?? 燃氣管道主要使用鋼管、鑄鐵管和塑料管等。燃氣高壓、中壓管道通常采用鋼管,中壓和低壓采用鋼管或鑄鐵管。塑料管多用于工作壓力≤0.4MPa的室外地下管道。
一、燃氣管線對鋼管材質(zhì)的要求
燃氣管線用鋼除必須滿足強度要求(力學性能)和焊接性外,還需根據(jù)環(huán)境溫度、管徑大小、輸送壓力及輸送介質(zhì)的腐蝕性等條件;考慮鋼材的沖擊韌性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度和耐腐蝕性能。
1.力學性能
(1)抗拉強度
??? 是指鋼材在拉伸試驗中,試件在拉斷時對應的最大應力,用σb表示,單位為MPa。同一種鋼的不同試件測定出的抗拉應力略有差別,標準中提供的抗拉強度是指該鋼種最低抗拉強度值。我國常用管材抗拉強度在330~515MPa之間,見表2-1。
(2)屈服強度
??? 鋼的屈服強度是指鋼在拉伸試驗中,試樣拉伸變形,當不計初始瞬時效應時,屈服階段的最小應力用σs表示,單位為MPa。我國常用管線用鋼的屈服強度在205~415MPa之間。
(3)伸長率
??? 是鋼在拉伸試驗時,試樣被拉斷后,標距的伸長與原標距的百分比。鋼的屈服強度愈低,則伸長率愈大,標志鋼的塑性愈好。伸長率大的鋼材制管成型好,易于焊接加工。
常用國產(chǎn)管材的伸長率一般均大于20%。常見國產(chǎn)管材的力學性能見表2-1。
2.斷裂韌性
??? 管線斷裂可分為韌性斷裂和脆性斷裂,韌性斷裂是在過大拉應力和裂紋缺陷同時存在的條件下,由細小的裂紋逐漸擴展而最終造成的斷裂。其斷面呈暗灰色纖維狀。脆性斷裂,是由低溫、應力和裂紋缺陷三種條件共同作用造成的,其斷裂常在遠低于鋼材屈服應力條件下突然發(fā)生,斷裂后的斷裂面呈發(fā)亮的結晶狀。對于高強度、厚壁、韌性低的管材在低溫、高應力使用條件下容易發(fā)生斷裂。為了防止管線在工作條件下斷裂,在制管和施工中應注意消除管線裂紋缺陷。并從選擇管線用鋼,提高鋼材韌性來防止管線裂斷。
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標準 | 鋼種等級 | 最低抗拉強度/MPa | 最低屈服強度/MPa | 伸長率δ①②50 | 可比較的API標準剛種 |
GB8163 | 10 | 335 | 205 | 24 | A |
20 | 390 | 245 | 20 | B | |
09MnV | 430 | 295 | 22 | X42 | |
16Mn | 490 | 325 | 21 | X46 | |
GB9711 SY5297-1991 | S205 | 330 | 205 | 31~35 | A |
S240 | 415 | 240 | 25~28 | B | |
S290 | 415 | 290 | 25~28 | X42 | |
S315 | 435 | 315 | 24~27 | X46 | |
S360 | 455 | 360 | 23~26 | X52 | |
S385 | 490 | 385 | 22~24 | X56 | |
S415 | 515 | 415 | 21~23 | X60 | |
S450 | 530 | 450 | 20~23 | X65 | |
S480 | 565 | 480 | 19~21 | X70 |
?、贅司酁?0mm時,伸長率δ50最小值按下式計算
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式中 A——拉伸試樣橫截面面積,mm2;
σb——母材最低抗拉強度,MPa。
各種不同厚度不同鋼種拉伸試樣的伸長率最小值見SY5297—1991附錄B。
?、诒砹械臄?shù)據(jù)為寬38mm,厚6~10mm試樣的伸長率。厚度小的取小值,厚度大的取大值,中間值可內(nèi)插。
