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1、 常用燃气管道材料介绍 燃气管道主要使用钢管、铸铁管和塑料管等。燃气高压、中压管道通常采纳钢管，中压和低压采纳钢管或铸铁管。塑料管多用于工作压力04MPa的室外地下管道。 一、燃气管线对钢管材质的要求燃气管线用钢除必需满意强度要求(力学性能)和焊接性外，还需依据环境温度、管径大小、输送压力及输送介质的腐蚀性等条件；考虑钢材的冲击韧性、韧脆转变温度和耐腐蚀性能。1力学性能(1)抗拉强度 是指钢材在拉伸试验中，试件在拉断时对应的最大应力，用b表示，单位为MPa。同一种钢的不同试件测定出的抗拉应力略有差异，标准中供应的抗拉强度是指该钢种最低抗拉强度值。我国常用管材抗拉强度在330515MPa之间，见
2、表2-1。 (2)屈服强度 钢的屈服强度是指钢在拉伸试验中，试样拉伸变形，当不计初始瞬时效应时，屈服阶段的最小应力用s表示，单位为MPa。我国常用管线用钢的屈服强度在205415MPa之间。 (3)伸长率 是钢在拉伸试验时，试样被拉断后，标距的伸长与原标距的百分比。钢的屈服强度愈低，则伸长率愈大，标志钢的塑性愈好。伸长率大的钢材制管成型好，易于焊接加工。 常用国产管材的伸长率一般均大于20%。常见国产管材的力学性能见表2-1。2断裂韧性 管线断裂可分为韧性断裂和脆性断裂，韧性断裂是在过大拉应力和裂纹缺陷同时存在的条件下，由细小的裂纹渐渐扩展而最终造成的断裂。其断面呈暗灰色纤维状。脆性断裂，是由
3、低温、应力和裂纹缺陷三种条件共同作用造成的，其断裂常在远低于钢材屈服应力条件下突然发生，断裂后的断裂面呈发亮的结晶状。对于高强度、厚壁、韧性低的管材在低温、高应力使用条件下简单发生断裂。为了防止管线在工作条件下断裂，在制管和施工中应留意消退管线裂纹缺陷。并从选择管线用钢，提高钢材韧性来防止管线裂断。 表2-1 常用管材的力学性能标准钢种等级最低抗拉强度/MPa最低屈服强度/MPa伸长率50可比拟的API标准刚种GB81631033520524A2039024520B09MnV43029522X4216Mn49032521X46GB9711SY5297-1991S2053302053135AS2
4、404152402528BS2904152902528X42S3154353152427X46S3604553602326X52S3854903852224X56S4155154152123X60S4505304502023X65S4805654801921X70标距为50mm时，伸长率50最小值按下式计算 式中 A拉伸试样横截面面积，mm2；b母材最低抗拉强度，MPa。各种不同厚度不同钢种拉伸试样的伸长率最小值见SY52971991附录B。表列的数据为宽38mm，厚610mm试样的伸长率。厚度小的取小值，厚度大的取大值，中间值可内插。钢材的断裂韧性，是指含裂纹的金属材料在破断前汲取能量和塑性
5、变形的力量。断裂韧性与钢材的化学成分、合金元素、热处理工艺、材料厚度和方向性有关。应尽可能降低钢中碳、硫、磷的含量，适当添加钒、铌、钛、镍等合金元素，采纳掌握轧钢，掌握冷却等工艺，使钢的纯度提高，材质匀称，晶粒细化，则可以提高钢的韧性。目前冶金技术兴旺的国家在生产高强度管线用钢时，大都采纳降碳增锰，削减硫、磷杂质，转变杂质形态等来提高管材的强度和韧度。对于某种钢材，其断裂韧度在肯定温度范围内是随使用温度的降低而降低。当温度低到某一临界温度四周时，韧度会消失突然下降现象。在这个温度下，钢材从韧度断裂转变为脆性断裂。这个温度称作钢材的韧脆转变温度。钢材的韧度指标通常用剪切值，冲击汲取功来衡量。采纳
