高壓鍋爐用碳鋼無縫鋼管:SA210A-1、SA210C、20G比較分析

摘要:　

調(diào)研發(fā)現(xiàn),目前國內(nèi)生產(chǎn)的SA210A-1在實(shí)際的供料中沒有單獨(dú)坯料,通常會(huì)以SA210C坯或20G坯代之。

為了研究這種替代方式能否滿足SA210A-1材料標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求,通過對(duì)SA210M 標(biāo)準(zhǔn)中SA210A-1、SA210C及GB 5310標(biāo)準(zhǔn)中的20G成分和性能的比較分析,提出在SA210A-1管采購要求中,應(yīng)增加Mn下限規(guī)定的優(yōu)化意見。

前言

當(dāng)前參數(shù)等級(jí)在亞臨界及以上的鍋爐機(jī)組受壓件用碳鋼材料主要有3種:20G、SA210A-1、SA210C,基本用于低溫過熱器、低溫再熱器、水冷壁和省煤器等部件中的受熱面管,管子金屬設(shè)計(jì)溫度通常在350℃~425℃ 。

由于碳鋼的強(qiáng)化元素是C和Mn,而鍋爐制造廠從焊接性能考慮通常會(huì)嚴(yán)格限制C含量。按ASME中的描述:在規(guī)定較大碳含量以下含碳量每降低0.01%,則允許在規(guī)定的較大錳含量之上各增加0.06%的含錳量,但較大不得超過1.35%。

說明1個(gè)碳含量下降帶來的強(qiáng)度損失一般需6個(gè)錳含量進(jìn)行彌補(bǔ),但從當(dāng)前鋼管廠的實(shí)際供料中卻發(fā)現(xiàn)一個(gè)有意思的現(xiàn)象:即國內(nèi)SA210A-1似乎沒有成分鮮明的單獨(dú)坯料,要么以SA210C坯代之,要么以20G坯代之,這種現(xiàn)象可在表1隨機(jī)抽取的部分批次SA210A-1、SA210C、20G 的成分和性能數(shù)據(jù)比較中得到直觀印象,差異更明顯體現(xiàn)在Mn含量上。

同樣是SA210A-1,表1中的序號(hào)6、7、8成分及性能和20G相當(dāng),序號(hào)9成分及性能和SA210C相當(dāng)。那么這種替代方式能否保證SA210A-1滿足材料標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求呢? 以下遵循標(biāo)準(zhǔn)的脈絡(luò)并結(jié)合產(chǎn)品的使用條件進(jìn)行分析。

1.比較和分析

1.1 SA210A-1和SA210C的比較分析

SA210A-1是美國ASME SA210M 中的鋼號(hào),其和210C的主要區(qū)別在于含C量上(表2),反映在性能上SA210C的強(qiáng)度比SA210A-1的強(qiáng)度約高10% (表3),其在設(shè)計(jì)溫度350℃～425℃ 區(qū)間的設(shè)計(jì)許用應(yīng)力比SA210A-1高10 %(表4),即表明相同工況條件下,SA210C的管材壁厚可比SA210A-1減少約10% ,故SA210A-1用SA210C坯料即意味壁厚裕量可增多10% 。

由表1反映出雖然實(shí)際供料的SA210C含碳量并不高,但Mn含量的提高彌補(bǔ)了C對(duì)強(qiáng)度降低的影響。

1.2 SA210A-1和20G的比較分析

20G是GB 5310-2008中的鋼號(hào),單從成分列表(表5)看,20G和SA210A-1成分有兼容區(qū)域,似乎二者可互相替代,但從高溫屈服和許用應(yīng)力(表6)看,SA210A-1的高溫屈服較20G高10%以上,SA210A-1在350℃～425℃區(qū)間的設(shè)計(jì)許用應(yīng)力比20G平均高約10%,這說明SA210A-1選用20G坯料,從性能上來說是以低代高,如果原SA210A-1的壁厚裕量不充分的話,是隱含一定風(fēng)險(xiǎn)的。

2.印證

GB 5310自1995版起參照國外常用標(biāo)準(zhǔn),增加了相應(yīng)鋼牌號(hào),如相對(duì)于SA210A-1增加的鋼號(hào)是20MnG,相對(duì)于SA210C增加的鋼號(hào)是25MnG。

作為典型的生產(chǎn)型標(biāo)準(zhǔn),GB5310結(jié)合國內(nèi)鍋爐用鋼的使用特點(diǎn),對(duì)原ASME牌號(hào)的寬泛要求進(jìn)行了細(xì)化和限定,主要表現(xiàn)在規(guī)定了C和Mn的成分區(qū)間,特別是Mn的下限提升至0.7%,較20G的Mn上限更高。

表8、9、10分別是國標(biāo)系列的3個(gè)鋼的成分、性能和許用應(yīng)力比較。

由表10可清晰地反映出在350℃~425℃區(qū)間,相當(dāng)于SA210A-1的20MnG 的設(shè)計(jì)許用應(yīng)力較20G 高約10%,相當(dāng)于SA210C 的25MnG的設(shè)計(jì)許用應(yīng)力較20G高約20%,較20MnG高約10% ,與前述結(jié)果吻合。

3.結(jié)語

1. 作為金屬設(shè)計(jì)溫度在350℃～425℃區(qū)間通常選用的鍋爐受壓件材料,SA210A-1的的設(shè)計(jì)許用應(yīng)力較SA210C低約10%,較20G高約10%。

2. 考慮鍋爐用鋼的使用特點(diǎn),為保證SA210A-1滿足材料標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求,應(yīng)優(yōu)化SA210A-1成分設(shè)計(jì),在SA210A-1管采購技術(shù)條件中,增加Mn含量0.7的下限規(guī)定。