常用金屬材料的基本限制條件

工程上的實際應(yīng)用環(huán)境條件是十分復(fù)雜的，不同的介質(zhì)、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力等操作條件的組合，構(gòu)成了無數(shù)個選材條件。就常見的選材條件來說，要想在這里逐一給出其選材結(jié)論是不現(xiàn)實的，它也正是各個設(shè)計院或工程公司一直致力研究的問題。在這里將換一種方式，以材料為主體，應(yīng)用金屬理論、腐蝕理論以及工程理論來確定各種常用材料的使用限制條件。   

工程上，壓力管道選材除了要確定材料牌號外，還要確定材料標準，因為不同的材料標準，對材料質(zhì)量的要求是不一樣的。

1一般限制條件   

在進行工程材料選用時，首先應(yīng)遵循下列一些原則。

1.1滿足操作條件的要求a．根據(jù)操作條件判斷該管道是不是壓力管道，屬于那一類壓力管道。不同類別的壓力管道因其重要性不同，發(fā)生事故帶來的危害程度不同，故對材料的要求也不同。一般情況下，高類別的壓力管道(如一類壓力管道)從材料的冶煉工藝到最終產(chǎn)品的檢查試驗都比低類別的壓力管道要求高。b.應(yīng)考慮操作條件對材料的選擇要求。不同的材料對同一腐蝕介質(zhì)的抗腐蝕性能是不相同的。在腐蝕環(huán)境中，選用材料應(yīng)避免災(zāi)難性的腐蝕形式(如應(yīng)力腐蝕開裂)出現(xiàn)，而對均勻腐蝕，一般至少應(yīng)限定在"耐腐蝕"級，即最高年腐蝕速率不超過0.5mm；c.介質(zhì)溫度也是選用材料的一個重要參數(shù)。因為溫度的變化會引起材料的一系列性能變化，如低溫下材料的脆性，高溫下材料的石墨化、蠕變等問題。很多腐蝕形態(tài)都與介質(zhì)溫度有密切的關(guān)系，甚至是腐蝕發(fā)生的基本條件。因此壓力管道的選材應(yīng)滿足溫度的限制條件。

1.2滿足材料加工工藝和工業(yè)化生產(chǎn)的要求a．理想的材料應(yīng)該是容易獲得的，即它應(yīng)具有良好的加工工藝性、焊接性能等。    例如，對于一些腐蝕環(huán)境，選用碳鋼和不銹鋼復(fù)合制成的壓力管道及其元件來代替純不銹鋼材料無疑是經(jīng)濟適用的，但由于許多制造廠的復(fù)合工藝不過關(guān)，使用中屢次出現(xiàn)問題，從而給復(fù)合材料的應(yīng)用帶來了限制，尤其是碳鋼與0Cr13的復(fù)合板材因現(xiàn)場焊接質(zhì)量不容易保證，以致工程上不敢使用或者說不敢大量使用它。b.工程上的材料應(yīng)用是系列化、標準化的。   

它不像在實驗室中，可以做到少量、理想化的材料應(yīng)用。將材料標準化、系列化便于大規(guī)模生產(chǎn)，減少材料品種，從而可以節(jié)約設(shè)計、制造、安裝、使用等各環(huán)節(jié)的投入，同時也將大大降低生產(chǎn)成本。   

所以工程上應(yīng)首先選用標準材料，對于必須選用的新材料，應(yīng)有完整的技術(shù)評定文件，并經(jīng)過省級及其以上管理部門組織技術(shù)鑒定，合格后才能使用。   

 對于必須進口的材料，應(yīng)提出詳細的規(guī)格、性能、材料牌號、材料標準、應(yīng)用標準等技術(shù)要求，并按國內(nèi)的有關(guān)技術(shù)要求對其進行復(fù)驗，合格以后才能使用。

1.3符合既適用又經(jīng)濟的要求   

這是一個很原則的問題，實際操作起來是很復(fù)雜的。它要求材料工程師須運用工程學、材料學、腐蝕學等方面的知識綜合判斷。這樣的問題有時是可以定量計算的，有時則是不可以定量計算的。一般情況下，應(yīng)從以下幾個方面來考慮：

