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)ASME B31.3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1000h 0.01％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)ASME B31.1中提出的管道用的铁基和非铁基材料许用应力的准则与ASME B31.3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》GB 150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。GB 150所采用的钢材安全系数，除了热处理的螺栓外，与ASME B31.3的主要规定也基本上是一致的。
    再则，GB 150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GB 150的数据。
    2.关于经热处理的螺栓的许用应力问题，在ASME B31.3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。”
    ASME B31.3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GB 150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/T 4734标准的规定。
    5.在GB 150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。