挤制铜管，一般中、低压采用拉制铜管。此外根据材料不同铜管可分为纯铜管、黄铜管和青铜管。因为铜的导热性能好，纯铜管和黄铜管多用于热交换设备中。青铜管主要用于制造耐磨、耐蚀和高强度的管件或弹簧管。铜管连接可采用焊接、胀接、法兰连接和螺纹连接等。焊接应严格按照焊接工艺要求进行，否则极易产生气泡和裂纹。因为有良好的延展性，铜管也常采用胀接和法兰翻边连接。厚壁铜管可采用螺纹连接。铜管规格用“外径×壁厚”表示。

（3）铅管　铅是一种银灰色金属，硬度小、密度大、熔点低、可塑性好、电阻率大、易挥发，具有良好的焊接性和耐蚀性，阻止各种射线的能力很强。铅的强度较低，在铅中加入适量的锑，不但能增加铅的硬度，而且还能提高铅的强度。但如果加入的锑过多，又会使铅变脆，而且也会削弱铅的耐蚀性和焊接性。铅有毒，不能用于食品工业的管道与设备，也不能用作输送生活饮用水的管材。由于铅的强度和熔点较低，而且随着温度的升高，强度降低极为显著，因此，铅制的设备及管道工作温度不能超过200℃，温度高于140℃时，不宜在压力下使用。铅的硬度较低，不耐磨，因此铅管不宜输送有固体颗粒、悬浮液体的介质。铅管主要用来输送硫酸、盐酸、砷酸、磷酸等酸，但不能用来输送硝酸、有机酸和碱类溶液。纯铅管的规格见国家标准GB 1472—1988，铅锑合金管见国家标准GB 1472—1988。铅管分纯铅管（软铅管）和铅合金管（硬铅管）两种。铅管内径为16～20mm，壁厚3～10mm，主要用来输送140℃以下的酸液。铅管规格用“内径×外径”表示。

1.5.3　有色金属管安装使用技术要求

（1）安装要求　除应符合钢管管路敷设的技术要求中有关的规定外，还应符合下列要求。

①在露天或腐蚀性气体中敷设时，应采用聚氯乙烯包覆保护的管材。

②由于铝受振动硬化快，因此，在振动场合，不宜采用铝质管。

③焊接飞溅物易渗入铝，因此，铝管的敷设工作，必须在其敷设环境内的焊接工作结束后进行。

④由于铝与其他金属接触时，电解腐蚀较为剧烈，因此，在敷设铝管时，应在管子与其支架间加垫木块或聚氯乙烯垫片，其管件也应采用铝质管件。

（2）有色金属管的弯制要求　有色金属管除可采用现场弯制外，对于非测量管路且管路尺寸大于14mm时，也可采用90°或135°标准成品弯头。有色金属管（特别是铝管和有包覆层保护的铜管），必须用冷煨方法弯制。有包覆层保护的管子弯制时，应加以特别保护，以免其包覆层受到损伤。有色金属管的弯制，外径在14mm及以下的管子，可用定尺寸的手扳煨管器弯制；外径大于14mm时，常用液压或电动煨管机弯制。

（3）切割断管要求　有色金属管采用切管刀切割较为适宜。包覆层保护的管子切割后，根据其连接需用长度，还要削去管端一部分包覆层。管子切断后，应保证切割断面与管子轴线垂直，并除去切口毛刺和棱角。介于有色金属管的物理性能和特点，切割时应特别注意防止被夹具损伤和变形。

（4）有色金属管路的连接要求　有色金属管路的连接方式，主要是根据其材质和尺寸确定。铝管管路宜采用螺纹连接或焊接。铜管管路，当外径小于22mm时，宜采用卡套式或扩口式连接，外径大于或等于22mm时，则应采用螺纹连接或焊接。采用螺纹连接或焊接的有色金属管路，在其与设备连接和管路分支处或较长管路的适当位置，必须加装便于拆卸的活接头或法兰。有色金属管路的焊接材料，一般根据焊件材质来选择，铝管用铝焊条，采用氩弧焊焊接；铜管，可用铜焊条加铜焊粉剂，用氧-乙炔焊或氩弧焊均可，但氩弧焊的质量更为可靠。管路施焊前，必须除去有色金属焊件焊口附近10mm范围内的氧化层、杂渣或其他污染物，以确保焊接质量。

