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304L与304H的材料比较【摘要】石油化工装置中常用304奥氏体型不锈钢材料作为设备和管线的原材料，因用途不同304材料又细分为304L和304H等材料，本文就这两种材料在原材料、特点、用途和焊接施工等方面进行了异同点比较，总结了材料使用的注意事项，供材料选用和焊接施工时参考。【关键词】石化装置,材料,奥氏体，焊接一、前言在2014年某项目建设过程中，同时遇到304和304H管材的焊接施工问题，通过项目对材料管理、施工管理和焊接技术及检测的系列工作，发现304系列材料相互之间在一定范围内存在共同点，但也有明显的区别界限和严格的区分。因此，针对这些异同点的总结归纳，有利于知识系统化和以后施工经验积累。二、304奥氏体型不锈钢材料介绍奥氏体型不锈钢一般属于耐蚀钢，是应用最广泛的一类钢，其中以18-8型不锈钢最有代表性，它是有较好的力学性能，便于进行机械加工、冲压和焊接。在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性能和良好的耐热性能。但对溶液中含有氯离子（CL-）的介质特别敏感，易于发生应力腐蚀。18-8不锈钢，主要是304，304L，304H，以多种形式存在，包括片，条和板。304H合金（UNS S30409）不锈钢是18%铬、8%镍304奥氏体合金的变形产品。 这个产品中的碳含量被控制在0.04-0.10，提高了产品部件在高于800F的温度环境下的耐高温强度。本节主要讨论304奥氏体型不锈钢材料的钢号、化学成分和性能，主要按照钢板和钢管进行比较。304奥氏体型不锈钢钢板的钢号近似对照NoGB24511-2009GB/T 4237-1992ASME(2007)SA240EN10028-7：2007统一数字代号新牌号旧牌号UNS代号型号数字代号牌号1S3040806Cr19Ni100Cr18Ni9S304003041.4301X5CrNi18-102S30403022Cr19Ni1000Cr19Ni10S30403304L1.4306X2CrNi19-113S3040907Cr19Ni10S30409304H1.4948X6CrNi18-10上表数据从GB150.2-2011压力容器 第2部分：材料整理。304奥氏体型不锈钢焊接管的钢号近似对照NoGB/T 12771-2008GB/T 12771-2000ASME(2007)SA312EN10028-7：2007统一数字代号新牌号旧牌号UNS代号型号数字代号牌号1S3040806Cr19Ni100Cr18Ni9S30400TP3041.4301X5CrNi18-102S30403022Cr19Ni1000Cr19Ni10S30403TP304L1.4306X2CrNi19-113上表数据从GB150.2-2011压力容器 第2部分：材料整理。304奥氏体型不锈钢、耐热钢化学成分表No统一数字代号化学成分（质量分数）%【成分为GB/T20878-2007标准】CSiMnPSNiCrMoN其他元素1S304080.081.002.000.0450.0308.0011.0018.0020.002S304030.031.002.000.0450.0308.0012.0018.0020.003S304090.040.101.002.000.0450.0308.0011.0018.0020.004S304580.081.002.000.0450.0308.0011.0018.0020.000.100.16304奥氏体型不锈钢板许用应力钢号钢板标准厚度mm在下列温度()下的许用应力/MPa20100150200250300350400450500525550575600625650675700S30408GB245111.5801371371371301221141111071031009891796452423227137114103969085827976747371676252423227S30403GB245111.580120120118110103989491881209887817672696765S30409GB245111.5801371371371301221141111071031009891796452423227137114103969085827976747371676252423227注：第一行许用应力仅适用于允许产生微量永久变形之元件。上表数据从GB150.2-2011压力容器 第2部分：材料整理。304奥氏体型不锈钢管许用应力钢号钢板标准厚度mm在下列温度()下的许用应力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注：第一行许用应力仅适用于允许产生微量永久变形之元件。GB/T12771 和GB/T24593对应的数据已乘焊接接头系数0.85。上表数据从GB150.2-2011压力容器 第2部分：材料整理。奥氏体型不锈钢材料用于压力管道时须注意，鉴于铬镍奥氏体不锈钢在540900温度下长期使用时可能产生相脆化，使用时应控制奥氏体钢中的铁素体含量及过渡冷变形。在高温条件下（使用温度大于540），低碳级（C0.08%）奥氏体不锈钢还要满足附加要求：1）母材含碳量0.04；2）热处理状态：1040快冷；3）平均晶粒度7级或更粗。如不能满足上述附加要求，其许用应力应按照超低碳不锈钢选用。