铁素体-奥氏体双相不锈无缝钢管说明.doc

铁素体-奥氏体双相不锈无缝钢管

编制说明
（草案）

2004年12月

铁素体-奥氏体双相不锈无缝钢管编制说明
一、任务的提出：
由于双相不锈钢兼有铁素体不锈钢较高强度及耐氧化物应力腐蚀和奥氏体不锈钢优良韧性及焊接性能优良的优点，双相不锈钢管的生产发展迅速，应用越来越广泛，适用于石油工业、化学工业、天然气工业、造纸工业、化肥工业、制盐工业、能源环保工业、食品工业、海水环境等领域。我国双相不锈钢管的研制开发已有三十余年的历史，而至今尚无该类钢管的专业标准。为适应目前市场经济的发展，进一步满足用户的要求，我厂向冶金工业信息标准研究院和全国钢标委钢管分技术委员会提出申请制订双相不锈无缝钢管标准，在冶标院和钢管分技术委员会的支持下，在五钢公司企标Q/HYAD 103-91的基础上，结合双相不锈无缝钢管的用途和实际生产工艺及国内已成熟开发的双相不锈钢钢号，并参照ASTM A789/A789M、ASTM 790/A790M和其他国外标准及多家客户的订货技术条件制订本标准。
二、制订标准的依据：
在对双相不锈无缝钢管生产现状及使用用途进行初步了解的基础上，对国外的标准进行了对比，为了使本标准制订的科学、合理而又具有可行性，我们收集了美国、日本等标准资料进行了对比。我们的起草原则：采用国际标准，结合我国国情，使制定的标准达到国际一般水平，并能提高产品的质量，促进技术进步，扩大对外贸易，减少进口满足用户需要。
本标准起草的依据：根据对国外同类标准进行对比分析，结合部分厂家的生产数据、企业标准、技术协议以及部分国外进口钢材样品的数据，进行综合分析，确定以ASTM A789/A789M和ASTM A790/A790M为主要参照标准，制订我国双相不锈钢无缝钢管标准。另外根据国内钢管的编排系列焊接管和无缝管独自形成标准系列、故本标准暂不包括焊接双相不锈钢管。
三、国内外标准主要项目对比和本标准的制订
3.1、 品种：
美标是按照ASTM A450/A450M和ASTM A530/A530M ANSIB36.19，本标准采用GB/T17395，根据国内钢厂生产能力和用户的使用需要，并参照ASTM A789的品种范围，，品种定为外径∮12-219mm，壁厚0.9-14mm。本标准并规定：据需方要求，经双方协议并合同注明也可生产上述范围以外的双相不锈无缝钢管。
3.2 钢的牌号和化学成份
美标中的双相不锈钢管牌号不断补充和扩展，ASTM A789、ASTM A790，90版中仅列有9个双相不锈钢号，1995年版增加到12个双相不锈钢号；2000年版增加到13个，2002年版增加到16个。本标准的钢号包括了ASTM A789，2001年版的16个钢号，再增加了国内钢厂已在生产的双相不锈钢号 个，共计列有 个。
本标准钢的牌号说明：
序号1，瑞典首先开发出SAF2205钢，属第二代双相不锈钢，纳入ASTM A789，美国牌号为UNS S31803、德国牌号为1.4462，用于油、井气生产，中国在80年代初开始试制相当于SAF2205钢的00Cr22Ni5Mo3N，它在中性氯化物溶液和硫化氢中的耐应力腐蚀性能优于304L、316L奥氏体不锈钢及18-5Mo型双相不锈钢，美标A789在2001版增加了S32205牌号（本标准序号2）比S31803在含Cr、Mo、N量上提高了下限，S31803：Cr21.0/23.0，Mo2.5/3.5，N0.08/0.20；S32205：Cr22.0/23.0，Mo3.0/3.5，N0.14/0.20。
序号3，即瑞典牌号3RE60，在60年代初期开发，耐应力腐蚀，由Sandvik厂生产，用于纸浆和造纸工业。70年代初，中国在3RE60的基础上加以0.06～0.10%的N，改进了SCC性能，使00Cr18Ni5Mo3Si2钢在国内得到了大量的推广应用，同时还开发了耐高温高压水（含微量氯离子和溶氧）的00Cr18Ni5Mo3Si2Nb双相不锈钢（序号19）。
