压力管道中Zui常用的材料是金属材料，不同元素组成的金属材料其性能差别很大，即使是相同的材料，在不同的环境下，其性能也不同。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。金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。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。下面对压力管道中常用的黑色金属材料分类、特点、用途和表示方法进行简要介绍。

黑色金属根据其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。

1.铸铁

铸铁是含碳量大于2.11％（一般为2.5～4％）的铁碳合金，是以铁、碳、硅为主要组成元素并比碳钢含有较多的锰、硫、磷等杂质的多元合金。

根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。白口铸铁碳除少数溶于铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断口呈银白色，故称白口铸铁，白口铸铁主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。灰口铸铁的碳全部或大部分以片状石墨存在于铸铁中，其断口呈暗灰色，故称灰口铸铁。麻口铸铁是碳一部分以石墨形式存在，类似灰口铸铁；另一部分以自由渗碳体形式存在，类似白口铸铁。断口中呈黑白相间的麻点，故称麻口铸铁，麻口铸铁具有较大硬脆性，故工业上也很少应用。

根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。灰口铸铁的铸铁中石墨呈片状存在；可锻铸铁铸铁中石墨呈团絮状存在，它是由一定成分的白口铸铁经高温长时间退火后获得的，其机械性能（特别是韧性和塑性）较灰口铸铁高，故习惯上称为可锻铸铁；球墨铸铁铸铁中石墨呈球状存在，是在铁水浇注前经球化处理后获得的，球墨铸铁不仅机械性能比灰口铸铁和可锻铸铁高，生产工艺比可锻铸铁简单，而且还可以通过热处理进一步提高其机械性能，所以它在生产中的应用日益广泛；蠕墨铸铁的石墨以蠕虫状存在，强度接近于球墨铸铁，具有一定韧性和较高耐磨，又有灰铸铁良好铸造性能和导热性。

按《铸铁牌号表示方法》（GB/T 5612）规定，铸铁牌号由“铸铁代号+数字（一组或两组）”组成。各种铸铁代号，由表示该铸铁特征的汉语拼音字母的第一个大写正体字母组成；当两种铸铁名称的代号字母相同时，可在该大写正体字母后加小写正体字母来区别；同一名称铸铁，需要细分时，取其细分特点的汉语拼音第一个大写正体字母，排列在后面。牌号中代号后面的一组数字，表示抗拉强度值；有两组数字时，第一组表示抗拉强度值，第二组表示伸长率值。两组数字中间用“-”隔开。如HT-100，表示为Zui小抗拉强度100MPa的灰铁；KTH330－8表示为Zui小抗拉强度为330MPa、伸长率8%的可锻黑心铸铁，QT400－15表示为Zui小抗拉强度400MPa、伸长率15%的球墨铸铁。

因铸铁中大部分碳元素以游离的石墨存在，故铸铁的性能特点是可焊性、塑性、韧性和强度均比较差，但具有优良的铸造性、减摩性、切削加工性能，价格便宜，常用制作低压阀体、管子和管件等铸件。

2.碳素钢

碳素钢是含碳量在0.0218%~2.11%的铁碳合金，也叫碳钢，一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。一般碳钢中含碳量越高则硬度越大，强度也越高，但塑性越低。

碳素钢按用途可分为碳素结构钢和碳素工具钢；碳素结构钢又分为工程构建钢和机器制造结构钢两种；按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢；按脱氧方法可分为沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和特殊镇静钢（TZ）；按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%），中碳钢（WC0.25%～0.6%）和高碳钢（WC>0.6%）；按钢的质量可以把碳素钢分为碳素结构钢（含磷、硫较高）、优质碳素结构钢（含磷、硫较低）。

1）碳素结构钢

碳素结构钢与优质碳素结构钢相比，由于它的有害杂质元素S、P含量（S≤0.055％，P≤0.045％）相对较高，综合机械性能和耐蚀性较差，一般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予一定的限制。

