不锈钢的应用及牌号介绍

调节阀中常用的不锈钢材料，是奥氏体不锈钢和双相不锈钢（既含有奥氏体相，又有铁素体相），用于腐蚀性介质。适用温度范围极广，低温可用于-269℃（液氦），高温可达816℃，常用的温度范围为-196（液氮）～650℃。

奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性、高温抗氧化性和耐低温性能，因此广泛应用于制作耐腐蚀调节阀、高温调节阀和低温调节阀。

奥氏体不锈钢的耐蚀性是相对的，不是什么样的腐蚀性介质都能承受。金属针对腐蚀介质的种类、化学元素的质量分数、温度、压力、流速等环境条件，以及金属本身的性质（化学元素的质量分数、加工性、热处理）等诸因素的差异，分别有不同的腐蚀状态和腐蚀速度。例如，不锈钢具有良好的耐腐蚀性能。可是，因为腐蚀环境或使用条件的不同，也可能发生意想不到的腐蚀破坏事故。因此，应充分地了解腐蚀介质和腐蚀材料，才能选择合适的耐腐蚀材料。

1.金属的腐蚀

金属的腐蚀形态可分为两大类：均匀（全面）腐蚀和局部腐蚀。均匀（全面）腐蚀包括全面成膜腐蚀和全面无膜腐蚀。

（1）均匀（全面）腐蚀

1）全面成膜腐蚀。腐蚀在金属的全部或大部面积上进行，而且生成的保护膜具有保护性。例如，碳素钢在稀硫酸中腐蚀很快。当硫酸质量分数大于50%时，腐蚀率达到最大值，此后硫酸质量分数再继续增大，腐蚀率反而下降。这是由于浓硫酸的强氧化性使钢的表面生成一层组织致密的钝化膜所致。这种钝化膜不溶于浓硫酸，从而起到了阻碍腐蚀的作用。

2）全面无膜腐蚀。这种腐蚀很危险，因为它保持一定的速度全面进行腐蚀。

（2）局部腐蚀 局部腐蚀的形态有13种，如缝隙腐蚀、脱层腐蚀、晶间腐蚀、孔腐蚀、应力腐蚀等。据调查，化工装置中局部腐蚀约占70%。在诸多局部腐蚀的形态中，与调节阀制造有关且常见的是晶间腐蚀。

一般对均匀腐蚀的程度用腐蚀率表示，但如何评价则有不同规定。按《石油化工企业管道设计器材选用通则》规定，介质对金属材料的腐蚀速率、管道金属材料的腐蚀能力可分为以下四类：

1）年腐蚀速率不超过0.05mm的材料为充分耐腐蚀材料。

2）年腐蚀速率在0.05～0.1mm的材料为耐腐蚀性材料。

3）年腐蚀速率在0.1～0.5mm的材料为尚耐腐蚀性材料。

4）年腐蚀速率超过0.5mm的材料为不耐腐蚀性材料。

《腐蚀数据手册》对均匀（全面）腐蚀的耐腐蚀性，用均匀腐蚀率来评价，见表4-1。

表4-1 耐腐蚀性能评价

《金属防腐手册》（中国腐蚀与防护学会编）规定的金属材料耐腐蚀性标准，见表4-2。

表4-2 金属材料耐腐蚀性的10级标准

按日本《配管》、《装置用配管材料及其选定法》规定的耐蚀性能的评价，见表4-3。

表4-3 耐蚀性能的评价

（3）晶间腐蚀 局部地沿着结晶粒子边界向深度方向腐蚀的形式称晶间腐蚀。这种腐蚀，外表看不出腐蚀迹象，严重的晶间腐蚀可以穿过整个机体厚度。

产生晶间腐蚀的原因是由于沿晶粒边界析出碳化铬Cr23C6或FeCr化合物，称为δ相，使晶界周围贫铬。在适合的腐蚀介质（产生晶间腐蚀的介质）中，就形成碳化铬（阴极）-贫铬区（阳极）电池，使晶界贫铬区产生腐蚀。

由上述可知，晶间腐蚀是有条件的。其内因是必须有碳化铬或δ相沿晶界析出，使晶界贫铬；其外因是必须有腐蚀贫铬区的介质，水和一些中性溶液并不腐蚀贫铬区，所以即使存在贫铬区，也不会产生晶间腐蚀。如果晶界不贫铬，即使有产生晶间腐蚀的介质，也不会产生晶间腐蚀。所以产生晶间腐蚀的内因、外因缺一不可。

