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| 鋼管的力學(xué)性 |
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發(fā)布者：管理員 發(fā)布時(shí)間：2010/1/21 閱讀：2369次 【字體：大 中 小】 |
鋼材力學(xué)性能是保證鋼材最終使用性能（機(jī)械性能）的重要指標(biāo)，它取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理制度。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)不同的使用要求，規(guī)定了拉伸性能（抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)、伸長(zhǎng)率）以及硬度、韌性指標(biāo)，還有用戶要求的高、低溫性能等。
①抗拉強(qiáng)度（σb）
試樣在拉伸過程中，在拉斷時(shí)所承受的最大力（Fb），出以試樣原橫截面積（So）所得的應(yīng)力（σ），稱為抗拉強(qiáng)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最大能力。計(jì)算公式為：
式中：Fb--試樣拉斷時(shí)所承受的最大力，N（牛頓）； So--試樣原始橫截面積，mm2。
②屈服點(diǎn)（σs）
具有屈服現(xiàn)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(xù)伸長(zhǎng)時(shí)的應(yīng)力，稱屈服點(diǎn)。若力發(fā)生下降時(shí)，則應(yīng)區(qū)分上、下屈服點(diǎn)。屈服點(diǎn)的單位為N/mm2（MPa）。
上屈服點(diǎn)（σsu）：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最大應(yīng)力； 下屈服點(diǎn)（σsl）：當(dāng)不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)時(shí)，屈服階段中的最小應(yīng)力。
屈服點(diǎn)的計(jì)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(zhǎng)率（σ）
在拉伸試驗(yàn)中，試樣拉斷后其標(biāo)距所增加的長(zhǎng)度與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比，稱為伸長(zhǎng)率。以σ表示，單位為%。計(jì)算公式為：
式中：L1--試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度，mm； L0--試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度，mm。
④斷面收縮率（ψ）
在拉伸試驗(yàn)中，試樣拉斷后其縮徑處橫截面積的最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(jì)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最少橫截面積，mm2。
⑤硬度指標(biāo)
金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力，稱為硬度。根據(jù)試驗(yàn)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(duì)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(zhì)合金球，以規(guī)定的試驗(yàn)力（F）壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面的壓痕直徑（L）。布氏硬度值是以試驗(yàn)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(jì)算公式為：
式中：F--壓入金屬試樣表面的試驗(yàn)力，N； D--試驗(yàn)用鋼球直徑，mm； d--壓痕平均直徑，mm。
測(cè)定布氏硬度較準(zhǔn)確可靠，但一般HBS只適用于450N/mm2（MPa）以下的金屬材料，對(duì)于較硬的鋼或較薄的板材不適用。在鋼管標(biāo)準(zhǔn)中，布氏硬度用途最廣，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(yàn)力作用下，保持30s（秒）測(cè)得的布氏硬度值為120N/ mm2（MPa）。
B、洛氏硬度（HK）
洛氏硬度試驗(yàn)同布氏硬度試驗(yàn)一樣，都是壓痕試驗(yàn)方法。不同的是，它是測(cè)量壓痕的深度。即，在初邕試驗(yàn)力（Fo）及總試驗(yàn)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(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力，用測(cè)量的殘余壓痕深度增量（e）計(jì)算硬度值。其值是個(gè)無名數(shù)，以符號(hào)HR表示，所用標(biāo)尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9個(gè)標(biāo)尺。其中常用于鋼材硬度試驗(yàn)的標(biāo)尺一般為A、B、C，即HRA、HRB、HRC。
鋼管外形尺寸術(shù)語(yǔ)
①公稱尺寸和實(shí)際尺寸
A、公稱尺寸：是標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的名義尺寸，是用戶和生產(chǎn)企業(yè)希望得到的理想尺寸，也是合同中注明的訂貨尺寸。
B、實(shí)際尺寸：是生產(chǎn)過程中所得到的實(shí)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(xiàn)象稱為偏差。
②偏差和公差
A、偏差：在生產(chǎn)過程中，由于實(shí)際尺寸難于達(dá)到公稱尺寸要求，即往往大于或小于公稱尺寸，所以標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了實(shí)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(fù)值的叫負(fù)偏差。
B、公差：標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的正、負(fù)偏差值絕對(duì)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(fù)"表示；公差是沒有方向性的，因此，把偏差值稱為"正公差"或"負(fù)公差"的叫法是錯(cuò)誤的。