按GB/T 700牌号表示方法碳素结构钢的牌号由代表屈服强度的字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法符号等4个部分按顺序组成。“Q”是钢材屈服强度"屈"字汉语拼音首位字母，屈服强度数值分195、215、235、275四个等级，质量等级分为A、B、C、D四个等级，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；“F”是沸腾钢"沸"字汉语拼音首位字母，“Z”是镇静钢的"镇"字汉语拼音首位字母，“TZ”是特殊镇静钢"特镇"两字汉语拼音首位字母，在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号可以省略。常用的压力管道用碳素结构钢牌号有Q235A、Q235B等。

2）优质碳素结构钢

优质碳素结构钢是指有害杂质元素S、P含量相对较低（S ≤0.035％，P ≤0.035％）的碳素结构钢。优质碳素结构钢采用平炉或纯氧顶吹转炉冶炼，脱氧较好，杂质含量较低，综合机械性能、耐蚀性等均优于碳素结构钢。优质碳素结构钢在工程上是应用Zui广泛的碳素结构钢。

优质碳素结构钢的牌号表示方法按GB 221 标准规定，通常由五部分组成：第一部分以二位阿拉伯数字表示平均碳含量（以万分之几计）；第二部分〈必要时) 较高含锰量的优质碳素结构钢，加锰元素符号Mn;第三部分（必要时）钢材冶金质量，即gaoji优质钢、特级优质钢分别以 A、E表示，优质钢不用字母表示；第四部分（必要时）脱氧方式表示符号，即沸腾钢、半镇静钢、镇静钢分别以“F”、“B”、“Z”表示，但镇静钢表示符号通常可以省略；第五部分（必要时）产品用途、特性或工艺方法表示符号，如锅炉和压力容器用钢用“R”表示，管线用钢用“L”表示。其中gaoji优质碳素结构钢的有害杂质元素S、P含量要求更低，S≤0.020％，P≤0.030％。

GB/T 699中给出了优质碳素结构钢的化学成分和机械性能要求，标准共列出了08、10、20、25、……70Mn等28种材料牌号，压力管道中常用的牌号为08、10、20等三种。

GB/T 8163、GB/T 9948 、GB/T 6479、GB/T 3087、GB/T 5310、GB/ T 9711等标准给出了优质碳素钢钢管的材料制造要求。GB/T 710、GB/T 711、GB/T 713、GB/T 5681、GB/T 6654等标准给出了优质碳素结构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。GB/T 12225、GB/T 12228等标准给出了压力管道常用优质碳素钢的铸件材料制造要求。

3.合金钢

合金钢是指钢中除含硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含有其他合金元素（如铬、镍、钼、钒、钛、铜、钨、铝、钴、铌、锆和其他元素等），有的还含有某些非金属元素（如硼、氮等）的钢。合金元素的加入使合金钢在机械性能、热处理性能以及物理、化学性能方面有很大的改善，如高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能，不同合金元素与加入量不同，对性能的影响也不同。

合金钢按合金元素含量分为低合金钢（合金元素总质量分数低于5%）、中合金钢（合金元素总质量分数为5%～10%）、高合金钢（合金元素总质量分数高于10%）。按冶金质量不同分为优质钢（S≤0.035％，P≤0.035％）、gaoji优质钢（S≤0.025％，P≤0.025％）、特级优质钢（S≤0.025％，P≤5％）。按所含的主要合金元素分类可分为铬钢、锰钢、铬锰钢、铬镍钢、铬镍钼钢、硅锰钼钒钢等。按小试样正火或铸态组织分类分为珠光体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢和莱氏体钢。按用途可分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢，合金结构钢又分为低合金钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等，合金工具钢又分为刀具钢、模具钢和量具钢等，特殊性能用钢又分为不锈钢、低温钢、耐热钢等。压力管道常用合金钢有低合金钢、调质钢、不锈钢、耐热钢和低温钢等。