序号4，S32550，00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN由法国CLI公司开发，1990～1991开始在市场上以板材的形式供应，商业牌号UR52N+，已纳入美国和法国标准，美国牌号S32550，法国牌号Z3CN—DU25.07AZ。0Cr25Ni6Mo3CuN是英国Bonar-Langley Alloye Limited公司的产品，牌号是FERRALIUM alloy 255（255合金），UNS的牌号是S32550，它发展于70年代，是第二代双相不锈钢的代表钢种之一，至今仍是大量使用的一个牌号，中国在80年代发展了这一钢种，研究了成分范围，尤其是关键元素Cu的控制，铜加入钢中对于较低PH的环境（如酸性油井、污染的海水等），特别在高流速下产生的磨损腐蚀和空泡腐蚀是有利的。
序号5，日本在1972年将SUS 329J1纳入JIS标准，日本金属公司发展了NTKR-4钢，英国发展了Zeron25钢（铸），美国也有7-MoPLVS钢，中国发展了用于尿素的类似NTKR-4钢的00Cr25Ni6Mo2N，进而又提高了钼含量，产生了00Cr25Ni7Mo3N钢（序号25）
序号6，70年代由日本住友金属工业公司和日本不锈钢工业公司开发的，牌号为DP3，该钢种的特点是在高铬、钼的基础上添加钨、铜等元素用于提高钢的耐缝隙腐蚀性能，适用于热海水、卤水等介质条件，耐应力腐蚀性能也很好，是一个耐中性氯化物局部腐蚀的材料，已纳入ASTM A789和JIS G3463（按SUS 329J2L纳入），以S31260牌号纳入UNS标准，中国在80年代初期也发展了相当于这一牌号的钢种00Cr25Ni7Mo3WCuN（序号9），成功地用于海水热交换器和热盐卤水轴流泵部件上。
序号8，S32304，00Cr23Ni4N是瑞典最先开发的一个低合金型的双相不锈钢，不少国家已纳标，如美国的UNS S32304，德国的W-Nr1.4362（DINX2CrNiN234），法国的Z3CN23-04AZ，瑞典的SS2327（Sandvik和Avesta厂使用的牌号是SAF2304）。
序号9，在00Cr25NI6Mo3N钢基础上加入W、Cu，发展了耐海水、特别是耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能优良的00Cr26Ni6Mo3WCuN钢（00Cr25Ni7Mo3CuN），主要用于水介质（普通水、卤水和海水）的热交换器。
序号10，00Cr25Ni7Mo4N钢是瑞典近年开发的超级双相不锈钢，商业牌号为SAF2507，PREN值大于40，主要用于苛刻的介质，尤其是含氯的环境，如海水等，钢中的高铬、高钼和高氮的平衡成分设计，使钢具有很高的耐应力腐蚀破裂、耐孔蚀和缝隙腐蚀的性能，而且在有机酸和一定范围的无机酸中也有很低的腐蚀速率。一些国家已纳入标准，如美国的UNS S32750，德国的DIN X2CrNiMoN2574瑞典的SS2328等，美国机械工程学会也认可2507钢适用于ASME标准的锅炉和压力容器以及化工厂和炼油厂的管道标准。
序号11，最早是由英国Mather＆platt Ltd公司开发的，在80年代中期即以铸钢的形式出现，开发目标是为解决海底油气田苛刻的介质（含有氯化物CO2、H2S等）用材，代替耐局部腐蚀和均匀腐蚀性能不足的Zeron（25Cr-6Ni-2Mo）双相不锈钢。00Cr25Ni7MO3.5WCuN钢的商业牌号是Zeron100，已纳入美国标准，牌号是UNS S32760，目前此钢主要是用于高强度和耐氯化物的局部腐蚀及应力腐蚀。（与序号14，00Cr25Ni7Mo3.5WCuN，S39277相类似）。
序号12，00Cr25Ni5Mo2（00Cr26Ni4Mo2）相当于美国的ASI329，特点是屈服强度高（为奥氏体不锈钢的2倍），在海水及有机酸中具有良好的抗点蚀及缝隙腐蚀性能，在含氯化物的介质中有较好的抗应力腐蚀破裂性能，在各种有机酸中的耐腐蚀性能优于0Cr18Ni12Mo2Ti，此钢是一种耐蚀性、加工性等均好的材料，但是，此钢具有475℃脆性及σ相脆性敏感。此钢主要用于代替在含氯化物介质中易产生应力腐蚀断裂的18-8及18-8Mo型不锈钢来制造以海水或工业用水作为冷却介质的热交换器设备。
