鋼管標(biāo)準(zhǔn)簡介

厚壁鋼管抗拉強度

根據(jù)國標(biāo)GB/T17395《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》對尺寸偏差的要求，可分為標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)準(zhǔn)化兩種，四個等級。

1)以公稱壓力表示其等級或規(guī)定壓力一溫度額定值的管件，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壓力一溫度額定值作為其使用基準(zhǔn)，如GB/T 17185;

2)標(biāo)準(zhǔn)中僅規(guī)定了與其相連直管的公稱厚度的管件，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基準(zhǔn)管子等級確定其適用壓力一溫度額定值，如GB14383~GB14626。

3)標(biāo)準(zhǔn)中僅規(guī)定外形尺寸的管件，如GB12459、GB 13401，應(yīng)通過驗證性試驗來確定其承壓強度。

4)其他，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行壓力設(shè)計或解析分析等方法來確定其使用基準(zhǔn)。此外，管件強度等級的確定，還應(yīng)不低于整個管道系統(tǒng)在操作中可能遇到的最嚴(yán)酷工況下的壓力。

鋼材力學(xué)性能是保證鋼材終極使用性能(機械性能)的重要指標(biāo)，它取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理制度。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)不同的使用要求，規(guī)定了拉伸性能(抗拉強度、屈服強度或屈服點、伸長率)以及硬度、韌性指標(biāo)，還有用戶要求的高、低溫性能等。

試樣在拉伸過程中，在拉斷時所承受的最大力(Fb)，出以試樣原橫截面積(So)所得的應(yīng)力(σ)，稱為抗拉強度(σb)，單位為N/mm2(MPa)。它表示金屬材料在拉力作用下抵抗破壞的最大能力。計算公式為:

式中:Fb--試樣拉斷時所承受的最大力，N(牛頓);

So--試樣原始橫截面積，mm2。

具有屈服現(xiàn)象的金屬材料，試樣在拉伸過程中力不增加(保持恒定)仍能繼續(xù)伸長時的應(yīng)力，稱屈服點。若力發(fā)生下降時，則應(yīng)區(qū)分上、下屈服點。屈服點的單位為N/mm2(MPa)。

上屈服點(σsu):試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力;

下屈服點(σsl):當(dāng)不計初始瞬時效應(yīng)時，屈服階段中的最小應(yīng)力。

屈服點的計算公式為:

式中:Fs--試樣拉伸過程中屈服力(恒定)，N(牛頓);

So--試樣原始橫截面積，mm2。

在拉伸試驗中，試樣拉斷后其標(biāo)距所增加的長度與原標(biāo)距長度的百分比，稱為伸長率。以σ表示，單位為%。計算公式為:

式中:L1--試樣拉斷后的標(biāo)距長度，mm;

L0--試樣原始標(biāo)距長度，mm。

在拉伸試驗中，試樣拉斷后其縮徑處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，稱為斷面收縮率。以ψ表示，單位為%。計算公式如下:

式中:S0--試樣原始橫截面積，mm2;

S1--試樣拉斷后縮徑處的最少橫截面積，mm2。

金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力，稱為硬度。根據(jù)試驗方法和適用范圍不同，硬度又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度、顯微硬度和高溫硬度等。對于管材一般常用的有布氏、洛氏、維氏硬度三種。

A、布氏硬度(HB)

用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗力(F)壓進(jìn)式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，丈量試樣表面的壓痕直徑(L)。布氏硬度值是以試驗力除以壓痕球形表面積所得的商。以HBS(鋼球)表示，單位為N/mm2(MPa)。

其計算公式為:

式中:F--壓進(jìn)金屬試樣表面的試驗力，N;

D--試驗用鋼球直徑，mm;

d--壓痕均勻直徑，mm。

測定布氏硬度較正確可靠，但一般HBS只適用于450N/mm2(MPa)以下的金屬材料，對于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中，布氏硬度用途最廣，往往以壓痕直徑d來表示該材料的硬度，既直觀，又方便。

舉例:120HBS10/1000130:表示用直徑10mm鋼球在1000Kgf(9.807KN)試驗力作用下，保持30s(秒)測得的布氏硬度值為120N/ mm2(MPa)。

B、洛氏硬度(HK)

