儀表常用不銹鋼牌號及性能

王華

(華陸工程科技有限責任公司，西安 710065)

儀表常用不銹鋼牌號及性能

王華

(華陸工程科技有限責任公司，西安 710065)

針對不銹鋼的種類繁多，其特性、用途各有不同，中外命名方式也不同，容易給使用者帶來混淆的問題，對儀表范疇內(nèi)常用不銹鋼的金相分類、金相結(jié)構(gòu)、機械性能、耐腐蝕性能、牌號等內(nèi)容進行了歸類整理，重點針對300系列奧氏體不銹鋼的成分組成、用途、機械特性、特性演變等進行了論述。另對不銹鋼國家標準中新舊牌號、常用不銹鋼中外牌號進行了對比說明和比較，針對美國鑄造/鍛造標準牌號區(qū)別、含義、材料的溫度-壓力特性及注意事項等方面進行了介紹。

腐蝕奧氏體型不銹鋼 鐵素體型不銹鋼 馬氏體型不銹鋼 奧氏體-鐵素體(雙相)型不銹鋼 沉淀硬化型不銹鋼

在石油化工的儀表設(shè)計選材中，有許多過程介質(zhì)對金屬材料具有不同程度的腐蝕作用，正確選擇和使用與過程介質(zhì)相接觸的金屬材料，對提高生產(chǎn)過程的安全性、可靠性和穩(wěn)定性有重要意義。一般抗腐蝕材料主要有鐵基合金(不銹鋼)，鎳基合金以及活性金屬。筆者針對儀表工程常用不銹鋼材料的分類、成分、牌號、物理特性和應(yīng)用場合進行介紹，不涉及碳鋼、鎳基合金和活性金屬。

不銹鋼具有抵抗大氣氧化的能力，即不銹性，同時也具有在含酸、堿、鹽的介質(zhì)中耐腐蝕的能力，即耐蝕性，但其抗腐蝕能力的大小是隨鋼質(zhì)本身的化學組成、加互狀態(tài)、使用條件及環(huán)境介質(zhì)類型而改變的。 如304不銹鋼，在干燥清潔的大氣中，有優(yōu)良的抗銹蝕能力，但將它移到海濱地區(qū)，在含有大量鹽分的海霧中，很快就會生銹；而316不銹鋼則表現(xiàn)良好。因此，不是任何一種不銹鋼，在任何環(huán)境下都能耐銹蝕的。

1 不銹鋼的金相分類

通常，按照金相組織，把普通的不銹鋼分為三類： 奧氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼、馬氏體型不銹鋼。在這三類基本金相組織基礎(chǔ)上，為了特定需求與目的，又衍生出了雙相鋼、沉淀硬化型不銹鋼和含鐵量低于50%的高合金鋼。

1) 奧氏體型不銹鋼?；w以面心立方晶體結(jié)構(gòu)的奧氏體組織(γ相)為主，無磁性，主要通過冷加工使其強化(并可能導致一定的磁性)的不銹鋼。美國鋼鐵協(xié)會以200和300系列的數(shù)字標示，如304。

2) 鐵素體型不銹鋼。基體以體心立方晶體結(jié)構(gòu)的鐵素體組織(α相)為主，有磁性，一般不能通過熱處理硬化，但冷加工可使其輕微強化的不銹鋼。美國鋼鐵協(xié)會以430和446為標示。

3) 馬氏體型不銹鋼?；w為馬氏體組織(體心立方或立方)，有磁性，通過熱處理可調(diào)整其力學性能的不銹鋼。美國鋼鐵協(xié)會以410，420以及440數(shù)字標示。馬氏體在高溫下具有奧氏體組織，當以適當?shù)乃俣壤鋮s至室溫時，奧氏體組織能夠轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體(即淬硬)。

4) 奧氏體-鐵素體(雙相)型不銹鋼?；w兼有奧氏體和鐵素體兩相組織，其中較少相基體的含量一般大于15%，有磁性，可通過冷加工使其強化的不銹鋼，329是典型的雙相不銹鋼。與奧氏體不銹鋼相比，雙相鋼強度高，耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕及點腐蝕能力均有明顯提高。