1）低合金钢

低合金钢是指合金元素总质量分数小于等于5%的合金钢。压力管道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/T 1591给出了碳锰系和碳锰钒系低合金高强度结构钢的化学成分和机械性能要求。该标准列出了 Q355、Q390、Q420、Q500、Q550、Q620、Q690等不同交货状态和质量等级共50多种材料牌号。钢的牌号表示方法由代表屈服强度“屈”字的汉语拼音首字母Q、规定的Zui小上屈服强度数值、交货状态代号、质量等级符号（B、C、D、E、F）四个部分组成。交货状态为热轧时，交货状态代号AR或WAR可省略；交货状态为正火或正火轧制状态时，交货状态代号均用N表示。锅炉和压力容器用钢低合金钢牌号的Zui小上屈服强度数值后加“R”。Q+规定的Zui小上屈服强度数值+交货状态代号，简称为“钢级”，示例：Q355ND，表示为规定的Zui小屈服强度为355MPa、交货状态为正火或正火轧制、质量等级为D级的低合金钢。

GB/T 3077标准给出了铬钼系、铬钼钒系等低合金钢的化学成分和机械性能要求，该标准共列出了86种材料牌号。牌号表示方法按GB/T 221规定，通常由四部分组成：第一部分以二位阿拉伯数字表示平均碳含量（以万分之几计）；第二部分是合金元素含量，以化学元素符号及阿拉伯数字表示，具体表示方法为平均含量小于1.50%时，牌号中仅标明元素，一般不标明含量，平均含量为1. 50%～2.49%、2. 50%～3. 49%、3. 50%～4. 49 %、4. 50% ～5. 49% ……时，在合金元素后相应写成 2 、3、4 、5...... ，化学元素符号的排列顺序推荐按含量值递减排列，如果两个或多个元素的含量相等时，相应符号位置按英文字母的顺序排列。第三部分钢材冶金质量，即gaoji优质钢、特级优质钢分别以A、E表示，优质钢不用字母表示；第四部分（必要时）产品用途、特性或工艺方法表示符号，锅炉和压力容器用钢表示为“R”，锅炉用钢表示为“G”，低温压力容器用钢表示为“DR”。常用的铬钼系和铬钼钒系低合金钢材料牌号有12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV等，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管道。

2）调质钢

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。

GB/T 3077标准给出了调质合金钢的化学成分和机械性能要求，其牌号表示方法同低合金钢中铬钼系、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gaoji优质调质合金钢。

3）不锈钢

不锈耐酸钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的一种高合金钢，简称不锈钢。不锈钢的合金元素含量比较高，均超过10%，有的高达50%甚至更多，其耐热、耐蚀等性能大大优于碳素结构钢和低合金钢，但其价格也远远高于碳素钢和低合金钢。

不锈钢按常温组织不同可分为奥氏体型、铁素体型、奥氏体—铁素体双相型、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。

不锈钢牌号表示方法按GB/T 221规定，除含碳量的表示方法不同外，其他均与低合金钢相同，以一位数字表示平均含碳量（以千分之几计），平均含碳量小于千分之一的用“0”表示，含碳量不大于0.03%的用“00”表示。

① 奥氏体不锈钢

常温下奥氏体不锈钢的组织为单一奥氏体组织，钢中含Cr约18%、Ni8%～10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，也具有良好的可焊性，但强度较低，也不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。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，但其强度较低，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。

GB/T 1220 标准共给出了28种奥氏体不锈钢材料牌号，常用的牌号有06Cr19Ni10（304）、022Cr19Ni10（304L）、06Cr17Ni12Mo2（316）、022Cr17Ni12Mo2（316L）、06Cr18Ni11Ti（321）、06Crl8Ni11Nb（347）、06Cr25Ni20（310）等。

② 铁素体型不锈钢

铁素体型不锈钢常温组织以铁素体组织为主的不锈钢，含铬量在11%～30%。铁素体不锈钢中一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等元素，因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与焊接工艺性能较差，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。

GB/T 1220 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022Cr12、O6Cr13Al等。

