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美標碳鋼材質與國標碳鋼材質技術參數對比
 

一、前言

    隨著我國加入WTO的深入,國際間的相互合作及工業材料國際化使用日益廣泛。近些年來,國內的外資項目投資增長一年比一年擴大,同時,國內資本在國外的項目投資也不斷增加。在這些投標項目中,尤其在石油化工、造紙、電力、制藥等領域,材料的使用日益國際化,其中碳鋼材料的使用更為普通。另一方面,由于我們的國情所限,國內材料的國際化工作還較滯后,尤其在碳鋼材料方面,目前市場還不能滿足對其國際化的要求。具體表現在:

⑴.一些國外投資項目或由國外設計的項目,普通碳鋼管件材料基本選擇ASTM A234 GR.WPB(以下簡稱WPB)材料,符合此要求的管件材料一般使用ASTM A106 無縫鋼管或ASTM A516 GR.60、ASTM A285 GR.C 碳鋼板材。根據目前國內資源狀況,盡管在有批量訂貨的情況下,國內相關鋼廠可以批量訂貨,但在很多數情況下,比如項目投資規模不大,需求達不到批量,或在工程后期的設計變更需補訂少量產品,均無法在市場上正常采購到相應的原材料;

⑵.一些采用WPB 材料的項目投產運行后,進行日常維護、維修、改造等工作中,仍需要相應的WPB 材料,并且常常是緊急需求,此時,如何及時解決原料問題顯得尤為重要。

同時,在國產材料方面,碳鋼材料資源卻極其豐富,如20#鋼的無縫管,Q235A的鋼板,市場資源充足,隨時可以購買。本文擬就國際上用于管道配件制造最常用碳鋼材料ASTM A234 GR.WPB與國產碳鋼管件材料進行初步比較,試圖找出二者之間可以相互替代的條件,以解決用GB標準的材料制造符合ASTM規范的產品,探索碳鋼管件國產化的路子,以解決國內對WPB 管件的需求。

二、國內管件用碳鋼材料:

   目前碳鋼對焊管件,國內制造標準比較繁多,主要涉及國家標準GB12459、GB/T13401及行業標準,如:SH3408 、SH3409、HG/T21635 、HG/T21631以及電力、石油等行業標準,但從其使用材料的類別來分,不外乎兩類,一類用于制造無縫管件的無縫鋼管類,另一類用于制造焊縫管件的鋼板類。最常用的這兩類材料的標準見表1,其中用于碳鋼對焊管件的典型材料為:GB8163-20#、GB5310-20G 及 GB3274-Q235A、Q235B,這幾種材料的主要化學成份及機械性能標準要求見表2。

  

表1 .碳鋼管件常用原材料標準

 

類別
 標準類
 內容
 典型鋼號
 
無縫管件
 GB8163
 輸送用流體無縫鋼管
 20#
 
GB5310
 高壓鍋爐用無縫鋼管
 20G
 
有縫管件
 GB3274
 碳素結構鋼和低合金鋼熱軋厚鋼板和鋼帶
 Q235AQ235B
 

 

         表2 管件常用原材料的化學成份及機械性能(標準值)

 

材料級別
 C

(Wt%)
 Si

(Wt%)
 Mn

(Wt%)
 P

(Wt%)
 S

(Wt%)
 抗拉

強度TS(Mpa)
 屈服

強度

YS(Mpa)
 延伸率E(%)
 沖擊功

AK(J)
 硬度HB
 
GB8163-20#
 0.17-0.24
 0.17-0.37
 0.35-*0.65
 ≤0.035
 ≤0.035
 390-530
 ≥275
 ≥20
 ---
  
GB5310-20G
 0.17-0.24
 0.17-0.37
 0.35-0.65
 ≤0.03
 ≤0.03
 410-550
 ≥245
 ≥24
 ≥35
  
GB3274-Q235A
 0.14-0.22
 ≤0.30
 0.30-0.65
 ≤0.05
 ≤0.045
 375-500
 ≥235
 ≥26
 ---
  
GB3274-Q235B
 0.12-0.20
 ≤0.30
 0.30-0.70
 ≤0.045
 ≤0.045
 375-500
 ≥235
 ≥26
 ≥27
  

 

