C+N共控時代普通奧氏體不銹鋼管性能控制
——中外不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)細節(jié)比較研究之五

何德孚 ， 王晶瀅 ，2

（1.上海久立工貿(mào)發(fā)展有限公司，上海 200135；2.浙江德傳管業(yè)有限公司，浙江 湖州 313100）

0 前 言

CrNiMo（316）和 CrNi（304）奧氏體不銹鋼是國際上已有70多年應(yīng)用歷史的普通奧氏體不銹鋼種。1987年美國不銹鋼產(chǎn)量達到200×104t，奧氏體不銹鋼年產(chǎn)量近140×104t時，這兩個鋼種及其變種的產(chǎn)量就超過100×104t，足見其應(yīng)用的普遍性。因此它們幾乎出現(xiàn)在ASTM所有包含奧氏體不銹鋼的不銹鋼管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中。早期生產(chǎn)的304鋼和316鋼含C量較高，耐蝕性和焊接性都不理想，容易再受熱，特別是焊接后在熱影響區(qū)產(chǎn)生敏化，即促使晶界碳化物Cr23C6或M（Cr，Mn，F(xiàn)e）23C6析出，引起鄰近區(qū)域Cr貧化而誘發(fā)晶間腐蝕，成為阻礙其擴大應(yīng)用的障礙。隨后出現(xiàn)的304L鋼和316L鋼w(C)降到0.030%以下，敏化問題得以有效控制。但強度可能較低，美國機械工程學(xué)會（ASTM）鍋爐壓力容器規(guī)范（BPV）中規(guī)定的許用應(yīng)力就降低。雖然施工或質(zhì)保工程師都青睞304L鋼和316L鋼，設(shè)計工程師卻往往因權(quán)衡強度安全性或自重等因素仍然要堅持選用304鋼和316鋼，而棄用304L鋼和316L鋼。N在奧氏體不銹鋼中的作用被充分揭示[1-5]，特別是含N量的檢測和控制技術(shù)突破以后，實際304鋼，304L鋼，316鋼，316L鋼都可因含有少量N而使上述兩個鋼種的缺點得以克服，優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，或者說304L（N）/316L（N）鋼可以取代304/316鋼?，F(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)，不僅是不銹鋼焊管生產(chǎn)中早已是316L鋼管占絕對優(yōu)勢而很少生產(chǎn)316鋼管，不銹鋼無縫管制造商也不再生產(chǎn)316鋼管，而主要生產(chǎn)的是316L鋼管。但304不銹鋼管的生產(chǎn)量仍遠高于304L（N）。筆者將在文獻[6]的基礎(chǔ)上，通過對美國不銹鋼生產(chǎn)發(fā)展歷程和歐美標(biāo)準(zhǔn)中這些普通奧氏體不銹鋼種成分演變及對這些問題的研究資料分析匯總，結(jié)合我們跟某海工裝備制造廠的質(zhì)保和設(shè)計部門的一次專題探討對這些問題進行分析，著重指出，不銹鋼中的C雖有害處，但其增加強度和穩(wěn)定奧氏體的有益作用尚不能完全排除，C+N共控（存的間隙固溶）是當(dāng)今普通奧氏體鋼管生產(chǎn)發(fā)展的主導(dǎo)趨勢。文中若有不當(dāng)之處，敬請批評指正。

1 從“雙性”鋼管訂貨要求說起

在ASTM403/A403M奧氏體不銹鋼軋制管道管 （接頭）件標(biāo)準(zhǔn)14.5條款明確規(guī)定可以標(biāo)注304/304L，316/316L等“雙性”管接頭件。因此在304和316不銹鋼管流通中就常有用戶提出此類“雙性”鋼管訂貨。其實質(zhì)是化學(xué)成分和力學(xué)性能同時滿足304/304L鋼或316/316L鋼的要求。表1為國內(nèi)外不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)中普通奧氏體不銹鋼管的性能比較。對比表1可見，這只要304L鋼和316L鋼的強度達到304鋼和316鋼的最低值就可以。這是因為：

（1） 304鋼和 316鋼都規(guī)定 w（C）≤0.08%（或0.07%），304L鋼和316L鋼 w（C）≤0.030%完全滿足其要求并不矛盾，而其他元素對大多數(shù)ASTM不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)而言并無差別 （后文將會指出尚有例外）。

