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高压锅炉用碳钢SA210A-1、SA-210C、20G比较分析
摘要： 调研发现，目前国内生产的SA210A-1在实际的供料中没有单独坯料，通常会以SA210C坯或20G坯代之。为了研究这种替代方式能否满足SA210A-1材料标准和产品设计要求，通过对SA210M 标准中SA210A-1、SA-210C及GB 5310标准中的20G成分和性能的比较分析，提出在SA210A-1小口径管采购要求中，应增加Mn下限规定的优化意见。
前 言
当前参数等级在亚临界及以上的锅炉机组受压件用碳钢材料主要有3种：20G、SA210A-1、SA-210C，基本用于低温过热器、低温再热器、水冷壁和省煤器等部件中的受热面管，管子金属设计温度通常在350℃~425℃ 。
由于碳钢的强化元素是C和Mn，而锅炉制造厂从焊接性能考虑通常会严格限制C含量。按ASME中的描述：在规定最大碳含量以下含碳量每降低0.01%，则允许在规定的最大锰含量之上各增加0.06%的含锰量，但最大不得超过1.35%。说明1个碳含量下降带来的强度损失一般需6个锰含量进行弥补，但从当前钢管厂的实际供料中却发现一个有意思的现象：即国内SA210A-1似乎没有成分鲜明的单独坯料，要么以SA-210C坯代之，要么以20G坯代之，这种现象可在表1随机抽取的部分批次SA210A-1、SA-210C、20G 的成分和性能数据比较中得到直观印象，差异更明显体现在Mn含量上。同样是SA210A-1，表1中的序号6、7、8成分及性能和20G相当，序号9成分及性能和SA-210C相当。那么这种替代方式能否保证SA210A-1满足材料标准和产品设计要求呢? 以下遵循标准的脉络并结合产品的使用条件进行分析。
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石化工业是国民经济建设中重要的基础工业之一。随着我国经济的发展，石化行业技术正朝着油化一体化、深度加工以及生产过程清洁高效化方向发展。无缝钢管是石化行业工厂建设、设备制造和运营维护中的主要原材料。石化用无缝钢管的主要工况特点是高温（或低温）、高压和高腐蚀性，接触介质往往是有毒、有害、易燃和易爆等危险品。石化用无缝钢管中尤其以石油化工厂的炉管、热交换器管和输送管道用管的用量最大。 随着我国石化工业用原油结构的变化（原油中平均硫含量从目前的1.0％左右上升到2.0％以上），以及石化装置不断朝着大型化，采用新工艺、新装备的发展，对无缝钢管的品种和质量均提出了更高的要求。新版GB9948-2013《石油裂化用无缝钢管》国家标准于2013年9月18日发布，2014年7月1日正式实施以来，天津荣盛建成商贸有限公司对标准进行深入理解，深入石化行业设计、使用单位对石油裂化管的技术要求和需求现状进行调研，优化了生产工艺、热处理控制以及质量检验等，走出一条符合自身发展的石油裂化管的特色发展之路，满足石化行业不同需求。
以12Cr5Mo（老版标准牌号为1Cr5Mo）牌号为例，新版标准要求有两种交货状态，分别为退火和正火＋回火状态，以12Cr5MoI和12Cr5MoNT区分。技术部门从两种交货状态的不同要求，优化了不同的生产工艺。采用共性的轧制工艺，即管坯检验→管坯下料→管坯定心→管坯环形炉加热→穿孔→热连轧管→步进炉再加热→定径→冷却。采用控轧控冷技术，钢管表面质量好，尺寸精度高，组织均匀。而热处理采用特性的工艺要求，12Cr5MoI采用完全退火工艺，降低钢管硬度，提高韧性，提高后续加工性能。12Cr5MoNT采用正火＋回火工艺，提高钢管强度，细化晶粒，提高钢管的耐热和耐腐蚀性能。
退火状态的12Cr5MoI钢管更适合用于石化管件加工，石油精炼厂的连接管道等，多用于煤炭液化项目。而正火＋回火状态的12Cr5MoNT钢管更适用于石油精炼厂的炉管、热交换器用管，多用于高压加氢裂化项目和乙烯项目等具有高酸高硫等腐蚀环境下。符合SH/T 3129-2012《高酸原油加工装置设备和管道设计选材导则》、SH/T3096-2012《高硫原油加工装置设备和管道设计选材导则》、NACE MR0103《腐蚀性石油炼制环境中抗硫化物应力开裂材料的选择》等。 新版GB9948-2013标准结合我国石油裂化用管的生产和使用现状，采纳国外先进标准ASTM A335/A335M-10《高温用铁素体合金钢无缝钢管》、ASTMA213/A213M-10《锅炉、过热器和换热器用铁素体和奥氏体合金钢无缝钢管》和EN 10216-2：2002《承压用无缝钢管 交货技术条件 第2部分：规定高温性能的非合金钢和合金钢》等部分条款，其指标不低于相关标准。技术先进、合理，既符合我国国情，又能满足特殊环境使用要求。
