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1、壓力管道材料部分前言管道材料是整個(gè)管道設(shè)計(jì)過(guò)程中的基礎(chǔ)部分,它直接影響到壓力管道的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在一個(gè)石油化工生產(chǎn)裝置中,管道材料的費(fèi)用約占整個(gè)工程投資的十分之一,而管道的材料設(shè)計(jì)涉及到管道器材標(biāo)準(zhǔn)體系的選用、材料選用、壓力等級(jí)的確定、管道及其元件型式的選用等內(nèi)容。由于壓力管道安全管理剛剛起步許多從事這方面工作的技術(shù)人員對(duì)這一事物還不太了解技術(shù)基礎(chǔ)工作也比較薄弱。從壓力管道設(shè)計(jì)認(rèn)證過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計(jì)單位尤其是在管道材料和管道應(yīng)力方面以
2、前考慮的較少因此壓力管道的材料部分我們就從最基礎(chǔ)的知識(shí)講起,重要的不是您在本次學(xué)習(xí)班上學(xué)到了某一個(gè)知識(shí)點(diǎn),而是要搞清一個(gè)設(shè)計(jì)思路,設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都有依據(jù)、有標(biāo)準(zhǔn)可尋。目錄1金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)1.1金屬的微觀結(jié)構(gòu)1.2金屬材料的基本性能1.3溫度對(duì)金屬材料的影響1.4常見(jiàn)元素對(duì)金屬材料性能的影響2常用金屬材料2.1鑄鐵2.2碳素鋼2.3合金鋼3壓力管道常用金屬材料的基本限制條件3.1一般限制條件3.2常用材料的應(yīng)用限制3.3其它方面對(duì)材料
3、的限制4應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系4.1國(guó)際上常用的標(biāo)準(zhǔn)體系4.2國(guó)內(nèi)常用的標(biāo)準(zhǔn)體系5管道壓力等級(jí)6管道器材選用7表面處理、防腐、涂層8管道施工及驗(yàn)收規(guī)范1金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)金屬材料的性能首先取決于它的元素組成,其次它也將受微觀組織、加工方法、熱處理方式等因素的影響,而工程選材主要是依據(jù)材料的性能而進(jìn)行的。作為材料工程師,有必要對(duì)影響材料的有關(guān)基本知識(shí)有所了解,并能夠?qū)Σ牧系募庸し椒?、熱處理、檢查試驗(yàn)等提出適宜的要求,從而能夠選用到既可靠又經(jīng)濟(jì)的材料。
4、有關(guān)金屬材料的基本知識(shí)今天僅介紹金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)、基本性能、常見(jiàn)元素對(duì)性能的影響以及金屬材料的分類(lèi)及牌號(hào)標(biāo)識(shí)等內(nèi)容。1.1金屬的微觀結(jié)構(gòu)1.1.1碳鋼與鑄鐵體心立方晶格Fe原子之間空隙小,溶碳能力小,室溫溶碳0.006%,723℃溶碳最大0.02%。強(qiáng)度和硬度低,韌性和塑性好?!魥W氏體碳溶解在面心立方晶格Fe原子之間形成的固溶體。是碳鋼在高溫時(shí)的組織。面心立方晶格Fe原子之間空隙大,溶碳能力最大2.06%。C的大量溶入,使其具有一定的
5、強(qiáng)度和硬度,良好的塑性?!魸B碳體:鐵碳合金中的碳不能全部溶入鐵素體、奧氏體中時(shí),“剩余”的碳與鐵形成的鐵碳化合物(Fe3C)的晶體組織。(其硬度極高,塑性幾乎零。滲碳體含C6.67%,熔點(diǎn)1600℃)◆石墨:鑄鐵中的C2.06%,奧氏體最大溶碳量2.06%,剩余的C以石墨形式存在。1.1.2鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖是表示不同成分的鐵碳合金在不同溫度下所具有的狀態(tài)或組織的關(guān)系圖。相圖的作用通過(guò)鐵碳合金相圖能掌握鋼的組織隨成分和溫度變化的規(guī)
6、律以便能夠正確制定熱處理和熱加工的工藝,是改變其組織,獲得所需要的性能的依據(jù)。圖1-3鐵碳合金相圖相圖中有:兩個(gè)組元:鐵(Fe)性能表現(xiàn)為強(qiáng)度和硬度較低,塑性和韌性較好滲碳體(Fe3C)性能表現(xiàn)為硬而脆四個(gè)基本相:液相(L)、鐵素體(а)、奧氏體(γ)和滲碳體(Fe3C)兩個(gè)次生相:珠光體(鐵素體+滲碳體的兩相機(jī)械混合物)具有良好的強(qiáng)度和硬度又具有良好的塑性和韌性,屬常溫穩(wěn)定組織萊氏體(奧氏體+滲碳體的兩相機(jī)械混合物)1)C0.8%滲碳
7、體+珠光體過(guò)共析鋼(ES過(guò)共析鋼)GS線:C0.8%的鐵碳合金加熱時(shí)鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終了溫度線(Ac3),或者冷卻時(shí)奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度線(Ar3)。ES線:0.8%PSK線:鐵碳合金加熱時(shí)珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度線(Ac1),或者冷卻時(shí)奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的溫度線(Ar1)。以20鋼為例根據(jù)鐵碳合金相圖來(lái)看一下其結(jié)晶過(guò)程:20鋼在①點(diǎn)以上時(shí)為液體(L),冷卻至稍低于①點(diǎn)的溫度時(shí)開(kāi)始從液相中結(jié)晶出δ鐵;冷卻至②點(diǎn)溫度以下時(shí),生
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