（2）C是奧氏體很強的間隙固溶強化和穩(wěn)定元素，含C量稍高的304/316鋼比304L/316L鋼有較高的屈服強度和抗拉強度最低值。但實際由于Mn，Mo，N的含量差異，304L/316L鋼的產(chǎn)品強度很容易超過304/316鋼。

（3）國外早在1940年就認識到N跟C一樣，也是奧氏體的間隙固溶強化和穩(wěn)定元素。由于N原子半徑略小于C，而原子量卻略大于C，故N的強化作用和固溶度都略大于C，如圖1所示。據(jù)大量實際產(chǎn)品力學(xué)性能統(tǒng)計資料得出經(jīng)驗公式：

式中：%C，%N，…%Al—分別為鋼中C和N等元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

%δ—奧氏體鋼中鐵素體質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

d—奧氏體鋼的平均晶粒直徑。

可見N是比C更有效的Rp0.2和Rm控制元素。值得注意的是，C總是不銹鋼冶煉過程要減低的目標(biāo)，而N則是要通過冶煉過程添加的元素，兩者同樣都需要消耗能源和增加成本。現(xiàn)在看來，含N量在0.05%以下很容易達到，再增加可能就不太容易了；而含C量的控制則相反。

（4）據(jù)公認的抗孔蝕當(dāng)量（PRE）計算公式

N能明顯提高不銹鋼的抗孔蝕性能，而且N不像C易生成Cr23C6析出而誘發(fā)晶間腐蝕（敏化）劣化耐蝕性。反而能延緩這類碳化物及金屬間化合物析出而有益于耐蝕性。曾有研究總結(jié)出衡量敏化性能的經(jīng)驗公式[7]，見式（4），可見N亦能有效提高奧氏體鋼的抗敏化性能。

表1 美歐及中國不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中的普通奧氏體不銹鋼管鋼種化學(xué)成分和力學(xué)性能要求[8-9]

圖1 各種合金元素含量對不銹鋼屈服強度的影響

（5）N在奧氏體中的固溶度取決于其他元素的含量，Cr，Mo和Mn等元素含量的提高均有利于N的固溶度提高，Ni則不然，如圖2所示。普通304鋼和316鋼等18-8型奧氏體中的w(N)一般都不能超過0.25%。否則會在鑄錠中出現(xiàn)氮氣孔并劣化熱加工性能，過高的N含量還可能誘發(fā)氮化物析出而使塑性降低。

圖2 各種合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)對18-8型奧氏體鋼中N的固溶度的影響

（6）以上說明，雖然適當(dāng)提高Cr，Mn，Mo含量也是獲得雙性鋼的途徑，但均不及N有利且有效。N含量較高的304LN鋼和316LN鋼，其強度均顯著高于304鋼和316鋼；N含量很少的304L（N）鋼和316L（N）鋼，其強度也不難超過304 鋼和 316 鋼（文獻中常以 304L（N）/316L（N）表示實際含有少量N的304L/316L以及304LN/316LN之總和）。

需要特別注意的是：表1所列Rp0.2和Rm均指固溶退火處理狀態(tài)下要求的最低值。不合要求的固溶處理會使奧氏體鋼中鐵素體含量增大或晶粒度失當(dāng)，從而使Rp0.2和Rm有非正常的增加。此外奧氏體有多個屈服點，是應(yīng)變速率敏感材料。為了確保RP0.2數(shù)據(jù)可信度，拉伸試驗機不宜采用老式的應(yīng)力控制法，而應(yīng)采用應(yīng)變控制或夾頭速度控制法[8]。

表2列出了國內(nèi)外部分304L（N）和316L（N）等鋼板、鋼管產(chǎn)品成分和力學(xué)性能實例，其中序號1～15取自國內(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)保書。按現(xiàn)行美標(biāo)及國標(biāo)只有板材標(biāo)準(zhǔn)中把N列為304，304L，316和316L等鋼種的規(guī)定元素，故序號1～3，12～15實際用于焊管的316L，304和304L板材成分中列出了N含量值。美標(biāo)所有鋼管標(biāo)準(zhǔn)中N仍為非規(guī)定元素，所以焊管或無縫管均無確切N含量值。序號16～23為國外相關(guān)研究資料中的實例。可見 C+N 共控可使 304L（N）/316L（N）達到304/316 的最低強度。但 316L（N）比 304L（N）要容易得多。 圖3為表 2 中序號 16～18（304L（N）），序號 19～22（316L （N））鋼室溫及高溫強度的測定數(shù)據(jù)[5]，說明美國在1960年末就已認識C+N共控的價值。

