何德孚 ， 王晶瀅 ，2

（1.上海久立工貿(mào)發(fā)展有限公司，上海 200135；2.浙江德傳管業(yè)有限公司，浙江 湖州 313100）

0 前 言

CrNiMo（316）和 CrNi（304）奧氏體不銹鋼是國(guó)際上已有70多年應(yīng)用歷史的普通奧氏體不銹鋼種。1987年美國(guó)不銹鋼產(chǎn)量達(dá)到200×104t，奧氏體不銹鋼年產(chǎn)量近140×104t時(shí)，這兩個(gè)鋼種及其變種的產(chǎn)量就超過(guò)100×104t，足見(jiàn)其應(yīng)用的普遍性。因此它們幾乎出現(xiàn)在ASTM所有包含奧氏體不銹鋼的不銹鋼管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中。早期生產(chǎn)的304鋼和316鋼含C量較高，耐蝕性和焊接性都不理想，容易再受熱，特別是焊接后在熱影響區(qū)產(chǎn)生敏化，即促使晶界碳化物Cr23C6或M（Cr，Mn，F(xiàn)e）23C6析出，引起鄰近區(qū)域Cr貧化而誘發(fā)晶間腐蝕，成為阻礙其擴(kuò)大應(yīng)用的障礙。隨后出現(xiàn)的304L鋼和316L鋼w(C)降到0.030%以下，敏化問(wèn)題得以有效控制。但強(qiáng)度可能較低，美國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)（ASTM）鍋爐壓力容器規(guī)范（BPV）中規(guī)定的許用應(yīng)力就降低。雖然施工或質(zhì)保工程師都青睞304L鋼和316L鋼，設(shè)計(jì)工程師卻往往因權(quán)衡強(qiáng)度安全性或自重等因素仍然要堅(jiān)持選用304鋼和316鋼，而棄用304L鋼和316L鋼。N在奧氏體不銹鋼中的作用被充分揭示[1-5]，特別是含N量的檢測(cè)和控制技術(shù)突破以后，實(shí)際304鋼，304L鋼，316鋼，316L鋼都可因含有少量N而使上述兩個(gè)鋼種的缺點(diǎn)得以克服，優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，或者說(shuō)304L（N）/316L（N）鋼可以取代304/316鋼?，F(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)，不僅是不銹鋼焊管生產(chǎn)中早已是316L鋼管占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)而很少生產(chǎn)316鋼管，不銹鋼無(wú)縫管制造商也不再生產(chǎn)316鋼管，而主要生產(chǎn)的是316L鋼管。但304不銹鋼管的生產(chǎn)量仍遠(yuǎn)高于304L（N）。筆者將在文獻(xiàn)[6]的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)美國(guó)不銹鋼生產(chǎn)發(fā)展歷程和歐美標(biāo)準(zhǔn)中這些普通奧氏體不銹鋼種成分演變及對(duì)這些問(wèn)題的研究資料分析匯總，結(jié)合我們跟某海工裝備制造廠的質(zhì)保和設(shè)計(jì)部門(mén)的一次專(zhuān)題探討對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析，著重指出，不銹鋼中的C雖有害處，但其增加強(qiáng)度和穩(wěn)定奧氏體的有益作用尚不能完全排除，C+N共控（存的間隙固溶）是當(dāng)今普通奧氏體鋼管生產(chǎn)發(fā)展的主導(dǎo)趨勢(shì)。文中若有不當(dāng)之處，敬請(qǐng)批評(píng)指正。

1 從“雙性”鋼管訂貨要求說(shuō)起

在ASTM403/A403M奧氏體不銹鋼軋制管道管 （接頭）件標(biāo)準(zhǔn)14.5條款明確規(guī)定可以標(biāo)注304/304L，316/316L等“雙性”管接頭件。因此在304和316不銹鋼管流通中就常有用戶提出此類(lèi)“雙性”鋼管訂貨。其實(shí)質(zhì)是化學(xué)成分和力學(xué)性能同時(shí)滿足304/304L鋼或316/316L鋼的要求。表1為國(guó)內(nèi)外不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)中普通奧氏體不銹鋼管的性能比較。對(duì)比表1可見(jiàn)，這只要304L鋼和316L鋼的強(qiáng)度達(dá)到304鋼和316鋼的最低值就可以。這是因?yàn)椋?/p>