③交貨長(zhǎng)度
交貨長(zhǎng)度又稱用戶要求長(zhǎng)度或合同長(zhǎng)度。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)交貨長(zhǎng)度有以下幾種規(guī)定：
A、通常長(zhǎng)度（又稱非定尺長(zhǎng)度）：凡長(zhǎng)度在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長(zhǎng)度范圍內(nèi)而且無固定長(zhǎng)度要求的，均稱為通常長(zhǎng)度。例如結(jié)構(gòu)管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：熱軋（擠壓、擴(kuò)）鋼管3000mm～12000mm；冷拔（軋）鋼管2000mmm～10500mm。
B、定尺長(zhǎng)度：定尺長(zhǎng)度應(yīng)在通常長(zhǎng)度范圍內(nèi)，是合同中要求的某一固定長(zhǎng)度尺寸。但實(shí)際操作中都切出絕對(duì)定尺長(zhǎng)度是不大可能的，因此標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)定尺長(zhǎng)度規(guī)定了允許的正偏差值。
以結(jié)構(gòu)管標(biāo)準(zhǔn)為：
生產(chǎn)定尺長(zhǎng)度管比通常長(zhǎng)度管的成材率下降幅度較大，生產(chǎn)企業(yè)提出加價(jià)要求是合理的。加價(jià)幅度各企業(yè)不盡一致，一般為基價(jià)基礎(chǔ)上加價(jià)10%左右。
C、倍尺長(zhǎng)度：倍尺長(zhǎng)度應(yīng)在通常長(zhǎng)度范圍內(nèi)，合同中應(yīng)注明單倍尺長(zhǎng)度及構(gòu)成總長(zhǎng)度的倍數(shù)（例如3000mm×3，即3000mm的3倍數(shù)，總長(zhǎng)為9000mm）。實(shí)際操作中，應(yīng)在總長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上加上允許正偏差20mm，再加上每個(gè)單倍尺長(zhǎng)度應(yīng)留切口余量。以結(jié)構(gòu)管為例，規(guī)定留切口余量：外徑≤159mm為5～10mm；外徑＞159mm為10～15mm。
若標(biāo)準(zhǔn)中無倍尺長(zhǎng)度偏差及切割余量規(guī)定時(shí)，應(yīng)由供需雙方協(xié)商并在合同中注明。倍長(zhǎng)尺度同定尺長(zhǎng)度一樣，會(huì)給生產(chǎn)企業(yè)帶來成材率大幅度降低，因此生產(chǎn)企業(yè)提出加價(jià)是合理的，其加價(jià)幅度同定尺長(zhǎng)度加價(jià)幅度基本相同。
D、范圍長(zhǎng)度：范圍長(zhǎng)度在通常長(zhǎng)度范圍內(nèi)，當(dāng)用戶要求其中某一固定范圍長(zhǎng)度時(shí)，需在合同中注明。
例如：通常長(zhǎng)度為3000～12000mm，而范圍定尺長(zhǎng)度為6000～8000mm或8000～10000mm。
可見，范圍長(zhǎng)度比定尺和倍尺長(zhǎng)度要求寬松，但比通常長(zhǎng)度加嚴(yán)很多，也會(huì)給生產(chǎn)企業(yè)帶來成材率的降低。因此生產(chǎn)企業(yè)提出加價(jià)是有道理的，其加價(jià)幅度一般在基價(jià)上加價(jià)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(xiàn)象，即壁厚不均。為了控制這種不均勻性，在有的鋼管標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了壁厚不均的允許指標(biāo)，一般規(guī)定不超過壁厚公差的80%（經(jīng)供需雙方協(xié)商后執(zhí)行）。
⑤橢圓度
在圓形鋼管的橫截面上存在著外徑不等的現(xiàn)象，即存在著不一定互相垂直的最大外徑和最小外徑，則最大外徑與最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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了橢圓度的允許指標(biāo)，一般規(guī)定為不超過外徑公差的80%（經(jīng)供需雙方協(xié)商后執(zhí)行）。
⑥彎曲度
鋼管在長(zhǎng)度方向上呈曲線狀，用數(shù)字表示出其曲線度即叫彎曲度。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的彎曲度一般分為如下兩種：
A、局部彎曲度：用一米長(zhǎng)直尺靠量在鋼管的最大彎曲處，測(cè)其弦高（mm），即為局部彎曲度數(shù)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(zhǎng)總彎曲度：用一根細(xì)繩，從管的兩端拉緊，測(cè)量鋼管彎曲處最大弦高（mm），然后換算成長(zhǎng)度（以米計(jì)）的百分?jǐn)?shù)，即為鋼管長(zhǎng)度方向的全長(zhǎng)彎曲度。
例如：鋼管長(zhǎng)度為8m，測(cè)得最大弦高30mm,則該管全長(zhǎng)彎曲度應(yīng)為：
0.03÷8m×100%=0.375%
⑦尺寸超差
尺寸超差或叫尺寸超出標(biāo)準(zhǔn)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(xí)慣叫"公差出格"，這種把偏差和公差等同起來的叫法是不嚴(yán)密的，應(yīng)叫"偏差出格"。此處的偏差可能是"正"的，也可能是"負(fù)"的，很少在同一批鋼管中出現(xiàn)"正、負(fù)"偏差均出格的現(xiàn)象。
無縫鋼管承受壓力計(jì)算公式方法
一：以知無縫管無縫鋼管外徑規(guī)格壁厚求能承受壓力計(jì)算方法 （鋼管不同材質(zhì)抗拉強(qiáng)度不同）
壓力=（壁厚*2*鋼管材質(zhì)抗拉強(qiáng)度）/（外徑*系數(shù)）
二：以知無縫管無縫鋼管外徑和承受壓力求壁厚計(jì)算方法：
壁厚=（壓力*外徑*系數(shù)）/（2*鋼管材質(zhì)抗拉強(qiáng)度）
三：鋼管壓力系數(shù)表示方法：
壓力P<7Mpa 系數(shù)S=8
7<鋼管壓力P<17.5 系數(shù)S=6
壓力P>17.5 系數(shù)S=4
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