T∕CSTM 00850-2022 石油化工工程接地用连铸铜覆钢

1、ICS 77.150.30CCS E16团体标准T/CSTM 008502022石油化工工程接地用连铸铜覆钢Continuous casting copper-clad steel in petrochemical engineering grounding2022-08-29发布2022-11-29实施中关村材料试验技术联盟发布T/CSTM 008502020前 言本文件参照 GB/T 1.12020化工作导则第 1部分：化文件的结构和起草规则、 GB/T20001.10编写规则 第 10部分：产品给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文

2、件由中国材料与试验团体委员会综合领域委员会（本文件由中国材料与试验团体委员会综合领域委员会（CSTM/FC99）提出。CSTM/FC99）归口。1T/CSTM 008502020引 言长期、可靠、稳定的接地系统，是维持设备稳定运行、保证设备和人员安全的根本保障，而其关键在于所选接地材料的质量和可靠性。在接地材料领域，应用新型复合金属材料铜覆钢代替传统金属材料（铜和钢），不仅能大大改善接地网性能，而且能节约战略性铜材。石油化工行业电气设备总量多、密度高、多高温高压设备，存储的物料多易燃易爆品，尤其应当重视电气系统的接地安全防护。目前，石油化工行业尚无针对性的接地材料设计选型。针对石油化工行业对铜

3、覆钢这一新型接地材料的应用需求，本文件综合石油化工行业特征、需求及连铸铜覆钢的技术特点，从机械性能、电气性能和综合服役性能三个方面制定了对连铸铜覆钢材料的技术要求，并强化了对材料施工寿命和施工可靠性、便利性方面的技术要求。本文件旨在为石油化工行业及其它工业行业应用铜覆钢接地材料提供技术指导和依据，推动和规范铜覆钢这一新型接地材料的生产、设计和应用，弥合生产单位和下游用户需求的差距。同时，进一步推动铜覆钢这一新型复合材料在更多行业接地领域的应用，充分发挥复合材料的经济价值和社会价值。2T/CSTM 008502020石油化工工程接地用连铸铜覆钢技术条件1范围本文件规定了石油化工工程接地用连铸铜覆

4、钢（以下简称连铸铜覆钢）的技术要求、检测及试验方法、检验、包装及运输等。本文件适用于炼油、化工等装置及公用设施接地用连铸铜覆钢，包含圆线、扁线、绞线和棒材等规格，其他行业用于接地工程的连铸铜覆钢可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 228.1金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法GB/T 467阴极铜GB/T 699优质碳素结构钢GB/T 700碳素结构钢GB/T 3048.2电线电缆电性能试验方法第二部分：金属

5、导体材料电阻率试验GB/T 4956磁性金属基体上非磁性覆盖层厚度测定磁性方法DL/T 1312-2013电力工程接地用铜覆钢技术条件IEEE Std 80-2013交流变电站接地安全指南（IEEE guide for safety in AC substation grounding）3术语和定义DL/T 1312-2013界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1铜覆钢 copper-clad steel钢芯体的表面被铜均匀包覆的材料,且铜、钢两种金属的接触界面之间相互融合或扩散、形成紧密冶金结合。包括铜覆钢线材（圆线、扁线和绞线）及铜覆钢棒材。来源：DL/T 1312-2013，3.1

6、,有修改3.2连铸铜覆钢 continuous casting copper-clad steel采取连铸工艺生产的铜覆钢产品，钢芯体的表面被铜均匀包覆，且铜、钢两种金属的接触界面之间相互融合或扩散、形成紧密冶金结合。3.33T/CSTM 008502020铜覆钢连铸工艺 continuous casting process of copper-clad steel将经表面处理并预热到一定温度的钢芯快速通过加热熔化的铜液，使得铜在钢芯表面结晶，通过两种金属间的扩散反应形成连续的金属间扩散区，从而制成铜覆钢复合材料的工艺方法。来源：DL/T 1312-2013，3.2,有修改3.4相对导电率 r