③ 奥氏体—铁素体型（双相型）不锈钢

奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%～28%，Ni含量在3%～10%，有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体不锈钢相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。

GB/T 1220标准给出了14CrI8Nil1Si4AlTi、022CrI9Ni5Mo3Si2N、022Cr22Ni5Mo3N等共6种奥氏体-铁素体型不锈钢的材料牌号。

④ 马氏体型不锈钢

马氏体不锈钢主要为铬含量在12%-18%范围内的低碳或高碳钢，是一种通过热处理（淬火、回火）可以得到硬而脆的马氏体组织从而调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。马氏体不锈钢具备较高强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，压力管道中常用作碳素钢和铬钼钢阀门的阀杆和阀芯等。

GB/T 1220标准共给出了22种马氏体型不锈钢的材料牌号，常用材料牌号有12Cr13、 20Cr13、30Cr13等。

⑤ 沉淀硬化型不锈钢

沉淀硬化不锈钢是指在不锈钢化学成分的基础上添加不同类型、数量的强化元素，通过沉淀硬化过程析出不同类型和数量的碳化物、氮化物、碳氮化物和金属间化合物，既提高钢的强度又保持足够的韧性的一类高强度不锈钢。沉淀硬化不锈钢根据其基体的金相组织可以分为马氏体型、半奥氏体型和奥氏体型等三类。压力管道中常用作螺栓和螺母材料。

GB/T 1220标准给出了05Cr15Ni5Cu4Nb、05Cr17Ni4Cu4Nb、07Cr17Ni7Al、07Cr15Ni7Mo2Al等4种沉淀硬化型不锈钢的材料牌号。

4）耐热钢

耐热钢是指在高温下具有较高的强度和良好的化学稳定性（抗腐蚀和耐腐蚀性能）的合金钢，包括抗氧化钢和热强钢两类。抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低；热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的管道元件需要采用耐热钢，这些元件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。耐热钢按其正火组织可分为奥氏体型耐热钢、马氏体型耐热钢、铁素体型耐热钢、沉淀硬化型耐热钢及珠光体型耐热钢等。

耐热钢牌号表示方法按GB/T 221规定与不锈钢牌号表示方法相同，多数不锈钢也可用作耐热钢。

GB/T 1221标准共给出了42种耐热钢的材料牌号，工程上常用的耐热钢材料牌号有：①奥氏体型：06Cr19Ni10（0Cr18Ni9;304）、06Cr17Ni12Mo2（0Cr17Ni12Mo2;316）等；②铁素体型：022Cr12（00Cr12）、06Cr13Al（0Cr13Al）等；③ 马氏体型: 12Cr5Mo（1Cr5Mo）、12Cr13（1Cr13）、20Cr13（2Cr13）等；④沉淀硬化型: 05Cr17Ni4Cu4Nb（0Cr17Ni4Cu4Nb）、07Cr17Ni7Al（0Crl7Ni7Al）等。在正火状态下显微组织由珠光体加铁素体所组成的珠光体耐热钢未纳入GB/T 1221标准中，典型的牌号有15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2MoWVTiB、10Cr2Mo1、25Cr2Mo1V、20Cr3MoWV等，主要用于制造锅炉钢管、紧固件、阀杆等。

5）低温钢

低温钢是指适合在低温下（0℃以下至juedui零度）使用的合金钢。低温钢在低温下应具有足够的强度和充分的韧性，具有良好的工艺性能、加工性能和耐腐蚀性等，其中低温韧性，即低温下防止脆性破坏发生和扩展的能力是Zui重要的因素，低温钢产品标准都规定Zui低温度下一定的冲击韧性值。

低温钢按晶体点阵类型一般可分为体心立方的铁素体低温钢和面心立方的奥氏体低温钢两大类低温钢。低温用铁素体钢有低碳锰钢、低合金钢和中（高）合金钢，典型低温钢如16Mn、09Mn2V、06Ni9、022Cr19Ni10、0Cr16Ni22Mn9Mo2等。