 

三.ASTM A234 Gr.WPB材料概況:

    WPB材料是目前國際上最為常用的用于中、高溫條件下的碳鋼管件材料,其來源可以是鋼管,如ASTM A106 Gr.C ,也可以是鋼板,如ASTM A285 GR.C。其主要的化學成份及機械性能標準要求見表3。

表3   ASTM A234 GR.WPB化學成份及性能指標(標準值)

 

材料級別
 C

(Wt%)
 Si

(Wt%)
 Mn

(Wt%)
 P

(Wt%)
 S

(Wt%)
 抗拉

強度TS(Mpa)
 屈服

強度

YS(Mpa)
 伸長率E(%)
 沖擊功

AK(J)
 硬度HB
 
ASTM

A234 WPB
 ≤0.30
 ≥0.10
 0.29-1.06
 ≤0.05
 ≤0.058
 415-585
 ≥240
 20
 ---
 ≤197
 

 

四、國產碳鋼材料的實際供貨參數:

    我們通過對目前市場上最普及的寶鋼、成都無縫及包頭等幾大鋼材生產的無縫鋼管(GB8163-20#),武鋼、南鋼產的中厚熱軋碳鋼板(GB3274-      Q235A/B)的實際供貨數值的進行了統計,具體統計結果見表4。

表4   幾種常見無縫管及鋼板化學成份及性能統計表(供貨值)

 

品種
 鋼號
 規格范圍
 涉及產地
 統計

爐號量
 供貨數值范圍
 
C
 Si
 Mn
 P
 S
 Ts
 Ys
 E
 HB
 
無縫管

GB8163
 20
 21.3*3~

630*18
 寶鋼

成鋼

包鋼等
 185
 0.17

-

0.22
 0.20

-

0.28
 0.45

-

0.64
 0.005

-

0.023
 0.001-

0.019
 430-

550
 260

-

350
 24-38
 155-185
 
無縫管

GB5310
 20G
 21.3*3-

426*14
 寶鋼

成鋼

包鋼


 63
 0.18

-

0.21
 0.22

-

0.26
 0.45

-

0.55
 0.005

-

0.019
 0.001-

0.017
 420-

520
 250

-

330
 28-38
 145-165
 
鋼板

GB3274
 Q235A
 δ=4-30
 武鋼

南鋼


 247
 0.16

-

0.22
 0.16

-

0.37
 0.39

-

0.60
 0.011

-

0.025
 0.010-

0.035
 405

-

495
 255

-

360
 25-37
 140-170
 
鋼板

GB3274
 Q235B
 δ=4-30
 武鋼

南鋼


 163
 0.13

-

0.18
 0.16

-

0.27
 0.39

-

0.57
 0.010

-

0.029
 0.014

-

0.035
 410

-

475
 260

-

320
 25-36
 140-170
 

 

注: 表中符號意義及單位同表2、表3

 

五、國產碳鋼材料與ASTM A234 GR.WPB的比較:

    表2及表3列出了國產碳鋼材料及WPB的主要化學成份要求及機械性能指標,這些數據包含了標準材料的主要要求,也就是說,在目前國際、國內冶金水平條件下,只要能符合表2、表3的要求,其材料性能即可認為是符合相應標準的要求(表中未列的一些輔助要求,視同認為可以100%符合)同時也可認為國內、國外材料間除表2、表3所列項目外,其余要求可以認為是一致的,在此不作比較。

1 標準值與標準值的比較:

⑴化學成份的比較:
    由表2、表3看出:國產類材料含C量為0.12---0.24%,完全符合WPB C≤0.3%的要求,國產原材料Mn:0.35―0.70%, 完全符合WPB Mn::0.29―1.06%的要求,國產原材料:P、S: ≤0.045%也完全符合 WPB P≤0.05%、S≤0.058%的要求,Si含量國產原材料20#及20G與WPB要求完全符合。
    Q235A及Q235B中Si的含量要求與WPB與相互交叉部分,不是完全一致,但由表4看出,在實際上供貨數值中,Q235A及Q235B的含Si量均在0.16―0.22%之間,因此,對于實際上供貨的Q235A、Q235B 材料,Si的含量也是與WPB相一致的。
    由上看出:就標準規范來說,國產類碳鋼材料在化學成份方面20#及20G與WPB完全相一致,Q235A、Q235B 除Si以外,其余也均與WPB一致,且Si的含量實際供貨數值可以有選擇地保證與WPB一致。

⑵性能指標的比較:

    由上看出,盡管兩類材料在化學成份要求上可以保持一致, 但由于國產碳鋼材料中碳含量的實際供貨值( 0.13-0.22% )明顯處于WPB要求的≤0.30%的下限值(盡管其處于要求范圍內), 這就直接導致了在標準要求方面, 國產類材料強度要求的下限低于WPB的標準要求, 由表2、表3 可以看出, 除20G以外,國產類材料的抗拉強度下限標準值為375---410MPa, 屈服強度下限標準值為235Mpa,分別低于WPB標準規定的415MPa及240MPa的要求。但同時, 在材料塑性指標方面, 也正因為國產類材料含碳量低于WPB的要求,國產類材料延伸率(E%)的標準要求(≥20-26%)卻完全高于WPB的標準指標(≥20%)

    由上看出:就標準規范來說,國產類碳鋼材料在性能指標方面的要求均低于WPB的要求。也正由于此,,致使國產類碳鋼材料在眾多的設計項目中,被判定不能替代WPB的使用。
綜上,從標準規范比較得出結論:國產類碳鋼材料20#、20G、 Q235A、Q235B與ASTM A234 WPB在化學成份方面是基本一致的(其中Q系列鋼中Si含量需擇選),而性能指標低于WPB的要求。

2 國產材料的供貨指標值與WPB標準值的比較:

    盡管從標準的角度來看,似乎國產材料無法替代WPB,但我們從國產材料的實際供貨值來分析,仍可以尋找到一些具有實際替代價值的結論,由前分析,影響替代成立主要有兩個方面:
⑴Q系列鋼板中Si含量問題;
⑵所有國產材料性能標準指標低于WPB的標準要求。
    通過比較表3及表4,我們可以看出:
⑴Q系列鋼板中SI含量的實際供貨值均在0.13―0.22%之間, 符合WPB SI≥0.1%的要求。
⑵國產類材料20#、20G鋼管的性能指標實際供貨值:Ts為420-550Mpa,Ys為250-350Mpa,延伸率EL為24%-38%, HB為145-185(經實際測量, 管件硬度與原料硬度基本一致), 所有被測爐號性能強度指標值均符合WPB標準的要求;
⑶國產類材料Q235A、Q235B鋼板的性能指標實際供貨值:Ts為405-495Mpa,其中小于410Mpa的只有兩爐(低于WPB的要求),占總爐數的0.8%;Ys為255-360Mpa,符合WPB的要求;延伸率EL為25%-37%,符合WPB的要求; HB為140-170(經實際測量, 管件硬度與原料硬度基本一致),符合WPB的要求。

六:結論:
    通過對國產GB8163-20#及GB5310-20G無縫鋼管及GB3274-Q235A、Q235B中厚板的化學成份及機械性指標與ASTMA234GR.WPB在標準規范及實際供值之間的比較,在受統計的爐批范圍內,國產碳鋼類無縫鋼管100%市供產品可以符合ASTMA234Gr.WPB的要求;國產碳鋼類板材中99%以上的市供產品可以符合ASTMA234Gr.WPB的要求。通過在采購原材料時,有選擇地控制進貨材料的成份和性能指標,用國產碳鋼材料可完全滿足ASTM A234Gr.WPB要求.
 

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