鋼材的斷裂韌性,是指含裂紋的金屬材料在破斷前吸收能量和塑性變形的能力。斷裂韌性與鋼材的化學成分、合金元素、熱處理工藝、材料厚度和方向性有關。應盡可能降低鋼中碳、硫、磷的含量,適當添加釩、鈮、鈦、鎳等合金元素,采用控制軋鋼,控制冷卻等工藝,使鋼的純度提高,材質(zhì)均勻,晶粒細化,則可以提高鋼的韌性。目前冶金技術發(fā)達的國家在生產(chǎn)高強度管線用鋼時,大都采用降碳增錳,減少硫、磷雜質(zhì),改變雜質(zhì)形態(tài)等來提高管材的強度和韌度。
對于某種鋼材,其斷裂韌度在一定溫度范圍內(nèi)是隨使用溫度的降低而降低。當溫度低到某一臨界溫度附近時,韌度會出現(xiàn)突然下降現(xiàn)象。在這個溫度下,鋼材從韌度斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?。這個溫度稱作鋼材的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。
鋼材的韌度指標通常用剪切值,沖擊吸收功來衡量。采用夏比沖擊試驗進行測定。
管線工作溫度越低,鋼管工作應力越大,管徑和壁厚越大,對鋼材沖擊韌度要求也就越高。目前這幾種因素對沖擊韌度影響的定量研究尚不充分,我國尚未對管線用鋼韌性指標作明確規(guī)定,現(xiàn)將前蘇聯(lián)《大型管線》規(guī)范中對管材沖擊韌度規(guī)定值列于表2-2。我國部分管線及美國阿拉斯加輸氣管線管材韌性規(guī)定值列于表2-3。
管線用鋼的斷裂韌度,在鋼管標準中是屬于合同協(xié)議試驗項目,用戶根據(jù)工程實際需要,確定是否增加斷裂韌度試驗,如果需要,還需確定試驗方法、標準、試驗溫度和驗收指標,并在定貨合同中注明。
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公稱直徑/mm | 工作壓力/MPa | 沖吉韌度值α①K/(J/cm2)(不小于) | 落錘撕裂試驗②剪切值(%)(不小于) |
<500 | ≤10.0 | 24.5 | - |
500~600 | ≤10.0 | 29.4 | - |
700~800 | ≤10.0 | 29.4 | 50 |
1000 | ≤5.5 | 29.4 | 50 |
1000 | 7.5 | 39.2 | 60 |
1000 | 10.0 | 38.8 | 60 |
1200 | ≤5.5 | 39.2 | 60 |
? | 7.5 | 58.8 | 70 |
? | 10 | 78.4 | 80 |
1400 | 7.5 | 78.4 | 80 |
1400 | 10.0 | 107.8 | 85 |
①試驗溫度為40℃,試樣按ГОСТ9454—78中11-13類試樣加工,壁厚等于大于10mm者,試樣高75mm;
?、趯斔鸵簯B(tài)產(chǎn)品的管線,不提出剪切值要求。
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? | 強度等級 | 試驗溫度/℃ | 夏比沖擊功/J | 剪切面積(%) | ||
平均 | 最小 | 平均 | 最小 | |||
靖西管線工程 φ426 | X52 | -30 | 20 | 15 | 90 | 70 |
陜京輸氣管線工程 φ660 | X60 | -40 | 50 | 38 | 90 | 80 |
西北輸油管道工程 φ610 | X52 | 0 | 35 | 28 | 90 | 80 |
? | X60 | 0 | 42 | 32 | 95 | 85 |
? | X65 | 0 | 48 | 38 | 95 | 85 |
阿拉斯加氣管線 φ1066 | X70 | -5 | 54 | 41 | ? | 85 |
φ762 | X70 | -5 | 40 | 30 | ? | 85 |
3. 焊接性能 鋼的焊接性指被焊鋼材在一定的焊接工藝方法、工藝參數(shù)及結構形式的條件下,能獲得可靠焊接的難易程度。鋼的焊接性主要取決于鋼的化學成分。對鋼的焊接性影響最大的合金元素是碳,其他合金元素的影響可以把它折算成與其等效作用的附加碳來估算。