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                  鋼管基礎知識

                  (1)通用術語    
                      ①交貨狀態    
                      是指交貨產品的終塑性變形或終熱處理的狀態。一般不經過熱處理交貨的稱熱軋或冷拔(軋)狀態或制造狀態;經過熱處理交貨的稱熱處理狀態,或根據熱處理的類別稱正火(;、調質、固溶、退火狀態。訂貨時,交貨狀態需在合同中注明。    
                      ②按實際重量交貨或按理論重量交貨    
                      實際重量—交貨時,其產品重量是按稱重(過磅)重量交貨;    
                      理論重量—交貨時,其產品重量是按鋼材公稱尺寸計算得出的重量。其計算公式如下(要求按理論重量交貨者,需在合同中注明):    
                      鋼管每米的理論重量(鋼的密度為7.85kg/dm3)計算公式:    
                          W=0.02466(D-S)S    
                      式中:W—鋼管每米理論重量,kg/m;    
                          D—鋼管的公稱外徑,mm;    
                          S—鋼管的公稱壁厚,mm。    
                      ③保證條件    
                      按現行標準的規定項目進行檢驗并保證符合標準的規定,稱做保證條件。保證條件又分為:    
                      A、基本保證條件(又稱必保條件)。無論客戶是否在合同中注明。均需按標準規定進行該項檢驗,并保證檢驗結果符合標準規定。    
                  如化學成分、力學性能、尺寸偏差、表面質量以及探傷、水壓實驗或壓扁或擴口等工藝性能實驗,均屬必保條件。    
                      B、協議保證條件:標準中除基本保證條件外,尚有"根據需方要求,經供需雙方協商,并在合同中注?quot;或"當需方要求……時,應在合同中注明";還有的客戶,對標準中基本保證條件提出加嚴要求(如成分、力學性能、尺寸偏差等)或增檢驗項目(如鋼管橢圓度、壁厚不均等)。上述條款及要求,在訂貨時,由供需雙方協商,簽署供貨技術協議并在合同中注明。因此,這些條件又稱為協議保證條件。有協議保證條件的產品,一般均要加價的。    
                      ④批    
                      標準中的"批"是指一個檢驗單位,即檢驗批。若以交貨單位組批,稱交貨批。當交貨批量大時,一個交貨批可包括幾個檢驗批;當交貨批量少時,一個檢驗批可分為幾個交貨批。    
                  "批"的組成通常有下列規定(詳見有關標準):    
                      A、每批應由同一牌號(鋼級)、同一爐(罐)號或同一母爐號、同一規格和同一熱處理制度(爐次)的鋼管組成。    
                      B、對于優質碳素鋼結構管、流體管,可以不同爐(罐)的同一牌號、同一規格和同一熱處理制度(爐次)的鋼管組成。    
                      C、焊接鋼管每批應由同一牌號(鋼級)、同一規格的鋼管組成。    
                      ⑤優質鋼和優質鋼    

                      在GB/T699-1999和GB/T3077-1999標準中,其牌號后面帶有"A"字者,為優質鋼,反之為一般優質鋼。    
                      優質鋼在下列的部分或全部優于優質鋼:    
                      A、縮小成分含量范圍;    
                      B、減少有害元素(如硫、磷、銅)含量;    
                      C、保證較高純凈度(要求非金屬夾雜物含量少);    
                      D、保證較高力學性能和工藝性能。    
                      ⑥縱向和橫向    
                      標準中稱縱向是指與加工方向平行(即順加工方向)者;橫向是指與加工方向垂直(加工方向即鋼管軸向)。    
                      做沖擊功實驗時,縱向試樣的斷口因與加工方向垂直。故稱橫向斷口;橫向試樣的斷口因與加工方向平行,故稱縱向斷口。    
                      (2)鋼管外形,尺寸術語    
                      ①公稱尺寸和實際尺寸    
                      A、公稱尺寸:是標準中規定的名義尺寸,是用戶和生產企業希望得到的理想尺寸,也是合同中注明的訂貨尺寸。    
                      B、實際尺寸:是生產過程中所得到的實際尺寸,該尺寸往往大于或小于公稱尺寸。這種大于或小于公稱尺寸的現象稱為偏差。    
                      ②偏差和公差    
                      A、偏差:在生產過程中,由于實際尺寸難于達到公稱尺寸要求,即往往大于或小于公稱尺寸,所以標準中規定了實際尺寸與公稱尺寸之間允許有一差值。差值為正值的叫正偏差,差值為負值的叫負偏差。    
                      B、公差:標準中規定的正、負偏差值值之和叫做公差,亦叫"公差帶"。    
                  偏差是有方向性的,即以"正"或"負"表示;公差是沒有方向性的,因此,把偏差值稱為"正公差"或"負公差"的叫法是錯誤的。    
                      ③交貨長度    
                      交貨長度又稱用戶要求長度或合同長度。標準中對交貨長度有以下幾種規定:    
                      A、通常長度(又稱非定尺長度):凡長度在標準規定的長度范圍內而且無固定長度要求的,均稱為通常長度。例如結構管標準規定:熱軋(擠壓、擴)鋼管3000mm~12000mm;冷拔(軋)鋼管2000mmm~10500mm。    
                      B、定尺長度:定尺長度應在通常長度范圍內,是合同中要求的某一固定長度尺寸。但實際操作中都切出定尺長度是不大可能的,因此標準中對定尺長度規定了允許的正偏差值。    
                      以結構管標準為:    
                      生產定尺長度管比通常長度管的成材率下降幅度較大,生產企業提出加價要求是合理的。加價幅度各企業不盡一致,一般為基價基礎上加價10%左右。    
                      C、倍尺長度:倍尺長度應在通常長度范圍內,合同中應注明單倍尺長度及構成總長度的倍數(例如3000mm×3,即3000mm的3倍數,總長為9000mm)。實際操作中,應在總長度的基礎上加上允許正偏差20mm,再加上每個單倍尺長度應留切口余量。以結構管為例,規定留切口余量:外徑≤159mm為5~10mm;外徑>159mm為10~15mm。    

