材料的代用
巧婦難為無米之炊，所有的制造生產(chǎn)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(shí)際的采購活動(dòng)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(hào)并非罕見，但是市場上偏偏就沒有所需要的規(guī)格。只好找相近的規(guī)格。有時(shí)候相近規(guī)格也找不到。
另外一種情形是商家要價(jià)太高。如果商家覺得這個(gè)材料市場稀缺，或者你訂貨量太少，他不愿意承擔(dān)庫存資金壓力，那么他的報(bào)價(jià)就會(huì)超出你的預(yù)期。這種事情也常常發(fā)生。
材料是否合適，材料是否容易采購，材料是否經(jīng)濟(jì)，在這三者之間，工程師們常常要進(jìn)行權(quán)衡。大多數(shù)時(shí)候材料本身的特性是否滿足使用要求會(huì)被擺到第一位。
這種思維并沒有錯(cuò)。但是當(dāng)采購困難或者出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，材料的變更或代用仍然會(huì)被提出，變成一個(gè)很合理的選擇。
材料如何代用？
材料的代用通常會(huì)遵循兩個(gè)簡單的原則：以厚代薄和以優(yōu)代劣。
如果沒有恰當(dāng)?shù)囊?guī)格，那就在牌號(hào)保持不變的情況下，選擇稍大一點(diǎn)的尺寸；這一點(diǎn)無法做到，那就選擇性能更優(yōu)的鋼材。
對(duì)采購人員和材料商來說，這兩個(gè)原則簡單粗暴，不需要專業(yè)知識(shí)也能很直觀地理解。不管是更厚還是更優(yōu)，毫無疑問都表示材料性能更好，選擇是對(duì)的。
在大多數(shù)情況下，這樣理解和操作沒有太大問題。但是在一些要求嚴(yán)格的場合，比如容器制造等，綜合考慮使用要求后就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不能簡單地套用這兩個(gè)原則。
以厚代薄
以厚代薄最大的害處是導(dǎo)致應(yīng)力的變化。
①許用應(yīng)力。與我們的直觀感覺相悖，鋼材的許用應(yīng)力是隨著板厚的增加而減小的。以厚代薄很可能導(dǎo)致強(qiáng)度不夠。很多時(shí)候以厚代薄沒發(fā)生問題是因?yàn)樵S用應(yīng)力的減小幅度沒有超出設(shè)計(jì)的允許范圍。
②局部應(yīng)力。整體厚度一致的情況下，局部以厚代薄會(huì)改變整體的應(yīng)力一致性，內(nèi)部應(yīng)力平衡被打破，容易發(fā)生疲勞裂紋，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致斷裂。
此外，以厚代薄增加了焊接和探傷的難度，還對(duì)鋼板的熱傳導(dǎo)有不利影響。
以優(yōu)代劣
材料的優(yōu)劣其實(shí)是相對(duì)而言的，并沒有絕對(duì)的優(yōu)或劣。在力學(xué)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(gè)性。說某種材料較優(yōu)，一定是指在某種特定的工況下，它的某種特性優(yōu)于比較的材料。簡單的以優(yōu)代劣是錯(cuò)誤的。
舉個(gè)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(yōu)，那么從以優(yōu)代劣來看，304L可以代替304材料使用嗎？來看下面的數(shù)據(jù)。
|
牌號(hào)
|
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(qiáng)度(MPa)
|
≥515
|
≥485
|
|
0.2%屈服強(qiáng)度(MPa)
|
≥205
|
≥170
|
|
50mm伸長率(%)
|
≥40
|
≥40
|
|
硬度
|
布氏
|
≥201
|
≥201
|
|
洛氏
|
≥92
|
≥92
|
（以上數(shù)據(jù)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(dòng)替代304使用；但從力學(xué)性能上看，304的強(qiáng)度明顯高于304L，如果用304L來替代304，就會(huì)造成強(qiáng)度不夠。
另外，如果是容器制造用途，國標(biāo)里另有規(guī)定：奧氏體不銹鋼的使用溫度高于525℃時(shí)，鋼中含碳量應(yīng)不小于0.04%。
因此，認(rèn)為304L可以代替304使用的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，能不能使用與使用場合有關(guān)。
結(jié)論
材料的代用雖然可以簡單地理解為“以厚代薄、以優(yōu)代劣”，但是如果根據(jù)實(shí)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(shí)候不能簡單套用，必須周全考慮，以設(shè)計(jì)部門的意見為準(zhǔn)。
|