7、elative conductivity退火铜规定的体积电阻率（1.724110m）对相同单位的试样电阻率之比乘以100%-8来源：DL/T 1312-2013，3.5,有修改4总体要求4.1连铸铜覆钢中的铜必须连续、均匀、牢固地包覆在钢芯上，铜钢之间应形成紧密的冶金结合，无法以物理方法进行剥离。4.2连铸铜覆钢设计选型应满足地面工程的设计使用年限要求，综合考虑服役周期内抗腐蚀性要求和热稳定性要求，并考虑运输、搬运、施工等过程中铜层损伤的设计裕度。设计寿命周期内不应更换。4.3宜依据土壤腐蚀数据进行连铸铜覆钢铜层厚度的设计，不同腐蚀等级土壤条件下铜的平均腐蚀速率数据见表 1。当接地环境 PH4

8、.5时，选用铜覆钢作为接地材料应适当加大设计截面和铜层厚度。不同腐蚀等级土壤条件下铜层厚度要求见表 2。表1不同腐蚀等级土壤条件下铜的平均腐蚀速率12344+土壤腐蚀性（微）（弱）（中）（强）（超强）平均腐蚀速率0.0010.0030.0070.0120.017/mm/a表2土壤条件与铜层厚度要求土壤腐蚀性1（微）铜层厚度（mm）0.252（弱）0.253（中）0.604（强）0.804+（超强）1.004.4在计及地面工程设计使用寿命的腐蚀量后，按附录A中规定选用铜覆钢热稳定系数，进行热稳定性校验5原材料及工艺要求5.1连铸铜覆钢用铜应符合GB/T 467的规定；连铸铜覆钢用钢应符合GB/T

9、 699或GB/T 700的规定。特殊要求可由供需双方协商确定，并在合同中注明。4T/CSTM 0085020205.2铜覆钢连铸工艺应包含：a）前处理：对钢芯进行表面抛光打磨和清洁，并对钢芯进行预热；b）熔融铸造：将铜熔融成液态，将铜液和钢芯引入连铸炉。熔铸温度宜为1000-1200；c）结晶导出：通过结晶器的冷却，使得铜在钢芯表面凝固，并通过定径模具导出铜覆钢；d）轧制工艺：根据需求，对导出的铜覆钢材料进行轧制和拉拔，以调整其截面形状和尺寸；e）热处理：为了消除材料内部应力，优化材料力学性能，用于水平接地体的铜覆钢材料宜进行退火处理。热处理温度宜不低于800，保温时间应不低于4h。宜采用惰

10、性气体保护材料，避免铜层氧化。5.3连铸铜覆钢分为退火态和非退火态。水平接地体宜采用退火态，垂直接地体宜采用非退火态。5.4应用于地上等电位连接、电缆沟和桥架等场合时，可根据需要对铜覆钢表面进行浸锡；应用于地上跨接时，可采用包覆PVC绝缘层。6分类、标记6.1分类连铸铜覆钢按截面形状和长度分为圆线、扁线、绞线和棒材。6.2标记方法不同型号的连铸铜覆钢标记方式如下：CCS CC -包覆层：包覆绝缘层 PVC（无包覆层则不标记）表面处理：热浸锡 T（无热浸锡则不标记）热处理状态：退火态 AN（非退火态则不标记）铜层最小厚度 H，mm尺寸：棒材 XX（直径长度 mmmm）；扁线 XX（宽厚 mmmm

11、）；圆线 X2（直径 Xmm）；绞线（等效截面积 mm /股数）相对导电率，%连铸工艺铜覆钢6.3标记示例连铸铜覆钢圆线、扁线、绞线和棒材标记示例如下：a)连铸铜覆钢圆线相对导电率 30%、铜层最小厚度 1mm、直径 16mm的铜覆钢退火态圆线： CCS CC30-1.0-16-AN；b)连铸铜覆钢扁线相对导电率20%、铜层最小厚度0.8mm、208mm的铜覆钢退火态热浸锡扁线：CCS CC 20-0.8-208-AN-T；c)连铸铜覆钢绞线5T/CSTM 008502020相对导电率 20%、铜层最小厚度 0.25mm、截面积 185mm2、19股的铜覆钢 PVC绞线：CCS CC20-0.