                     若標準中無倍尺長度偏差及切割余量規定時,應由供需雙方協商并在合同中注明。倍長尺度同定尺長度一樣,會給生產企業帶來成材率大幅度降低,因此生產企業提出加價是合理的,其加價幅度同定尺長度加價幅度基本相同。    
                      D、范圍長度:范圍長度在通常長度范圍內,當用戶要求其中某一固定范圍長度時,需在合同中注明。     
                      例如:通常長度為3000~12000mm,而范圍定尺長度為6000~8000mm或8000~10000mm。    
                      可見,范圍長度比定尺和倍尺長度要求寬松,但比通常長度加嚴很多,也會給生產企業帶來成材率的降低。因此生產企業提出加價是有道理的,其加價幅度一般在基價上加價4%左右。    
                       ④壁厚不均    
                      鋼管壁厚不可能各處相同,在其橫截面及縱向管體上客觀存在壁厚不等現象,即壁厚不均。為了控制這種不均勻性,在有的鋼管標準中規定了壁厚不均的允許指標,一般規定不超過壁厚公差的80%(經供需雙方協商后執行)。    
                      ⑤橢圓度    
                      在圓形鋼管的橫截面上存在著外徑不等的現象,即存在著不一定互相垂直的大外徑和小外徑,則大外徑與小外徑之差即為橢圓度(或不圓度)。為了控制橢圓度,有的鋼管標準中規定了橢圓度的允許指標,一般規定為不超過外徑公差的80%(經供需雙方協商后執行)。    
                      ⑥彎曲度    
                      鋼管在長度方向上呈曲線狀,用數字表示出其曲線度即叫彎曲度。標準中規定的彎曲度一般分為如下兩種:    
                      A、局部彎曲度:用一米長直尺靠量在鋼管的大彎曲處,測其弦高(mm),即為局部彎曲度數值,其單位為mm/m,表示方法如2.5mm/m。此種方法也適用于管端部彎曲度。    
                      B、全長總彎曲度:用一根細繩,從管的兩端拉緊,測量鋼管彎曲處大弦高(mm),然后換算成長度(以米計)的百分數,即為鋼管長度方向的全長彎曲度。    
                      例如:鋼管長度為8m,測得大弦高30mm,則該管全長彎曲度應為:    
                          0.03÷8m×100%=0.375%    
                      ⑦尺寸超差    
                      尺寸超差或叫尺寸超出標準的允許偏差。此處的"尺寸"主要指鋼管的外徑和壁厚。通常有人把尺寸超差習慣叫"公差出格",這種把偏差和公差等同起來的叫法是不嚴密的,應叫"偏差出格"。此處的偏差可能是"正"的,也可能是"負"的,很少在同一批鋼管中出現"正、負"偏差均出格的現象。    
                      (3)化學分析術語    
                      鋼的化學成分是關系鋼材質量和終使用性能的重要因素之一,也是編制鋼材,乃至終產品熱處理制度的主要依據。因此,在鋼材標準的技術要求部分,往往項就規定了鋼材適用的牌號(鋼級)及其化學成分,并以表格形式列入標準中,是生產企業和客戶驗收鋼及鋼材化學成分的重要依據。     ①鋼的熔煉成分    