力学性能304奥氏体型不锈钢板高温屈服强度钢号板厚mm在下列温度()下的Rp0.2/MPa20100150200250300350400450500550S3040880205171155144135127123119114111106S304038018014713112211410910410198S3040980205171155144135127123119114111106上表数据从GB150.2-2011压力容器 第2部分：材料整理。304奥氏体型不锈钢管高温屈服强度钢号在下列温度()下的Rp0.2/MPa20100150200250300350400450500550S30408210174156144135127123119114111106S3040318014713112211410910410198S30409上表数据从GB150.2-2011压力容器 第2部分：材料整理。在GB/T20878-2007不锈钢和耐热钢牌号及化学成分中新增了高温奥氏体不锈钢牌号S30409(07Cr19Ni10)，含碳量为0.04%0.10%。但304牌号存在双牌号问题，即S30409(07Cr19Ni10)和S30408(06Cr19Ni10)中含碳量有重叠部分。关于双牌号问题，同样的情况还有，S31609(07Cr17Ni12Mo2),含碳量为0.04%0.10%，在S31609(07Cr17Ni12Mo2)和S31608(06Cr17Ni12Mo2)也有含碳量重叠部分。三、304奥氏体型不锈钢材料管理1、材料标记和质量证明文件用于压力管道材料供货和接收应按照相应标准和合同的规定进行标记。每件材料都应有清晰、牢固的标记，公称直径小于或等于DN40的材料可采用标签等代替方法进行标记。标记内容至少包括制造厂标记和材料（代号）名称，用于高温条件下的奥氏体不锈钢（H型）管道组成件还应包括材料炉批号或代号。相应的质量证明文件包括标准、合同规定的检验和试验结果，要具有可追溯性。四、304奥氏体型不锈钢焊接1、焊接工艺评定根据金属材料的化学成分、力学性能和焊接性能将焊制承压设备用母材进行分类、分组。按照NB/T47014-2011，S30403、S30408和S30409母材类别为Fe-8 ，组别为Fe-8-1，焊接工艺评定可以参考我公司已有焊接工艺评定报告HN2006-02-2012。2、焊接材料选择在NB/T47015-2011里面给出了焊接材料的选用原则：高合金钢相同钢号相焊，选用焊接材料应保证焊缝金属的力学性能高于或等于母材规定的限值。当需要时，其耐腐蚀性能不应低于母材相应要求，或力学性能和耐腐蚀性能符合设计文件规定的技术条件。推荐选用的焊接材料如下表：统一数字代号钢号焊条电弧焊埋弧焊氩弧焊焊条型号焊条牌号示例焊剂型号焊剂牌号及焊丝牌号示例焊丝牌号S3040806Cr19Ni10E308-16E308-15A102A107F308-H08Cr21Ni10SJ601-H08Cr21Ni10HJ260-H08Cr21Ni10H08Cr21Ni10S30403022Cr19Ni10ER308L-16A002F308L-H03Cr21Ni10SJ601-H03Cr21Ni10HJ260-H03Cr21Ni10H03Cr21N i102、焊接注意事项奥氏体型不锈钢与碳钢相比，电阻是碳钢的5倍，在同样的焊接电流、电弧电压条件下的热输入要多；热导率低，约为碳钢的1/3，导致热恋传递速度缓慢，热变形增大；线膨胀系数比碳钢大40%左右，易引起加热时热膨胀量和冷却时收缩量的增加，焊接后的变形量就显得更加突出了。奥氏体不锈钢焊接要点：1）为避免焊接时产生较大的变形和焊接应力，应选用焊接能量集中的焊接方法。2）应严格控制焊接热输入量，防止焊缝晶粒严重长大与焊接热裂纹的发生。3）为提高焊缝的抗热裂纹性能和耐腐蚀性能，应保证焊接区的清洁，避免有害元素渗入焊缝。4）奥氏体不锈钢焊接时不需要预热。为了防止焊缝和热影响区的晶粒长大及碳化物的析出，保证焊接接头的塑、韧性和耐蚀性，应控制较低的层间温度，一般不超过100。3、奥氏体晶粒问题奥氏体晶粒是钢在奥氏体化时所得到的晶粒，晶粒尺寸称为奥氏体晶粒度。标准晶粒度分8级，14级属粗晶粒，58级属细晶粒，8级以上的1013级为超细晶粒。此法均在100倍显微镜下观察。实际生产时细化晶粒已成为强化金属材料的重要手段之一，可以同时提高钢的强度和韧性，我们在工程焊接时也希望得到较细的晶粒。焊接过程中我们需要注意加热速度的影响。加热速度实质上是过热度问题，过热度愈大，即成核率与成长速度之比越大，将获得细小的起始晶粒。虽然如此，但高温下奥氏体晶粒极易长大，因此，在高温下不能有长的保温时间。所以在焊接时我们强调快热快冷。钢中含碳量对奥氏体晶粒也有影响。在钢中含碳量不足以形成未溶解的碳化物时，含碳量增高，奥氏体的晶粒容易长大而粗化。所以三者相比较而言S30408更容易晶粒粗化，应在其他方面注意控制防止晶粒粗化。控制焊缝金属中的铬镍比，对于304型不锈钢来说，当焊接材料的铬镍比小于1.61时，就容易产生热裂纹；而铬镍比达到2.33.2时，就可以防止热裂纹的产生。在焊缝金属中严格限制硼、硫、磷、硒等有害元素的含量，也可以防止热裂纹的产生。五、结束语石油化工装置设计高温高压、强腐蚀等恶劣环境，对于材料的选用和焊接施工要慎之又慎才能保障装置长效稳定。了解材料特点，区分相互的异同点，掌握针对性的焊接施工技术尤为重要，随着材料技术的发展，材料更加趋向于特定性能的优化，“选材用材”更加专业化，知识也要专业化，希望本文能在这方面起到一定的积极作用。