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美标碳钢材质与国标碳钢材质技术参数对比
 

一、前言

    随着我国加入WTO的深入,国际间的相互合作及工业材料国际化使用日益广泛。近些年来,国内的外资项目投资增长一年比一年扩大,同时,国内资本在国外的项目投资也不断增加。在这些投标项目中,尤其在石油化工、造纸、电力、制药等领域,材料的使用日益国际化,其中碳钢材料的使用更为普通。另一方面,由于我们的国情所限,国内材料的国际化工作还较滞后,尤其在碳钢材料方面,目前市场还不能满足对其国际化的要求。具体表现在:

⑴.一些国外投资项目或由国外设计的项目,普通碳钢管件材料基本选择ASTM A234 GR.WPB(以下简称WPB)材料,符合此要求的管件材料一般使用ASTM A106 无缝钢管或ASTM A516 GR.60、ASTM A285 GR.C 碳钢板材。根据目前国内资源状况,尽管在有批量订货的情况下,国内相关钢厂可以批量订货,但在很多数情况下,比如项目投资规模不大,需求达不到批量,或在工程后期的设计变更需补订少量产品,均无法在市场上正常采购到相应的原材料;

⑵.一些采用WPB 材料的项目投产运行后,进行日常维护、维修、改造等工作中,仍需要相应的WPB 材料,并且常常是紧急需求,此时,如何及时解决原料问题显得尤为重要。

同时,在国产材料方面,碳钢材料资源却极其丰富,如20#钢的无缝管,Q235A的钢板,市场资源充足,随时可以购买。本文拟就国际上用于管道配件制造最常用碳钢材料ASTM A234 GR.WPB与国产碳钢管件材料进行初步比较,试图找出二者之间可以相互替代的条件,以解决用GB标准的材料制造符合ASTM规范的产品,探索碳钢管件国产化的路子,以解决国内对WPB 管件的需求。

二、国内管件用碳钢材料:

   目前碳钢对焊管件,国内制造标准比较繁多,主要涉及国家标准GB12459、GB/T13401及行业标准,如:SH3408 、SH3409、HG/T21635 、HG/T21631以及电力、石油等行业标准,但从其使用材料的类别来分,不外乎两类,一类用于制造无缝管件的无缝钢管类,另一类用于制造焊缝管件的钢板类。最常用的这两类材料的标准见表1,其中用于碳钢对焊管件的典型材料为:GB8163-20#、GB5310-20G 及 GB3274-Q235A、Q235B,这几种材料的主要化学成份及机械性能标准要求见表2。

  

表1 .碳钢管件常用原材料标准

 

类别
 标准类
 内容
 典型钢号
 
无缝管件
 GB8163
 输送用流体无缝钢管
 20#
 
GB5310
 高压锅炉用无缝钢管
 20G
 
有缝管件
 GB3274
 碳素结构钢和低合金钢热轧厚钢板和钢带
 Q235AQ235B
 

 

         表2 管件常用原材料的化学成份及机械性能(标准值)

 

材料级别
 C

(Wt%)
 Si

(Wt%)
 Mn

(Wt%)
 P

(Wt%)
 S

(Wt%)
 抗拉

强度TS(Mpa)
 屈服

强度

YS(Mpa)
 延伸率E(%)
 冲击功

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材料概况:

    WPB材料是目前国际上最为常用的用于中、高温条件下的碳钢管件材料,其来源可以是钢管,如ASTM A106 Gr.C ,也可以是钢板,如ASTM A285 GR.C。其主要的化学成份及机械性能标准要求见表3。

表3   ASTM A234 GR.WPB化学成份及性能指标(标准值)

 

材料级别
 C

(Wt%)
 Si

(Wt%)
 Mn

(Wt%)
 P

(Wt%)
 S

(Wt%)
 抗拉

强度TS(Mpa)
 屈服

强度

YS(Mpa)
 伸长率E(%)
 冲击功

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、国产碳钢材料的实际供货参数:

    我们通过对目前市场上最普及的宝钢、成都无缝及包头等几大钢材生产的无缝钢管(GB8163-20#),武钢、南钢产的中厚热轧碳钢板(GB3274-      Q235A/B)的实际供货数值的进行了统计,具体统计结果见表4。

表4   几种常见无缝管及钢板化学成份及性能统计表(供货值)

 

品种
 钢号
 规格范围
 涉及产地
 统计

炉号量
 供货数值范围
 
C
 Si
 Mn
 P
 S
 Ts
 Ys
 E
 HB
 
无缝管

GB8163
 20
 21.3*3~

630*18
 宝钢

成钢

包钢等
 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
 
无缝管

GB5310
 20G
 21.3*3-

426*14
 宝钢

成钢

包钢


 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
 
钢板

GB3274
 Q235A
 δ=4-30
 武钢

南钢


 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
 
钢板

GB3274
 Q235B
 δ=4-30
 武钢

南钢


 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: 表中符号意义及单位同表2、表3

 