产生贫铬区的原因：①钢水化学成分不合格，如碳高、铬低或含钛、铌的不锈钢中，碳钛化或碳铌化不够；②热处理工艺不正确，或焊接或加工时，加热至碳化物析出温度，在900～400℃冷却速度不够快，而析出碳化物造成贫铬。

控制奥氏体不锈钢晶间腐蚀有三种方法：①执行正确的热处理工艺，将钢加热至1100℃水淬（急冷），使碳化物向固溶体中溶解；②加入固定碳的元素钛或铌；③采用碳的质量分数≤0.03的超低碳不锈钢。

奥氏体不锈钢做高温钢用。高温是指温度超过350℃以上。高温用钢是指在高温下具有较高强度的钢材。在石油化工装置中，高温并伴有腐蚀的场合，就必须使用既耐高温又耐腐蚀的材料。不锈钢18Cr-8Ni～25Cr-20Ni的高温强度高，特别是18-8Ti、18-8Nb等更为优越。一般在没有耐腐蚀性问题的场合，在规定范围内，碳含量高的不锈钢，其高温强度也高。若在18-8钢内添加Mo、Nb、Ti，Mo可强化基体，Nb、Ti则形成碳化物，从而可改善高温强度。具体什么牌号的不锈钢，最高使用温度是多少，要查材料的温压表。

2.材料的选择

（1）不锈钢铸件 当采用铸件制造阀体、阀盖、阀瓣（蝶板）时，常用的铸钢牌号为GB/T 12230—2005 《通用阀门 奥氏体铸钢件技术条件》和GB/T 2100—2002 《一般用途耐蚀钢铸件》中的ZG00Cr18Ni10、ZG0Cr18Ni9、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni9Ti、ZG0Cr18Ni12Mo2Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、ZG1Cr17Mn9Ni14Mo3Cu2N、ZG1Cr18 Mn13Mo2CuN；GB/T 2100—2002中的ZG1Cr13、ZG2Cr13；ASTM A217/A217M—2014《高温承压件用马氏体不锈钢和合金钢铸件标准规范》中的CA15（相当我国的ZG1Cr13），以及GB/T 12230—2005中的CF3、CF3M、CF8、CF8M、CF8C，这五个牌号也选自ASTM A351/A351M—2005《承压件用奥氏体、奥氏体-铁素钢（双相）钢铸件规范》。

20世纪60年代初至70年代末，我国的不锈钢阀门的牌号只有两个，而且这两个牌号一直沿用至今，即ZG1Cr18Ni9Ti（材料代号P）和ZG1Cr18Ni12Mo2Ti（材料代号R）。引进设备出现后，CF3、CF8、CF3M、CF8M才在阀门制造中使用。

目前不锈钢阀门最常用的不锈钢牌号为：ZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti、CF3、CF8、CF3M、CF8M。此外ZG1Cr13、ZG2Cr13和CA15一般只作关闭件（阀瓣、蝶板）用。

1）使用注意事项。不锈钢铸件使用中的注意事项如下：

①GB/T 12230—2005不适用于带焊接法兰的铸件。该标准中并没有说明为什么不适用。作者认为主要是该标准中没有涉及有关焊接法兰铸件应有的有关焊接件的技术要求，焊接热处理等条款。

②GB/T 12230—2005中没有提到晶间腐蚀检验问题。该标准中的CF3、CF8、CF3M、CF8M、CF8C来自ASTM A351—2005，而ASTM A351—2005中也没有提到晶间腐蚀检验问题。这是因为ASTM A351中的钢号，不适用于恶劣环境。美国标准分得很细，在恶劣条件下使用的不锈钢另有标准，即ASTM A744/A744M—2013《恶劣条件下用耐腐蚀镍铬铁合金铸件》。在这个标准中，就规定了CF3、CF3M、CF8C要在敏化试片上作晶间腐蚀检验。其余牌号的铬-镍不锈钢，在交货产品的试样上作晶间腐蚀检验。GB/T 2100—2002中关于晶间腐蚀检验是按合同规定执行。

③晶间腐蚀检验。晶间腐蚀检验用的试片是80mm×18mm×3mm（长×宽×厚），上下平面磨至Ra0.8μm的薄片。

a.敏化。将试片在650℃下加热，保温2h（压力加工件）或1h（铸件）空冷。之所以在600℃加热，是因为奥氏体不锈钢在500～700℃，碳化铬最易沿晶界析出，造成晶界贫铬，从而在产生晶间腐蚀的介质中产生晶间腐蚀。

b.交货产品试片，即试片经固溶处理，实际上是和铸件一同处理的试样上取下来的试片。

c.判别。试片在酸中浸泡后，弯曲90°（铸件）或180°（锻件）。若有裂纹则不合格。不合格时，铸件要重新处理，但重复处理的次数不超过两次。

在碳的质量分数≤0.03，或添加了稳定化元素Ti、Nb，以及0.03≤w（C）≤0.08不含稳定化元素用于焊接的奥氏体铬-镍不锈钢情况下，要在敏化试片上进行晶间腐蚀检验。因为不敏化不易发现晶间腐蚀倾向。

