常用金屬材料的基本限制條件

工程上的實際應用環境條件是十分復雜的，不同的介質、介質溫度、介質壓力等操作條件的組合，構成了無數個選材條件。就常見的選材條件來說，要想在這里逐一給出其選材結論是不現實的，它也正是各個設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，首先應遵循下列一些原則。

1.1滿足操作條件的要求a．根據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品的檢查試驗都比低類別的壓力管道要求高。b.應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的抗腐蝕性能是不相同的。在腐蝕環境中，選用材料應避免災難性的腐蝕形式(如應力腐蝕開裂)出現，而對均勻腐蝕，一般至少應限定在"耐腐蝕"級，即最高年腐蝕速率不超過0.5mm；c.介質溫度也是選用材料的一個重要參數。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。很多腐蝕形態都與介質溫度有密切的關系，甚至是腐蝕發生的基本條件。因此壓力管道的選材應滿足溫度的限制條件。

1.2滿足材料加工工藝和工業化生產的要求a．理想的材料應該是容易獲得的，即它應具有良好的加工工藝性、焊接性能等。    例如，對于一些腐蝕環境，選用碳鋼和不銹鋼復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濟適用的，但由于許多制造廠的復合工藝不過關，使用中屢次出現問題，從而給復合材料的應用帶來了限制，尤其是碳鋼與0Cr13的復合板材因現場焊接質量不容易保證，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、理想化的材料應用。將材料標準化、系列化便于大規模生產，減少材料品種，從而可以節約設計、制造、安裝、使用等各環節的投入，同時也將大大降低生產成本。   

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

 對于必須進口的材料，應提出詳細的規格、性能、材料牌號、材料標準、應用標準等技術要求，并按國內的有關技術要求對其進行復驗，合格以后才能使用。

1.3符合既適用又經濟的要求   

這是一個很原則的問題，實際操作起來是很復雜的。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生，特別是突然性、災難性的局部腐蝕發生，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周期。進行綜合的技術經濟評定，此時采用高級材料也許更經濟些。反之，如果腐蝕環境比緩和，此時選用低級材料雖然其腐蝕速率比較大，但其價格便宜，進行經濟核算后，此時采用低級材料也許更經濟些。總之這一類型的材料選用是應進行經濟核算。   

3）對于同一個腐蝕環境，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的關系，這就要求材料工程師應用有關知識來綜合考慮。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在質量。但提出了這些特殊要求就意味著產品價格的上升，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，應結合使用條件和產品的價格綜合考慮，有時要把握好這個尺度是很難的。

c.新材料、新工藝應用方面   

積極采用新材料，支持新材料、新工藝的開發和應用，可以有效地降低建設投資，又能滿足生產工藝對材料的要求。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合材料代替純不銹鋼材料；用焊接質量有保證的有縫鋼管代替無縫鋼管；等等。

2常用材料的應用限制

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）使用在介質溫度為-29～343℃的受壓或非受壓管道；

2）2）不得用于輸送介質溫度高于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；

4）4)不得用于輸送溫度和壓力循環變化或管道有振動的條件下。 實際上，可鍛鑄鐵經常被用于不受壓的閥門手輪和地下管道；球墨鑄鐵經常被用于工業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) 應限用在設計壓力≤0.6MPa，設計溫度為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和有應力腐蝕的環境中；

b. 鎮靜鋼

1) 限用在設計溫度為0～400℃范圍內。

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