2 美國1942—1994年不銹鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析

表3和表4分別為美國1942―1994年主流奧氏體不銹鋼生產(chǎn)狀況和所占比例統(tǒng)計分析表。表3和表4統(tǒng)計數(shù)據(jù)[10]說明，美國1957年開始少量生產(chǎn)304L和316L，1987年以后產(chǎn)量迅速提高，尤其是316L和316LN，1994年達到316的5～6倍，而316的產(chǎn)量卻少于1957年。還要注意的是：1987年的統(tǒng)計資料曾單列316H和316N，但所占比例很低，因此1994年就把它們與316L和316LN合并在一起了。這說明1994年美國就很少生產(chǎn)316，而主要生產(chǎn)316L（N）鋼種了。304L和304LN的產(chǎn)量增長也很快，而304產(chǎn)量則在1994年有10%以上在下降，但產(chǎn)量仍遠高于304 L（N），其原因可能是：

（1）304鋼是最基本的奧氏體鋼種，主要用于耐蝕性要求并不很高的大氣或潔凈水環(huán)境等結(jié)構(gòu)；許多場合下對敏化問題的要求并不高，強度往往仍是頭等重要的設(shè)計因素。

表2 國內(nèi)外316L/304L 不銹鋼（板）管產(chǎn)品成分和力學(xué)性能實例

圖3 N含量對304/316鋼室溫及高溫強度的影響[5]

表3 美國1942—1994年主流奧氏體不銹鋼生產(chǎn)狀況統(tǒng)計分析t

表4 美國1942—1994年主流奧氏體不銹鋼生產(chǎn)狀況所占比例統(tǒng)計分析%

（2）C是304鋼重要的奧氏體穩(wěn)定和強化元素， 如果 w（C）＜0.04%， w（N）＞0.05%和 w（Mn）＞1.6%才能達到其強度要求，這意味著304 L（N）的冶煉成本可能遠高于304。而且因為Mn在低溫時是奧氏體穩(wěn)定元素，但在高溫可轉(zhuǎn)變鐵素體穩(wěn)定元素[11]，過高的含Mn量可能使304 L（N）的熱加工性能有變化。

（3）含 Mo的 316鋼具有較高耐孔蝕性（PRE≥25）， w（N）=0.05%時， PRE 還可以提高，是海水及含氯化物液體環(huán)境中廣泛應(yīng)用的經(jīng)濟（基本）選材，對抗敏化等耐蝕性要求明顯較高。

（4）也許是由于Mo的強化作用，316L鋼的起點強度本來就高于 304L。316 L（N）只要 w（N）=0.02%～0.03%，就很容易在w（Mn）≤1.2%的前提下達到316的強度值。

3 歐美標(biāo)準(zhǔn)中304和316鋼管的C+M共控

（1）美標(biāo)中共有15項含有奧氏體不銹鋼的鋼管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和2項管接頭件標(biāo)準(zhǔn)。表5列出了它們所含的304鋼種和316鋼種?？梢钥闯觯孩?04/304L，316/316L幾乎出現(xiàn)在所有標(biāo)準(zhǔn)中，是使用最普遍的鋼種。且這些鋼種的N含量均為非規(guī)定元素，即其含量無需檢測和報告。但在美標(biāo)ASTM A240/A240M標(biāo)準(zhǔn)中這些鋼種的N含量都已為規(guī)定元素（w（N）≤0.10%），說明無論是焊管或無縫管，其N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.10%，這樣304L/316L達到304/316的最低強度值是毫無困難的；②304H，304N，304LN，316H，316N，316LN只出現(xiàn)在高溫工作A213，A249，A312，A376，A358，A403，A988等標(biāo)準(zhǔn)中，C+N共控的304N，304LN，316N，316LN都被認為是取代304H，316H的鋼種，但是因為304H，316H的w（C）=0.04%～0.10%，304LN特別是316LN能否取代304H和316H，曾在國際上有長期的專門研究[2-5]，后文將另作討論；③表5所列標(biāo)準(zhǔn)除A778外，都要求所供鋼管以固溶狀態(tài)交貨或最好以固溶狀態(tài)交貨。從A778的選材可見，304L和316L是焊態(tài)，即不經(jīng)固溶處理供貨的304和316焊管是最合理選材。因此允許不經(jīng)固溶處理交貨的按A358，A409標(biāo)準(zhǔn)制造的焊管最好也應(yīng)選擇304L和316L鋼種。304和316無縫鋼管大多數(shù)應(yīng)用中都會涉及焊接且焊后都可能難以再作固溶處理。從這個意義上講，實際上C+N共控的304L（N）和316L（N）鋼種是最佳選擇。除非對敏化，即晶間腐蝕要求不高的結(jié)構(gòu)應(yīng)用可以除外；④表5中S30415，S30432，TP316Ti鋼種只在個別標(biāo)準(zhǔn)采用，但它們卻都是已把N列為規(guī)定元素的鋼種。