（5）有色金属管的固定要求　有色金属管路，当其为聚氯乙烯包覆管材时，固定管卡应采用塑料材质。支架间距，水平敷设时，一般为0.5～0.7m，垂直敷设时，为0.7～1m。有色金属管路支架、管卡的形式及支架的制作、安装，详见钢管的固定。当有色金属管尺寸较小或为管缆时，其支架应采用冲孔托盘。

（6）管路拌热、绝热保温的技术要求

①自控仪表设备和管路伴热、绝热保温的方式及其使用材料应符合设计规定。

②使用了冷凝器的蒸汽介质测量管路，需对其冷凝器至仪表的管路段采用伴热保温方式。

③伴热，主要有蒸汽伴热和电伴热两种方式。一般采用蒸汽伴热，当无蒸汽源时，则采用电伴热。

④蒸汽伴热管路，采用单回路供汽和回水，不应串联。重伴热管应与被伴热管路紧密接触，轻伴热管与测量管路间应留有一定的间距；伴热管路的集液处应安装排液装置，设备和隔离容器等处的伴热管路需要安装便于拆卸的活接头。

1.6　特殊用途管

特殊用途（性能）钢是指前面章节之外的不锈钢、耐热钢、耐磨钢等具有特殊物理、化学和力学性能的钢。其中耐热钢和耐磨钢又称为高合金钢。

1.6.1　特殊用途不锈钢

（1）不锈钢的分类及特点　按室温组织分为：马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢等。

①马氏体不锈钢。含较高的Cr、较高的C，其中Cr含量在12％～18％，C含量在0.1％～0.45％；具有较高的强度、硬度、耐磨性等性能。应用于要求力学性能要求较高，耐蚀性能一般的零件，如弹簧、轴、水压机阀、汽轮机叶片、轴承、刃具等。

常用的马氏体不锈钢有：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、9Cr18。其中1Cr13、2Cr13等钢在力学性能上与调质钢相似，主要用于制作在腐蚀介质中受冲击载荷的汽轮机叶片、锅炉管附件、水压机阀等。而3Cr13、4Cr13等钢常用于弱腐蚀条件下工作且要求高硬度的医疗器械、弹簧、刃具、热油泵轴等。

②铁素体不锈钢。含Cr较高（12％～32％），含C较低（<0.15％）。耐蚀、抗高温氧化能力优于马氏体不锈钢，常用的钢号有：1Cr17、1Cr25、1Cr28、0Cr17Ti、1Cr25Ti。适用于强度要求不高、耐蚀性较高的场合，如硝酸、氮肥工业设备、容器、管道和食品工厂设备等。

③奥氏体不锈钢。Cr和Ni的含量分别为17％～19％、8％～11％。此种不锈钢具有良好的韧性、塑性、焊接性、耐蚀性能。

耐热钢是指具有良好的高温抗氧化性和高温强度的钢。

（2）不锈钢的使用条件

①奥氏体不锈钢在加热并冷却的过程中，经过540～900℃温度区间时，应考虑防止产生晶间腐蚀倾向。当有氧化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［w（C）<0.03％］奥氏体不锈钢。

