奥氏体不锈钢管道在石油化工装置的应用.pdf

奥氏体不锈钢管道在石油化工装置的应用姜万军，王金富，牛存厚，潘晓斐（中石化广州工程有限公司，广东省广州市 ）摘要：石油化工装置中管道常用的奥氏体不锈钢包括低碳奥氏体不锈钢、超低碳奥氏体不锈钢、级不锈钢和含稳定化元素的奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢中 元素含量主要影响钢的强度，、等元素可提高特定环境中奥氏体不锈钢的耐腐蚀性。常用的奥氏体不锈钢钢管从制造方式来分，可分为无缝钢管和焊接钢管，焊接钢管包括螺旋缝焊接钢管和直缝焊接钢管。石油化工装置用奥氏体不锈钢的选用应依据介质的腐蚀环境、使用温度及是否有洁净度要求等，同时还应考虑经济性因素。关键词：奥氏体不锈钢管道石油化工装置化学成分应用环境石油化工装置用管道的工作温度范围为 ，介质多种多样，许多情况下输送的介质具有腐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，同时具有抗高温性能、低温韧性好及较好的成型加工性能，因此奥氏体不锈钢管在石油化工装置被广泛应用 。但由于奥氏体不锈钢管价格远高于普通碳钢管，在工程项目设计过程中需考虑经济性，因此选用奥氏体不锈钢管道时，在能满足使用安全要求的前提下，要尽可能降低工程成本。常用奥氏体不锈钢钢管石油化工装置常用的奥氏体不锈钢钢管牌号见表 。表 石油化工装置管道常用奥氏体不锈钢 美标材料牌号国标材料牌号 表 中的 、为低碳奥氏体不锈钢；、为超低碳奥氏体不锈钢；、和 由于分别加入了稳定化元素 和 ，因此被称为稳定型奥氏体不锈钢；和 的强度指标要分别满足 和 的要求，而化学成分中 含量要分别满足 和 的要求，因此被称为双牌号奥氏体不锈钢，上述奥氏体不锈钢化学成分见表 。从表 可以看出：低碳奥氏体不锈钢的 质量分数均不大于 ，超低碳奥氏体不锈钢 质量分数均不大于 ，而 、等 级不锈钢的 质量分数要在 。元素对奥氏体不锈钢性能的影响主要有两方面：当奥氏体不锈钢中 含量高时，不锈钢在焊接等热加工后，会在晶界沉淀，引起晶界贫铬，奥氏体不锈钢有晶间腐蚀倾向，在某些环境下，会发生沿晶界局部腐蚀的晶间腐蚀；元素可以提高不锈钢的高温强度 。因此，含量增加将会提高不锈钢的高温强度，但耐腐蚀性能、特别是耐晶间腐蚀性能会降低。为了提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，在 的基础上加入了稳定化元素 或 ，在热处理过程中析出 或 稳定的碳化物，考虑剩余的 元素均可与 或 结合，因此需要规定 、含量与 含量的比例关系。稳定型奥氏体不锈钢具收稿日期：；修改稿收到日期：。作者简介：姜万军，正高级工程师，年毕业于西安交通大学材料成型与控制工程专业，主要从事石油化工装置管道材料设计工作。联系电话：，：。有较好的耐晶间腐蚀性能和高温性能。在不锈钢中添加一定量的 元素可以提高奥氏体不锈钢的耐点蚀与缝隙腐蚀的能力，同时 也可以提高不锈钢的高温性能。从奥氏体不锈钢钢管制造方式来分，可分为无缝钢管和焊接钢管，其中焊接钢管按焊缝形式又分为螺旋缝焊接钢管和直缝焊接钢管，石油化工装置管道用焊接不锈钢钢管大多为直缝焊接钢管。表 常用不锈钢化学成分 ，牌号化学成分 其他元素 ：应用环境在石油化工装置中，奥氏体不锈钢管道主要用于以下几种环境：腐蚀环境、高温环境、低温（深冷）环境、有洁净要求的环境等。、可以耐大多数石油化工介质的均匀腐蚀，但由于 、不含稳定化元素，且 含量较高，综合焊接和腐蚀介质的因素，不适用于介质比较敏感的晶间腐蚀环境。、有很好的抗晶间腐蚀性能，适用于存在晶间腐蚀的环境。