石油化工装置中不锈钢钢管的应用.pdf

材料与焊接
石油化工设备技术,2013,34(2)?50
Petro-chemical Equipment Technology
石油化工装置中不锈钢钢管的应用
丘平1,乐敏2
(1.中国石化工程建设有限公司,北京100101;2.中国石油化工集团公司物资装备部,北京100728)
摘要:通过比较中国和美国不銹钢管的现行标准,介绍了石油化工装置中输送流体用不锈钢管的常用
标准,不锈钢管的化学成分、技术要求、热处理制度和针对不同的工艺介质在钢种类别选用方面的注意事项
以及不銹钢管工程应用中发展趋势等内容。
关键词:不锈钢管标准化学成分技术要求热处理
不锈钢是以不锈、耐蚀性为主要特性,且铬含
从表1和表2可以看出,常用的流体输送用
量至少为10.5%,碳含量最大不超过1.2%的钢。不锈钢管的中国标准和美国标准之间存在一定的
根据钢在常温下的金相组织,又可分为:①基体以差距:①中国标准钢管严格区分无缝或焊接钢管,
体心立方晶体结构的铁素体组织(a相)为主,有而美国标准中所有用不同方法制造的无缝和焊接
磁性,一般不能通过热处理硬化,但冷加工可使其钢管尺寸均采用统一的标准,且大多数钢管两者
轻微强化的铁素体型不锈钢;②基体以面心立方具有统一的不锈钢通用材料标准;②美国标准钢
晶体结构的奥氏体组织(γ相)为主,无磁性,主要管所包含的钢种数量远远多于中国标准,且中国
通过冷加工使其硬化,并可能导致一定的磁性的标准钢管产品大多数包含在美国标准中;③美国
奥氏体型不锈钢;③基体兼有奥氏体和铁素体双标准的焊接钢管,不仅按钢种类别进行划分,而且
相组织(其中较少相的含量一般大于15%),有就其焊接方法(例如采用自动或手工焊、是否可双
磁性,可通过冷加工使其强化的奥氏体-铁素体面焊和填充焊丝等)也有明确规定。
(双相)型不锈钢;④基体为马氏体组织,有磁2奥氏体不锈钢管的应用
性,通过热处理可调整其力学性能的马氏体型不2.1钢管的化学成分
锈钢;⑤基体为奥氏体或马氏体组织,并能通过
在奥氏体不锈钢管的化学成分中,铬元素的
沉淀硬化处理使其硬(强)化的沉淀硬化型不锈主要作用是与碳形成铬的碳化物,使钢材具有较
钢「
高的高温蠕变断裂强度,并能在钢管表面形成致
由于不锈钢具备良好的耐腐蚀性、耐高温和密的钝化膜,从而使钢材具有抗氧化性。除较高
低温韧性,所以不锈钢管被广泛应用于石油化工的铬含量外,还有足够的镍含量,镍元素主要起着
装置中的流体输送。最常用的流体输送不锈钢管稳定奧氏体的作用,并能提高钢材的高温强度和
以奥氏体型为主,其次是少量的奥氏体-铁素体型高温韧性,这类钢管的典型代表是以18%Cr-8%
不锈钢。按钢管的不同用途基本上又可分为不锈Ni为基础的一系列钢种。为了满足不同钢管的
耐腐蚀用钢管、不锈耐热钢管和低温用不锈钢管,用途要求,可以通过调整化学成分来实现
对其各项性能的要求也不尽相同
1)增减镍和铬一控制奥氏休相的稳定性,
流体输送用不锈钢管的标准
及其改善耐蚀性和抗氧化性。例如不同材质的钢
在石油化工装置中,不锈钢管标准通常采用管,在抗高温硫腐蚀的性能上存在差异,抵抗高温
中国标准和美国标准,截止到目前为止,常用的
流体输送用不锈钢管的中国标准和美国标准有
收稿日期:2012-08-09。
作者简介:丘平,男,1988年毕业于抚顺石油学院石油加工
9项,其中基础标准为3项,产品标准为6项,不
工程专业,获工学学士学位,从事配管设计和技术管理工作,