序号17、18，最早由前苏联开发的铁素体—奥氏体型不锈钢，1961年纳入标准（гост5632-61），1972年又进行修订，修订的гост5632-72中将0Cr21Ni5Ti钢的Cr、Ni含量提高，钢号改为0Cr22Ni6Ti，中国经研制后，1975年纳入国标（GB1220-75），这两个钢种是为了节镍，分别代替0Cr18Ni9TI和1Cr18Ni9TI而设计的，但比后者有更好的力学性能，特别是强度较高。0Cr21Ni5TI多用来制造既耐氧化性酸的腐蚀（例如硝酸），又要求有较高强度的设备和部件，1Cr21Ni5Ti较0Cr21Ni5TI钢强度更高、塑性略低，同样适用于氧化性酸中，用来制造化学工业、食品工业等耐酸腐蚀的容器和部件。
序号19，00Cr18Ni5Mo3Si2Nb钢是在3RE60钢的基础上提高了Ni量，还加入了N和Nb，目的是提高奥氏体的稳定性，即使在1300℃左右的高温，仍能保持有稳定的双相钢结构，而且具有良好的耐晶间腐蚀和耐晶间型SCC的性能。
序号20，目前用户较多用于制造大型钢厂轧钢加热炉的烟道、烟气热交换器，利用烟气余热预热空气，提高加热炉的热效率。
序号21，0Cr17Mn14Mo2N（A4）钢属于以Mn、N代Ni的无镍α+γ双相不锈钢，在多种较强的腐蚀介质中具有良好的耐蚀性，此钢用于制造尿素工业设备，如合成塔、高压一段分离器等，耐蚀性优于常用的含Mo2～3%的Cr-Ni奥氏体不锈钢，此钢还可以制造醋酸、维尼纶、卡普隆及涤纶等合成纤维工业设备，代替含Mo2～3%的奥氏体不锈钢。
序号22，1Cr18Ni11Si4AlTi属奥氏体/铁素体双相不锈钢，是仿制苏联зц654钢，我国相应牌号为GX-2，此钢因含有4%Si和Al、Ti等元素，具有良好的抗高温氧化、硫化等腐蚀性能和机械性能，同时，因硅含量高，也耐浓硝酸腐蚀。此钢不宜在高于40℃条件下使用，以避免出现明显的沿铁素体相界进而腐蚀铁素体的选择性晶间腐蚀。此钢可用于制造在低温浓硝酸或稀、浓硝酸交替的介质条件下使用的容器设备和铸件等。
序号23，00Cr26Ni6Ti较Cr21Ni5Ti碳含量低，而铬含量高，因而耐蚀性显著增加，但由于00Cr26Ni6Ti钢中Cr当量较Cr21Ni5Ti高，而Ni当量低，故Cr26Ni6Ti钢中的α相量有明显增长，在正常固溶处理状态下，钢中α/γ≈70/30。00Cr26Ni6Ti主要用于代替18-8Cr-Ni不锈钢制造耐应力腐蚀和腐蚀疲劳的设备和部件。由于此钢既耐蚀又具有高的屈服强度，因此它特别适用于制作耐蚀的紧固件。
序号25、26，在双相不锈钢中，Cr25型是出现最早、牌号最多、应用最广泛的一类钢，00Cr26Ni7Mo2Ti和00Cr25Ni6Mo3N均添加有Mo，有的还含N，从而具有更优良的耐点蚀性和耐应力腐蚀及更高的强度，国外相当或类似的钢种有SUS 329J等。
序号27，0Cr25Ni6Mo3CuN是一种含铜的双相钢，由于既含钼又含铜，因此此钢耐稀硫酸等的腐蚀性能提高，而且由于时效后，Cu的弥散强化作用，钢的强度、硬度会显著提高，α+γ的双相结构与钢的高硬度相配合，使此钢具有极佳的耐腐蚀性能和耐气（空气）蚀性能。此钢相当于国外牌号Ferralium255，化学成分的控制以获得相比例α/γ≈1为宜。
我国《不锈钢和耐热钢冷轧钢板及钢带》标准GB/T 3280-200X中列有8个双相不锈钢牌号，其中4个1Cr19Ni11Si4AlTi、1Cr21Ni5Ti、00Cr23Ni4N和00Cr25Ni7Mo4N 已列入本标准，还有4个钢号：00Cr22Ni6Mo3N、00Cr23 Ni6Mo3N、00Cr26Ni6Mo3Cu2N和00Cr25Ni7 Mo 4WN未列入本标准。
3.3、 钢管的尺寸允许偏差
3.3.1 外径的允许偏差：美标ASTM A789的外径公差比较严，ASTM A790外径公差比较松。
ASTM A789
ASTM A790
外径规格
外径允许偏差
外径规格
外径允许偏差
≤12。7
±0.13
≥3.175-38.1
＋0.4-0.8
＞12.7-38.1
±0.13
＞38.1-101.6
＋0.8-0.8
＞38.1-88.9
±0.25
＞101.6-203.2
＋1.6-0.8
＞88.9-139.7
±0.38

