0.20%碳素结构钢(无缝钢管)的区别和标准及本质特点

0.20%碳素结构(无缝钢管)的区别和标准及本质特点

摘 要：20、20G、Q245R这是三个钢号平均含碳量均为0.20%的碳素结构钢。但在使用标准、化学成分、机械性能、价格彼此存在较大差别，设计使用中必须正确选用，以防影响使用寿命甚至导致破坏性事故，相反造成优材劣用。 
　　关键词：无缝钢管；标准 
　　一、适用的标准及用途不同 
　　1.适用标准 
　　20钢用于一般钢管，有三个标准。a标准GB8162适用于结构用无缝钢管；b标准GB8163适用于输送流体用一般无缝钢管；c标准GB3087适用于低中压锅炉无缝钢管，该标准适用制造各种结构低中压锅炉过热蒸汽管、沸水管及机车锅炉用过热蒸汽管、大烟管、小烟管和拱砖管用的优质碳素结构钢热轧和冷拨（轧）无缝钢管。 
　　20G是制造高压及其以上压力的蒸汽锅炉、管道等用的优质碳素结构钢。如广泛用来制造介质温度≤430℃ 的水煤气、过热器、水冷壁、给水、主蒸汽管等。 标准GB5310适用于高压锅炉用无缝钢管。Q245R用于制造各种锅炉受压元件用厚度为3—200mm的碳素钢板。100mm的碳素钢。 
　　2.用途 
　　按GB3087标准供货的无缝钢管用于制造低、中压锅炉管件。按GB5310标准供货的20G钢管用于制造高压或更高参数的锅炉管件，长期使用最高壁温≤450℃，用作联箱和蒸汽管道时，长期使用温度≤425℃。国内也有用欧盟St45.8和日本STB42钢管代替20G钢管，美国用SA106B制造锅炉的联箱和管道，用SA210A制作水冷壁、过热器和再热蒸汽管。按GB713标准供货的20g钢板，一般用于中低压锅炉汽包，其使用温度≤260℃。 
　　二、化学成份上的细微差别 
　　1.Cr与Ni这两种元素在碳索钢中是作为杂质残留钢中，但这两种成份对钢的性质只会带来好处。 
　　2.Cu在碳素钢中也是作为杂质残留的。铜含量超标会使钢表面铜富集，热加工时二次加热会使富铜层进一步增厚，并向表面区域的奥氏体晶界扩散，使奥氏体晶界严重脆化，导致工件在外载荷的作用下引起表面脆性断裂。因此，在钢材需进行锻造及冲压的热加工时.过高的铜含量将引起工件的开裂。必须对钢中铜的含量作出限定。 
　　3.考虑到20钢冶炼用料的复杂性及其作为工件时较多承受热压力加工.在适用标准GB699（GB8162、GB8163、GB3087 均注明化学成份偏差应符合标准GB699的文字）规定铜含量不大于0.25% 。 
　　4.20g和 20R是旧版标准的牌号，在GB 713-2008中被Q245R合并替代。 
　　5.炼钢时用锰铁脱氧使锰残留在钢中。一般而言，锰是有益元素。锰主要溶于铁索体中而使铁索体强化，另外，锰还能增加珠光体的相对量并使其细化，因而锰能提高钢的强度。但过高的含锰量对焊接性能不利。考虑到钢的综合性能，锰的含量与碳的含量应适当匹配。因此.GB713标准中Q245R的Mn含量为0.50-1.00%。 
　　6.硅也是一种脱氧剂.而且它的脱氧作用比锰强。硅固溶于铁素体中，提高钢的强度，但也降低钢的塑性和韧性。因此，为了保证Q245R钢有良好的塑性和韧性，特别是时效冲击韧性和长期的中温使用性能。因此规定Q245R的Si含量不小于0.10%。 
　　三、机械性能的区别 
　　20钢的韧性、塑性及焊接性能优良，在较高温度下具有满意的抗氧化性。当硬度在137-174HB之间时，其相对加工性为60%。长期在450℃以上运行会发生珠光体球化和石墨化。20G钢为优质的碳素结构钢，除基本性能与20钢相同外忙还增加了对高温性能的要求。20g钢是制造锅炉的常用碳素钢板，除基本性能与20钢相近外，还增加了对冲击韧性、应变时效冲击值和冷弯的要求，屈服强度也略比20钢高，并要求有一定的抗疲劳和抗腐蚀性能。 

表一 引用标准与化学成分

表二 机械性能

四、供货状态及热处理要求不同 
　　这三种钢中，考虑到对使用寿命的直接影响，仅有GB5310的20G钢对供货状态及热处理作了明确规定：应进行880～940～C正火热处理后交货，热轧管当终轧温度大于等于880℃，最高温度不超过940℃时，且钢管是经过空冷的，则认为钢管式经过正火的； GB713的Q245R钢标准中注明钢板以热轧、控轧、正火状态交货，2008版标准取消了正火加回火状态，且未明确正火热处理的温度或强调热轧后的温度。有关资料介绍其正火温度一般为900～930℃ ，回火温度为600～650℃ 。GB3087及GB8163的20钢均注明热轧钢管以热轧状态或正火状态交货，以热轧状态交货的钢管终轧温度不低于相变临界温度，冷轧钢管以正火状态交货。在GB3087标准中，扩管工艺也被标准采用，且扩管终轧温度不低于相变临界温度，并是经过空冷的，也认为是经过正火。 
　　五、结语 
　　由以上可见三个钢号有着较大的差别。根据使用要求必须选择相适应的标准，即对条钢适用GB699，一般钢管适用GB8163，输送流体用一般无缝钢管适用GB8163，低中压锅炉用无缝钢管适用GB3087，高压锅炉钢管适用GB5310、压力容器，锅炉受压元件钢板适用GB713，决不能用GB3087的钢管，更不能用GB8163 的钢管来替代GB5310的钢管。而更为重要的是在设计及订货时就要作出准确的选择。因为这四个钢号在成品检验时是很难鉴别的。另外，在到货验收时一定要以设计及订货时确定的国家标准及钢号进行验收，而决不能简单地统一以20钢来验牧。另外从表中引用的SA106B、SA210C也可以看出国内外碳钢材料的差距，不仅化学成分、机械性能不同，而且在供货状态及热处理要求都存在很大区别，所以选择钢材仅在合适的温度、压力下是远远不够的，一定要在多参数下对比选择最适合设计的材料，所以说以上0.20%碳素结构钢之间无明显替代性关系。 
　　引用标准：GB8162《结构用无缝钢管》；GB3087 《低中压锅炉用无缝钢管》 ；GB5310《高压锅炉用无缝钢管》；GB8163 《输送流体用无缝钢管》。