在碳的质量分数大于0.03，不含稳定化元素的奥氏体铬-镍不锈钢，若不做焊接，可不敏化。

奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题是很严重的问题，因此一定要根据用户要求，执行标准来生产。

④使用马氏体不锈钢铸件时，一定要进行正确的热处理。马氏体不锈钢ZG1Cr13、ZG2Cr13、CA15，如果不进行热处理，一摔就碎，很脆。特别作止回阀阀瓣，不处理很容易破坏。处理的方法可以退火，然后密封面高频淬火；也可以调质，调质即淬火后高温回火。ASTM A217/A217M—2014规定CA15的最低回火温度为595℃。

⑤奥氏体铬-镍不锈钢采用固溶处理，即1100℃加热保温后水淬。其作用是消除焊接应力，回复冲击值（韧性），改善耐腐蚀性能。

⑥碳的质量分数≤0.03的超低碳不锈钢的温度限制：CF3≤426.6℃（800°F）；CF3M≤454.4℃（850°F）。

⑦碳的质量分数≥0.03的不锈钢铸件的最高使用温度，按温度-压力额定值确定。

2）ASTM A351/A351M—2014 《压力容器部件用奥氏体钢铸件规范》简介

①该标准规定材料的化学成分见表4-4。

表4-4 ASTMA351/A351M—2014规定材料的化学成分

（续）

注：除给出范围的外，均为最大值。

①不少于8倍C的质量分数，且不大于1%。

②不少于10倍C的质量分数，且不大于1.2%。

②该标准规定材料的力学性能见表4-5。

表4-5 ASTMA351/A351M—2014规定材料的力学性能

①由0.2%的残余变形法来测定。

②当用A703/A703M中规定的拉伸试验用的|C|试棒时，标距长度与收缩截面直径之比为4∶1。

说明：1.因为牌号CE20N、CF3A、CF3MA及CF8A具有热不稳定性，建议不要用于温度高于425℃的场合。

2.因为牌号CD4MCu有脆性相存在，建议不要用于温度高于316℃的场合。

3.当奥氏体钢（除HK、HT或CT15C以外）承受苛刻的腐蚀条件时，可以按补充要求S11规定的焊后热处理要求进行热处理（S11见A703A/A703M规范）。

4.所有铸件应按其设计和化学成分进行热处理，但HK、HT和CT15C牌号钢，应以铸态条件提供。

5.CD4MCu应至少加热到1040℃，CE8MN应至少加热到1120℃，并保持足够的时间，使铸件均匀地达到此温度，然后在水中淬火或用其他方法快速冷却。

6.奥氏体钢，除HK、HT和CT15C外，应由制商进行固溶处理。

7.CK3MCuN和CN3MN至少应加热到1150℃，并保持足够的时间，使铸件均匀地达到此温度，然后在水中淬火，或用其他方法快速冷却。

8.CE20N应至少应加热至1218℃，保持足够的时间，使铸件均匀地达到此温度，并在水中淬火，或铸件随炉冷却到至少1121℃，至少保温15min，然后在水中淬火，或用其他方法快速冷却。

3）ASTM A744/A744M—2013《恶劣条件下用耐腐蚀镍铬铁合金铸件规范》简介

①该标准规定材料的化学成分见表4-6。

表4-6 ASTM A744/A744M—2013规定材料的化学成分

注：为了确定是否符合本规范，测试值或计算值，都应按照规范E29的圆整方法圆整，精确到0.01%。

①CF8C钴的质量分数，不小于C质量分数的8倍，且不得大于1.0%。如果采用Co∶Ta约为3∶1的钴钽合金稳定CF8C，则钴加钽的总质量分数不应小于C质量分数的9倍，且不大于1.1%。

