一、前言
隨著我國加入WTO的深入，國際間的相互合作及工業(yè)材料國際化使用日益廣泛。近些年來，國內(nèi)的外資項(xiàng)目投資增長一年比一年擴(kuò)大，同時，國內(nèi)資本在國外的項(xiàng)目投資也不斷增加。在這些投標(biāo)項(xiàng)目中，尤其在石油化工、造紙、電力、制藥等領(lǐng)域，材料的使用日益國際化，其中碳鋼材料的使用更為普通。另一方面，由于我們的國情所限，國內(nèi)材料的國際化工作還較滯后，尤其在碳鋼材料方面，目前市場還不能滿足對其國際化的要求。具體表現(xiàn)在：
⑴.一些國外投資項(xiàng)目或由國外設(shè)計的項(xiàng)目，普通碳鋼管件材料基本選擇ASTM A234 GR.WPB（以下簡稱WPB）材料，符合此要求的管件材料一般使用ASTM A106 無縫鋼管或ASTM A516 GR.60、ASTM A285 GR.C 碳鋼板材。根據(jù)目前國內(nèi)資源狀況，盡管在有批量訂貨的情況下，國內(nèi)相關(guān)鋼廠可以批量訂貨，但在很多數(shù)情況下，比如項(xiàng)目投資規(guī)模不大，需求達(dá)不到批量，或在工程后期的設(shè)計變更需補(bǔ)訂少量產(chǎn)品，均無法在市場上正常采購到相應(yīng)的原材料；
⑵.一些采用WPB 材料的項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后,進(jìn)行日常維護(hù)、維修、改造等工作中，仍需要相應(yīng)的WPB 材料，并且常常是緊急需求，此時，如何及時解決原料問題顯得尤為重要。
同時，在國產(chǎn)材料方面，碳鋼材料資源卻極其豐富，如20#鋼的無縫管，Q235A的鋼板，市場資源充足，隨時可以購買。本文擬就國際上用于管道配件制造最常用碳鋼材料ASTM A234 GR.WPB與國產(chǎn)碳鋼管件材料進(jìn)行初步比較，試圖找出二者之間可以相互替代的條件，以解決用GB標(biāo)準(zhǔn)的材料制造符合ASTM規(guī)范的產(chǎn)品，探索碳鋼管件國產(chǎn)化的路子,以解決國內(nèi)對WPB 管件的需求。
二、國內(nèi)管件用碳鋼材料：
目前碳鋼對焊管件，國內(nèi)制造標(biāo)準(zhǔn)比較繁多，主要涉及國家標(biāo)準(zhǔn)GB12459、GB/T13401及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如：SH3408 、SH3409、HG/T21635 、HG/T21631以及電力、石油等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但從其使用材料的類別來分，不外乎兩類，一類用于制造無縫管件的無縫鋼管類，另一類用于制造焊縫管件的鋼板類。最常用的這兩類材料的標(biāo)準(zhǔn)見表1，其中用于碳鋼對焊管件的典型材料為：GB8163-20#、GB5310-20G 及 GB3274-Q235A、Q235B，這幾種材料的主要化學(xué)成份及機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)要求見表2。
表1 .碳鋼管件常用原材料標(biāo)準(zhǔn)
類別
標(biāo)準(zhǔn)類
內(nèi)容
典型鋼號
無縫管件
GB8163
輸送用流體無縫鋼管
20#
GB5310
高壓鍋爐用無縫鋼管
20G
有縫管件
GB3274
碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼熱軋厚鋼板和鋼帶
Q235AQ235B
表2 管件常用原材料的化學(xué)成份及機(jī)械性能（標(biāo)準(zhǔn)值）
材料級別
C
(Wt%)
Si
(Wt%)
Mn
(Wt%)
P
(Wt%)
S
(Wt%)
抗拉
強(qiáng)度TS(Mpa)
屈服
強(qiáng)度
YS(Mpa)
延伸率E(%)
沖擊功
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材料概況：
WPB材料是目前國際上最為常用的用于中、高溫條件下的碳鋼管件材料，其來源可以是鋼管，如ASTM A106 Gr.C ，也可以是鋼板，如ASTM A285 GR.C。其主要的化學(xué)成份及機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)要求見表3。
