压力管道金属材料-压力管道金属材料的特点-中创机械

压力管道涉及各行各业，对它的基本要求是“安全与使用”，安全为了使用，使用_安全，使用还涉及经济问题，即投资省、使用年限长，这当然与很多因素有关。而材料是工程的基础，首先要认识压力管道金属材料的特殊要求。压力管道除承受载荷外，由于处在不同的环境、温度和介质下工作，还承受着特殊的考验。 　　（1）金属材料在高温下性能的变化 　　① 蠕变 钢材在高温下受外力作用时，随着时间的延长，缓慢而连续产生塑性变形的现象，称为蠕变。钢材蠕变特征与温度和应力有很大关系。温度升高或应力增大，蠕变速度加快。例如，碳素钢工作温度_过300～350℃，合金钢工作温度_过300～400℃_会有蠕变。产生蠕变所需的应力低于试验温度钢材的屈服强度。因此，对于高温下长期工作的锅炉、蒸汽管道、压力容器所用钢材应具有良好的抗蠕变性能，以防止因蠕变而产生大量变形导致结构破裂及造成爆炸等恶性事故。 　　② 球化和石墨化 在高温作用下，碳钢中的渗碳体由于获得能量将发生迁移和聚集，形成晶粒粗大的渗碳体并夹杂于铁素体中，其渗碳体会从片状逐渐转变成球状，称为球化。由于石墨强度极低，并以片状出现，使材料强度大大降低，脆性增加，称为材料的石墨化。碳钢长期工作在425℃以上环境是地，_会发生石墨化，在大于475℃更明显。SH3059规定碳钢_使用温度为425℃，GB150则规定碳钢_使用温度为450℃。 　　③ 热疲劳性能 钢材如果长期冷热交替工作，那么材料内部在温差变化引起的热应力作用下，会产生微小裂纹而不断扩展，_后导致破裂。因此，在温度起伏变化工作条件下的结构、管道应考虑钢材的热疲劳性能。 　　④ 材料的高温氧化 金属材料在高温氧化性介质环境中（如烟道）会被氧化而产生氧化皮，容易脆落。碳钢处于570℃的高温气体中易产生氧化皮而使金属减薄。故燃气、烟道等钢管应限制在560℃下工作。 　　（2）金属材料在低温下的性能变化 　　当环境温度低于该材料的临界温度时，材料冲击韧性会急剧降低，这一临界温度称为材料的脆性转变温度。常用低温冲击韧性（冲击功）来衡量材料的低温韧性，在低温下工作的管道，_注意其低温冲击韧性。 　　（3）管道在腐蚀环境下的性能变化 　　石油化工、船舶、海上石油平台等管道介质，很多有腐蚀性，事实证明，金属腐蚀的危害性_普遍，而且也_严重，腐蚀会造成直接或间接损失。例如，金属的应力腐蚀、疲劳腐蚀和晶间腐蚀往往会造成灾难性重大事故，金属腐蚀会造成大量的金属消耗，浪费大量资源。引起腐蚀的介质主要有以下几种。 　　① 氯化物 氯化物对碳素钢的腐蚀基本上是均匀腐蚀，并伴随氢脆发生，对不锈钢的腐蚀是点腐蚀或晶间腐蚀。防止措施可选择适宜的材料，如采用碳钢-不锈钢复合管材。 　　② 硫化物 原油中硫化物多达250多种，对金属产生腐蚀的有硫化氢（H2S）、硫醇（R-SH）、硫醚（R-S-R）等。我国液化石油气中H2S含量高，造成容器出现裂缝，有的投产87天即发生贯穿裂纹，事后经磁粉探伤，内表面环缝共有417条裂纹，球体外表面无裂纹，所以H2S含量高引起应力腐蚀应值得重视。日本焊接学会和高压气体安全协会规定：液化石油中H2S含量应控制在100×10-6以下，而我国液化石油气中H2S含量平均为2392×10-6，高出日本20多倍。 　　③ 环烷酸 环烷酸是原油中带来的有机物，当温度_过220℃时，开始发生腐蚀，270～280℃时腐蚀达到_；当温度_过400℃，原油中的环烷酸已汽化完毕。316L（00Cr17Ni14Mo2）不锈钢材料是抗环烷酸腐蚀的有效材料，常用于高温环烷酸腐蚀环境。