12、25-185/19-PVC；d）连铸铜覆钢棒材相对导电率 20%、铜层最小厚度 0.8mm、直径 20mm、长度 2.5m的铜覆钢棒材： CCS CC20-0.8-202.5。7尺寸、表面质量、覆铜层厚度、密度7.1尺寸及允许偏差连铸铜覆钢的尺寸及允许偏差要求见表 3。表3连铸铜覆钢的尺寸及允许偏差单位为毫米棒材及圆线扁线绞线标称宽度标称直径 d允许偏差允许偏差单股标称直径 d允许偏差（或厚度）8d2020d3030d50+0.35+0.40+0.50410+0.10+0.14+0.21+0.30+0.351.00d1.701.70d2.402.40d3.203.201018183030505

13、0807.2表面质量连铸铜覆钢铜层表面应结晶细密、颜色均匀、光滑洁净、无有明显的针孔、凹坑、麻点、起泡、剥皮、结疤、裂纹、烧灼及共沉积杂质和表面污染物，不得有漏覆、浮铜和黑斑。7.3覆铜层厚度连铸铜覆钢覆铜层标称厚度不应低于0.25mm，连铸铜覆钢绞线铜层标称厚度不应低于0.25mm。各类型的单根（股）铜覆钢铜层厚度，任意测试点最小值不应小于其标称厚度。7.4密度连铸铜覆钢的标称密度理论值参见附录B。8技术要求8.1抗拉强度用于水平接地体和接地导体（线）的连铸铜覆钢抗拉强度不得低于 300 N/mm；用于垂直接地体的2铜覆钢抗拉强度不得低于550 N/mm。28.2塑性6T/CSTM 0085

14、02020用于水平接地体和接地导体（线）的连铸铜覆钢，伸长率（延伸率）A不得低于20%。8.3弯折性能8.3.1用于水平接地极和接地导体（线）的连铸铜覆钢应进行180弯折试验和90弯折试验，用于垂直接地极的铜覆钢应进行90弯折试验。8.3.2试样经弯折试验后铜层不得出现裂纹、裂缝、凹坑、橘皮、飞皮、脱落和其他有碍于材料腐蚀性能的缺陷。8.4结合性能8.4.1连铸铜覆钢绞线经扭转试验，铜层表面不应出现裂纹、裂缝、碎片、孔洞等缺陷，铜层与钢芯不得出现分离现象。8.4.2其他类型连铸铜覆钢经结合性能试验后，铜层与钢芯不得出现分离现象，允许表面的铜被试验器具所剥落。8.5电阻率和相对导电率不同型号铜覆

15、钢的电阻率和相对导电率（20）应符合表5规定。特殊导电率规格产品，其相对导电率不应低于其标称相对导电率，且不宜低于15%。表5铜覆钢电阻率及相对导电率标称相对导电率实际电阻率（不大于）实际相对导电率（不小于）%IACS1510-8m%IACS1511.508.626.905.754.3120253040202530408.6电气与腐蚀性能8.6.1电气与腐蚀综合性能电气与腐蚀循环试验包括电流-温度循环试验、冰冻-融化试验、中性盐雾腐蚀试验和工频大电流试验。试样经电气与腐蚀循环试验后，最终电阻增加不得超过30%，中间过程每个试验环节电阻增加不得超过10%。试验过程中及试验结束后试样表面不得有鼓泡

16、、裂纹、裂缝、熔化等有碍于材料腐蚀性能的缺陷。8.6.2工频大电流耐受能力试样经工频大电流试验后，试样表面不得有鼓泡、裂纹、裂缝、熔化等缺陷，电阻变化不得超过10%。8.6.3高温耐受能力7T/CSTM 008502020试样经温升试验后，试样表面不得有鼓泡、裂纹、裂缝、熔化等缺陷，电阻变化不得超过10%。9试验方法9.1各检验项目的试验方法应符合表 6及 9.2、9.3的规定。表6各检验项目的试验方法序号检验项目试验方法直径、宽度及厚度用分度值为0.02mm的游标卡尺测量，测量任意三处取平均值；长度用分度值为1.00mm的钢卷尺测量。目视测量，必要时可使用放大镜按GB/T 4956进行1尺寸

17、（7.1）2345表面质量（7.2）覆铜层厚度（7.3）密度（7.4）按附录B计算抗拉强度（8.1）、按GB/T 228.1进行塑性（8.2）按GB/T 228.1进行67弯折试验（8.3）见9.2结合性能（8.4）按DL/T 13122013中7.6进行按GB/T 3048.2进行8电阻率及相对导电率（8.5）电气与腐蚀循环性能（8.6.1）工频大电流耐受能力（8.6.2）高温耐受能力（8.6.3）9按DL/T 13122013中7.8和附录C进行按DL/T 13122013中7.8.5和附录D进行见9.310119.2弯折试验9.2.1 90弯折试验在室温下将连铸铜覆钢试样的一端夹紧在夹具