（1） 304鋼和 316鋼都規(guī)定 w（C）≤0.08%（或0.07%），304L鋼和316L鋼 w（C）≤0.030%完全滿足其要求并不矛盾，而其他元素對(duì)大多數(shù)ASTM不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)而言并無(wú)差別 （后文將會(huì)指出尚有例外）。

（2）C是奧氏體很強(qiáng)的間隙固溶強(qiáng)化和穩(wěn)定元素，含C量稍高的304/316鋼比304L/316L鋼有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度最低值。但實(shí)際由于Mn，Mo，N的含量差異，304L/316L鋼的產(chǎn)品強(qiáng)度很容易超過(guò)304/316鋼。

（3）國(guó)外早在1940年就認(rèn)識(shí)到N跟C一樣，也是奧氏體的間隙固溶強(qiáng)化和穩(wěn)定元素。由于N原子半徑略小于C，而原子量卻略大于C，故N的強(qiáng)化作用和固溶度都略大于C，如圖1所示。據(jù)大量實(shí)際產(chǎn)品力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)資料得出經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：%C，%N，…%Al—分別為鋼中C和N等元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

%δ—奧氏體鋼中鐵素體質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

d—奧氏體鋼的平均晶粒直徑。

可見(jiàn)N是比C更有效的Rp0.2和Rm控制元素。值得注意的是，C總是不銹鋼冶煉過(guò)程要減低的目標(biāo)，而N則是要通過(guò)冶煉過(guò)程添加的元素，兩者同樣都需要消耗能源和增加成本?，F(xiàn)在看來(lái)，含N量在0.05%以下很容易達(dá)到，再增加可能就不太容易了；而含C量的控制則相反。

（4）據(jù)公認(rèn)的抗孔蝕當(dāng)量（PRE）計(jì)算公式

N能明顯提高不銹鋼的抗孔蝕性能，而且N不像C易生成Cr23C6析出而誘發(fā)晶間腐蝕（敏化）劣化耐蝕性。反而能延緩這類(lèi)碳化物及金屬間化合物析出而有益于耐蝕性。曾有研究總結(jié)出衡量敏化性能的經(jīng)驗(yàn)公式[7]，見(jiàn)式（4），可見(jiàn)N亦能有效提高奧氏體鋼的抗敏化性能。

表1 美歐及中國(guó)不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中的普通奧氏體不銹鋼管鋼種化學(xué)成分和力學(xué)性能要求[8-9]

圖1 各種合金元素含量對(duì)不銹鋼屈服強(qiáng)度的影響

（5）N在奧氏體中的固溶度取決于其他元素的含量，Cr，Mo和Mn等元素含量的提高均有利于N的固溶度提高，Ni則不然，如圖2所示。普通304鋼和316鋼等18-8型奧氏體中的w(N)一般都不能超過(guò)0.25%。否則會(huì)在鑄錠中出現(xiàn)氮?dú)饪撞⒘踊療峒庸ば阅?，過(guò)高的N含量還可能誘發(fā)氮化物析出而使塑性降低。

圖2 各種合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)18-8型奧氏體鋼中N的固溶度的影響

（6）以上說(shuō)明，雖然適當(dāng)提高Cr，Mn，Mo含量也是獲得雙性鋼的途徑，但均不及N有利且有效。N含量較高的304LN鋼和316LN鋼，其強(qiáng)度均顯著高于304鋼和316鋼；N含量很少的304L（N）鋼和316L（N）鋼，其強(qiáng)度也不難超過(guò)304 鋼和 316 鋼（文獻(xiàn)中常以 304L（N）/316L（N）表示實(shí)際含有少量N的304L/316L以及304LN/316LN之總和）。

需要特別注意的是：表1所列Rp0.2和Rm均指固溶退火處理狀態(tài)下要求的最低值。不合要求的固溶處理會(huì)使奧氏體鋼中鐵素體含量增大或晶粒度失當(dāng)，從而使Rp0.2和Rm有非正常的增加。此外奧氏體有多個(gè)屈服點(diǎn)，是應(yīng)變速率敏感材料。為了確保RP0.2數(shù)據(jù)可信度，拉伸試驗(yàn)機(jī)不宜采用老式的應(yīng)力控制法，而應(yīng)采用應(yīng)變控制或夾頭速度控制法[8]。