5) 沉淀硬化型不銹鋼。基體為奧氏體或馬氏體組織，并能通過沉淀硬化處理使其硬化的不銹鋼。美國鋼鐵協(xié)會以600系列的數(shù)字標示，如630，即17-4PH。

一般來說，除合金外，奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性是比較優(yōu)異的，在腐蝕性較低的環(huán)境中，可以采用鐵素體不銹鋼，在輕度腐蝕性環(huán)境中，若要求材料具有高強度或高硬度，可以采用馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。

2 儀表常用不銹鋼類型

1) 304不銹鋼。是應(yīng)用量較大、使用范圍最廣的奧氏體不銹鋼之一，適用于制造深沖成型部件和輸酸管道、容器、結(jié)構(gòu)件、各類儀表本體等，也可以制造無磁、低溫設(shè)備和部件。

2) 304L不銹鋼。為解決因Cr23C6析出致使304不銹鋼在一些條件下存在嚴重的晶間腐蝕傾向而發(fā)展的超低碳奧氏體不銹鋼，其敏化態(tài)耐晶間腐蝕能力顯著優(yōu)于304不銹鋼。除強度稍低外，其它性能同321不銹鋼，主要用于需焊接后又不能進行固溶處理的耐蝕設(shè)備和部件，可用于制造各類儀表本體等。

3) 304H不銹鋼。304不銹鋼的內(nèi)部分支，碳質(zhì)量分數(shù)在0.04%～0.10%，高溫性能優(yōu)于304不銹鋼。

4) 316不銹鋼。在10Cr18Ni12鋼基礎(chǔ)上加入鉬，使鋼具有良好的耐還原性介質(zhì)和耐點腐蝕能力。在海水和其他各種介質(zhì)中，耐腐蝕性優(yōu)于304不銹鋼，主要用于耐點蝕材料。

5) 316L不銹鋼。超低碳鋼，具有良好的耐敏化態(tài)晶間腐蝕的性能，適用于制造厚截面尺寸的焊接部件和設(shè)備，如石油化工設(shè)備中的耐蝕材料。

6) 316H不銹鋼。316不銹鋼的內(nèi)部分支，碳質(zhì)量分數(shù)在0.04%～0.10%，高溫性能優(yōu)于316不銹鋼。

7) 317不銹鋼。耐點蝕和抗蠕變能力優(yōu)于316L不銹鋼，用于制造石化及耐有機酸腐蝕的設(shè)備。

8) 321不銹鋼。鈦穩(wěn)定化的奧氏體不銹鋼，添加鈦提高耐晶間腐蝕性能，并具有良好的高溫力學性能，可用超低碳奧氏體不銹鋼代替。除高溫或抗氫腐蝕等專用場合外，一般情況不推薦使用。

9) 347不銹鋼。鈮穩(wěn)定化的奧氏體不銹鋼，添加鈮提高耐晶間腐蝕性能，在酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性同321不銹鋼，焊接性能良好，即可作耐蝕材料又可作耐熱鋼使用，主要用于火電、石化領(lǐng)域，如制作容器、管道、熱交換器、軸類、工業(yè)爐中的爐管以及爐管溫度計等。

10) 904L不銹鋼。超級完全奧氏體不銹鋼，是芬蘭奧托昆普(OUTOKUMPU)公司發(fā)明的一種超級奧氏體不銹鋼，其鎳質(zhì)量分數(shù)為24%～26%，碳質(zhì)量分數(shù)小于0.02%，耐腐蝕性極好，在非氧化性酸如硫酸、醋酸、甲酸、磷酸中具有很好的耐蝕性，同時具有良好的抗縫隙腐蝕及抗應(yīng)力腐蝕性能。適用于70℃以下各種濃度硫酸，在常壓下耐任何濃度、任何溫度的醋酸及甲酸與醋酸的混酸中耐腐蝕性也很好。原有標準ASMESB-625將其歸入鎳基合金，新標準將其歸為不銹鋼。中國只有近似牌號015Cr19Ni26Mo5Cu2鋼，少數(shù)歐洲儀表廠商的關(guān)鍵材質(zhì)采用904L不銹鋼，例如E+H的質(zhì)量流量計的測量管就是采用904L不銹鋼，勞力士手表的表殼也采用904L不銹鋼。

