一、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:使用在介质温度为-29~343℃的受压或非受压管道;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;不得用于输送任何温度压力条件的有毒介质;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。奥氏体球墨铸铁经低温冲击试验合格后,可用于-196℃。
二、普通碳素钢
限制条件:沸腾钢应限用在设计压力不超过0.6MPa、设计温度为0℃的条件下,不得用于易燃或有毒流体的管道,不得用于石油液化气介质和有应力腐蚀的环境中;镇静钢限用在设计温度为0~400℃范围内,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200HB,并对本体和焊缝进行100%无损探伤。
三、优质碳素钢
优质碳素钢是工业管道中应用最广的碳钢,对应的材料标准有:GB/T 699、GB/T 8163、GB 3087、GB 5310、GB 9948、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如下。
①. 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。
②. 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200HB,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。
③. 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,并采取相应的其他防腐蚀措施。
④. 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℃)。
⑤. 临氢操作时,应考虑发生氢损伤的可能性。
⑥. 含碳量大于0.24%的碳钢不宜用于焊连接的管子及其元件。
⑦. 用于-20℃及以下温度时,应做低温冲击韧性试验。
⑧. 用于高压临氢、交变载荷情况下的碳素钢材料应是经过炉外精炼的材料。
四、铬钼合金钢
常用的铬钼合金钢材料标准有GB 9948、GB 5310、GB 6479、GB 3077、GB1221等,其使用限制条件为: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℃;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;临氢操作时,应考虑发生氢损伤的可能性;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;应避免在有应力腐蚀开裂的环境中使用;在400~550℃温度区间内长期工作时,应考虑防止回火脆性问题;铬钼合金钢一般应是电炉冶炼或经过炉外精炼的材料。
五、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/T 14976、GB 4237、GB 4238、GB1220、GB1221等。其共性的使用限制条件如下。
①. 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。
②. 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<0.003%)奥氏体不锈钢。
③. 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。
④. 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。
⑤. 在高温、高压、H2+H2S介质环境下工作时,应根据Couper 曲线确定其使用条件。
⑥. 含铬16%以上的高铬不锈钢和含铬18%以上的高铬镍不锈钢在540~900℃温度区间长期工作时,应考虑防止产生。相析出,从而引起室温下材料的脆化和高温下材料蠕变强度的下降。一般情况下,应控制其铁素体含量小于8%。
⑦. 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。
⑧. 奥氏体不锈钢使用温度超过525℃时,其含碳量应大于0.04%。
⑨. 对有剧烈环烷酸腐蚀的环境,应选用含钼的奥氏体不锈钢(如0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2)或其复合材料(复合板或复合管)。