18、或虎钳钳口上，板材连铸铜覆钢夹于宽度面，在距夹具 40倍试样直径或等效直径处，施加一个垂直于试样的力，弯折（90+5）。或利用万能试验机采用三点弯曲法弯折（905）。弯折 10次，观察试样弯折处内、外缘的铜层。其示意图见图 1.标引序号说明：d-试样直径；8T/CSTM 008502020F-力；-弯折角度。图1弯折试验示意图9.2.2 180弯折试验利用万能试验机采用三点弯曲法弯折（1805），弯折 3次，观察试样弯折处内、外缘的铜层。温升试验9.3将加载短路电流的导体加热到 900，断电后冷却至室温，观察样品表面质量。10检验规则10.1检验分类可分为型式试验、出厂试验和验收试验，具体试验

19、项目见表7。10.1.1型式试验型式试验按产品型号进行。在下列情况之一时，应进行型式试验：a)b)c)d)e)新产品投产前；材料或工艺发生变化时；停产半年及以上重新恢复生产线；从上一次进行型式试验后满 3年；用户提出要求时。10.1.2出厂试验连铸铜覆钢在出厂时，应经供方质检部门按组批逐批检验，检验合格后才能出厂；10.1.3验收试验需方应对到货的连铸铜覆钢按组批进行抽样验收，验收合格后才可使用：10.2检验项目各类试验的要求和项目见表 7。表7试验要求及试验项目试验要求出厂试验序号试验项目型式试验验收试验1234567尺寸-表面质量铜层厚度拉伸试验弯折试验结合性试验-电阻率及相对导电率9T/

20、CSTM 0085020208.1电气与腐蚀循环试验8.28.3工频大电流试验温升试验注1：“”表示必须进行的项目，“”表示不进行项目。注2：因现场验收设备受限，以温升试验作为工频大电流试验的替代方案。10.3组批规则应成批提交，每个批次由同一原材料批次、同一连铸批次、同一热处理批次、同一型号、规格及状态组成。10.4取样数量各项检验的取样数量应符合表 8规定。表8取样数量检验项目型式试验出厂试验验收试验逐根（盘）逐根（盘）表面质量铜层厚度逐根（盘）逐根（盘）尺寸拉伸性能每种型号任意抽取3根，每根取1个试样。每批产品，任意抽取3每批产品，任意抽取3根，每根取1个试样。根，每根取1个试样。弯折性

21、能结合性能电阻率及相对导电率电气与腐蚀试验-每批产品，任意抽取3根，每根取1个试样工频大电流试验温升试验-每批产品，任意抽取3根，每根取1个试样-10.5复验和判定规则型式试验10.5.1型式试验在经出厂试验合格的产品中抽取，任一项试验结果不合格，则判定该型号产品型式试验不合格。10.5.2出厂试验1）尺寸、表面质量、铜层厚度：逐根（盘）检查，合格者交货。2）抗拉强度、塑性、弯折性能、结合性能、电阻率及相对导电率、工频大电流耐受能力：有一项不合格者，从该批产品中抽取双倍数量的试样进行重复试验；重复试验结果全部合格，则判定该批次产品合格；若重复试验结果仍有试样不合格，则判定该批次产品不合格。10

22、.5.3验收试验1）尺寸、表面质量、铜层厚度：逐根（盘）检查，合格者交货。10T/CSTM 0085020202）抗拉强度、塑性、弯折性能、结合性能、电阻率及相对导电率、高温耐受能力：有一项不合格者，从该批产品中抽取双倍数量的试样进行重复试验；重复试验结果全部合格，则判定该批次产品合格；若重复试验结果仍有试样不合格，则判定该批次产品不合格。11订货内容11.1按照本文件订货的合同或订单应包括但不限于下列内容：a)b)c)d)e)f)产品名称；本文件编号；材料种类；产品标记；订购数量或总长度；包装方式及配盘长度；其它要求。g)11.2如订货合同中未注明热处理方式、包装方式及配盘长度，则按供方常用