表5 美國奧氏體不銹鋼管及管接頭件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中可選用的304和316系列鋼種①

（2）歐洲標(biāo)準(zhǔn)中所含304鋼和316鋼等效（eq）鋼種化學(xué)成分設(shè)計（見表1）表明：①所列EN1.4301（eq304，304N）， 1.4306 和 1.4307（eq304L，304LN），1.4401（eq316，316N），1.4404， 1.4432 和1.4435（eq316L，316LN）鋼種均已把 N 列為規(guī)定元素，w（N）≤0.11%；考慮允許的分析公差，實際上的w（N）≤0.10%～0.12%，已可包含304LN鋼和316LN鋼中的w(N)范圍。而所列1.4011 （eq304N），1.4429（eq316N）的w（N）=0.12%～0.22%， 上、 下限均高于304LN鋼和316N鋼。可見歐標(biāo)中已無304H鋼和304N鋼等效鋼種。但1.4436（eq304H，316N）卻保留著。②歐標(biāo)中同鋼種板、棒、無縫管、焊管的成分都是統(tǒng)一的，即不像美標(biāo)同一鋼種的成分有時會有上、下限差異以適應(yīng)不同制造方法的需要。但歐標(biāo)中卻因此有兩個304L鋼，3個316L鋼的等效鋼種，其好處已在文獻[12]討論過。③歐標(biāo)中已丟棄了L和H早期只從含C量區(qū)分奧氏體鋼種的概念，而改用X1，X2，X3，…等標(biāo)號，首先指明含C量級別，同時像含C量一樣在化學(xué)成分表中明示含N量，指明C+N共控的確切信息，顯然這樣的處理更科學(xué)。④1.4301，1.4401，1.4306，1.4404的 Rp0.2和 Rm最低值設(shè)定都不相同。實際上他們都是以w（C）=0.05%為基點通過試驗設(shè)定的[1]，因此既不同于美標(biāo)，也表明了鋼種之間的差異，反映出美標(biāo)只簡單按C含量L和H設(shè)定的粗糙性。

以上說明美歐標(biāo)準(zhǔn)中304和316鋼種都已跨入C+N共控時代。

4 304L（N）和 316L（N）高溫力學(xué)性能

（1） ASME BPV Code中早就規(guī)定含 w（C）≤0.04%的L級鋼種不得在540℃以上高溫工作條件中選用（實際304L只適用于400℃以下）。而TP304H不銹鋼管已證明在565～595℃高溫能經(jīng)受20年以上長時間高溫工作。

（2）已有研究揭示在700～800℃高溫范圍內(nèi)，C+N共存的間隙固溶奧氏體合金比C或N單獨間隙固溶合金具有更高的高周疲勞性能。其原因可能是：C+N共存能產(chǎn)生較高級別的短程原子秩序（SRO-higher degree of short range atomic ordering）。所稱短程原子秩序（SRO）實際上涉及晶體結(jié)構(gòu)中間隙固溶原子外層電子的運行結(jié)構(gòu)模式[1]。