6、夏比冲击试验进展测定。管线工作温度越低，钢管工作应力越大，管径和壁厚越大，对钢材冲击韧度要求也就越高。目前这几种因素对冲击韧度影响的定量讨论尚不充分，我国尚未对管线用钢韧性指标作明确规定，现将前苏联大型管线标准中对管材冲击韧度规定值列于表2-2。我国局部管线及美国阿拉斯加输气管线管材韧性规定值列于表2-3。管线用钢的断裂韧度，在钢管标准中是属于合同协议试验工程，用户依据工程实际需要，确定是否增加断裂韧度试验，假如需要，还需确定试验方法、标准、试验温度和验收指标，并在定货合同中注明。表2-2 原苏联长输管线用管材冲击韧度规定值公称直径/mm工作压力/MPa冲吉韧度值K/(J/cm2)(不小于)落
7、锤撕裂试验剪切值(%)(不小于)50010.024.5-50060010.029.4-70080010.029.45010005.529.45010007.539.260100010.038.86012005.539.2607.558.8701078.48014007.578.480140010.0107.885试验温度为40，试样按945478中11-13类试样加工，壁厚等于大于10mm者，试样高75mm；对输送液态产品的管线，不提出剪切值要求。表2-3 国内外局部工程管材韧度规定最小值强度等级试验温度/夏比冲击功/J剪切面积(%)平均最小平均最小靖西管线工程 426X52-30202290
8、70陕京输气管线工程 660X60-4050389080西北输油管道工程 610X52035289080X60042329585X65048389585阿拉斯加气管线 1066X70-5544185762X70-54030853. 焊接性能 钢的焊接性指被焊钢材在肯定的焊接工艺方法、工艺参数及构造形式的条件下，能获得牢靠焊接的难易程度。钢的焊接性主要取决于钢的化学成分。对钢的焊接性影响最大的合金元素是碳，其他合金元素的影响可以把它折算成与其等效作用的附加碳来估算。 上一页1 234下一页 (1)碳当量 把钢中合金总含量换算成对可焊性有一样影响的碳的数量称炭当量，符号为CE，碳当量的计算方法较多
9、，国际焊接协会(IIW)用来判定产生延迟裂纹(也称冷裂纹)倾向的碳当量计算式如下： 式中C(碳)、V(钒)、Mn(锰)、Cu(铜)、Cr(铬)、Ni(镍)、Mo(钼)均以各种成分含量的质量百分数表示，其中钒的百分含量中可包括在钢管的一般焊接条件下，焊口是快速冷却的，钢的硬化，尤其在靠近焊缝受热影响的粗粒区内，焊接会对这些成分产生影响。公式中分母数值供应了关于焊口及其热影响区内金属硬化方面各元素的含量起作用的程度。 一般认为，碳钢的含碳量小于wc0.25%，合金钢的含碳量小于wc0.45，焊接性能良好。钢的焊接性与管材的化学成分亲密相关，尤以碳、锰含量影响最大。1) 碳：碳对钢和焊缝金属的作用是
10、提高强度和硬度，降低塑性和韧性，含碳量增加，钢的焊接性降低。含碳量愈高，焊接时碳和氧反响而生成一氧化碳的时机越多，在焊缝的熔合区和熔合线上更简单产生气孔。2)锰：锰是炼钢的脱氧剂和脱硫剂，在钢中参加肯定数量的锰，能消退和减弱钢因硫所引起的热脆性，提高钢的强度。但锰能使钢提高淬透性，对焊接性能有不利影响。为了改善钢的焊接性能，应适当降低钢中碳的含量，焊接时可采纳低氢型焊条和相应焊接工艺。3)镍：镍能使钢改善低温韧性和提高淬透性，并具有较高的抗腐蚀力量。4)铬：能提高钢的耐腐蚀力量、抗氧化力量、耐高温性、淬透性及材料的耐磨性能，加大焊缝热影响区的硬度。5)铌、钒、钛：添加在碳锰低合金钢中，经掌握轧