11) 440C不銹鋼。馬氏體不銹鋼、在可淬硬性不銹鋼、不銹鋼中硬度最高，硬度為HRC57。主要用于制作噴嘴，軸承，閥門的閥芯、閥座、套筒、閥桿等。

12) 17-4PH不銹鋼。馬氏體沉淀硬化不銹鋼，硬度為HRC44，具有高強度、硬度和抗腐蝕性，不能用于高于300℃的溫度。對大氣及稀釋酸或鹽都具有良好的抗腐蝕能力，它的抗腐蝕能力與304不銹鋼和430不銹鋼一樣，用于制造海上平臺，渦輪機葉片，閥門的閥芯、閥座、套筒、閥桿等。

在儀表專業(yè)中，結(jié)合通用性及成本問題，常規(guī)的奧氏體不銹鋼選擇順序是304—304L—316—316L—317—321—347—904L不銹鋼，其中317較少用，321不推薦，347用于高溫抗腐蝕，904L只是個別廠商部分元件的默認材質(zhì)，設(shè)計中一般不會主動選擇904L。

3 中外不銹鋼牌號對照

根據(jù)GB/T20878—2007《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》的規(guī)定，中國更新了不銹鋼牌號的標示，與舊牌號相比，更加明確了碳含量，例如304不銹鋼，舊牌號為0Cr18Ni9，用0來表示低碳；304L不銹鋼，舊牌號為00Cr19Ni10，用00來表示超低碳；304鋼新牌號為06Cr19Ni10，用06來表示碳含量的標稱值，即0.06%，質(zhì)量分數(shù)范圍為0.03%～0.08%；304L鋼新牌號為022Cr19Ni10，用022來表示碳含量的標稱值，即0.022%，質(zhì)量分數(shù)小于0.03%。儀表專業(yè)一般能夠用到的不銹鋼牌號對照表見表1所列。

表1 儀表常用不銹鋼牌號對照

冶金行業(yè)已經(jīng)把不銹鋼牌號進行升版，GB/T20878—2007等國標在2007年已經(jīng)生效，而HG/T20592～20635—2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》中的不銹鋼牌號仍然采用老標準，這是不合適的。

4 不銹鋼成分

表2給出儀表選型制造常用不銹鋼的成分及質(zhì)量分數(shù)，其中材質(zhì)均為鐵基不銹鋼，碳質(zhì)量分數(shù)小于0.03%的屬于超低碳不銹鋼，碳質(zhì)量分數(shù)為0.03%～0.08%的是低碳不銹鋼，碳質(zhì)量分數(shù)為0.04%～0.10%的是低碳不銹鋼的變種，為高溫型低碳不銹鋼，在美標牌號中，就是在相應(yīng)牌號基礎(chǔ)上加后綴H，例如304H，表示高溫型304不銹鋼。