23、规格和包装方式供货。12标志、标签和随行文件12.1标志、标签在检验合格的每件产品上，应贴上个如下内容的标签：1)制造商厂名称或商标；2 ）产品名称；3 ）产品标志；4 ）长度；5）毛重及净重（单位为千克，kg）；6 ）出厂日期或批号。12.2随行文件连铸铜覆钢交货时的随行文件应包括：货物清单、各型号厂检报告、质量证明书。如需方要求，还应随货提供各型号产品的型式试验报告。13包装、运输、贮存连铸铜覆钢应整齐卷绕。成盘时，最后一层线应与线盘侧板边缘保持适当距离。每盘（圈）线妥善包装，存放在干燥通风及无腐蚀气体的地方。11T/CSTM 008502020附录 A（规范性）连铸铜覆钢热稳定系数A.1

24、进行热稳定性校验时，连铸铜覆钢热稳定系数取值见表 A.1。表A.1连铸铜覆钢热稳定系数最大允许温度15%相对导电率20%相对导电率25%相对导电率30%相对导电率40%相对导电率铜覆钢铜覆钢铜覆钢铜覆钢铜覆钢7001031191331441678009001071101171241281351381431511501551651731791911084注：可根据工程土壤微/弱、中、强腐蚀情况选取 900、800、700热稳定系数，宜可根据土壤腐蚀数据计算获得腐蚀余量条件下选取 1084热稳定系数。A.2热稳定系数计算见 IEEE Std 80-2013中材料的参数，并依据公式(A.1)计算得出

25、。TACP T K0mC 10 ln （A.1）r r K T0式中：C-热稳定系数；Tm -允许的最高温度，1084；T -环境温度，一般取 40；r -参考温度Tr时电阻温度系数，取 20的电阻温度系数，铜覆钢取 0.00378，/；Tr -参考温度 r时电阻率，取 20电阻率，cm；。K0-1/20，/，铜覆钢取 245；TCAP 热容系数，J/cm3/C。TCAP 4.184 SH SW，式中 SH为比热容，cal/g/C，SW为比重，g/cm3。如无特殊需求，铜覆钢取 3.846 J/cm3。12T/CSTM 008502020附录 B（资料性）连铸铜覆钢标称密度理论值连铸铜覆钢材料

26、的标称密度理论值见表 B.1和表 B.2。表B.1圆线和扁线标称密度和每米重量理论值每米重量（kg）规格（mm）覆铜层厚度（mm）密度（g/cm3)类型0.250.60.817.948.118.198.260.620.640.640.65100.250.60.817.968.088.148.207.958.058.108.167.948.038.088.127.938.018.058.107.928.008.048.088.008.058.137.978.018.077.968.058.168.227.948.050.900.910.920.931.221.241.251.251.591.61

27、1.621.632.022.042.052.062.492.512.522.540.580.580.590.960.960.971.271.291.301.321.992.0112141618200.250.60.81圆线0.250.60.810.250.60.810.250.60.810.250.350.50.250.350.50.250.50.81126158扁线2080.250.6251013T/CSTM 0085020200.818.108.162.032.04表B.2绞线标称密度和每米重量理论值规格（mm2）覆铜层厚度（mm）密度（g/cm3)每米重量（kg）类型股数25355077

28、70.250.250.258.158.088.020.200.280.40707777770.250.250.250.250.250.257.987.957.937.927.917.900.560.720.951.191.461.9090绞线120150185240注：钢材密度取值 7.87g/cm3，铜密度取值 8.95 g/cm3。14T/CSTM 008502020附录 C（规范性）电气与腐蚀试验流程电气与腐蚀试验按图 C.1流程进行试验和性能评估。测量初始电阻电流-温度循环试验测量电阻冰冻-融化试验测量电阻中性盐雾腐蚀试验测量电阻、形貌评估工频大电流试验测量电阻、形貌评估图C.1电气与腐蚀试验流程图15T/CSTM 008502020附录 D（规范性）工频大电流试验电流计算D.1工频大电流试验中熔化电流按公式D.1的计算，其中tc=4s或10 s。I fuse A TACP104 ln T K0m（D.1） t K Tcrr0式中：I fuse -熔化电流的有效值，kA;A -导体横截面面积，2；mmTm -允许的最高温度，铜覆钢取 1084 ；T -环境温度，一般取 40 ；r -温度Tr时电阻温度系数；取 20温度系数，铜覆钢为 0.00378/；r -试验材料温度Tr时电阻率，取试验前试样实测的 20电阻率，