②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，或者控制介质中的氯离子浓度不超过25×10-6。

③奥氏体不锈钢应避免与铅、锌或其化合物在其熔点温度以上接触，以防止晶间腐蚀破坏的发生。

1.6.2　耐热钢

（1）耐热钢的分类及用途　耐热钢是指具有良好的高温抗氧化性和高温强度的钢。根据成分、性能和用途耐热钢分为抗氧化钢和热强钢。

①抗氧化钢。抗氧化钢是在Cr钢、Ni钢、CrMnN钢基础上添加Si、Al、稀土元素等形成的钢。

主要有3Cr18Mn12SiN、2Cr20MN9Ni2Si2N、3Cr18Ni25Si2等。常用于工作温度达1000℃的零件，如加热炉受热零件、锅炉吊钩等。

②热强钢

a.马氏体型耐热钢。该形式的钢主要含Cr、Mo、Si等元素。Cr13+W、Mo（强化基体的合金元素）；Cr13+V、Ti、Nb（强碳化物形成元素）。其主要型号有：4Cr9Si2、4Cr10SiMo、1Cr13、1Cr11MoV。马氏体型耐热钢常用于承受较大载荷的汽轮机叶片、增压器叶片等。

b.奥氏体型耐热钢。高温耐蚀性能、抗氧化性能比马氏体型耐热钢好。还具有良好的塑性变形性能和焊接性能，但切削加工性能不好。主要有1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo等钢，常用作内燃机排气阀、燃气轮机轮盘和叶片等。

c.珠光体型耐热钢。含碳量较低，合金元素总量低于3％～5％，如12CRMoV、15CrMo等钢，常用于高、中压蒸汽锅炉的锅炉管、过滤器等。

在选用此类耐热钢时，可根据工作温度进行选材，具体原则如下。

•当使用温度小于300℃，选普通结构钢；

•当使用温度300～600℃，选马氏体型耐热钢；

•当使用温度600～800℃，选奥氏体型耐热钢；

•当使用温度800～1000℃，选镍基合金；

•当使用温度在1000℃以上，选用钼基合金和金属陶瓷。

（2）耐热钢性能特点　金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度；金属的高温抗氧化性是指钢在高温条件下对氧化作用的抗力，是钢能否持久地工作在高温下的重要保证条件。

钢表面与高温空气、燃烧废气等氧化气氛接触后会发生氧化腐蚀，腐蚀产物（氧化膜）的组成与温度有关，在570℃以下生成致密的Fe2O3+Fe3O4薄膜，抗氧化性较好。高于570℃钢表面生成的氧化膜由表及里为FeO、Fe2O3、Fe3O4，金属原子和氧原子易通过FeO层扩散，加速氧化。提高钢抗氧化的主要途径是合金化，钢中加入Cr、Si、Al等合金元素，使钢在高温与氧接触时优先形成致密的高熔点的氧化膜Cr2O3、SiO2、Al2O3等，从而阻止氧化的继续进行。

金属的高温强度是指金属材料在高温下对机械载荷作用的抗力，即高温下金属材料抵抗塑性变形和破坏的能力。当工作温度高于再结晶温度，金属在外力作用下产生塑变和加工硬化，同时还发生动态再结晶和软化的过程，故工件就难以满足高温下力学性能的要求。

金属在高温下的力学性能与温度、时间、组织变化等因素有关。金属在高温下会发生“蠕变”现象。金属对蠕变的抗力越大，其高温强度也越高。

金属材料在高温下晶界强度低于晶内，故加入合金元素W、Mo、V、Ti、Nb等提高再结晶温度，形成稳定的特殊碳化物，能有效提高钢的高温强度。

1.6.3　耐磨钢

（1）性能特点　耐磨钢的化学成分主要有C和Mn，其质量分数分别为1.0％～1.3％、11.0％～14.0％。

该种钢在冲击载荷作用下发生加工硬化的是高锰钢，主要应用于使用过程中经受强烈冲击和严重磨损的零件。这种钢机加工比较困难，基本上都是铸造成形的，常见的主要有：ZGMn13。

（2）用途　高锰钢广泛应用于既要求耐磨又要求耐冲击的一些零件，如铁路道岔、挖掘机铲斗、拖拉机和坦克的履带板、碎石机的颚板、衬板等。