②该标准规定材料的力学性能见表4-7。

表4-7 ASTM A744/A744M—2013规定材料的力学性能

① 当采用|C|试棒进行拉伸试验时，标距与收缩截面直径之比应为4∶1。

② 对于该钢种的低铁素体铸件或无磁性铸件，应采用以下数值：抗拉强度的最小值为450MPa；屈服强度的最小值为195MPa。

4）热处理要求如下：

①CF8、CG8M、CF8M、CF8C、CF3、CF3M最低加热到1040℃，保温足够时间，以使铸件温度均匀，在水中淬火或者用其他方法快速冷却。

②CN7M最低加热到1120℃，保温足够时间，以使铸件温度均匀，在水中淬火或者用其他方法快速冷却。

③CN7MS最低加热到1150℃，最高加热到1180℃，保温足够时间（最少2h），以使铸件温度均匀，并在水中淬火。

④CN3MN最低加热到1150℃，保温足够时间，以使铸件温度均匀，在水中淬火或用其他方法快速冷却。

⑤CD4MCu最低加热到1040℃，保温足够时间，以使铸件温度均匀，在水中淬火，或者用其他方法快速冷却。

⑥CK3MCuN最低加热到1150℃，保温足够时间，以使铸件温度均匀，在水中淬火或者用其他方法快速冷却。

5）晶间腐蚀试验。应按相应规程对其所含钢种或经定购者同意的钢种进行晶间腐蚀试验。对稳定化处理的钢种，或最大碳的质量分数为0.03%的钢种（CF3、CF3M、CF8C、CK3MCuN及CN3MN），进行晶间腐蚀试验时，应该用敏化试样进行试验。对于所有其他铬、镍钢种，应该用代表发运状态的试样进行晶间腐蚀试验。

（2）不锈钢棒材和锻件 国内牌号的不锈钢棒材执行的标准是GB/T 1220—2007《不锈钢棒》。常用牌号为12Cr18Ni9、12Cr17Ni12Mo2、06Cr19Ni10、022Cr19Ni10、06Cr17Ni12Mo2、022Cr17Ni12Mo2。锻件的牌号与棒材相同，执行标准为JB4728—2000《压力容器用不锈钢锻件》。

美国牌号的不锈钢棒材和锻件，分别执行的标准是ASTM A276—2016《不锈与耐热钢棒材和型材》，ASTM A182/A182M—2015《高温用锻制或轧制合金钢法兰、锻制管件、阀门和部件》。

常用的棒材牌号为ASTM A276—2016中的304、304L、316、316L。

常用的锻件牌号为ASTM A182/A182M—2015中的F304、F304L、F316、F316L。

1）ASTM A276—2016《不锈与耐热钢棒材和型材》。

①该标准规定材料的化学成分见表4-8。

表4-8 ASTM A276—2016规定材料的化学成分

（续）

（续）

(www.xing528.com)

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①按规范E527和SAEJ1086确定名称。

②最大值，除非另有说明。

③就一些用途而言，由于设计、制造或使用要求不同，用牌号304L代替牌号304，或者以牌号316L代替牌号316可能是不合适的。这些情况买方应在订单中注明。

④对这种牌号应报告氨的含量。

⑤镍加铜总质量分数最高为0.50%。

⑥产品分析极限偏差超过碳和氮的最大极限值应是0.002%。

⑦锻件种类CA6NM。

②ASTM A276—2016规定材料的力学性能见表4-9。

表4-9 ASTMA276—2016规定材料的力学性能

（续）

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①屈服强度应按ASTM A370试验方法和定义中0.2%残余变形法测定，或根据在0.5%负载下的总伸长可使用测定屈服强度的替换法。

②对一些特殊产品，不宜使用2in或50mm的标长度。如需要，可按ASTM A370试验方法和定义的规定使用小的试样。

③断面收缩率不适用于厚度≤4.76mm（3/16in）的扁钢。此类规格的产品一般不作此项测定

④或相当于洛氏硬度。

③ASTM A276—2016马氏体牌号钢热处理特性及硬度要求见表4-10。

表4-10 ASTMA276—2016马氏体牌号钢热处理特性及硬度要求

（续）

①试样应取自厚度不超过9.5mm（⅜in）的截面。

②温度极限偏差为±14℃（25°F）。

2）ASTM A182/A182M—2015《高温用锻制或轧制合金钢法兰、锻制管件、阀门和部件》。

①ASTM A182/A182M—2015规定材料的化学成分见表4-11。

表4-11 ASTM A182/A182M—2015规定材料的化学成分

（续）

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①F2钢原定为w（Cr）1%、w（Mo）5%的，现在为F12钢。