锈钢管常的用中国标准详见表1,美国标准详见
现任公司副总工程师,教授级高级工程师
表2
Email:qiuping.sei(@sinopec.com
第34卷第2期
丘平等.石油化工装置中不锈钢钢管的应用
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硫腐蚀的能力,主要是随钢材中铬含量的增加而腐蚀性。因此,高温下的硫化氢对奥氏体型不锈
增加。铬是具有钝化倾向的元素,促进钢材表面钢的腐蚀率远远小于碳钢和铬钼合金钢,当管道
的钝化,在钢材表面形成双层的垢层,其外层为多介质中硫含量为1.0%(质量分数),温度在250
孔状的硫化亚铁,内层为致密的Cr2O3。钢材中C以下时,碳钢和1Cr5Mo的腐蚀率分别是奥氏
当铬含量大于5%时,则能生成比较稳定的尖晶体不锈钢的5倍和2倍,当温度为370C时,碳钢
石型化合物,如FeCr2O1的垢层,能够减少钢材和1Cr5Mo的腐蚀率分别是奥氏体不锈钢的60
对硫化氢的吸收量,对高温硫化氢具有一定的耐倍和15倍。
表1流体输送用不锈钢管的中国标准
标准分类
标准编号
标准名称
钢种数量
GB/T2102-2006
钢管的验收、包装、标志和质量证明书
基础标准
GB/T17395-2008
无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差
GB/T218352008
焊接钢管尺寸及单位长度重量
GB5310-2008
高压锅炉用无缝钢管
奥氏体型6
GB9948-2006
石油裂化用无缝钢管
奥氏体型2
无缝钢管
奥氏体型22
B/T149762012
流体输送用不锈钢无缝钢管
铁素体型5
马氏体型
GB/T21833-2008
奧氏体-铁素体型双相不锈钢无缝钢管
奥一铁双相型12
奥氏体型8
GB/T12771-2008
流体输送用不锈钢焊接钢管
铁素体型5
焊接钢管
马氏体型1
GB/T218322008
奥氏体铁素体型双相不锈钢焊接钢管
奥一铁双相型9
表2流体输送用不锈钢管的美国标准[日
标准分类
标准编号
标准名称
钢种数量(标号)
ASME B36.10M-2004
焊接和无缝扎制钢管
基础标准
ASME E36.19M2004
不锈钢管
ASME SA999/999M
合金钢和不锈钢管通用要求
ASME SA312/312M
无缝和焊接奥氏体不锈钢管
奥氏体型53
ASME SA358/358M
高温用电弧熔化焊接的奧氏体铬镍合金钢管
奥氏体型36
无缝和
ASME SA409/409M
耐腐蚀或高温用焊接的大直径奥氏体钢管
奥氏体型19
焊接钢管
ASME SA790/790M
无缝和焊接的铁素体/奥氏体不锈钢管
奥铁双相型22
ASME SA813/813M
单面或双面焊接的奥氏体不锈钢管
奥氏体型30
ASME SA814/814M
冷加工的焊接的奥氏体不锈钢管
2)加入钛及铌或降低碳含量一钛及铌是强者碳含量比溶解度稍高,只有微量的碳化铬沉淀
碳化物形成元素,能消除铬的晶间偏析,减小晶间而不会引起晶界贫铬;另一种避免碳化铬沉淀的
腐蚀倾向,与常用188型奥氏体不锈钢的成分相措施是在奥氏体不锈钢中加入稳定化元素钛或
比,其主要差别是含碳量高低和是否含有稳定化铌,所需加入的钛和铌的含量比应比碳化钛(比例
元素。根据贫铬理论,如能将金属中碳含量降低Ti/C=4)和碳化铌(Nb/C=8)化学式计算值略
到奥氏体的固溶度以下,使之没有碳化铬沉淀,或高。例如在高温