（3）大量研究[2-5]證明，在合理的含N量范圍內(nèi)， 304L（N）和 316 L（N）鋼的高溫蠕變斷裂和低周疲勞強度都隨N含量有升高的趨勢如圖4所示，但w（N）＞0.12%后這種影響飽和。此外，還發(fā)現(xiàn)316L（N）的高溫低周疲勞和蠕變疲勞壽命都低于316鋼，如圖5所示，雖然降低后316L（N）的蠕變疲勞壽命仍在ASME BPV Code case N-47及法國RCC-MR設(shè)定的疲勞壽命曲線之上，但設(shè)計安全裕度降低。原因已歸結(jié)為N含量增加雖使晶界平面滑移變得容易而增加疲勞壽命，但同時因此引起的撞擊降低晶界內(nèi)聚力，而增加了劈裂之危險性[2-3，13]。核電站的某些結(jié)構(gòu)件，例如選用316L（N）鋼管的液體金屬（鈉）冷卻系統(tǒng)高溫部件是承受此類高溫蠕變疲勞的典型實例，這一問題至今仍在國際上深入探討[9，13,14]中。添加微量B等元素（表2中序號3和23）可能是尋找改善此問題的一條途徑。

（4）以上說明C雖然有導(dǎo)致奧氏體敏化、脆性等不良作用，但其穩(wěn)定奧氏體及強化作用并非完全可由N取代，尤其在高溫使用條件。針對鋼種Cr和Ni等成分配置，尋找合理的C+N控制乃至精確數(shù)值區(qū)間顯然十分重要。這或許是解釋304鋼種的C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.05%，304H和316H鋼種的C含量控制在0.04%以上，以及美標(biāo)至今仍對其N含量作模糊表述，歐標(biāo)中所出現(xiàn)的1.4436（w（C）≤0.05%）鋼種的重要原因。

圖4 N含量對316L鋼室溫低周疲勞壽命的影響

圖5 316L（N）鋼高溫低周疲勞壽命及蠕變疲勞壽命

5 C+N共控的實際效果及困惑

表2給出的板材和管材生產(chǎn)實例表明，C+N共控不僅使304L/316L輕易達到了304/316鋼種的強度，又不損害其塑性和韌性，而且?guī)缀跛械漠a(chǎn)品 （序號1～15）都以304L和316L等鋼種標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最低Cr和Mi含量供貨，即實現(xiàn)了這些鋼種成分的低配優(yōu)化，從而最大限度地節(jié)省了Ni等稀缺合金用料，降低了成本。但實際中也因此造成一些困惑：

（1）由于全球有著深遠影響的ASME BPV Code及其所含動力管道（B31.1）、化工處理管道（B31.3）規(guī)定的不銹鋼管設(shè)計許用應(yīng)力至今仍按304/316及304L/316L分級，后者的許用應(yīng)力明顯低于前者，差值約為17%，除非把后者標(biāo)為前者（實際上確有供應(yīng)商是這樣打標(biāo)的），否則難以消除設(shè)計師的疑慮。但因為現(xiàn)今的施工文件也是按304/316及304L/316L分級制訂，這樣的打標(biāo)又可能帶來另一種混淆。

為了擺脫這一困惑，采用 “雙性鋼”訂貨是個不錯的主意。但從長遠的發(fā)展來看，采用歐標(biāo)方法，其中包括鋼種命名方法及EN13480-3中所明確的許用工作應(yīng)力確定方法是更可取的路徑。這實際也是GB/T 20878―2007要更改鋼種牌號的初衷。美標(biāo)20世紀(jì)70年代提出統(tǒng)一金屬及合金編號UNS系統(tǒng)的目標(biāo)也包含著這一用意，但看來要擺脫長期形成的按C含量區(qū)分不銹鋼種的習(xí)慣并不容易。（我國GB/T 20878標(biāo)準(zhǔn)中所給出統(tǒng)一鋼種編號非美國UNS編號，但也有一部分卻與美國UNS相同，使用中必須十分小心。）