11、制和掌握冷却可以提高钢的强度，细化晶粒，改善焊接性和韧性。6)磷、硫：在各类钢中均属有害杂质，它会降低钢的塑性、韧性和焊接性。4抗腐蚀性能 长距离输气管道要求自然气必需经净化处理，脱除硫化氢和水。在输送净化自然气的条件下，不考虑管材的内壁防腐蚀。只有在输送的自然气既含水又含硫化物的条件下，才考虑管材的抗硫化物应力开裂。目前抗硫化物应力开裂的主要方法是选用低碳钢和焊缝经热处理消退应力，掌握硬度不超过200HBS。常用的国产抗硫化物应力开裂的钢种有Q235，10，15，20，Q295等钢种。至今，还有抗化学腐蚀的输气管道用钢，在有化学腐蚀的条件下一般是采纳增加腐蚀裕量或输气管采纳内涂层来解决。5严
12、寒地带的管材选择 所谓严寒地带，一般指最低月平均温度低于-20的地区。当采纳低温输送工艺时，应按最低输送温度计算。由于钢的韧性随温度降低而下降，当低于钢的韧脆转变温度时，管线会产生脆性断裂。严寒地区管材的选择主要依据最低使用温度，选用钢种的韧脆转变温度必需低于最低使用温度，钢的冲击汲取功必需大于肯定的值。不同强度等级的钢，要求的冲击汲取功的最小值不同。不同的使用温度，对冲击汲取功的最小值要求也不一样。国内管材低温条件使用的冲击吸收功最小值尚无标准规定。低温压力容器用钢在最低设计温度下冲击汲取功最低规定值见表2-4。低温用钢的冲击汲取功试验方法按GB451591984金属低温夏比冲击试验方法规定
13、，冲击试样缺口按GB2106金属(V型缺口)夏比冲击试验方法规定的标准试件加工。前苏联由于在严寒地区建立自然气管道工程较多，其管线建立标准中对于钢管的低温韧性作了规定。当使用温度不低于-40时，冲击韧性规定值见表2-2；当工作温度在-40-60时，钢管的冲击韧性规定值见表2-5。表2-5还适用于虽然工作温度不低于-40，但壁厚较厚时，其冲击韧度规定值也应按表中规定选取。表2-4 压力容器用钢低温夏比(V型缺口)冲击试验最低冲击功规定值 钢材最低抗拉强度b/MPa 三个试样的冲击功平均值AKV/J10mm10mm55mm5mm10mm55mm450189450516202251565527141
14、试验温度下三个试样冲击功平均值不得低于表2-5的规定，其中单个试样冲击功可以小于平均值，但不得小于平均值的70；2试验温度为最低设计温度。表2-5 使用温度不低于-60条件下钢管韧度规定值公称壁厚/mm冲击韧度规定值/(J/cm2)不小于管子母材连接件母材焊接接头61029.429.424.5101539.429.429.415254929.439.4(管子焊接接头)29.4(连接件焊接头)253058.839.239.23045-4939.2二、钢管的种类和标准1钢管的种类(1)无缝钢管 采纳热加工的方法制造的不带焊缝的钢管称为无缝钢管。依据需要，有的无缝钢管还经冷精整和热处理加工成所要求的
15、外形、尺寸和性能。我国将无缝钢管按不同用途分为输送流体用无缝钢管(GB81631987)、高压锅炉无缝钢管(GB53101985)、化肥设备用高压无缝钢管(GB64791986)、石油裂化用无缝钢管(GB99481988)等。按制造工艺又可分为热轧、热扩、冷拨无缝钢管。(2)焊接钢管 采纳钢板(带)常常温(或加热)成型，然后在成形边缘焊接而制成的钢管称焊接钢管。按焊接方式可分连续炉焊、电阻焊、埋孤焊和金属极气体爱护电弧焊。焊接钢管中按成形方法可分为螺旋焊缝钢管和有焊缝钢管。我国生产用于自然气输送用管有螺旋缝埋弧焊钢管、直缝电阻焊钢管。螺旋焊缝钢管采纳钢带经螺旋形卷制成形，然后焊接而成，与直缝管相比，钢管的直径和长度调整简单。可以用较
