不锈钢管研究现状和种类

不锈钢管的种类

不锈钢管是一种主要以不锈蚀性和耐腐蚀性为突出特征的材料,其构成成分中碳含量不多于1.2%,铬含量不少于10.5%,以及含有镍、钼、锰等合金元素。表1.1给出了不锈钢管材料的化学成分。其中铬是使其不生锈最主要的原因,多种合金元素的添加改变了钢钝化膜的化学成分,增强钝化作用,使钢材获得良好的性能。不锈钢管可以分为以下五类:奥氏体、奥氏体-铁素体(双相)、铁素体、马氏体和沉淀硬化,前两种在生产生活中的应用较为广泛。而常用的不锈钢管牌号有S30408S31608S30403S31603S22053S22253

不锈钢管的本构模型

最早对于不锈钢管本构模型的研究是在20世纪40年代,由RambergOsgood[3]提出了铝合金材料具有非线性的本构关系模型,对不锈钢管材料同样适用,我们将它称之为Ramberg-Osgood模型

国内对于不锈钢管材料的研究相对较晚。在2011年郑宝锋[8]等对国产304牌号不锈钢管材料进行拉压试验,其研究结果表明:不锈钢管材料的力学性能与两阶段的Ramberg-Osgood模型较为相似,而且冷加工方式对不锈钢管材料的力学性能影响显著。

2012年王元清等对国产奥氏体不锈钢管S31608板材和焊接不锈钢管截面分别进行了单向拉伸试验和低周往复循环加载试验,认为Ramberg-Osgood模型与不锈钢管的本构关系较为接近。对比国产S31608不锈钢管在单调加载和循环加载下的本构差别明显,与此同时不锈钢管材料在循环荷载下的滞回曲面十分饱满且在加载后期应力得到很大提高。

不锈钢管的抗震性能以及工程应用

从王元清等人对不锈钢管材料的循环加载试验来看,整个加载过程中不锈钢管的强度逐渐提高,而且越到后期强度提高越明显,同时试验得到的滞回曲线饱满程度高,说明不锈钢管滞回性能良好。随后王萌[11]等利用有限元软件分析平台建立模型,开发了奥氏体不锈钢管在循环荷载下的分析程序。模拟结果与试验结果相近,进一步提高了不锈钢管结构体系弹塑性时程分析时的可靠性。2013年,Shit J[12]等对不锈钢管S31603材料在循环荷载下的应力应变关系进行了试验研究,同样表明不锈钢管有着良好的滞回性能。Zhou[13]等对奥氏体不锈钢管和双相型不锈钢管制作的板在循环荷载下的试验结果表明,不锈钢管具有良好的延性和变形能力。从图1.2可知,不锈钢管和碳素钢有着明显不同的应力应变曲线,碳素钢有屈服平台,而不锈钢管没有明显的屈服点,后期应变硬化的强度提高较多,说明其有着较好的延展性。

最早关于不锈钢管材料的发现是英国科学家Brearley,在第一次世界大战对兵器的改进时偶然在垃圾堆中发现不锈钢管,此后对不锈钢管在各个方面都被得到了采用。不锈钢管在土木领域中,早期是使用在一些装饰方面,到后来逐渐运用于建筑物的屋盖结构和维护结构中,比如墙面、玻璃幕墙支撑体系、屋盖结构和桥梁等领域中,也促使了不锈钢管材料生产技术以及施工工艺的不断完善,采用不锈钢管材料的建筑结构不仅具有较长的使用寿命也给人带来外观上的视觉享受。

在国内外的一些建筑物中也有很多采用了不锈钢管材料。在美国率先建立了第一座具有不锈钢管材料的摩天大楼—克莱斯勒大厦,如图1.3所示。它建于1926年至1931年,大厦顶部采用不锈钢管金属装饰,其细针状的尖顶展示出爵士乐时代的风格,被视为一个典型的装饰艺术建筑。1989年,由贝津铭设计的法国巴黎卢浮宫金字塔采用了不锈钢管支撑,如图1.4,不锈钢管总耗量达到95吨。而且支架的负荷超过了它自身的重量,使得现代科学技术完美的运用到了建筑中。我国现处于全世界不锈钢管产量第一的位置,同时随着人们对建筑审美和舒适度要求的提高,我国也在一些公共建筑上采用了不锈钢管材料。例如,1994-1997年,建立在上海陆家嘴金融贸易区中心—上海金茂大厦,如图1.5,它采用316不锈钢管外立面,在满足外观要求的同时也能够有限延长建筑物的使用寿命。除此之外,2009-2018年我国自主建立的港珠澳大桥,是世界上最长的一座跨海大桥。如图1.6,总长约55公里,主体工程包含桥、岛、隧于一体成就了世界级中国造,被国内外媒称为“新世界七大奇迹”之一。由于港珠澳大桥处在台风大、海水盐度高的环境中,海水中的氯离子会发生化学反应,对混凝土结构的安全有很大的威胁。所以选用了强度高、耐腐蚀性强、全周期寿命长的双相不锈钢管螺纹钢筋,成功替代了传统钢材,有力地推动了我国跨海大桥的建设。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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