超低碳奥氏体不锈钢由于 含量低，高温强度也低，因此使用温度一般不超过 。稳定型奥氏体不锈钢 、由于添加了稳定化元素，因此耐腐蚀性能优于 ，其中碳化物的存在，也有助于提高材料的高温强度 。在石油化工装置中，、应用较多，比如应用于抗连多硫酸应力腐蚀的环境。、由于 质量分数大于 ，因此常应用于使用温度高于 的工况下。在不锈钢中添加 元素，可提高钢的耐点蚀性能，特别是扩大了耐还原性酸，如 和有机酸，如醋酸、甲酸的耐均匀腐蚀性能及耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀的性能 。双牌号奥氏体不锈钢适用于既有抗晶间腐蚀要求，又要有良好力学性能的特定介质环境 ，近几年在石油化工行业应用越来越多。在性能满足使用要求的前提下，经济性就成为选择材料的另一个主要因素，以公称直径为 、壁厚为 和 的薄壁钢管为例，市场价格见表 。表 奥氏体不锈钢钢管价格 元 材质壁厚 无缝钢管焊接钢管壁厚 无缝钢管焊接钢管 注：表中价格是以近期月报价为基准，非实际采购价格。从表 可知，主要合金元素不同的奥氏体不锈钢钢管价格差异较大，主要合金元素相同而仅含量不同的奥氏体不锈钢钢管价格差异不大（这主要是因为国内奥氏体不锈钢的冶炼方法基本都采用精炼技术，脱碳成本影响小），而化学成分相同的情况下无缝钢管价格远高于焊接钢管。在采用以上奥氏体不锈钢时，若性能满足使用要求，比如洁净环境下、仅要求高温强度或低温环境下，优先选用 。由于含 奥氏体不锈钢合金元素含量高、价格高，在非点蚀、缝隙腐蚀等非必须采用 、的情况下，尽可能少用上述含 奥氏体不锈钢。需要注意的是，同为稳定型奥氏体不锈钢，的 单 价 比 低，但由于在高温下 强度比 高，在同等工况下，采用 时，管道壁厚相应会较薄，因此两者的工程费用基本相当。随着冶炼和制管技术的提高，双牌号奥氏体不锈钢的价格与同类型单牌号奥氏体不锈钢的价格基本一致，但其性能兼具低碳奥氏体不锈钢和超低碳奥氏体不锈钢二者的优点，因此近几年在国内外石油化工装置中应用越来越广泛。同牌号的奥氏体不锈钢薄壁钢管、焊接钢管价格均低于无缝钢管价格，以 为例，焊接钢管的单价仅为无缝钢管单价的 左右，具有较强的经济竞争力。随着焊接不锈钢钢管制造技术的发展以及自动化程度的提高，焊接钢管的质量和性能已经和无缝钢管没有本质上的差异，且随着不锈钢管市场的不断发展，焊接钢管相对于无缝钢管具有较多的优势：如壁厚均匀、工艺简单、性能优良、价格便宜等，尤其是在耐腐蚀的输送管道上，对焊接钢管的需求量日益增加 ，特别是随着装置的大型化以及石油化工装置对不锈钢钢管用量的增加，奥氏体不锈钢焊接钢管在石油化工行业的应用将会越来越多。结论（）奥氏体不锈钢钢管在石油化工装置中应用较广，但不同牌号的奥氏体不锈钢力学性能、耐蚀性能、焊接性能、使用性能有一定的区别，应根据应用环境选用合适的不锈钢牌号，在性能满足应用要求的情况下，优先选用价格低的不锈钢。（）同牌号的奥氏体不锈钢薄壁钢管，焊接钢管价格远低于无缝钢管，在满足设计要求的前提下，一般情况下选用焊接钢管具有较好的经济性。参考文献 丘平，乐敏 石油化工装置中不锈钢钢管的应用 石油化工设备技术，（）：国家市场监督管理总局 流体输送用不锈钢焊接钢管：北京：中国标准出版社，：柳曾典 常用铬镍奥氏体不锈钢的选用 石油化工设备技术，（）：余存烨 石化设备不锈钢选用评述 全面腐蚀控制，（）：陆世英 不锈钢概论 北京：化学工业出版社，：吴瑞萍，王天先，王文利，等 双牌号不锈钢与 不锈钢性能对比分析 焊接，（）：虞元，牛辰梅 流体输送用不锈钢焊接钢管国家标准编制说明 冶金标准化与质量，（）：（编辑于丰锴），（，）：，：，