（2）為適應(yīng)不同制造方法的要求，美標(biāo)中同一鋼種的不銹鋼成分范圍在板、棒及不同鋼管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中可能存在一些差異，見表6。因此把強度達到316鋼要求的316L（N）鋼板、棒、焊管及A213/A213M-11a的無縫管標(biāo)成316都是符合標(biāo)準(zhǔn)要求，是可以允許的。但對按A312/312M-12和A376/A376M標(biāo)準(zhǔn)訂購的無縫管則不允許，除非產(chǎn)品Ni含量達到316鋼的最低含量（w（Ni）=11%），正是這一增加的Ni含量1%下限使制造商不愿意輕易接受316鋼管訂貨，除非給足價格上浮。值得一提的是，SA213/SA213M—2001，即A213/A213M-95中TP316的Ni下限也還是11%，但現(xiàn)在已改為10%。說明這完全是一個跟無縫管制造技術(shù)水平相關(guān)的認識問題。需要注意的是，大直徑無縫不銹鋼管常需用熱擠壓方法制造管坯，因此會要求較高Ni含量，否則其表面質(zhì)量可能較差，精整和表面質(zhì)量檢驗必須特別重視。必要時提高Ni含量，即不能按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下限值供貨是一條不可排除的途徑。只要供需雙方充分溝通，這類困惑不難排除。表6所列Ni含量上限差異由于實際上均按下限生產(chǎn)，一般不會引起任何問題。

6 明示N含量是發(fā)展方向

美標(biāo)不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中TP304/304L/304H及TP316/316L/316H的N含量目前都是模糊的非規(guī)定元素，可以省去N含量的檢測費用及設(shè)備。但歐標(biāo)中則已全部為規(guī)定元素，并且必須在成分分析中給出報告數(shù)據(jù)，顯然有助于佐證鋼管的力學(xué)性能及制造質(zhì)量，提高產(chǎn)品質(zhì)保書數(shù)據(jù)可信度，減少可能出現(xiàn)的測定系統(tǒng)誤差及過失誤差；缺點是提高檢測難度和設(shè)備成本。但從發(fā)展來看這是方向。如果表2中序號4～12能給出N含量數(shù)據(jù)，將表明產(chǎn)品質(zhì)量提高到歐標(biāo)水平，因此這應(yīng)該是不銹鋼管，尤其無縫管坯供應(yīng)商努力的目標(biāo)。

表6 ASTM主要不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中316系列鋼中Ni含量規(guī)定的細節(jié)差異[8]

值得注意的是，美標(biāo)實際上也正在向這一目標(biāo)努力，以下實例可以說明這一漸進過程：

（1）在A240-97a中，只有316和316L的N含量為規(guī)定元素，但在A240/A240M-02a中304，304L，316，316L已把N含量列為規(guī)定元素。

（2）A312/A312M-00b 中，TP347LN 的 w（N）=0.06%～0.10%,A312/A312M09中 TP316Ti的 w（N）≤0.10%； S30415的 w（N）=0.12%～0.18%，A312/A312M-12中 TP316Ti的 w（N）=0.06%～0.10%。

（3）A213/A213M-04 中，super 304H（S30432）的 w（N）=0.05%～0.12%。

（4） 在 A312/A312M-12 中，TP321 的 w（Ti）=5×C%～0.70%，w（N）≤0.10%；但在 A312/A312M-12a 中，w（Ti）=5×（C+N）%～0.70%，而 TP321H 的w（Ti）=4（C+N）%～0.60%。 這一改動比 A240/A240M，A479/479M，A213/A213M，A276/A276M 等標(biāo)準(zhǔn)已延遲了10年以上。

以上說明：①美標(biāo)正在逐步推進奧氏體不銹鋼管的 C+N共控；②C+N共控的精度正在逐步提高；③C+N共控的數(shù)值將因鋼種而異，而非簡單地設(shè)定0.10%為規(guī)定N的界限，TP316Ti，TP347LN中w（N）=0.06%～0.10%的規(guī)定值精度已遠遠超過歐標(biāo)。美歐標(biāo)準(zhǔn)中這一競爭勢態(tài)很值得引起關(guān)注和思考。

7 小結(jié)和建議

（1）304L/316L和304/316是C含量上限略有差別的常用普通奧氏體不銹鋼（管）。前者因較好的抗敏化的耐蝕性和焊接性而深受施工和質(zhì)保工程師的青睞，設(shè)計師卻根據(jù)設(shè)計規(guī)范顧及強度安全裕度和權(quán)衡自重等因素優(yōu)選后者。加入少量N 的 304L（N）/316L（N）鋼可使其強度達到 304/316的要求，訂購這樣的 “雙性”鋼（管）是解決這一 “爭議”的一條路徑，但540℃以上高溫應(yīng)用除外。

（2）在目前普通AOD冶煉條件下316L（N）只要 0.02%C+（0.02～0.05）%N 的就可輕易達到316的強度要求。因此無論是焊管或無縫管生產(chǎn)中，國內(nèi)外都很少生產(chǎn)316鋼管而主要生產(chǎn)的是316L（N）鋼管。

