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钢制对焊管件材料等级的选用

作者:管件 来源: 日期:2020/5/24 21:19:39 人气:19

GB/T 13401《钢制对焊管件-技术规范》已完成修订。修订后的该标准规定了钢制对焊管件的材料等级,初步建立了我国对焊管件的材料体系,这将对设计选用带来方便,并扩大了管件制造商对原材料的选择范围。通过对材料等级的设计选用和制造厂原材料选用的阐述,以期对该标准的理解和使用提供帮助。

现行钢制对焊管件(以下简称管件)的两项国家标准GB/T 12459-2005GB/T 13401-2005已于2015年四季度完成修订并报批,其中将上述两项标准中的有关材料和技术要求的内容合并在修订后的GB/T 13401中,该标准的名称变更为《钢制对焊管件-技术规范》。而将原GB/T 124592005GB/T 13401-2005中有关对焊管件的型式、规格、尺寸及偏差和型式试验等,不分无缝或有缝,都归入修订后的GB/T 12459

因此,修订后的GB/T 12459ASME B16.9相对应,而修订后的GB/T 13401ASTM A234[4]A403[5]、和A420[6]等管件材料质量标准相对应。修订后的GB/T 13401改变了原标准中将原材料牌号作为管件牌号的做法,以材料等级代号来表示管件的材料,这将给设计方的管件材料选用、管件制造商的过程管理、原材料采购以及后续的仓储等带来方便。

本文对标准修订后的管件材料等级有关内容进一步阐述,目的是加深有关设计人员和管件制造商对这一重大变化的理解并正确使用该标准。

1管件材料等级

根据有关专家的意见,修订后的GB/T 13401参考了国际上通用的ASTM A234A403A420等相关规范对材料的规定,统计分析了制造管件常用原材料的各项理化指标并分类归纳,确定了管件的材料等级,初步建立了我国管件的材料体系。修订后的标准中设立了5类材料类别共36管件材料等级。

作为在工业管道中与钢管配套使用的管件,从材料的成分和性能上来看,为适应与钢管的焊接其化学成分应与钢管规定的化学成分相当,为满足与钢管具有相同的强度其力学性能应等于或大于钢管规定的力学性能。各个材料等级的划分原则、其化学成分和力学性能确定方法等将另文介绍。

2管件材料等级的设定和坯料选用

修订后的GB/T 13401共纳入了碳素钢、铬钼合金钢、低温钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢五大类别。

其中碳素钢类别中的材料等级与低温用碳素钢材料等级的差别就在于前者(部分类别)将常温冲击作为必检保证项目,而后者将低温冲击作为必检保证项目。此外,低温钢材料等级中,除低温用碳素钢外还包括了低温用3.5%9%镍钢。

修订后的GB/T 13401在碳素钢类别中规定了5种材料等级,并以附录的形式汇总了碳素钢管件各材料等级所对应的常用原材料牌号和标准编号。这5种材料等级的管件材料等级及所对应的常用原材料见表1

材料等级代号中CFCarbon steels fittings的缩写,后接的数字直观地表示了该等级规定的最小抗拉强度值,后缀的字母K表示该等级需常温冲击试验。这5种管件材料等级中,CF370主要用于公用工程中的碳素钢管道;CF415主要用于普通的碳素钢工业管道;CF415K主要用于高等级的碳素钢工业管道;CF485CF485K所对应的原材料主要为Q345B,即旧牌号中的16Mn,分别用于有较高强度要求的普通碳素钢工业管道和高等级碳素钢工业管道。

这样,设计者可根据已确定的管道抗拉强度和管道分级来选择管件材料等级即可,而不必像以前一样注明原材料牌号后有时还要再注明原材料的标准编号。这与使用ASTM A234等规范来选择管件材料等级的作法相一致。

修订后的GB/T 13401在合金钢类别中规定了12种材料等级,这些材料等级的管件所对应的常用原材料见表2

材料等级代号中AFAlloy steels fittings的缩写,后接的数字采用了行业内所熟悉的特征数字(其中AF14为对应我国材料牌号12Cr1MoV而设立),后缀的字母G表示该等级具有较高的拉伸性能。多数合金钢类别的材料中,具有相同化学成分的同一特征数字下有两种强度等级,这可以通过管件不同的热处理工艺来实现。