表2列出了國(guó)內(nèi)外部分304L（N）和316L（N）等鋼板、鋼管產(chǎn)品成分和力學(xué)性能實(shí)例，其中序號(hào)1～15取自國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)保書(shū)。按現(xiàn)行美標(biāo)及國(guó)標(biāo)只有板材標(biāo)準(zhǔn)中把N列為304，304L，316和316L等鋼種的規(guī)定元素，故序號(hào)1～3，12～15實(shí)際用于焊管的316L，304和304L板材成分中列出了N含量值。美標(biāo)所有鋼管標(biāo)準(zhǔn)中N仍為非規(guī)定元素，所以焊管或無(wú)縫管均無(wú)確切N含量值。序號(hào)16～23為國(guó)外相關(guān)研究資料中的實(shí)例?？梢?jiàn) C+N 共控可使 304L（N）/316L（N）達(dá)到304/316 的最低強(qiáng)度。但 316L（N）比 304L（N）要容易得多。 圖3為表 2 中序號(hào) 16～18（304L（N）），序號(hào) 19～22（316L （N））鋼室溫及高溫強(qiáng)度的測(cè)定數(shù)據(jù)[5]，說(shuō)明美國(guó)在1960年末就已認(rèn)識(shí)C+N共控的價(jià)值。

2 美國(guó)1942—1994年不銹鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析

表3和表4分別為美國(guó)1942―1994年主流奧氏體不銹鋼生產(chǎn)狀況和所占比例統(tǒng)計(jì)分析表。表3和表4統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[10]說(shuō)明，美國(guó)1957年開(kāi)始少量生產(chǎn)304L和316L，1987年以后產(chǎn)量迅速提高，尤其是316L和316LN，1994年達(dá)到316的5～6倍，而316的產(chǎn)量卻少于1957年。還要注意的是：1987年的統(tǒng)計(jì)資料曾單列316H和316N，但所占比例很低，因此1994年就把它們與316L和316LN合并在一起了。這說(shuō)明1994年美國(guó)就很少生產(chǎn)316，而主要生產(chǎn)316L（N）鋼種了。304L和304LN的產(chǎn)量增長(zhǎng)也很快，而304產(chǎn)量則在1994年有10%以上在下降，但產(chǎn)量仍遠(yuǎn)高于304 L（N），其原因可能是：

（1）304鋼是最基本的奧氏體鋼種，主要用于耐蝕性要求并不很高的大氣或潔凈水環(huán)境等結(jié)構(gòu)；許多場(chǎng)合下對(duì)敏化問(wèn)題的要求并不高，強(qiáng)度往往仍是頭等重要的設(shè)計(jì)因素。

表2 國(guó)內(nèi)外316L/304L 不銹鋼（板）管產(chǎn)品成分和力學(xué)性能實(shí)例

圖3 N含量對(duì)304/316鋼室溫及高溫強(qiáng)度的影響[5]

表3 美國(guó)1942—1994年主流奧氏體不銹鋼生產(chǎn)狀況統(tǒng)計(jì)分析t

表4 美國(guó)1942—1994年主流奧氏體不銹鋼生產(chǎn)狀況所占比例統(tǒng)計(jì)分析%

（2）C是304鋼重要的奧氏體穩(wěn)定和強(qiáng)化元素， 如果 w（C）＜0.04%， w（N）＞0.05%和 w（Mn）＞1.6%才能達(dá)到其強(qiáng)度要求，這意味著304 L（N）的冶煉成本可能遠(yuǎn)高于304。而且因?yàn)镸n在低溫時(shí)是奧氏體穩(wěn)定元素，但在高溫可轉(zhuǎn)變鐵素體穩(wěn)定元素[11]，過(guò)高的含Mn量可能使304 L（N）的熱加工性能有變化。

（3）含 Mo的 316鋼具有較高耐孔蝕性（PRE≥25）， w（N）=0.05%時(shí)， PRE 還可以提高，是海水及含氯化物液體環(huán)境中廣泛應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)（基本）選材，對(duì)抗敏化等耐蝕性要求明顯較高。