五、国产碳钢材料与ASTM A234 GR.WPB的比较:

    表2及表3列出了国产碳钢材料及WPB的主要化学成份要求及机械性能指标,这些数据包含了标准材料的主要要求,也就是说,在目前国际、国内冶金水平条件下,只要能符合表2、表3的要求,其材料性能即可认为是符合相应标准的要求(表中未列的一些辅助要求,视同认为可以100%符合)同时也可认为国内、国外材料间除表2、表3所列项目外,其余要求可以认为是一致的,在此不作比较。

1 标准值与标准值的比较:

⑴化学成份的比较:
    由表2、表3看出:国产类材料含C量为0.12---0.24%,完全符合WPB C≤0.3%的要求,国产原材料Mn:0.35―0.70%, 完全符合WPB Mn::0.29―1.06%的要求,国产原材料:P、S: ≤0.045%也完全符合 WPB P≤0.05%、S≤0.058%的要求,Si含量国产原材料20#及20G与WPB要求完全符合。
    Q235A及Q235B中Si的含量要求与WPB与相互交叉部分,不是完全一致,但由表4看出,在实际上供货数值中,Q235A及Q235B的含Si量均在0.16―0.22%之间,因此,对于实际上供货的Q235A、Q235B 材料,Si的含量也是与WPB相一致的。
    由上看出:就标准规范来说,国产类碳钢材料在化学成份方面20#及20G与WPB完全相一致,Q235A、Q235B 除Si以外,其余也均与WPB一致,且Si的含量实际供货数值可以有选择地保证与WPB一致。

⑵性能指标的比较:

    由上看出,尽管两类材料在化学成份要求上可以保持一致, 但由于国产碳钢材料中碳含量的实际供货值( 0.13-0.22% )明显处于WPB要求的≤0.30%的下限值(尽管其处于要求范围内), 这就直接导致了在标准要求方面, 国产类材料强度要求的下限低于WPB的标准要求, 由表2、表3 可以看出, 除20G以外,国产类材料的抗拉强度下限标准值为375---410MPa, 屈服强度下限标准值为235Mpa,分别低于WPB标准规定的415MPa及240MPa的要求。但同时, 在材料塑性指标方面, 也正因为国产类材料含碳量低于WPB的要求,国产类材料延伸率(E%)的标准要求(≥20-26%)却完全高于WPB的标准指标(≥20%)

    由上看出:就标准规范来说,国产类碳钢材料在性能指标方面的要求均低于WPB的要求。也正由于此,,致使国产类碳钢材料在众多的设计项目中,被判定不能替代WPB的使用。
综上,从标准规范比较得出结论:国产类碳钢材料20#、20G、 Q235A、Q235B与ASTM A234 WPB在化学成份方面是基本一致的(其中Q系列钢中Si含量需择选),而性能指标低于WPB的要求。

2 国产材料的供货指标值与WPB标准值的比较:

    尽管从标准的角度来看,似乎国产材料无法替代WPB,但我们从国产材料的实际供货值来分析,仍可以寻找到一些具有实际替代价值的结论,由前分析,影响替代成立主要有两个方面:
⑴Q系列钢板中Si含量问题;
⑵所有国产材料性能标准指标低于WPB的标准要求。
    通过比较表3及表4,我们可以看出:
⑴Q系列钢板中SI含量的实际供货值均在0.13―0.22%之间, 符合WPB SI≥0.1%的要求。
⑵国产类材料20#、20G钢管的性能指标实际供货值:Ts为420-550Mpa,Ys为250-350Mpa,延伸率EL为24%-38%, HB为145-185(经实际测量, 管件硬度与原料硬度基本一致), 所有被测炉号性能强度指标值均符合WPB标准的要求;
⑶国产类材料Q235A、Q235B钢板的性能指标实际供货值:Ts为405-495Mpa,其中小于410Mpa的只有两炉(低于WPB的要求),占总炉数的0.8%;Ys为255-360Mpa,符合WPB的要求;延伸率EL为25%-37%,符合WPB的要求; HB为140-170(经实际测量, 管件硬度与原料硬度基本一致),符合WPB的要求。

六:结论:
    通过对国产GB8163-20#及GB5310-20G无缝钢管及GB3274-Q235A、Q235B中厚板的化学成份及机械性指标与ASTMA234GR.WPB在标准规范及实际供值之间的比较,在受统计的炉批范围内,国产碳钢类无缝钢管100%市供产品可以符合ASTMA234Gr.WPB的要求;国产碳钢类板材中99%以上的市供产品可以符合ASTMA234Gr.WPB的要求。通过在采购原材料时,有选择地控制进货材料的成份和性能指标,用国产碳钢材料可完全满足ASTM A234Gr.WPB要求.
 

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