表3 ASTM A234 GR.WPB化學(xué)成份及性能指標(biāo)(標(biāo)準(zhǔn)值)
材料級別
C
(Wt%)
Si
(Wt%)
Mn
(Wt%)
P
(Wt%)
S
(Wt%)
抗拉
強(qiáng)度TS(Mpa)
屈服
強(qiáng)度
YS(Mpa)
伸長率E(%)
沖擊功
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、國產(chǎn)碳鋼材料的實(shí)際供貨參數(shù)：
我們通過對目前市場上最普及的寶鋼、成都無縫及包頭等幾大鋼材生產(chǎn)的無縫鋼管（GB8163-20#），武鋼、南鋼產(chǎn)的中厚熱軋?zhí)间摪澹℅B3274- Q235A/B）的實(shí)際供貨數(shù)值的進(jìn)行了統(tǒng)計，具體統(tǒng)計結(jié)果見表4。
表4 幾種常見無縫管及鋼板化學(xué)成份及性能統(tǒng)計表（供貨值）
品種
鋼號
規(guī)格范圍
涉及產(chǎn)地
統(tǒng)計
爐號量
供貨數(shù)值范圍
C
Si
Mn
P
S
Ts
Ys
E
HB
無縫管
GB8163
20
21.3*3~
630*18
寶鋼
成鋼
包鋼等
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
無縫管
GB5310
20G
21.3*3-
426*14
寶鋼
成鋼
包鋼
等
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
鋼板
GB3274
Q235A
δ=4-30
武鋼
南鋼
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
鋼板
GB3274
Q235B
δ=4-30
武鋼
南鋼
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
注: 表中符號意義及單位同表2、表3
五、國產(chǎn)碳鋼材料與ASTM A234 GR.WPB的比較：
表2及表3列出了國產(chǎn)碳鋼材料及WPB的主要化學(xué)成份要求及機(jī)械性能指標(biāo)，這些數(shù)據(jù)包含了標(biāo)準(zhǔn)材料的主要要求，也就是說，在目前國際、國內(nèi)冶金水平條件下，只要能符合表2、表3的要求，其材料性能即可認(rèn)為是符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求（表中未列的一些輔助要求，視同認(rèn)為可以100%符合）同時也可認(rèn)為國內(nèi)、國外材料間除表2、表3所列項(xiàng)目外，其余要求可以認(rèn)為是一致的，在此不作比較。
1 標(biāo)準(zhǔn)值與標(biāo)準(zhǔn)值的比較：
⑴化學(xué)成份的比較：
由表2、表3看出：國產(chǎn)類材料含C量為0.12---0.24%,完全符合WPB C≤0.3%的要求，國產(chǎn)原材料Mn：0.35―0.70%, 完全符合WPB Mn:：0.29―1.06%的要求，國產(chǎn)原材料:P、S: ≤0.045%也完全符合 WPB P≤0.05%、S≤0.058%的要求,Si含量國產(chǎn)原材料20#及20G與WPB要求完全符合。
Q235A及Q235B中Si的含量要求與WPB與相互交叉部分，不是完全一致，但由表4看出，在實(shí)際上供貨數(shù)值中，Q235A及Q235B的含Si量均在0.16―0.22%之間，因此，對于實(shí)際上供貨的Q235A、Q235B 材料，Si的含量也是與WPB相一致的。
由上看出：就標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來說，國產(chǎn)類碳鋼材料在化學(xué)成份方面20#及20G與WPB完全相一致，Q235A、Q235B 除Si以外，其余也均與WPB一致，且Si的含量實(shí)際供貨數(shù)值可以有選擇地保證與WPB一致。
⑵性能指標(biāo)的比較：