＞139.7-203.2
±0.76

本标准按照用户的实际需要，并参照ASTM A789，ASTM A790 GB13296标准的外径允许偏差作了规定，明显严于ASTM A789，略宽于ASTM A789，略严于GB13296。

外径尺寸
外径允许偏差
12-30
±0.20
＞30-50
±0.30
＞50-89
±0.50
＞89-140
±0.80%
＞140-219
±1.0%
美标ASTM A789对薄管的椭圆度另有规定≤2倍的外径允许偏差，但平均直径必须仍在给定的允许偏差范围内。
本标准规定：在一般情况下，钢管的不圆度和壁厚不均应分别不超过外径和壁厚公差的范围。当客户有要求，经协商并在合同重注明时，可分别不超过外径和壁厚公差的80%。
3.3.2 壁厚的允许偏差
美标ASTM A789、ASTM A790、GB13296、Q/HYAD103-91的壁厚允许偏差对比如下：
ASTM A789
ASTM A790
GB13296
Q/HYAD103-91
外径尺寸
壁厚允许偏差
外径尺寸
壁厚允
许偏差
外径尺寸
壁厚允许偏差
外径尺寸
壁厚允
许偏差
≥12.7
±15%
3.175-38.1
±12.5%
1-3
＋12%
－10%
1-3
±15%
＞12.7-38.1
±10%
＞38.1-101.6
±12.5%
＞3
±10%
＞3-5
＋12%
－10%
＞38.1-88.9
±10%
＞101.6-203.2
±12.5%

＞88.9-139.7
±10%

＞139.7-203.2
±10%

本标准根据国内钢厂实际生产水平和用户的实际需要规定为：本标准的规定与GB13296相等，本标准壁厚的允许偏差按壁厚尺寸来分组。
壁厚尺寸
壁厚允许偏差
≤3mm
＋12%
－10%
＞3mm
±10%
3.3.3、长度和长度的允许偏差
美标ASTM A789未规定钢管具体长度，ASTM A790 规定长度范围为4572-7315mm，且都规定了长度偏差，长度偏差较严。
美标ASTM A789切割长度允许偏差与定尺长度有关，下列规定仅对定尺≤7.3m，对定尺＞7.3m的管子，每3米或其不足部分允许额外加3.2mm，最大值为13mm。