腐蝕方面   

1）對于局部腐蝕，若通過其它措施(如工藝防腐措施)能防止或控制局部腐蝕的發(fā)生，特別是突然性、災(zāi)難性的局部腐蝕發(fā)生，就可以采用價格比較低的材料。否則，必須選用高級但價格高的材料。   

2）對均勻腐蝕，在腐蝕環(huán)境比較惡劣的情況下，若選用低級但價格便宜的材料，其腐蝕速率可能會很大，短時間內(nèi)就必須更換材料；而用耐腐蝕比較好、價格比較高的材料，其腐蝕速率可能會較小，從而維持一個比較長的生產(chǎn)周期。進行綜合的技術(shù)經(jīng)濟評定，此時采用高級材料也許更經(jīng)濟些。反之，如果腐蝕環(huán)境比緩和，此時選用低級材料雖然其腐蝕速率比較大，但其價格便宜，進行經(jīng)濟核算后，此時采用低級材料也許更經(jīng)濟些?？傊@一類型的材料選用是應(yīng)進行經(jīng)濟核算。   

3）對于同一個腐蝕環(huán)境，若選用高級材料時遭受的腐蝕可能是危險性較大的局部腐蝕，而選用低級材料時遭受的腐蝕可能是具有較大腐蝕速率的均勻腐蝕。此時就應(yīng)考慮選用低級材料并輔以其它防腐措施。

b.材料標準及制造方面    壓力管道的類別與材料標準和制造要求并沒有一一對應(yīng)的關(guān)系，這就要求材料工程師應(yīng)用有關(guān)知識來綜合考慮。許多材料標準和制造標準中，都有若干供用戶確認的選擇項。   

1） 這些選擇項中，有些是一般的項目，當用戶沒有指定時，制造商將按自己的習慣去做。例如，鋼管的供貨長度、供貨狀態(tài)等都屬于這類項目。   

2）有些項目則是附加檢驗項目，這些檢驗項目不是必需的，只有用戶要求時制造商才做。也就是說，用戶可以根據(jù)使用條件不同，追加若干檢驗項目以便更好的控制材料的內(nèi)在質(zhì)量。但提出了這些特殊要求就意味著產(chǎn)品價格的上升，有些檢驗項目如射線探傷的費用是很高的。如何追加這些附加檢驗項目，應(yīng)結(jié)合使用條件和產(chǎn)品的價格綜合考慮，有時要把握好這個尺度是很難的。

c.新材料、新工藝應(yīng)用方面   

積極采用新材料，支持新材料、新工藝的開發(fā)和應(yīng)用，可以有效地降低建設(shè)投資，又能滿足生產(chǎn)工藝對材料的要求。例如：用滲鋁碳鋼代替不銹鋼用于抗硫和有機酸的腐蝕；用碳鋼與不銹鋼的復(fù)合材料代替純不銹鋼材料；用焊接質(zhì)量有保證的有縫鋼管代替無縫鋼管；等等。

2常用材料的應(yīng)用限制

2.1鑄鐵   

常用的鑄鐵有可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵兩種。

 一般限制條件：

1）使用在介質(zhì)溫度為-29～343℃的受壓或非受壓管道；

2）2）不得用于輸送介質(zhì)溫度高于150℃或表壓大于2.5MPa的可燃流體管道；

3）3)不得用于輸送任何溫度壓力條件的有毒介質(zhì)；

4）4)不得用于輸送溫度和壓力循環(huán)變化或管道有振動的條件下。 實際上，可鍛鑄鐵經(jīng)常被用于不受壓的閥門手輪和地下管道；球墨鑄鐵經(jīng)常被用于工業(yè)用管道中的閥門閥體。2.2普通碳素鋼限制條件：

a. 沸騰鋼

1) 應(yīng)限用在設(shè)計壓力≤0.6MPa，設(shè)計溫度為0～250℃的條件下；

2) 不得用于易燃或有毒流體的管道；

3) 不得用于石油液化氣介質(zhì)和有應(yīng)力腐蝕的環(huán)境中；

b. 鎮(zhèn)靜鋼

1) 限用在設(shè)計溫度為0～400℃范圍內(nèi)。

2) 當用于有應(yīng)力腐蝕開裂敏感的環(huán)境時，本體硬度及焊縫硬度應(yīng)不大于HB200，并對本體和焊縫進行100％無損探傷；