高壓鍋爐用碳鋼SA210A-1、SA210C、20G比較分析
摘要： 調研發(fā)現(xiàn)，目前國內生產(chǎn)的SA210A-1在實際的供料中沒有單獨坯料，通常會以SA210C坯或20G坯代之。為了研究這種替代方式能否滿足SA210A-1材料標準和產(chǎn)品設計要求，通過對SA210M 標準中SA210A-1、SA210C及GB 5310標準中的20G成分和性能的比較分析，提出在SA210A-1小口徑管采購要求中，應增加Mn下限規(guī)定的優(yōu)化意見。
0 前 言
當前參數(shù)等級在亞臨界及以上的鍋爐機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，管子金屬設計溫度通常在350℃~425℃ 。
由于碳鋼的強化元素是C和Mn，而鍋爐制造廠從焊接性能考慮通常會嚴格限制C含量。按ASME中的描述：在規(guī)定最大碳含量以下含碳量每降低0.01%，則允許在規(guī)定的最大錳含量之上各增加0.06%的含錳量，但最大不得超過1.35%。說明1個碳含量下降帶來的強度損失一般需6個錳含量進行彌補，但從當前鋼管廠的實際供料中卻發(fā)現(xiàn)一個有意思的現(xiàn)象：即國內SA210A-1似乎沒有成分鮮明的單獨坯料，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6、7、8成分及性能和20G相當，序號9成分及性能和SA210C相當。那么這種替代方式能否保證SA210A-1滿足材料標準和產(chǎn)品設計要求呢? 以下遵循標準的脈絡并結合產(chǎn)品的使用條件進行分析。
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，其和210C的主要區(qū)別在于含C量上(表2)，反映在性能上SA210C的強度比SA210A-1的強度約高10% (表3)，其在設計溫度350℃～425℃ 區(qū)間的設計許用應力比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反映出雖然實際供料的SA210C含碳量并不高，但Mn含量的提高彌補了C對強度降低的影響。
1.2 SA210A-1和20G的比較分析
20G是GB 5310-2008中的鋼號，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)間的設計許用應力比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，是隱含一定風險的。
2 印 證
GB 5310自1995版起參照國外常用標準，增加了相應鋼牌號，如相對于SA210A-1增加的鋼號是20MnG，相對于SA210C增加的鋼號是25MnG。作為典型的生產(chǎn)型標準，GB5310結合國內鍋爐用鋼的使用特點，對原ASME牌號的寬泛要求進行了細化和限定，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分別是國標系列的3個鋼的成分、性能和許用應力比較。
由表10可清晰地反映出在350℃~425℃區(qū)間，相當于SA210A-1的20MnG 的設計許用應力較20G 高約10%，相當于SA210C 的25MnG的設計許用應力較20G高約20％，較20MnG高約10％ ，與前述結果吻合。
3 結 語
(1)作為金屬設計溫度在350℃～425℃區(qū)間通常選用的鍋爐受壓件材料，SA210A-1的的設計許用應力較SA210C低約10%，較20G高約10%。
(2)考慮鍋爐用鋼的使用特點，為保證SA210A-1滿足材料標準和產(chǎn)品設計要求，應優(yōu)化SA210A-1成分設計，在SA210A-1小口徑管采購技術條件中，增加Mn含量0.7的下限規(guī)定。
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