ASTM A789
ASTM A790
外径规格
切割长度允许偏差
上差—下差
定尺切割长度允许偏差
≤12.7
+3
0
＋6
0
＞12.7-38.1
＞38.1-203.2
+5
0
本标准考虑到换热器、冷凝器、预热器双相不锈钢管的用途、特点，尽量减少接头，规定钢管通常长度为4000（3000）-12000mm，本标准参照国内钢管标准，对定切长度的全长允许偏差规定为0~+15mm，每个倍尺间留切口余量5-10mm 。
3.3.4 弯曲度（直度）
美标ASTM A789对直度没列出专门条款，美标ASTM A790规定，成品钢管应有比较好的直度。本标准参照其他国标和用户的实际需要规定为成品钢管的弯曲度不超过1.5mm/m。
3.4、 端头外形
本标准参照美标ASTM A790（ASTM A530）和国标的规定钢管两端应切成直角，并清除毛刺。
3.5、 交货重量
美标ASTM A789和ASTM A790对交货重量没有规定。本标准参照通常做法规定钢管按实际重量交货。
3.6、 钢的冶炼方法
美标ASTM A789和ASTM A790未提及钢的冶炼方法，本标准为保证冶炼质量参照其他国标规定采用电弧炉加炉外精炼或电渣重熔法冶炼。
3.7、 钢管制造方法
本标准系双相不锈钢无缝钢管标准：国内无缝双相不锈钢管大多采用冷轧（拔）管生产，所以本标准规定了采用冷拔（轧）生产工艺制造。
3.8、 交货状态
美标ASTM A789没有条款明确交货状态，但从要求力学试验条款反映应是热处理状态交货。美标ASTM A790有条款明确：钢管应作酸洗而无氧化皮，当采用光亮退火时就不必进行酸洗。本标准规定（1）应经热处理并酸洗交货；（2）经保护气氛热处理的可不经酸洗交货；（3）用户有特殊要求可以冷加工状态交货，其性能要求有供需双方协商。
3.9、 力学性能：
3.9.1 本标准参照ASTM A789 ASTM A790给出了钢号序号1-16的各钢号的推荐热处理制度，并给出了力学性能要求表。在力学性能表中并列了硬度指标。
序号为17.18的钢号推荐热处理制度和力学性能指标按照GB1220-75所述；
序号为19的钢号推荐热处理制度和力学性能指标参照《双相不锈钢》P330页；
序号为20的钢号推荐热处理制度和力学性能指标参照五钢公司技术协议；
序号为21的钢号推荐热处理制度和力学性能指标参照GB1220-75
序号为22的钢号推荐热处理制度和力学性能指标参照GB1220-84.GB1220-92；
序号为23的钢号推荐热处理制度和力学性能指标参照《不锈钢》；
序号为24的钢号推荐热处理制度和力学性能指标参照《双相不锈钢》P370页；
序号为25的钢号推荐热处理制度和力学性能指标参照《双相不锈钢》P385页；
序号为26的钢号推荐热处理制度和力学性能指标参照《双相不锈钢》P377页；
序号为27的钢号推荐热处理制度和力学性能指标参照《双相不锈钢》P400页；
序号为28的钢号推荐热处理制度和力学性能指标参照《双相不锈钢》P440页。
3.9.2 美标中未提及钢管的高温力学性能：本厂在承接不少用户订单时，用户要求提供高温力学性能，所以本标准增加一条款；根据需方要求，给供需双方协商，并在合同中注明，供方可提供钢管的实测高温力学性能。
3.10、 工艺性能：
3.10.1液压试验
美标ASTM A789规定每一根无缝钢管应进行水压试验，或当买方有规定时可以采用无损检测来代替水压试验，水压试验按ASTM A450，计算公式P=220.6t/D（P-水压试验压力、t-壁厚、D-外径）水压保持≥5秒。压力为计算试验压力的2倍。（例：25*2，P=220.6×2÷25=17.648Mpa×2=35.296 Mpa）
美标ASTM A790规定：每根成品钢管应进行水压试验，水压试验按ASTM A530，S值采用规定最小值屈服强度的50%，P=2St/D,D≤88.9mm，P≯17 Mpa，D＞88.9mm，P≯19 Mpa，试验压力须保持5秒钟以上。
本标准参照美标和其他国标的水压试验公式：P=2SR/D，国标公式R值的计算基准与美标公式中S值的计算不一样，但试验压力最大值的限定差不多。美标为17-19 Mpa，国标为20 Mpa。持续时间也取≥5秒钟
