高压锅炉用碳钢无缝钢管:SA210A-1、SA210C、20G比较分析

摘要: 

调研发现,目前国内生产的SA210A-1在实际的供料中没有单独坯料,通常会以SA210C坯或20G坯代之。

为了研究这种替代方式能否满足SA210A-1材料标准和产品设计要求,通过对SA210M 标准中SA210A-1、SA210C及GB 5310标准中的20G成分和性能的比较分析,提出在SA210A-1小口径管采购要求中,应增加Mn下限规定的优化意见。

前言

当前参数等级在亚临界及以上的锅炉机组受压件用碳钢材料主要有3种:20G、SA210A-1、SA210C,基本用于低温过热器、低温再热器、水冷壁和省煤器等部件中的受热面管,管子金属设计温度通常在350℃~425℃ 。

由于碳钢的强化元素是C和Mn,而锅炉制造厂从焊接性能考虑通常会严格限制C含量。按ASME中的描述:在规定最大碳含量以下含碳量每降低0.01%,则允许在规定的最大锰含量之上各增加0.06%的含锰量,但最大不得超过1.35%。

说明1个碳含量下降带来的强度损失一般需6个锰含量进行弥补,但从当前钢管厂的实际供料中却发现一个有意思的现象:即国内SA210A-1似乎没有成分鲜明的单独坯料,要么以SA210C坯代之,要么以20G坯代之,这种现象可在表1随机抽取的部分批次SA210A-1、SA210C、20G 的成分和性能数据比较中得到直观印象,差异更明显体现在Mn含量上。

同样是SA210A-1,表1中的序号6、7、8成分及性能和20G相当,序号9成分及性能和SA210C相当。那么这种替代方式能否保证SA210A-1满足材料标准和产品设计要求呢? 以下遵循标准的脉络并结合产品的使用条件进行分析。

1.比较和分析

1.1 SA210A-1和SA210C的比较分析

SA210A-1是美国ASME SA210M 中的钢号,其和210C的主要区别在于含C量上(表2),反映在性能上SA210C的强度比SA210A-1的强度约高10% (表3),其在设计温度350℃～425℃ 区间的设计许用应力比SA210A-1高10 %(表4),即表明相同工况条件下,SA210C的管材壁厚可比SA210A-1减少约10% ,故SA210A-1用SA210C坯料即意味壁厚裕量可增多10% 。

由表1反映出虽然实际供料的SA210C含碳量并不高,但Mn含量的提高弥补了C对强度降低的影响。

1.2 SA210A-1和20G的比较分析

20G是GB 5310-2008中的钢号,单从成分列表(表5)看,20G和SA210A-1成分有兼容区域,似乎二者可互相替代,但从高温屈服和许用应力(表6)看,SA210A-1的高温屈服较20G高10%以上,SA210A-1在350℃～425℃区间的设计许用应力比20G平均高约10%,这说明SA210A-1选用20G坯料,从性能上来说是以低代高,如果原SA210A-1的壁厚裕量不充分的话,是隐含一定风险的。

2.印证

GB 5310自1995版起参照国外常用标准,增加了相应钢牌号,如相对于SA210A-1增加的钢号是20MnG,相对于SA210C增加的钢号是25MnG。

作为典型的生产型标准,GB5310结合国内锅炉用钢的使用特点,对原ASME牌号的宽泛要求进行了细化和限定,主要表现在规定了C和Mn的成分区间,特别是Mn的下限提升至0.7%,较20G的Mn上限更高。

表8、9、10分别是国标系列的3个钢的成分、性能和许用应力比较。

由表10可清晰地反映出在350℃~425℃区间,相当于SA210A-1的20MnG 的设计许用应力较20G 高约10%,相当于SA210C 的25MnG的设计许用应力较20G高约20%,较20MnG高约10% ,与前述结果吻合。

3.结语

1. 作为金属设计温度在350℃～425℃区间通常选用的锅炉受压件材料,SA210A-1的的设计许用应力较SA210C低约10%,较20G高约10%。

2. 考虑锅炉用钢的使用特点,为保证SA210A-1满足材料标准和产品设计要求,应优化SA210A-1成分设计,在SA210A-1小口径管采购技术条件中,增加Mn含量0.7的下限规定。

3. 文章来源：http://www.josen.net/Steel-Knowledge/Comparison-and-analysis-of-carbon-steel-SA210A-1-SA210C-and-20G-for-high-pressure-boiler.html