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【奔來Steel】材料的代用
發布時間:2019-05-18 18:47:06 | 瀏覽次數:


材料的代用

巧婦難為無米之炊,所有的制造生產都是以材料的購買為開始。與人們想象的不同,拿著錢到市場上購買材料,并不是看起來那么簡單容易。實際的采購活動障礙不少。

 

采購常碰到的第一種困難是,雖然工程師選擇的材料牌號并非罕見,但是市場上偏偏就沒有所需要的規格。只好找相近的規格。有時候相近規格也找不到。

 

另外一種情形是商家要價太高。如果商家覺得這個材料市場稀缺,或者你訂貨量太少,他不愿意承擔庫存資金壓力,那么他的報價就會超出你的預期。這種事情也常常發生。

 

材料是否合適,材料是否容易采購,材料是否經濟,在這三者之間,工程師們常常要進行權衡。大多數時候材料本身的特性是否滿足使用要求會被擺到第一位。

 

這種思維并沒有錯。但是當采購困難或者出于經濟上的考慮,材料的變更或代用仍然會被提出,變成一個很合理的選擇。

材料如何代用?

材料的代用通常會遵循兩個簡單的原則:以厚代薄和以優代劣。

 

如果沒有恰當的規格,那就在牌號保持不變的情況下,選擇稍大一點的尺寸;這一點無法做到,那就選擇性能更優的鋼材。

 

對采購人員和材料商來說,這兩個原則簡單粗暴,不需要專業知識也能很直觀地理解。不管是更厚還是更優,毫無疑問都表示材料性能更好,選擇是對的。

 

在大多數情況下,這樣理解和操作沒有太大問題。但是在一些要求嚴格的場合,比如容器制造等,綜合考慮使用要求后就會發現,不能簡單地套用這兩個原則。

 

以厚代薄

以厚代薄最大的害處是導致應力的變化。

 

①許用應力。與我們的直觀感覺相悖,鋼材的許用應力是隨著板厚的增加而減小的。以厚代薄很可能導致強度不夠。很多時候以厚代薄沒發生問題是因為許用應力的減小幅度沒有超出設計的允許范圍。

 

②局部應力。整體厚度一致的情況下,局部以厚代薄會改變整體的應力一致性,內部應力平衡被打破,容易發生疲勞裂紋,嚴重的會導致斷裂。

 

此外,以厚代薄增加了焊接和探傷的難度,還對鋼板的熱傳導有不利影響。

 

以優代劣

材料的優劣其實是相對而言的,并沒有絕對的優或劣。在力學性能、耐蝕性能、高溫性能和加工性能等方面,每種材料都有自己的個性。說某種材料較優,一定是指在某種特定的工況下,它的某種特性優于比較的材料。簡單的以優代劣是錯誤的。

 

舉個不銹鋼的例子。從成分上看,304L和304相比,前者的含碳量更低,耐腐蝕性和焊接性能也更優,那么從以優代劣來看,304L可以代替304材料使用嗎?來看下面的數據。

牌號

304

304L

C

≤0.08

≤0.03

Si

≤0.75

≤0.75

Mn

≤2.00

≤2.00

P

≤0.045

≤0.045

S

≤0.030

≤0.030

Cr

18.00~20.00

18.00~20.00

Ni

8.00~10.50

8.00~12.00

N

≤0.10

≤0.10

抗拉強度(MPa)

≥515

≥485

0.2%屈服強度(MPa)

≥205

≥170

50mm伸長率(%)

≥40

≥40

硬度

布氏

≥201

≥201

洛氏

≥92

≥92

(以上數據引用自ASME Sec.II,Div.A,A99)

 

上表可以很直觀地看出,的確304L的元素成分都滿足304的要求,甚至比304更好,似乎可以自動替代304使用;但從力學性能上看,304的強度明顯高于304L,如果用304L來替代304,就會造成強度不夠。

 

另外,如果是容器制造用途,國標里另有規定:奧氏體不銹鋼的使用溫度高于525℃時,鋼中含碳量應不小于0.04%。

 

因此,認為304L可以代替304使用的觀點是錯誤的,能不能使用與使用場合有關。

結論

材料的代用雖然可以簡單地理解為“以厚代薄、以優代劣”,但是如果根據實際的工況,考慮到加工、焊接、腐蝕、壓力及熱處理等因素,在代用的時候不能簡單套用,必須周全考慮,以設計部門的意見為準。

 

 

 
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