用涡流或超声波取代水压的合格级别也系参照其他国标，规定涡流A级，超声波C10级。
3.10.2 压扁试验
美标ASTM A789 未提及压扁试验，ASTM A790规定要进行压扁试验。压扁试验方法按ASTM A530分二步进行。第一步是延性试验，第二步是完整性试验。本标准考虑换热器、冷凝器的钢管用途和我国的国情规定必须做压扁试验，但压扁试验方法仍按GB/T246，仅做延性试验，压扁试验按其他国标计算公式计算。
3.10.3 扩口试验
美标ASTM A789规定做扩口试验，美标ASTM A790 未提及扩口试验。
本标准规定须做扩口试验，但条件是钢管的壁厚≤10mm，规定了顶心锥度为60°，扩口后试样的外径最小扩口率为14%。
3.11、 表面质量
美标ASTM A789中仅提及表面无过多的轧制氧化皮，美标ASTM A790 中规定成品钢管应有良好的表面质量，若壁厚未减少到小于A530标准规定的壁厚允许偏差值，缺陷可以磨掉。
本标准参照美标的原则，结合其他钢管国标的叙述，仍对钢管表面质量有个具体规定。五种致命的钢管缺陷（裂纹、折迭、轧折、离层和结疤）不允许存在。对清除允许深度按美标要求：不超过公称壁厚的负偏差，清理处的实际壁厚不小于壁厚所允许的最小值。
3.12、 金相检验
双相不锈钢管的优良性能主要取决于其合理的双相比，故本标准对成品金相组织增加了双相比的检验，理想的双相比是奥氏体和铁素体各占一半。但由于冶炼、冷热加工、热处理等诸多原因，允许有一个偏差范围。根据多年的生产实践本标准规定为奥氏体含量（或铁素体含量）为40-60%。另外要保证双相不锈钢有高的强度和优良的韧性。组织中不允许有σ相等脆性相析出，所以在金相检验中增加了σ相的脆性相检验项目。
美标ASTM A789和ASTM A790成品检验中均无此项目，显得不够完善。
3.13、 晶间腐蚀试验
双相不锈钢由于其合理的化学成分导致有合理的双相比，耐腐蚀性能优良，尤其是耐晶间腐蚀性能，耐应力腐蚀性能十分优良，所以一般均不作晶间腐蚀性能试验。美标ASTM A789、ASTM A790均未列有晶间腐蚀试验项目，所以本标准在一般技术要求条款中不列入晶腐试验项目，而将其列入特殊要求条目中。
3.14、 无损检验
美标ASTM A789和ASTM A790规定成品钢管须逐支做水压试验，买方规定可用无损检验取代。本标准也有同样规定，且规定了取代级别，若客户对涡流探伤和超声波探伤的合格级别要求加严，可作特殊质量要求提出，供需双方协商并在合同中注明。
3.15、 特殊质量要求（或称补充质量要求）
美标ASTM A789 将水下空气压力试验（或称气密性试验）列为补充要求；
美标ASTM A790将成品进行化学成份分析，横向拉伸试验、压扁试验、浸蚀试验等列为补充要求。
本标准将压扁试验列为必做项目。气密性试验、横向拉伸试验、浸蚀试验等作为补充要求，同时还增加了一些其他项目：如增加钢号，缩小化学成份范围，控制钢管抗拉强度上限、提供实测高温力学性能、各项腐蚀试验、超声波探伤、加严尺寸允许偏差等等。
3.16、 试验方法
本标准增加了试验方法条款表五，共列有11项检验项目，注明试验方法，取样方法和取样数量，以保证检验项目的完整性，检验过程的科学性，检验结果的正确性。
3.17、 组批规则
美标ASTM A789和ASTM A790的组批原则是一致的，但组批数量的规定有所区别
ASTM A789
ASTM A790
D≤25.4 ≯125支
D＞25.4≤50.8
或D＞25.4、S≤5.1mm、≯75支
D＞50.8、S≥5.1 ≯50支
D＜50.8 ≯400支
＞50.8＜127 ≯200支
≥152.4 ≯100支

本标准参照美标的规定和钢厂实际生产情况作出规定：
a）外径≤25.4mm ≯400根
b）外径＞25.4mm，≤50.8mm ≯200根
c）外径＞50.8mm ≯100根

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