（4）也許是由于Mo的強(qiáng)化作用，316L鋼的起點(diǎn)強(qiáng)度本來(lái)就高于 304L。316 L（N）只要 w（N）=0.02%～0.03%，就很容易在w（Mn）≤1.2%的前提下達(dá)到316的強(qiáng)度值。

3 歐美標(biāo)準(zhǔn)中304和316鋼管的C+M共控

（1）美標(biāo)中共有15項(xiàng)含有奧氏體不銹鋼的鋼管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和2項(xiàng)管接頭件標(biāo)準(zhǔn)。表5列出了它們所含的304鋼種和316鋼種?？梢钥闯觯孩?04/304L，316/316L幾乎出現(xiàn)在所有標(biāo)準(zhǔn)中，是使用最普遍的鋼種。且這些鋼種的N含量均為非規(guī)定元素，即其含量無(wú)需檢測(cè)和報(bào)告。但在美標(biāo)ASTM A240/A240M標(biāo)準(zhǔn)中這些鋼種的N含量都已為規(guī)定元素（w（N）≤0.10%），說(shuō)明無(wú)論是焊管或無(wú)縫管，其N(xiāo)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.10%，這樣304L/316L達(dá)到304/316的最低強(qiáng)度值是毫無(wú)困難的；②304H，304N，304LN，316H，316N，316LN只出現(xiàn)在高溫工作A213，A249，A312，A376，A358，A403，A988等標(biāo)準(zhǔn)中，C+N共控的304N，304LN，316N，316LN都被認(rèn)為是取代304H，316H的鋼種，但是因?yàn)?04H，316H的w（C）=0.04%～0.10%，304LN特別是316LN能否取代304H和316H，曾在國(guó)際上有長(zhǎng)期的專(zhuān)門(mén)研究[2-5]，后文將另作討論；③表5所列標(biāo)準(zhǔn)除A778外，都要求所供鋼管以固溶狀態(tài)交貨或最好以固溶狀態(tài)交貨。從A778的選材可見(jiàn)，304L和316L是焊態(tài)，即不經(jīng)固溶處理供貨的304和316焊管是最合理選材。因此允許不經(jīng)固溶處理交貨的按A358，A409標(biāo)準(zhǔn)制造的焊管最好也應(yīng)選擇304L和316L鋼種。304和316無(wú)縫鋼管大多數(shù)應(yīng)用中都會(huì)涉及焊接且焊后都可能難以再作固溶處理。從這個(gè)意義上講，實(shí)際上C+N共控的304L（N）和316L（N）鋼種是最佳選擇。除非對(duì)敏化，即晶間腐蝕要求不高的結(jié)構(gòu)應(yīng)用可以除外；④表5中S30415，S30432，TP316Ti鋼種只在個(gè)別標(biāo)準(zhǔn)采用，但它們卻都是已把N列為規(guī)定元素的鋼種。

表5 美國(guó)奧氏體不銹鋼管及管接頭件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中可選用的304和316系列鋼種①

（2）歐洲標(biāo)準(zhǔn)中所含304鋼和316鋼等效（eq）鋼種化學(xué)成分設(shè)計(jì)（見(jiàn)表1）表明：①所列EN1.4301（eq304，304N）， 1.4306 和 1.4307（eq304L，304LN），1.4401（eq316，316N），1.4404， 1.4432 和1.4435（eq316L，316LN）鋼種均已把 N 列為規(guī)定元素，w（N）≤0.11%；考慮允許的分析公差，實(shí)際上的w（N）≤0.10%～0.12%，已可包含304LN鋼和316LN鋼中的w(N)范圍。而所列1.4011 （eq304N），1.4429（eq316N）的w（N）=0.12%～0.22%， 上、 下限均高于304LN鋼和316N鋼?？梢?jiàn)歐標(biāo)中已無(wú)304H鋼和304N鋼等效鋼種。但1.4436（eq304H，316N）卻保留著。②歐標(biāo)中同鋼種板、棒、無(wú)縫管、焊管的成分都是統(tǒng)一的，即不像美標(biāo)同一鋼種的成分有時(shí)會(huì)有上、下限差異以適應(yīng)不同制造方法的需要。但歐標(biāo)中卻因此有兩個(gè)304L鋼，3個(gè)316L鋼的等效鋼種，其好處已在文獻(xiàn)[12]討論過(guò)。③歐標(biāo)中已丟棄了L和H早期只從含C量區(qū)分奧氏體鋼種的概念，而改用X1，X2，X3，…等標(biāo)號(hào)，首先指明含C量級(jí)別，同時(shí)像含C量一樣在化學(xué)成分表中明示含N量，指明C+N共控的確切信息，顯然這樣的處理更科學(xué)。④1.4301，1.4401，1.4306，1.4404的 Rp0.2和 Rm最低值設(shè)定都不相同。實(shí)際上他們都是以w（C）=0.05%為基點(diǎn)通過(guò)試驗(yàn)設(shè)定的[1]，因此既不同于美標(biāo)，也表明了鋼種之間的差異，反映出美標(biāo)只簡(jiǎn)單按C含量L和H設(shè)定的粗糙性。

