一、不(bu)同標(biao)準規范對低溫(wen)管道(dao)的定義
我國標準(zhun)(zhun)一般規(gui)定設計溫(wen)度低(di)于(yu)(yu)或(huo)等于(yu)(yu)-20℃的管道屬(shu)于(yu)(yu)低(di)溫(wen)管道。GB 50316、SH3059和GB150標準(zhun)(zhun)規(gui)定設計溫(wen)度低(di)于(yu)(yu)或(huo)等于(yu)(yu)-20℃的壓(ya)力管道屬(shu)于(yu)(yu)低(di)溫(wen)管道。GB 50235、SH 3501 標準(zhun)(zhun)規(gui)定設計溫(wen)度低(di)于(yu)(yu)或(huo)等于(yu)(yu)-29℃的壓(ya)力管道屬(shu)于(yu)(yu)低(di)溫(wen)管道。
ASTM、ASME標準規定設計溫度(du)低于(yu)或等于(yu)-29℃的管道(dao)屬(shu)于(yu)低溫管道(dao)。
前ASTM、ASME對(dui)(dui)(dui)于低溫(wen)管道采用了根據材料(liao)組別(bie)、厚(hou)度、應力水平和熱處理(li)(li)(li)狀態確定材料(liao)最(zui)低設計金屬溫(wen)度的(de)(de)方法(fa),這種方法(fa)建立在(zai)大(da)量(liang)實驗研究的(de)(de)基礎上,運用斷裂(lie)力學的(de)(de)判據,針對(dui)(dui)(dui)每種材料(liao)的(de)(de)性能(neng)、厚(hou)度、熱處理(li)(li)(li)狀態分(fen)別(bie)確定低溫(wen)限,是比較科學的(de)(de)方法(fa)。我國(guo)標準將低溫(wen)限統一(yi)定為(wei)-20℃,這是根據經驗人為(wei)地劃定的(de)(de)界限,對(dui)(dui)(dui)于一(yi)些材料(liao)具(ju)有(you)不(bu)合理(li)(li)(li)性。
二(er)、低(di)溫管道沖擊(ji)試(shi)驗與(yu)低(di)溫低(di)應力工況
設計溫度低于或等于-20℃的低溫管道用鋼材,除含碳量小于和等于0.10%且符合標準的鉻鎳奧氏體不銹(xiu)鋼在材料溫度不低于-196℃時不做低溫沖擊試驗外,其余鋼材均應做夏比(V形缺口)低溫沖擊試驗。試驗要求應符合GB 150《鋼制壓力容器》和GB50316《工業金屬管道設計規范》的規定。
低(di)(di)溫管道用鋼材做低(di)(di)溫沖擊試(shi)驗不包括“低(di)(di)溫低(di)(di)應(ying)力工(gong)況”。低(di)(di)溫低(di)(di)應(ying)力工(gong)況系(xi)指壓力1/6,且不大(da)于50MPa”是低(di)(di)溫低(di)(di)應(ying)力工(gong)況的(de)判據。
“GB 150、GB 50316、GB/T 20801.2和(he)HG 20585《鋼制(zhi)低(di)(di)溫壓(ya)(ya)(ya)力容器技術(shu)規定》。同時規定,除抗拉強度下限(xian)值大于(yu)(yu)540MPa的鋼材及螺栓材料(liao)外,壓(ya)(ya)(ya)力容器殼體及其受(shou)壓(ya)(ya)(ya)元(yuan)件或受(shou)壓(ya)(ya)(ya)的管(guan)道組成(cheng)件在低(di)(di)溫低(di)(di)應力工況下,若設計(ji)溫度加50℃后(hou)高于(yu)(yu)-20℃時,壓(ya)(ya)(ya)力容器和(he)管(guan)道材料(liao)可(ke)免(mian)做低(di)(di)溫沖擊(ji)試驗。
三、低溫工(gong)況管道(dao)材料的選(xuan)用
具有(you)面心(xin)立方(fang)晶格的(de)(de)金屬材(cai)料(如銅Cu、鎳Ni、奧氏體(ti)鋼等(deng))一(yi)般沒有(you)低(di)(di)溫(wen)冷脆現象,是最好的(de)(de)低(di)(di)溫(wen)用(yong)材(cai),故含(han)銅、鎳等(deng)元(yuan)(yuan)素的(de)(de)合金鋼常用(yong)于低(di)(di)溫(wen)工況。晶粒越細鋼材(cai)的(de)(de)低(di)(di)溫(wen)沖擊韌性(xing)越好,故一(yi)般鐵素體(ti)鋼要(yao)正火(huo)處(chu)理后使用(yong)。雜質元(yuan)(yuan)素硫(liu)(S)、磷(lin)(P)、氧(O)都(dou)將降低(di)(di)鋼材(cai)的(de)(de)低(di)(di)溫(wen)沖擊韌性(xing),一(yi)般要(yao)嚴格控制。
中國的低溫用鋼有16Mn、09Mn2V、06AlCu、06MnNb或奧氏體不銹鋼。但前幾種一般適應的低溫溫度不宜太低,而奧氏體不銹(xiu)鋼又比較貴,故這里介紹ASTM中常的低溫用鋼,即鎳(Ni)鋼。
四(si)、低溫(wen)用(yong)鋼及低溫(wen)界線(xian)
Q235-B,Q235-A使(shi)(shi)(shi)(shi)用下(xia)限(xian)(xian)溫度為(wei)0℃;20鋼(gang)使(shi)(shi)(shi)(shi)用下(xia)限(xian)(xian)溫度為(wei)-19℃;L245,A105,WPB,WCB使(shi)(shi)(shi)(shi)用下(xia)限(xian)(xian)溫度為(wei)-29℃;16Mn、16MnD使(shi)(shi)(shi)(shi)用下(xia)限(xian)(xian)溫度為(wei)-40℃;10MnD,A333Gr6,WPL6,LF2,LCB使(shi)(shi)(shi)(shi)用下(xia)限(xian)(xian)溫度為(wei)-46℃;3.5Ni使(shi)(shi)(shi)(shi)用下(xia)限(xian)(xian)溫度為(wei)-101℃;奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang),Al,Cu使(shi)(shi)(shi)(shi)用下(xia)限(xian)(xian)溫度為(wei)-196℃。
工程應(ying)用:某寒冷地(di)區配管(guan)設計管(guan)道器材選用
某寒冷地區(qu)的(de)工程設計,當地最低氣溫為-40℃。沒有(you)選(xuan)用不(bu)銹(xiu)鋼材(cai)質管子,而是(shi)根據低溫低應力工況,選(xuan)用了16Mn材(cai)質管道材(cai)料。