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合金管产品均是＂宝钢，成都，衡阳，诚德，洪都，鲁宝，无锡，天津，日本，德国＂等各大知名钢厂生产的无缝钢管，20#钢管,20G无缝钢管,20G钢管,L245管线管,L360管线管。产品按用户技术要求和有关国家标准组织经营。主营材质：20#、35#、45#、20G、20A、40Mn2、45Mn2、27SiMn、40MnB、20MnVB、20Cr、30Cr、35Cr、40Cr、45Cr、50Cr、 38CrSi、12CrMo 、20CrMo、35CrMo、42CrMo、12CrMoV、12Cr1MoV、38CrMoAL、50CrV、20CrMnSi、30CrMnSi、35CrMnSi、 20CrMnTi、30CrMnTi、12CrNi2、 12CrNi3、12Cr2Ni4、40CrNiMoA、45CrNiMoVA、20G、20MnG、25MnG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG、12Cr2MoWVTiB、 12Cr3MoVSiTiB等执行标准：GB/T8162-99结构管、GB/T8163-99流体管、GB/T3087-99中低压锅炉管、GB/T5310-95高压锅炉管、GB/T6479-2000化肥专用管、27SiMn液压支架管、高压合金管、GB/T9948-85石油裂化管GB9948-88、地质钻探用管YB235-70、汽车半轴套管YB/T5035-96。
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针对存在的问题，对今后我国模具用材料和模具热处理技术的发展，提出如下建议：
加速模具钢生产的制品化、精料化和模具钢经销的商品化我国每年模具用钢超过20万吨，且逐年增长。近年，国外模具钢的进口量，约占模具钢需要量的1/3，呈逐渐增加趋势。主要问题是我国模具钢的品种规格较少，模具钢生产的制品化、精料化和经销的商品化程度低。在一些工业发达国家，冶金企业供应经机加工的模具钢制品已达50~60%，而中国80%以上的模具钢仍以黑皮圆棒供货。越来越多的模具制造厂点要求在模具设计完成后，模具钢供应厂商能迅速提供所需钢材，减少库存钢材数量，缩短制模周期。中国钢材生产企业尚不适应这一商品市场机制，这是进口模具钢材在中国日益扩大的重要原因。大力推广应用性能优良的新型模具钢不断完善模具钢钢种系列
我国已开发出不少有一定特色的新型模具钢，其中一些钢的性能优异，达到或超过国外同类钢的水平。但这些新钢的推广数量和应用范围不够大，主要原因是由于中国模具钢的生产尚未走制品化、精料化的道路而经销方式不适应商品市场的要求，解决了这些问题，这些性能良好的新型模具钢有广阔的推广前景，将会产生巨大的经济效益。
中国已经有了较完整的模具钢系列，尚需不断提高其质量，扩大应用，在应用中进一步存优去劣。同时，有选择地开发先进模具钢，完善中国的模具钢系列，例如开发粉末冶金模具钢，多元易切削系塑料模具钢，建立玻璃、陶瓷，耐火砖和地砖等成形模具用钢系列等。
进一步提高模具钢的质量我国某些特殊钢厂已采用新的冶金设备和工艺生产模具钢，如炉外精炼、真空冶炼、快锻机和精锻机等，一些模具钢的质量有大幅度提高，如D2、P20等钢已批量出口，出口产品的质量可以达到国际先进水平。工业发达国家一直在努力提高模具钢的纯净度、致密度、均匀性和质量稳定性。国外有的企业规定在高纯度模具钢中[O]＜10ppm，[H]＜2ppm，[S]＜50ppm，因为钢的纯净度的进一步提高可以显著提高钢的韧性和疲劳性能。对大型模具还必须采用真空除气、高温扩散退火，减少合金元素的偏析，并使用等向锻选工艺，提高等向性，使模具钢的横向和厚向的塑性和韧性达到纵向的80~90%以上。我国还需要在这方面进一步开展工作。
加强先进模具热处理技术的推广与应用
模具的可控气氛热处理与真空热处理应进一步得到发展、推广和应用。一些行之有效的模具表面热处理技术，应完善其工艺，加强其推广和应用。提高装备和工艺材料的制造水平，加强热处理专业厂的建设。
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