洛氏硬度試驗同布氏硬度試驗一樣，都是壓痕試驗方法。不同的是，它是丈量壓痕的深度。即，在初邕試驗力(Fo)及總試驗力(F)的先后作用下，將壓頭(金鋼廠圓錐體或鋼球)壓進(jìn)試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除主試驗力，用丈量的殘余壓痕深度增量(e)計算硬度值。其值是個無名數(shù)，以符號HR表示，所用標(biāo)尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9個標(biāo)尺。其中常用于鋼材硬度試驗的標(biāo)尺一般為A、B、C，即HRA、HRB、HRC。

硬度值用下式計算:

當(dāng)用A和C標(biāo)尺試驗時，HR=100-e

當(dāng)用B標(biāo)尺試驗時，HR=130-e

式中e--殘余壓痕深度增量，其什系以規(guī)定單位0.002mm表示，即當(dāng)壓頭軸向位移一個單位(0.002mm)時，即相當(dāng)于洛氏硬度變化一個數(shù)。e值愈大，金屬的硬度愈低，反之則硬度愈高。

上述三個標(biāo)尺適用范圍如下:

HRA(金剛石圓錐壓頭)20-88

HRC(金剛石圓錐壓頭)20-70

HRB(直徑1.588mm鋼球壓頭)20-100

洛氏硬度試驗是目前應(yīng)用很廣的方法，其中HRC在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中使用僅次于布氏硬度HB。洛氏硬度可適用于測定由極軟到極硬的金屬材料，它彌補了布氏法的不是，較布氏法簡便，可直接從硬度機的表盤讀出硬度值。但是，由于其壓痕小，故硬度值不如布氏法正確。

C、維氏硬度(HV)

維氏硬度試驗也是一種壓痕試驗方法，是將一個相對面夾角為1360的正四棱錐體金剛石壓頭以選定的試驗力(F)壓進(jìn)試驗表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，丈量壓痕兩對角線長度。

維氏硬度值是試驗力除以壓痕表面積所得之商，其計算公式為:

式中:HV--維氏硬度符號，N/mm2(MPa);

F--試驗力，N;

d--壓痕兩對角線的算術(shù)均勻值，mm。

維氏硬度采用的試驗力F為5(49.03)、10(98.07)、20(196.1)、30(294.2)、50(490.3)、100(980.7)Kgf(N)等六級，可測硬度值范圍為5~1000HV。

表示方法舉例:640HV30/20表示用30Hgf(294.2N)試驗力保持20S(秒)測定的維氏硬度值為640N/mm2(MPa)。

維氏硬度法可用于測定很薄的金屬材料和表面層硬度。它具有布氏、洛氏法的主要優(yōu)點，而克服了它們的基本缺點，但不如洛氏法簡便。維氏法在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中很少用。

沖擊韌性是反映金屬才來哦對外來沖擊負(fù)荷的抵抗能力，一般由沖擊韌性值(ak)和沖擊功(Ak)表示，其單位分別為J/cm2和J(焦耳)。

沖擊韌性或沖擊功試驗(簡稱"沖擊試驗")，因試驗溫度不同而分為常溫、低溫順高溫沖擊試驗三種;若按試樣缺口外形又可分為"V"形缺口和"U"形缺口沖擊試驗兩種。

沖擊試驗:用一定尺寸和外形(10×10×55mm)的試樣(長度方向的中間處有"U"型或"V"型缺口，缺口深度2mm)在規(guī)定試驗機上受沖擊負(fù)荷打擊下自缺口處折斷的實驗。

A、沖擊吸收功Akv(u)--具有一定尺寸和外形的金屬式樣，在沖擊負(fù)荷作用下折斷時所吸收的功。單位為焦耳(J)或Kgf . m。

B、沖擊韌性值akv(u)--沖擊吸收功除以試樣缺口處底部橫截面積所得的商。單位為焦耳/厘米2(J/cm2)或公斤力 . 米/厘米2(Kgf . m/cm2)。計算公式為:

式中:Akv(u)--試樣折斷時所吸收的功，Kgf . m(J);

S --試樣缺口處底部橫截面面積，cm2。

常溫沖擊試驗溫度為20±50C;低溫沖擊試驗溫度范圍為<15~-1920C;高溫沖擊試驗溫度范圍為35~10000C。 低溫沖擊試驗所用冷卻介質(zhì)一般為無毒、安全、不腐蝕金屬和在試驗溫度下不凝固的液體或氣體。如無水乙醇(酒精)、固態(tài)二氧化碳(干冰)或液氮霧化氣(液氮)等。