A234 WPB 与国内碳钢对比
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#、GB8160-20G、及GB3274-Q235A、Q235B,这几种材料的主要化学成分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分及机械性能(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 材料概括:
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。其主要化学成分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
WEN |
≤0.030 |
≥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,具体统计结果件表5
表4 几种常见无缝钢管及钢板化学成分及性能统计表(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 |
0.020
-
0.28 |
0.45
-
0.64 |
0.005
-
0.023 |
0.001
-
0.019 |
430
-
555 |
260
-
350 |
24-38 |
155
-
185 |
无缝管
GB5310 |
20G |
21.3*3~
426*14 |
宝
钢
成
钢
包
钢
等 |
63 |
0.18
-
0.21 |
0.22
-
0.26 |
0.45
-
0.55 |
0.005
-
0.019 |
0.001
-
0.019 |
420
-
330 |
250
-
330 |
28-38 |
145
-
165 |
钢板
GB3274 |
Q235A |
δ=4-30 |
武
钢
南
钢
等 |
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
等 |
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 |
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
-
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。
-
性能指标的比较:
由上看出,尽管两类材料在化学成份要求可以保持一致,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,导致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。
-
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:
-
Q系列钢板中Si含量问题:
-
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:
-
Q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。
(2)国产类材料 20#、20G管件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;
(3)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GB3274-Q235A、Q235B中厚板的化学成份及机械指标与ASTMA234GR.WPB在标准规范及实际供货值之间的比较,在受统计的炉批范围内,国内碳钢类无缝钢管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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