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。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。ASME、GB 50316、SH/T 3059、HG/T 20646等標準均提到了常用金屬材料的基本限制條件。
材料選用時,首先應(yīng)遵循下列一些原則。
1. 滿足操作條件的要求
①. 根據(jù)操作條件判斷該管道是不是壓力管道,屬于哪一類壓力管道。
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,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。
②. 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)的耐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,即最高腐蝕速率不超過0.5mm/a。
③. 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。
2. 滿足材料加工工藝和工業(yè)化生產(chǎn)的要求
①. 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。
②. 工程上的材料應(yīng)用是系列化、標準化的。
實際工程中不像在實驗室中,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)過省級及以上管理部門組織技術(shù)鑒定,合格后才能使用。
對于進口的材料,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,合格后才能使用。
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。它要求材料工程師必須運用工程學(xué)、材料學(xué)、腐蝕學(xué)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。
①. 腐蝕方面
例如,對于某一個腐蝕環(huán)境,若選用高級的、價格高的材料時遭受的腐蝕可能是危險性較大的局部腐蝕,而選用低級的、價格低的材料時遭受的腐蝕可能是具有較大腐蝕速率的均勻腐蝕。進行綜合的技術(shù)經(jīng)濟評定后,此時就應(yīng)考慮選用低級材料并輔以其他防腐措施。總之這一類型的材料選用應(yīng)進行經(jīng)濟核算。
②. 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個完全一一對應(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,都有許多需要用戶確認的選擇項。當用戶沒有指定時,制造商將按自己的習(xí)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。
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。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地控制材料的內(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。
③. 新材料、新工藝應(yīng)用方面
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。