工业金属管道设计规范 [附条文说明] GB50316-2000(2008年版) 建标库

附录A  金属管道材料的许用应力

    附录A中列有常用钢管、钢板、螺栓、钢锻件、铸铁和某些有色金属管材料的机械性能资料。表中还列有某些材料在各种设计温度下的许用应力值。上述资料数据主要取自现行的国家标准,详见各表格。下面对编制依据作几点说明。

    1.许用应力是按材料的力学性能除以相应的安全系数而得,但安全系数的取定与诸多因素有关,例如材料性能、荷载、设计方法、质量管理水平、操作使用经验等,是一个比较复杂的课题,很难用很少的人力,在很短的时间内,制订一个专用的系列。

    国内外的标准和规范中采用的安全系数不尽相同,而且随着时间的推移和科学技术的进步,还在不断地修订。下面着重介绍ASME和我国的有关标准或规范在安全系数取定准则方面的情况,供使用参考。

    (1)ASMEB31.3中提出的确定金属材料许用应力值的准则如下:

        1)在设计温度下的螺栓材料设计应力值不应超过下列的最小值:

            ①除了下列③的规定外,取1/4的常温下规定的最小抗拉强度(SMTS)和1/4的设计温度下的抗拉强度的较小者;

            ②除了下列③的规定外,取2/3的常温下规定的最小屈服强度(SMYS)和2/3的设计温度下的屈服强度的较小者;

            ③在蠕变范围以下的温度时,对于已经热处理或应变硬化而使强度有所提高的螺栓材料,取1/5的常温下规定的最小抗拉强度(SMTS)和1/4的常温下规定的最小屈服强度(SMYS)的较小者(除非这些数值小于退火材料的相应值,则此时应取退火的数值);

            ④取每1000h具有0.01%蠕变率的平均应力的100%;

            ⑤取100000h终了的平均断裂应力的67%;

            ⑥取100000h终了的最小断裂应力的80%。

        2)铸铁:在设计温度下铸铁的基本许用应力不应超过下列的较小者:

            ①常温下规定的最小抗拉强度(SMTS)的1/10;

            ②在设计温度下抗拉强度的1/10。

        3)可锻铸铁:其基本许用应力在设计温度下不应超过下列的较小者:

            ①常温下规定的最小抗拉强度的1/5;

            ②在设计温度下抗拉强度的1/5。

        4)其他材料:上述以外的材料的许用应力不应超过下列的最小值:

            ①1/3的常温下规定的最小抗拉强度(SMTS)和1/3的设计温度下的抗拉强度中的较小者;

            ②除了下列③的规定外,取2/3的常温下规定的最小屈服强度(SMYS)和2/3的设计温度下的屈服强度中的较小者;

            ③对于奥氏体不锈钢和镍合金钢具有相似的应力-应变情况者,取2/3的常温下规定的最小屈服强度(SMYS)和90%的设计温度下的屈服强度中的较小者;

            ④对于蠕变率为每1000h0.01%者,取100%的平均应力值;

            ⑤对于在100000h终了断裂者,取其67%的平均应力值;

            ⑥对于在100000h终了断裂者,取其最小应力的80%。

        5)应用限制:按照上述4)③确定的应力值不推荐用于法兰接点和相似组成件,因在这些部位只要有少许变形就会导致泄漏和失效,见本规范附录A表A.0.2及表A.0.4的注解。

    (2)ASMEB31.1中提出的管道用的铁基和非铁基材料许用应力的准则与ASMEB31.3的规定不同,即前者抗拉强度的安全系数为4。

    (3)现行国家标准《钢制压力容器》GB150与本规范中所规定的钢材安全系数相同,详见本规范第3章表3.2.3-1及表3.2.3-2。

    从上述提供的国内外有关的标准和规范看,美国的ASME规范是目前国际上公认的压力容器中最广泛使用的规范。管道的性能和工作情况虽不完全等同于压力容器,但有许多相似之处,因此在确定材料的安全系数方面所采取的准则基本上也是一致的。GB150所采用的钢材安全系数,除了热处理的螺栓外,与ASMEB31.3的主要规定也基本上是一致的。

    再则,GB150是在原石油、化工和机械三部标准实施数十年的基础上,总结大量的工程实践经验,以理论和实验研究为指导,并吸收了国外同类先进标准的有关内容编制而成的。应该说是切合我国实际的。因此,本规范基本上用GB150的数据。

    2.关于经热处理的螺栓的许用应力问题,在ASMEB31.3中有以下规定:“常温下抗拉强度的安全系数为5,常温下屈服点的安全系数为4。”

    ASMEB31.3中是考虑经热处理的螺栓其力学性能在使用中有可能降低,故采用较高的安全系数。这对于避免法兰泄漏应是有利的。但由于现行法兰标准大多是参照欧美法兰体系编制的,法兰设计计算还有基准温度不同的问题,条件比较复杂,今后有必要进一步研究,合理解决调质螺栓的许用应力的问题。目前,仍按GB150规定的许用应力。

    3.关于铸铁的力学性能。本规范附录A中表A.0.6、A.0.7系按国家标准列出了灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁的常温力学性能及许用应力,已计入铸件的质量系数0.8。在表A.0.6及A.0.7中暂缺较高温度下的许用应力。选用阀门时,可按本规范条文说明第5.6.1条中所列的标准,按公称压力及温度决定最大工作压力。

    4.关于有色金属材料的力学性能。考虑到铝是工业管道工程中可能使用的材料,本规范仅编了附录A的表A.0.8“铝和铝合金管的许用应力”。其他铝材的许用应力数据,可按《铝制焊接容器》JB/T4734标准的规定。

    5.在GB150的许用应力表中钢管的标准还不全,故本规范补充了碳钢、不锈钢焊接管及锅炉用钢管等的许用应力。