（3）304L鋼在w（C）≤0.030%前提可能要求有w （N）為0.05～0.10%N的共控條件才能達到304的強度要求，否則就只能藉提高Mn含量來彌補。加上許多304鋼的應(yīng)用場合對抗敏化等耐蝕性并不苛刻，因此304和304L（N）都是常見的鋼（管）種。

（4）C+N共控的另一個收獲是304/304L以及316/316L等鋼種都可以標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Cr，Ni，Mo等元素含量下限來冶煉，從而最大限度地節(jié)省這些合金的用料，特別是稀缺而昂貴的Ni和Mo而降低成本。

（5）強度達到304/316要求的304L/316L鋼板、棒、焊管及按A213/A213M-11a標(biāo)準(zhǔn)訂購的無縫管可以按標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)為304/316鋼板、棒、管。為避免因此而引起的施工混亂，用戶必須注意鋼材的實際C含量，供應(yīng)商最好也以適當(dāng)方式給出提示。

（6）美標(biāo)的不銹鋼無縫鋼管中仍有部分標(biāo)準(zhǔn)中316鋼的Ni含量下限比316L高出1%。因此，除非316L的實際含量也作相應(yīng)提高，否則按A312/A312M-12，A376/A376M-12等標(biāo)準(zhǔn)訂購的無縫鋼管就不能輕易把316L鋼管標(biāo)成316鋼管。

（7）由于Ni含量提高有助于擴大熱加工溫度范圍和降低冷作硬化程度。為了保證無縫鋼管制造質(zhì)量，特別是大直徑無縫管的表面質(zhì)量，316L無縫管不宜一概按Ni下限制造而可能需要在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)加以適當(dāng)提高，制造商還應(yīng)特別注重這些鋼管的表面質(zhì)量檢查和精整修磨。

（8）540℃以上高溫不可輕易采用含w（C）≤0.04%的304/316鋼管。C+N共控的304LN，304H，304N鋼的疲勞強度和高溫蠕變折裂強度會隨N含量增加有明顯提高，但316L（N）鋼的蠕變疲勞壽命不及316鋼。316L（N）鋼管雖已在核電站冷卻系統(tǒng)中承受蠕變疲勞的部件中得到應(yīng)用，但仍在研究改善的路徑，添加微量B等元素是其中的一條可能途徑。

（9）目前在ASTM及ASME不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中304/304L，316/316L鋼管的N含量仍為非規(guī)定元素，而無需測定和報告。但在其板材標(biāo)準(zhǔn)卻已規(guī)定為規(guī)定元素。而在歐標(biāo)中所有這些等效鋼種的板、棒及管材標(biāo)準(zhǔn)中N都已是規(guī)定元素。N質(zhì)量分?jǐn)?shù)的明示有助于識別鋼管的質(zhì)量，顯然是更科學(xué)合理的發(fā)展趨勢。美標(biāo)中TP316Ti，TP347LN，TP321，TP321H等對N含量的明確規(guī)定表明實際上也正在向這一目標(biāo)努力。

（10）我國于2007頒布的GB/T 20878《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學(xué)成分》標(biāo)準(zhǔn)摒棄了老舊的以1，0，00開頭的不銹鋼牌號，啟用新的以01，015，022開頭的不銹鋼新牌號，一個重要原因就是為了結(jié)束僅以含C量區(qū)分不銹鋼，開啟C+N共控的新時代。但我國現(xiàn)行不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)也仍把N作為大多數(shù)常用奧氏體不銹鋼管的非規(guī)定元素。針對歐美標(biāo)準(zhǔn)中反映出的競爭勢態(tài)，我國不銹鋼管行業(yè)必須早作技術(shù)上的準(zhǔn)備。其中不銹鋼無縫管坯制造商提供N含量的測定尤為迫切。

（11）明確表示或確認N含量的關(guān)鍵是快速測定技術(shù)。筆者了解到已有少數(shù)頂尖的氣相色譜儀可以測定鋼中的N含量，但近20多年來至今所涉A312，A213等美標(biāo)中均仍注明：N含量的分析方法需有購方和制造商約定，說明可能還有其他更簡便的間接測定或評估方法，值得有關(guān)部門重視并組織專門研究。

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