设定两种强度等级的目的是为了适应所对应的原材料的不同强度规定。设计方可按钢管的强度要求选择强度等级适用的管件。

修订后的GB/T 13401在低温用钢类别中规定了5种材料等级,这些材料等级的管件所对应的常用原材料见表3

材料等级代号中LFLow temperature steelsfittings的缩写,后接的数字表示该等级规定的最小抗拉强度值,后缀的字母K1K2K3K4分别代表最低使用温度为-20℃、-46℃、-100℃和-196℃。为了保证低温条件下所要求的材料韧性,低温用钢类别中的化学成分SP的含量按特级优质钢的规定予以确定。

修订后的GB/T 13401在奥氏体不锈钢和奥氏体-铁素体双相不锈钢两种类别中规定了14种材料等级,这些材料等级的管件所对应的常用原材料见表4。材料等级代号中SFStainless steels fittings的缩写,后接的数字采用了行业内所熟悉的特征数字,后缀的字母LH分别表示较低和较高的碳元素含量。

3管件材料等级的原材料选用

1~4给出了各材料等级所对应的常用原材料牌号和标准编号,管件制造商可按材料等级所对应的原材料牌号和标准编号选择制造管件的原材料。由于各材料等级中对应的原材料包括了GBASTM的材料,可降低制造商的材料采购和储备的成本,尤其在碳素钢钢管方面,这一优势更为突出,减少了由于管件数量少时原材料采购困难的情况。

1~4是不同材料等级所对应的原材料牌号和标准编号的指南,通常情况下,按这一指南选择制造管件的原材料即可,但并不是说必须使用表中材料等级对应的原材料制造管件。修订后的GB/T 13401是管件的产品技术规范,不是原材料的标准,它规定了管件不同材料等级的化学成分和力学性能,仅从这方面来看,似乎某一管件的化学成分和力学性能满足标准规定即可视为符合标准要求,但这并不完整,修订后的GB/T 13401同时也明确规定了禁止使用结构用钢管制造管件,因为结构用钢管的质量等级和无损检测方面不能满足工业管道的质量要求。

那么何种情况下可以偏离这个指南?有如下几种情况:

1)较高材料等级所对应的原材料用于较低材料等级的管件。例如碳素钢类别中,可用CF415K所对应的原材料制造CF415的管件,可用CF485K所对应的原材料制造CF485的管件;低温用钢类别中,可用LF415K2所对应的原材料制造CF415K1的管件,可用LF485K2所对应的原材料制造CF415K2的管件;条件是实际的化学成分和力学性能符合定货管件材料等级的规定。

2)较低材料等级所对应的原材料用于较高材料等级的管件。例如碳素钢类别中,可用CF415所对应的原材料制造CF415K的管件,可用CF485所对应的原材料制造CF485K的管件;低温用钢类别中,可用LF415K1所对应的原材料制造CF415K2的管件,可用LF415K2所对应的原材料制造CF485K2的管件;条件是实际的化学成分和力学性能符合定货管件材料等级的规定。

3)一种原材料实际的化学成分满足两种管件材料等级要求时,可用于这两种材料等级的管件。例如奥氏体不锈钢类别中,可用SF304所对应的原材料制造SF304L的管件或SF304H的管件(但不可能出现一种SF304所对应的原材料既满足SF304L也满足SF304H的情况),可用SF304LSF304H所对应的原材料制造SF304的管件;条件是实际的化学成分和力学性能符合定货管件材料等级的规定。工程中常见的双标志管件(例如304/304L316/316L)实际上也是这一情况的另一种体现。

4结束语

管件材料等级的设立带来了材料方面的两项重大变化,一是扩大了原材料的使用范围,不但包括了国产材料,还将工程中经常使用的ASTM材料也扩充进来;二是消除了原标准仅包括无缝管和钢板制造的管件的局限,将无缝管、直缝电熔焊管、板材、棒材和锻件均列为可以使用的范畴。随着管件材料等级的应用,将给管道设计和管件制造双方带来便利,实现降本增效。

修订后的GB/T 134015类材料类别的36种管件材料等级是根据现行常用管道材料的状况设立的,这是一个初步的框架,今后可在实践中进行删减和扩充,以适应工业管道的发展和需要。

管件标准作为基础的管道零部件标准应与管道设计标准相协调,以便与其配套使用。近期GB/T20801已启动修订工作,管件标准和工业管道设计标准在管道的材料体系方面进行有效协调,将会给我国管道设计和管件制造双方带来便利,促进我国管道材料体系的标准化建设。