在表2中，316不銹鋼，317不銹鋼為含Mo元素不銹鋼，Mo元素質(zhì)量分數(shù)高的主要是提高了材質(zhì)的抗點腐蝕和縫隙腐蝕能力，在海洋和化工中的抗點蝕能力大幅優(yōu)于304不銹鋼。降低碳質(zhì)量分數(shù)或者加鈦或鈮提高穩(wěn)定性，以減少焊接材料的晶間腐蝕。321不銹鋼，347不銹鋼分別加入了鈦和鈮，這些元素的添加提高了不銹鋼抗敏化能力的同時，還提高了抗高溫能力，適宜作高溫下使用的焊接構(gòu)件。304L不銹鋼，316L不銹鋼等碳質(zhì)量分數(shù)小于0.03%的超低碳不銹鋼也提高了鋼材的抗敏化能力。添加鎳和鉻，以改善鋼的抗高溫氧化能力；添加鎳以改善鋼的抗應(yīng)力腐蝕性能，同時鎳當量也是奧氏體穩(wěn)定化元素，鉻當量是鐵素體穩(wěn)定化元素。硫在奧氏體不銹鋼中是一種雜質(zhì)，但有時為了改善鋼的切削性能會特意加入硫，如303不銹鋼，w硫通常為0.3%，但這是以犧牲耐腐蝕為代價的，金屬硫化物在不銹鋼中起到了點腐蝕源的作用，采用AOD精煉法生產(chǎn)w硫為0.006%～0.010%的低硫材料是沒有問題的，但w硫為0.006%～0.03%對點蝕性的增加影響不大，而w硫太低對機加工和切削性能不利，因而通常將w硫補加至0.03%。

不銹鋼不同的熔煉方法所能達到的最低的碳質(zhì)量分數(shù)也不同，堿性電弧爐熔煉法所能達到的最低碳質(zhì)量分數(shù)為0.03%，而采用氬-氧脫碳法(AOD)能達到的最低碳質(zhì)量分數(shù)為0.01%～0.02%，大幅低于0.03%的超低碳不銹鋼要求。AOD精煉在做到超低碳的同時，也做到了超低硫質(zhì)量分數(shù)。

表2 儀表常用不銹鋼成分及質(zhì)量分數(shù) %

5 常用鑄造不銹鋼

5.1 耐蝕鑄鋼牌號

在儀表設(shè)計和制造中，經(jīng)常要使用不銹鋼鑄件，例如各類閥門的閥體等，常用的不銹鋼鑄件見表3所列，表3中也給出相應(yīng)材料的鍛造牌號，儀表中的法蘭、棒料加工件如均速管流量計、渦街發(fā)生體、整體鉆孔的溫度計套管等都屬于棒料鍛造不銹鋼。

表3 儀表常用鑄造不銹鋼牌號

5.2 美國鑄鋼件牌號表示方法

不銹、耐熱鑄鋼一般按ACI標準規(guī)定的用字母和數(shù)字的組合來表示牌號。C表示650℃以下使用的不銹鑄鋼，H表示高于650℃時使用的耐熱鋼，牌號中第二個字母表示鎳元素的含量范圍，見表4所列。第3位數(shù)字表示最大碳含量。

不銹、耐蝕鑄鋼在ASTMA743標準中有CF-8，CH-10，CA-15，CB-6，CM-3M，CN-3M和CK-35Mn7種34個牌號。耐熱鑄鋼ASTMA297標準中有HF…HP等14個牌號。

表4 牌號中第二個字母與鎳元素質(zhì)量分數(shù)

以不銹鋼鑄造材料牌號CF3,CF3M,CF8，CF8M為例進行說明：C表示650℃以下使用的不銹鋼，F(xiàn)表示鎳的質(zhì)量分數(shù)為9%～12%，3對應(yīng)碳質(zhì)量分數(shù)小于0.03%，8對應(yīng)碳質(zhì)量分數(shù)小于0.08%，尾部帶M表示該材料Mo質(zhì)量分數(shù)高。

6 常用不銹鋼溫壓額定值表

所有金屬的承壓都與溫度相關(guān)，溫度越高，所能耐受的最大壓力越小；壓力越大，所能承受的溫度值也越小，溫度和壓力互相關(guān)。因此，具體到實際的應(yīng)用場合，一定要把溫度和壓力結(jié)合起來，不能隨意認為某種材質(zhì)可以承受多高溫度。