以上說(shuō)明美歐標(biāo)準(zhǔn)中304和316鋼種都已跨入C+N共控時(shí)代。

4 304L（N）和 316L（N）高溫力學(xué)性能

（1） ASME BPV Code中早就規(guī)定含 w（C）≤0.04%的L級(jí)鋼種不得在540℃以上高溫工作條件中選用（實(shí)際304L只適用于400℃以下）。而TP304H不銹鋼管已證明在565～595℃高溫能經(jīng)受20年以上長(zhǎng)時(shí)間高溫工作。

（2）已有研究揭示在700～800℃高溫范圍內(nèi)，C+N共存的間隙固溶奧氏體合金比C或N單獨(dú)間隙固溶合金具有更高的高周疲勞性能。其原因可能是：C+N共存能產(chǎn)生較高級(jí)別的短程原子秩序（SRO-higher degree of short range atomic ordering）。所稱(chēng)短程原子秩序（SRO）實(shí)際上涉及晶體結(jié)構(gòu)中間隙固溶原子外層電子的運(yùn)行結(jié)構(gòu)模式[1]。

（3）大量研究[2-5]證明，在合理的含N量范圍內(nèi)， 304L（N）和 316 L（N）鋼的高溫蠕變斷裂和低周疲勞強(qiáng)度都隨N含量有升高的趨勢(shì)如圖4所示，但w（N）＞0.12%后這種影響飽和。此外，還發(fā)現(xiàn)316L（N）的高溫低周疲勞和蠕變疲勞壽命都低于316鋼，如圖5所示，雖然降低后316L（N）的蠕變疲勞壽命仍在ASME BPV Code case N-47及法國(guó)RCC-MR設(shè)定的疲勞壽命曲線之上，但設(shè)計(jì)安全裕度降低。原因已歸結(jié)為N含量增加雖使晶界平面滑移變得容易而增加疲勞壽命，但同時(shí)因此引起的撞擊降低晶界內(nèi)聚力，而增加了劈裂之危險(xiǎn)性[2-3，13]。核電站的某些結(jié)構(gòu)件，例如選用316L（N）鋼管的液體金屬（鈉）冷卻系統(tǒng)高溫部件是承受此類(lèi)高溫蠕變疲勞的典型實(shí)例，這一問(wèn)題至今仍在國(guó)際上深入探討[9，13,14]中。添加微量B等元素（表2中序號(hào)3和23）可能是尋找改善此問(wèn)題的一條途徑。

（4）以上說(shuō)明C雖然有導(dǎo)致奧氏體敏化、脆性等不良作用，但其穩(wěn)定奧氏體及強(qiáng)化作用并非完全可由N取代，尤其在高溫使用條件。針對(duì)鋼種Cr和Ni等成分配置，尋找合理的C+N控制乃至精確數(shù)值區(qū)間顯然十分重要。這或許是解釋304鋼種的C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.05%，304H和316H鋼種的C含量控制在0.04%以上，以及美標(biāo)至今仍對(duì)其N(xiāo)含量作模糊表述，歐標(biāo)中所出現(xiàn)的1.4436（w（C）≤0.05%）鋼種的重要原因。