                      一般標準中規定的化學成分即指熔煉成分。它是指鋼冶煉完畢、澆注中期的化學成分。為使其具有一定代表性,即代表該爐或罐的平均成分,在取樣標準方法中規定,將鋼水在樣模內鑄成小錠,在其上刨取或鉆取樣屑,按規定的標準方法(GB/T223)進行分析,其結果必須符合標準化學成分范圍,也是客戶驗收的依據。    
                      ②成品成分    
                      成品成分又叫驗證分析成分,是從成品鋼材上按規定方法(GB/T222)鉆取或刨取樣屑,并按規定的標準方法(GB/T223)進行分析得來的化學成分。鋼在結晶和以后塑性變形中,因鋼中合金元素分布的不均勻(偏析),因此允許成品成分與標準成分范圍(熔煉成分)之間存在有偏差,其偏差值應符合GB/T222之規定。    
                      鋼材的成品成分主要是供使用部門或質量檢驗部門驗收鋼材質量使用的,生產企業一般不做成品分析(用戶要求者除外),但應保證成品分析符合標準規定。    
                      ③仲裁分析    
                      由于兩個實驗室分析同一樣品的結果有顯著差別并超出兩個實驗室的允許分析誤差,或者生產企業與使用部門、需方與供方對同一樣品或同一批鋼材的成品分析有分歧意見時,可由第三方具有豐富分析經驗的權威單位(如中國鋼鐵研究總院或具有商檢資格的檢驗部門)進行再分析,即稱之謂仲裁分析。仲裁分析結果即為終判定依據。     (4)力學性能術語    
                      鋼材力學性能是保證鋼材終使用性能(機械性能)的重要指標,它取決于鋼的化學成分和熱處理制度。在鋼管標準中,根據不同的使用要求,規定了拉伸性能(抗拉強度、屈服強度或屈服點、伸長率)以及硬度、韌性指標,還有用戶要求的高、低溫性能等。    
                      ①抗拉強度(σb)    
                      試樣在拉伸過程中,在拉斷時所承受的大力(Fb),出以試樣原橫截面積(So)所得的應力(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大能力。計算公式為:    
                          式中:Fb—試樣拉斷時所承受的大力,N(牛頓);    
                          So—試樣原始橫截面積,mm2。    
                      ②屈服點(σs)    
                      具有屈服現象的金屬材料,試樣在拉伸過程中力不增加(保持恒定)仍能繼續伸長時的應力,稱屈服點。若力發生下降時,則應區分上、下屈服點。屈服點的單位為N/mm2(MPa)。    
                      上屈服點(σsu):試樣發生屈服而力下降前的大應力;     
                      下屈服點(σsl):當不計初始瞬時效應時,屈服階段中的小應力。    
                      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。    
                      ③斷后伸長率(σ)    

                      在拉伸試驗中,試樣拉斷后其標距所增加的長度與原標距長度的百分比,稱為伸長率。以σ表示,單位為%。計算公式為:    
                      ;式中:L1—試樣拉斷后的標距長度,mm;    
                      L0—試樣原始標距長度,mm。    
                      ④斷面收縮率(ψ)    
                      在拉伸試驗中,試樣拉斷后其縮徑處橫截面積的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少橫截面積,mm2。    
                      ⑤硬度指標    
                      金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力,稱為硬度。根據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合金球,以規定的試驗力(F)壓入式樣表面,經規定保持時間后卸除試驗力,測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—壓入金屬試樣表面的試驗力,N;    
                      D—試驗用鋼球直徑,mm;    
                      d—壓痕平均直徑,mm。    
                      測定布氏硬度較準確可靠,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。在鋼管標準中,布氏硬度用途廣,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,它是測量壓痕的深度。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)壓入試樣表面,經規定保持時間后,卸除主試驗力,用測量的殘余壓痕深度增量(e)計算硬度值。其值是個無名數,以符號HR表示,所用標尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9個標尺。其中常用于鋼材硬度試驗的標尺一般為A、B、C,即HRA、HRB、HRC。    
                      硬度值用下式計算:    
                      當用A和C標尺試驗時,HR=100-e    
                      當用B標尺試驗時,HR=130-e    
                      式中e—殘余壓痕深度增量,其什系以規定單位0.002mm表示,即當壓頭軸向位移一個單位(0.002mm)時,即相當于洛氏硬度變化一個數。e值愈大,金屬的硬度愈低,反之則硬度愈高。

                     上述三個標尺適用范圍如下:    
                      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用很廣的方法,其中HRC在鋼管標準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準確。    
                      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)壓入試驗表面,經規定保持時間后卸除試驗力,測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平均值,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。維氏法在鋼管標準中很少用。    
                      ⑥沖擊韌性指標    
                      沖擊韌性是反映金屬才來哦對外來沖擊負荷的抵抗能力,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、低溫和高溫沖擊試驗三種;若按試樣缺口形狀又可分為"V"形缺口和"U"形缺口沖擊試驗兩種。    
                      沖擊試驗:用一定尺寸和形狀(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)在規定試驗機上受沖擊負荷打擊下自缺口處折斷的實驗。    
                      A、沖擊吸收功Akv(u)—具有一定尺寸和形狀的金屬式樣,在沖擊負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)、固態二氧化碳(干冰)或液氮霧化氣(液氮)等。

                   
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