由上看出,盡管兩類材料在化學(xué)成份要求上可以保持一致, 但由于國產(chǎn)碳鋼材料中碳含量的實(shí)際供貨值( 0.13-0.22% )明顯處于WPB要求的≤0.30%的下限值(盡管其處于要求范圍內(nèi)), 這就直接導(dǎo)致了在標(biāo)準(zhǔn)要求方面, 國產(chǎn)類材料強(qiáng)度要求的下限低于WPB的標(biāo)準(zhǔn)要求, 由表2、表3 可以看出, 除20G以外，國產(chǎn)類材料的抗拉強(qiáng)度下限標(biāo)準(zhǔn)值為375---410MPa, 屈服強(qiáng)度下限標(biāo)準(zhǔn)值為235Mpa，分別低于WPB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的415MPa及240MPa的要求。但同時, 在材料塑性指標(biāo)方面, 也正因?yàn)閲a(chǎn)類材料含碳量低于WPB的要求，國產(chǎn)類材料延伸率（E%）的標(biāo)準(zhǔn)要求（≥20-26%）卻完全高于WPB的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)(≥20%)
由上看出：就標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來說，國產(chǎn)類碳鋼材料在性能指標(biāo)方面的要求均低于WPB的要求。也正由于此，,致使國產(chǎn)類碳鋼材料在眾多的設(shè)計項(xiàng)目中,被判定不能替代WPB的使用。
綜上,從標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范比較得出結(jié)論:國產(chǎn)類碳鋼材料20#、20G、 Q235A、Q235B與ASTM A234 WPB在化學(xué)成份方面是基本一致的（其中Q系列鋼中Si含量需擇選），而性能指標(biāo)低于WPB的要求。
2 國產(chǎn)材料的供貨指標(biāo)值與WPB標(biāo)準(zhǔn)值的比較：
盡管從標(biāo)準(zhǔn)的角度來看，似乎國產(chǎn)材料無法替代WPB，但我們從國產(chǎn)材料的實(shí)際供貨值來分析，仍可以尋找到一些具有實(shí)際替代價值的結(jié)論，由前分析，影響替代成立主要有兩個方面：
⑴Q系列鋼板中Si含量問題；
⑵所有國產(chǎn)材料性能標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)低于WPB的標(biāo)準(zhǔn)要求。
通過比較表3及表4,我們可以看出：
⑴Q系列鋼板中SI含量的實(shí)際供貨值均在0.13―0.22%之間, 符合WPB SI≥0.1%的要求。
⑵國產(chǎn)類材料20#、20G鋼管的性能指標(biāo)實(shí)際供貨值：Ts為420-550Mpa，Ys為250-350Mpa，延伸率EL為24%-38%, HB為145-185(經(jīng)實(shí)際測量, 管件硬度與原料硬度基本一致), 所有被測爐號性能強(qiáng)度指標(biāo)值均符合WPB標(biāo)準(zhǔn)的要求；
⑶國產(chǎn)類材料Q235A、Q235B鋼板的性能指標(biāo)實(shí)際供貨值：Ts為405-495Mpa，其中小于410Mpa的只有兩爐（低于WPB的要求），占總爐數(shù)的0.8%；Ys為255-360Mpa，符合WPB的要求；延伸率EL為25%-37%，符合WPB的要求； HB為140-170(經(jīng)實(shí)際測量, 管件硬度與原料硬度基本一致)，符合WPB的要求。
六：結(jié)論：
通過對國產(chǎn)GB8163-20#及GB5310-20G無縫鋼管及GB3274-Q235A、Q235B中厚板的化學(xué)成份及機(jī)械性指標(biāo)與ASTMA234GR.WPB在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及實(shí)際供值之間的比較,在受統(tǒng)計的爐批范圍內(nèi),國產(chǎn)碳鋼類無縫鋼管100%市供產(chǎn)品可以符合ASTMA234Gr.WPB的要求；國產(chǎn)碳鋼類板材中99%以上的市供產(chǎn)品可以符合ASTMA234Gr.WPB的要求。通過在采購原材料時,有選擇地控制進(jìn)貨材料的成份和性能指標(biāo),用國產(chǎn)碳鋼材料可完全滿足ASTM A234Gr.WPB要求.
|