圖4 N含量對(duì)316L鋼室溫低周疲勞壽命的影響

圖5 316L（N）鋼高溫低周疲勞壽命及蠕變疲勞壽命

5 C+N共控的實(shí)際效果及困惑

表2給出的板材和管材生產(chǎn)實(shí)例表明，C+N共控不僅使304L/316L輕易達(dá)到了304/316鋼種的強(qiáng)度，又不損害其塑性和韌性，而且?guī)缀跛械漠a(chǎn)品 （序號(hào)1～15）都以304L和316L等鋼種標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最低Cr和Mi含量供貨，即實(shí)現(xiàn)了這些鋼種成分的低配優(yōu)化，從而最大限度地節(jié)省了Ni等稀缺合金用料，降低了成本。但實(shí)際中也因此造成一些困惑：

（1）由于全球有著深遠(yuǎn)影響的ASME BPV Code及其所含動(dòng)力管道（B31.1）、化工處理管道（B31.3）規(guī)定的不銹鋼管設(shè)計(jì)許用應(yīng)力至今仍按304/316及304L/316L分級(jí)，后者的許用應(yīng)力明顯低于前者，差值約為17%，除非把后者標(biāo)為前者（實(shí)際上確有供應(yīng)商是這樣打標(biāo)的），否則難以消除設(shè)計(jì)師的疑慮。但因?yàn)楝F(xiàn)今的施工文件也是按304/316及304L/316L分級(jí)制訂，這樣的打標(biāo)又可能帶來(lái)另一種混淆。

為了擺脫這一困惑，采用 “雙性鋼”訂貨是個(gè)不錯(cuò)的主意。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展來(lái)看，采用歐標(biāo)方法，其中包括鋼種命名方法及EN13480-3中所明確的許用工作應(yīng)力確定方法是更可取的路徑。這實(shí)際也是GB/T 20878―2007要更改鋼種牌號(hào)的初衷。美標(biāo)20世紀(jì)70年代提出統(tǒng)一金屬及合金編號(hào)UNS系統(tǒng)的目標(biāo)也包含著這一用意，但看來(lái)要擺脫長(zhǎng)期形成的按C含量區(qū)分不銹鋼種的習(xí)慣并不容易。（我國(guó)GB/T 20878標(biāo)準(zhǔn)中所給出統(tǒng)一鋼種編號(hào)非美國(guó)UNS編號(hào)，但也有一部分卻與美國(guó)UNS相同，使用中必須十分小心。）

（2）為適應(yīng)不同制造方法的要求，美標(biāo)中同一鋼種的不銹鋼成分范圍在板、棒及不同鋼管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中可能存在一些差異，見(jiàn)表6。因此把強(qiáng)度達(dá)到316鋼要求的316L（N）鋼板、棒、焊管及A213/A213M-11a的無(wú)縫管標(biāo)成316都是符合標(biāo)準(zhǔn)要求，是可以允許的。但對(duì)按A312/312M-12和A376/A376M標(biāo)準(zhǔn)訂購(gòu)的無(wú)縫管則不允許，除非產(chǎn)品Ni含量達(dá)到316鋼的最低含量（w（Ni）=11%），正是這一增加的Ni含量1%下限使制造商不愿意輕易接受316鋼管訂貨，除非給足價(jià)格上浮。值得一提的是，SA213/SA213M—2001，即A213/A213M-95中TP316的Ni下限也還是11%，但現(xiàn)在已改為10%。說(shuō)明這完全是一個(gè)跟無(wú)縫管制造技術(shù)水平相關(guān)的認(rèn)識(shí)問(wèn)題。需要注意的是，大直徑無(wú)縫不銹鋼管常需用熱擠壓方法制造管坯，因此會(huì)要求較高Ni含量，否則其表面質(zhì)量可能較差，精整和表面質(zhì)量檢驗(yàn)必須特別重視。必要時(shí)提高Ni含量，即不能按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下限值供貨是一條不可排除的途徑。只要供需雙方充分溝通，這類(lèi)困惑不難排除。表6所列Ni含量上限差異由于實(shí)際上均按下限生產(chǎn)，一般不會(huì)引起任何問(wèn)題。

