0.20%碳素結構鋼(無縫鋼管)的區別和標準及本質特點

0.20%碳素結構(無縫鋼管)的區別和標準及本質特點

摘 要：20、20G、Q245R這是三個鋼號平均含碳量均為0.20%的碳素結構鋼。但在使用標準、化學成分、機械性能、價格彼此存在較大差別，設計使用中必須正確選用，以防影響使用壽命甚至導致破壞性事故，相反造成優材劣用。 
　　關鍵詞：無縫鋼管；標準 
　　一、適用的標準及用途不同 
　　1.適用標準 
　　20鋼用于一般鋼管，有三個標準。a標準GB8162適用于結構用無縫鋼管；b標準GB8163適用于輸送流體用一般無縫鋼管；c標準GB3087適用于低中壓鍋爐無縫鋼管，該標準適用制造各種結構低中壓鍋爐過熱蒸汽管、沸水管及機車鍋爐用過熱蒸汽管、大煙管、小煙管和拱磚管用的優質碳素結構鋼熱軋和冷撥（軋）無縫鋼管。 
　　20G是制造高壓及其以上壓力的蒸汽鍋爐、管道等用的優質碳素結構鋼。如廣泛用來制造介質溫度≤430℃ 的水煤氣、過熱器、水冷壁、給水、主蒸汽管等。 標準GB5310適用于高壓鍋爐用無縫鋼管。Q245R用于制造各種鍋爐受壓元件用厚度為3—200mm的碳素鋼板。100mm的碳素鋼。 
　　2.用途 
　　按GB3087標準供貨的無縫鋼管用于制造低、中壓鍋爐管件。按GB5310標準供貨的20G鋼管用于制造高壓或更高參數的鍋爐管件，長期使用最高壁溫≤450℃，用作聯箱和蒸汽管道時，長期使用溫度≤425℃。國內也有用歐盟St45.8和日本STB42鋼管代替20G鋼管，美國用SA106B制造鍋爐的聯箱和管道，用SA210A制作水冷壁、過熱器和再熱蒸汽管。按GB713標準供貨的20g鋼板，一般用于中低壓鍋爐汽包，其使用溫度≤260℃。 
　　二、化學成份上的細微差別 
　　1.Cr與Ni這兩種元素在碳索鋼中是作為雜質殘留鋼中，但這兩種成份對鋼的性質只會帶來好處。 
　　2.Cu在碳素鋼中也是作為雜質殘留的。銅含量超標會使鋼表面銅富集，熱加工時二次加熱會使富銅層進一步增厚，并向表面區域的奧氏體晶界擴散，使奧氏體晶界嚴重脆化，導致工件在外載荷的作用下引起表面脆性斷裂。因此，在鋼材需進行鍛造及沖壓的熱加工時.過高的銅含量將引起工件的開裂。必須對鋼中銅的含量作出限定。 
　　3.考慮到20鋼冶煉用料的復雜性及其作為工件時較多承受熱壓力加工.在適用標準GB699（GB8162、GB8163、GB3087 均注明化學成份偏差應符合標準GB699的文字）規定銅含量不大于0.25% 。 
　　4.20g和 20R是舊版標準的牌號，在GB 713-2008中被Q245R合并替代。 
　　5.煉鋼時用錳鐵脫氧使錳殘留在鋼中。一般而言，錳是有益元素。錳主要溶于鐵索體中而使鐵索體強化，另外，錳還能增加珠光體的相對量并使其細化，因而錳能提高鋼的強度。但過高的含錳量對焊接性能不利?？紤]到鋼的綜合性能，錳的含量與碳的含量應適當匹配。因此.GB713標準中Q245R的Mn含量為0.50-1.00%。 
　　6.硅也是一種脫氧劑.而且它的脫氧作用比錳強。硅固溶于鐵素體中，提高鋼的強度，但也降低鋼的塑性和韌性。因此，為了保證Q245R鋼有良好的塑性和韌性，特別是時效沖擊韌性和長期的中溫使用性能。因此規定Q245R的Si含量不小于0.10%。 
　　三、機械性能的區別 
　　20鋼的韌性、塑性及焊接性能優良，在較高溫度下具有滿意的抗氧化性。當硬度在137-174HB之間時，其相對加工性為60%。長期在450℃以上運行會發生珠光體球化和石墨化。20G鋼為優質的碳素結構鋼，除基本性能與20鋼相同外忙還增加了對高溫性能的要求。20g鋼是制造鍋爐的常用碳素鋼板，除基本性能與20鋼相近外，還增加了對沖擊韌性、應變時效沖擊值和冷彎的要求，屈服強度也略比20鋼高，并要求有一定的抗疲勞和抗腐蝕性能。 

表一 引用標準與化學成分

表二 機械性能

四、供貨狀態及熱處理要求不同 
　　這三種鋼中，考慮到對使用壽命的直接影響，僅有GB5310的20G鋼對供貨狀態及熱處理作了明確規定：應進行880～940～C正火熱處理后交貨，熱軋管當終軋溫度大于等于880℃，最高溫度不超過940℃時，且鋼管是經過空冷的，則認為鋼管式經過正火的； GB713的Q245R鋼標準中注明鋼板以熱軋、控軋、正火狀態交貨，2008版標準取消了正火加回火狀態，且未明確正火熱處理的溫度或強調熱軋后的溫度。有關資料介紹其正火溫度一般為900～930℃ ，回火溫度為600～650℃ 。GB3087及GB8163的20鋼均注明熱軋鋼管以熱軋狀態或正火狀態交貨，以熱軋狀態交貨的鋼管終軋溫度不低于相變臨界溫度，冷軋鋼管以正火狀態交貨。在GB3087標準中，擴管工藝也被標準采用，且擴管終軋溫度不低于相變臨界溫度，并是經過空冷的，也認為是經過正火。 
　　五、結語 
　　由以上可見三個鋼號有著較大的差別。根據使用要求必須選擇相適應的標準，即對條鋼適用GB699，一般鋼管適用GB8163，輸送流體用一般無縫鋼管適用GB8163，低中壓鍋爐用無縫鋼管適用GB3087，高壓鍋爐鋼管適用GB5310、壓力容器，鍋爐受壓元件鋼板適用GB713，決不能用GB3087的鋼管，更不能用GB8163 的鋼管來替代GB5310的鋼管。而更為重要的是在設計及訂貨時就要作出準確的選擇。因為這四個鋼號在成品檢驗時是很難鑒別的。另外，在到貨驗收時一定要以設計及訂貨時確定的國家標準及鋼號進行驗收，而決不能簡單地統一以20鋼來驗牧。另外從表中引用的SA106B、SA210C也可以看出國內外碳鋼材料的差距，不僅化學成分、機械性能不同，而且在供貨狀態及熱處理要求都存在很大區別，所以選擇鋼材僅在合適的溫度、壓力下是遠遠不夠的，一定要在多參數下對比選擇最適合設計的材料，所以說以上0.20%碳素結構鋼之間無明顯替代性關系。 
　　引用標準：GB8162《結構用無縫鋼管》；GB3087 《低中壓鍋爐用無縫鋼管》 ；GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》；GB8163 《輸送流體用無縫鋼管》。