具體材料的溫壓曲線一般是采用溫度-壓力額定值表來體現(xiàn)的。在HG/T20592～20635—2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》美標系列中，首先定義了金屬材料的組別號，然后根據(jù)組別號去查相應(yīng)組別的溫度-壓力額定值表。這個組別號與ASMEB16.5—2013是一致的，例如304不銹鋼的組別號在2個標準中都叫2.1，所不同的是，HG標準中所列的材料較少，而ASME標準中的材料品種更多，包括了多種的鎳基合金，內(nèi)容也更為細致，而且有一些關(guān)鍵性的說明和注釋在HG標準中是沒有的。在HG標準中，無法找到304H的溫壓表，但在ASME標準中，304H與304是同一個溫度-壓力額定值表，二者既相同又有區(qū)別，ASME標準注明了在538℃以上使用的304不銹鋼的w碳必須大于0.04%，而304不銹鋼的w碳是0.03%～0.08%。因此，在部分304不銹鋼的使用上就存在高溫不適用的問題。而304H的w碳是0.04%～0.10%，在溫度-壓力額定值表中538℃以上的部分采用304H就是沒有問題的，而HG標準有可能誤導304不銹鋼在538～816℃都可使用。因為HG標準對這個溫壓表沒有更細致的說明，但HG標準中的所有溫壓表中都注明“本標準表所示管法蘭用材料的適用壓力-溫度范圍尚應(yīng)遵循相關(guān)標準、規(guī)范的要求”，所以在具體查閱溫度-壓力額定值時，建議參考ASME標準。

在儀表的設(shè)計選型中，通常會出現(xiàn)儀表材質(zhì)與管道材質(zhì)不同的場合，尤其是在高溫工況，就要特別注意儀表材質(zhì)的選擇是否滿足工藝設(shè)備或管道的設(shè)計溫度和設(shè)計壓力，例如管道為高溫鉻鉬鋼，而儀表選擇不銹鋼，這時就很可能出問題，必須去查閱相關(guān)材質(zhì)的溫壓表。由于各種材質(zhì)的溫壓表篇幅較大，這里不再表示。

7 結(jié)束語

在儀表設(shè)計選型中，經(jīng)常碰到各種不同體系、系列、牌號的不銹鋼，本文旨在理清在儀表范疇的常用不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)、力學性質(zhì)、耐腐蝕性能，牌號等。選型時要根據(jù)具體的工藝介質(zhì)、溫度、壓力、受力部件、腐蝕、成本等多角度考慮問題。

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[3] 全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站.HG/T20592～20635—2009鋼制管法蘭、墊片、緊固件[S].北京： 中國計劃出版社，2009.

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[13]EuropeanNorm.EN10088-1995StainlessSteels-Part1：ListofStainlesssteels[S].EN， 1995.

Code and Characteristics of Commonly Used Stainless Steel in Instrument

WangHua

(HualuEngineering&TechnologyCo.Ltd.，Xi’an， 710065，China)

Aimingatproblemsofawiderangeoftypes，differentcharacteristicsandusage，differentnamingmodefromdomesticandoversea，andconfusiontoconsumersforstainlesssteel，themetallographytype，structure，mechanicalproperty，anti-corrosionproperty，codeofcommonlyusedstainlesssteelininstrumentsareintroducedandsorted.Thecomponent，usage，mechanicalpropertyanditsevolutionof300seriesausteniticgradestainlessareillustratedwithemphasis.Inaddition，new/oldcodeinNationalStandardsofChinaandcommonlyuseddomestic/overseascodeforstainlesssteelarecomparedandexplained.Thedifference，meaning，temperature-pressurepropertyofmaterialandrelatingnoticeisintroducedwithstressingonUS.casting/forgingstandardbrand.

austeniticgradestainlesssteel;ferriticgradestainlesssteel;martensiticgradestainlesssteel;austenitic-ferritic(duplex)gradestainlesssteel;precipitationhardeninggradestainlesssteel

王華，男，1995年畢業(yè)于南京動力高等?？茖W校工業(yè)儀表及自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于華陸工程科技有限公司，從事自控設(shè)計工作，任高級工程師。

TG

B

1007-7324(2016)06-0050-05

稿件收到日期： 2016-08-16。