6 明示N含量是發(fā)展方向

美標(biāo)不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中TP304/304L/304H及TP316/316L/316H的N含量目前都是模糊的非規(guī)定元素，可以省去N含量的檢測(cè)費(fèi)用及設(shè)備。但歐標(biāo)中則已全部為規(guī)定元素，并且必須在成分分析中給出報(bào)告數(shù)據(jù)，顯然有助于佐證鋼管的力學(xué)性能及制造質(zhì)量，提高產(chǎn)品質(zhì)保書(shū)數(shù)據(jù)可信度，減少可能出現(xiàn)的測(cè)定系統(tǒng)誤差及過(guò)失誤差；缺點(diǎn)是提高檢測(cè)難度和設(shè)備成本。但從發(fā)展來(lái)看這是方向。如果表2中序號(hào)4～12能給出N含量數(shù)據(jù)，將表明產(chǎn)品質(zhì)量提高到歐標(biāo)水平，因此這應(yīng)該是不銹鋼管，尤其無(wú)縫管坯供應(yīng)商努力的目標(biāo)。

表6 ASTM主要不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中316系列鋼中Ni含量規(guī)定的細(xì)節(jié)差異[8]

值得注意的是，美標(biāo)實(shí)際上也正在向這一目標(biāo)努力，以下實(shí)例可以說(shuō)明這一漸進(jìn)過(guò)程：

（1）在A240-97a中，只有316和316L的N含量為規(guī)定元素，但在A240/A240M-02a中304，304L，316，316L已把N含量列為規(guī)定元素。

（2）A312/A312M-00b 中，TP347LN 的 w（N）=0.06%～0.10%,A312/A312M09中 TP316Ti的 w（N）≤0.10%； S30415的 w（N）=0.12%～0.18%，A312/A312M-12中 TP316Ti的 w（N）=0.06%～0.10%。

（3）A213/A213M-04 中，super 304H（S30432）的 w（N）=0.05%～0.12%。

（4） 在 A312/A312M-12 中，TP321 的 w（Ti）=5×C%～0.70%，w（N）≤0.10%；但在 A312/A312M-12a 中，w（Ti）=5×（C+N）%～0.70%，而 TP321H 的w（Ti）=4（C+N）%～0.60%。 這一改動(dòng)比 A240/A240M，A479/479M，A213/A213M，A276/A276M 等標(biāo)準(zhǔn)已延遲了10年以上。

以上說(shuō)明：①美標(biāo)正在逐步推進(jìn)奧氏體不銹鋼管的 C+N共控；②C+N共控的精度正在逐步提高；③C+N共控的數(shù)值將因鋼種而異，而非簡(jiǎn)單地設(shè)定0.10%為規(guī)定N的界限，TP316Ti，TP347LN中w（N）=0.06%～0.10%的規(guī)定值精度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)歐標(biāo)。美歐標(biāo)準(zhǔn)中這一競(jìng)爭(zhēng)勢(shì)態(tài)很值得引起關(guān)注和思考。

7 小結(jié)和建議

（1）304L/316L和304/316是C含量上限略有差別的常用普通奧氏體不銹鋼（管）。前者因較好的抗敏化的耐蝕性和焊接性而深受施工和質(zhì)保工程師的青睞，設(shè)計(jì)師卻根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范顧及強(qiáng)度安全裕度和權(quán)衡自重等因素優(yōu)選后者。加入少量N 的 304L（N）/316L（N）鋼可使其強(qiáng)度達(dá)到 304/316的要求，訂購(gòu)這樣的 “雙性”鋼（管）是解決這一 “爭(zhēng)議”的一條路徑，但540℃以上高溫應(yīng)用除外。

（2）在目前普通AOD冶煉條件下316L（N）只要 0.02%C+（0.02～0.05）%N 的就可輕易達(dá)到316的強(qiáng)度要求。因此無(wú)論是焊管或無(wú)縫管生產(chǎn)中，國(guó)內(nèi)外都很少生產(chǎn)316鋼管而主要生產(chǎn)的是316L（N）鋼管。

（3）304L鋼在w（C）≤0.030%前提可能要求有w （N）為0.05～0.10%N的共控條件才能達(dá)到304的強(qiáng)度要求，否則就只能藉提高M(jìn)n含量來(lái)彌補(bǔ)。加上許多304鋼的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)抗敏化等耐蝕性并不苛刻，因此304和304L（N）都是常見(jiàn)的鋼（管）種。

（4）C+N共控的另一個(gè)收獲是304/304L以及316/316L等鋼種都可以標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的Cr，Ni，Mo等元素含量下限來(lái)冶煉，從而最大限度地節(jié)省這些合金的用料，特別是稀缺而昂貴的Ni和Mo而降低成本。

（5）強(qiáng)度達(dá)到304/316要求的304L/316L鋼板、棒、焊管及按A213/A213M-11a標(biāo)準(zhǔn)訂購(gòu)的無(wú)縫管可以按標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)為304/316鋼板、棒、管。為避免因此而引起的施工混亂，用戶必須注意鋼材的實(shí)際C含量，供應(yīng)商最好也以適當(dāng)方式給出提示。

（6）美標(biāo)的不銹鋼無(wú)縫鋼管中仍有部分標(biāo)準(zhǔn)中316鋼的Ni含量下限比316L高出1%。因此，除非316L的實(shí)際含量也作相應(yīng)提高，否則按A312/A312M-12，A376/A376M-12等標(biāo)準(zhǔn)訂購(gòu)的無(wú)縫鋼管就不能輕易把316L鋼管標(biāo)成316鋼管。

（7）由于Ni含量提高有助于擴(kuò)大熱加工溫度范圍和降低冷作硬化程度。為了保證無(wú)縫鋼管制造質(zhì)量，特別是大直徑無(wú)縫管的表面質(zhì)量，316L無(wú)縫管不宜一概按Ni下限制造而可能需要在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)加以適當(dāng)提高，制造商還應(yīng)特別注重這些鋼管的表面質(zhì)量檢查和精整修磨。

（8）540℃以上高溫不可輕易采用含w（C）≤0.04%的304/316鋼管。C+N共控的304LN，304H，304N鋼的疲勞強(qiáng)度和高溫蠕變折裂強(qiáng)度會(huì)隨N含量增加有明顯提高，但316L（N）鋼的蠕變疲勞壽命不及316鋼。316L（N）鋼管雖已在核電站冷卻系統(tǒng)中承受蠕變疲勞的部件中得到應(yīng)用，但仍在研究改善的路徑，添加微量B等元素是其中的一條可能途徑。

（9）目前在ASTM及ASME不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)中304/304L，316/316L鋼管的N含量仍為非規(guī)定元素，而無(wú)需測(cè)定和報(bào)告。但在其板材標(biāo)準(zhǔn)卻已規(guī)定為規(guī)定元素。而在歐標(biāo)中所有這些等效鋼種的板、棒及管材標(biāo)準(zhǔn)中N都已是規(guī)定元素。N質(zhì)量分?jǐn)?shù)的明示有助于識(shí)別鋼管的質(zhì)量，顯然是更科學(xué)合理的發(fā)展趨勢(shì)。美標(biāo)中TP316Ti，TP347LN，TP321，TP321H等對(duì)N含量的明確規(guī)定表明實(shí)際上也正在向這一目標(biāo)努力。

（10）我國(guó)于2007頒布的GB/T 20878《不銹鋼和耐熱鋼牌號(hào)及化學(xué)成分》標(biāo)準(zhǔn)摒棄了老舊的以1，0，00開(kāi)頭的不銹鋼牌號(hào)，啟用新的以01，015，022開(kāi)頭的不銹鋼新牌號(hào)，一個(gè)重要原因就是為了結(jié)束僅以含C量區(qū)分不銹鋼，開(kāi)啟C+N共控的新時(shí)代。但我國(guó)現(xiàn)行不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)也仍把N作為大多數(shù)常用奧氏體不銹鋼管的非規(guī)定元素。針對(duì)歐美標(biāo)準(zhǔn)中反映出的競(jìng)爭(zhēng)勢(shì)態(tài)，我國(guó)不銹鋼管行業(yè)必須早作技術(shù)上的準(zhǔn)備。其中不銹鋼無(wú)縫管坯制造商提供N含量的測(cè)定尤為迫切。

（11）明確表示或確認(rèn)N含量的關(guān)鍵是快速測(cè)定技術(shù)。筆者了解到已有少數(shù)頂尖的氣相色譜儀可以測(cè)定鋼中的N含量，但近20多年來(lái)至今所涉A312，A213等美標(biāo)中均仍注明：N含量的分析方法需有購(gòu)方和制造商約定，說(shuō)明可能還有其他更簡(jiǎn)便的間接測(cè)定或評(píng)估方法，值得有關(guān)部門(mén)重視并組織專(zhuān)門(mén)研究。

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