②现F5a钢w（C）≤0.25按1955年以前的规定为F5钢。1955年F5钢规定w（C）≤0.15，符合管子、管道、螺栓、焊接管件等这类产品的ASTM标准。

③对于F22V钢可加入稀土族金属（REM）以代替Ca，需经制造商和买方商定。在这种情况下应确定REM的总量并提出报告。

④FXM-27Cb钢w（Ni+Cu）≤0.50%。产品分析中w（C）和w（N）在最大规定值的上极限偏差应为0.002%。

⑤F304，F304L，F316和F316L钢的w（N）max=0.10%。

⑥F304N，F316N，F304LN和F316LN钢w（N）=0.10%～0.16%。

⑦F321钢的w（Ti）≥5w（C），但不大于0.70%。

⑧F321钢的w（Ti）≥4w（C），但不大于0.70%。

⑨F347和F348钢的w（Nb）≥10w（C），但不大于1.10%。

⑩F347H和F348H钢的w（Nb）≥8w（C），但不大于1.10%。

②ASTM A182/A182M—2015规定材料的力学性能见表4-12。

表4-12 ASTM A182/A182M—2015规定材料的力学性能

（续）

①通过0.2%残余变形法确定，仅对铁素体钢，也可使用载荷下的0.5%伸长。

②截面厚度超过130mm（5in）的，其最小抗拉强度应为485MPa（70klbf/in²）。

③截面厚度超过130mm（5in）的，其最小抗拉强度应为450MPa（65klbf/in²）。

④纵向的50mm（2in）标距，横向最小伸长率为25%。

⑤纵向的，横向最小断面收缩率应为45%。

③ASTM A182/A182M—2015规定材料的热处理要求见表4-13。

表4-13 ASTM A182/A182M—2015规定材料的热处理要求

（续）

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①除列出温度范围外，为最低值。

②不适用。

③牌号F52应在995～1025°C（1825～1875°F）温度，壁厚25.4mm（lin），30min固溶处理加水淬。

④w（C）≥4%的低合金钢和不锈钢的产品分析极限偏差见表4-14。

表4-14 w（Cr）≥4%的低合金钢和不锈钢的产品分析极限偏差①

①本表不能用于熔炼分析。

②w（Co）<0.05%的产品分析范围还未确立，制造商应考虑这一范围。

⑤w（Cr）<4%的低合金钢产品分析极限偏差见表4-15。

表4-15 w（Cr）<4%的低合金钢产品分析极限偏差

（续）

①对C、B、Cb和Ca的产品分析应符合要求。

②截面面积。

⑥ASTM A182/A182M—2015规定材料的补焊要求见表4-16。

表4-16 ASTM A182/A182M—2015规定材料的补焊要求

（续）

①焊条应符合ASME SFA5.4、ASTM SFA5.5和ASTM SFA5.9或ASTM SFA5.11中的有关牌号ER的规定。

②NR=不要求。

③WQ=水淬。

④要求买方同意。

⑤适用于相配的填充金属，制造商也已采用AWSA5.14，ER级，NiCrMo-3和AWSA5.11，E级，NiCrMo-3填充金属。

3）关于不锈钢棒材和锻材使用中的注意事项：

①ASTM A276—2016中的304不锈钢，不等于ASTM A182/A182M—2015中的F304不锈钢。304不锈钢Ni的质量分数为8.0%～10.5%，而F304不锈钢Ni的质量分数为8.0%～11.0%。

304L不锈钢不等于F304L不锈钢。304L不锈钢中C的质量分数≤0.03%、Ni的质量分数为8.0%～12.0%，而F304L不锈钢中C的质量分数≤0.035%，Ni的质量分数为8.0%～13.0%。

316L不锈钢不等于F316L不锈钢。316L不锈钢中C量的质量分数≤0.03%、Ni的质量分数为10.0%～14.0%，而F316LC不锈钢中的质量分数≤0.035，Ni的质量分数为10.0%～15.0%。

②不要认为铸材与相应牌号的棒材化学元素的质量分数是相同的。例如：

316L不锈钢中Cr的质量分数为16.0%～18.0%、Ni的质量分数为10.0%～14.0%；而CF3M不锈钢中Cr的质量分数为17.0%～21.0%、Ni的质量分数为9.0%～13.0%。

316不锈钢中Cr的质量分数为16.0%～18.0%、Ni的质量分数为10.0%～14.0%，而CF8M不锈钢中Cr的质量分数为18.0%～21.0%、Ni的质量分数为9.0%～12.0%。

304L不锈钢中Cr的质量分数为18.0%～20.0%、Ni的质量分数为8.0%～12.0%，而CF3不锈钢中Cr的质量分数为17.0%～21.0%、Ni的质量分数为8.0%～12.0%。

304不锈钢中Cr的质量分数为18.0%～20.0%、Ni的质量分数为8.0%～10.5%，而CF8不锈钢中Cr的质量分数为18.0%～21.0%、Ni的质量分数为8.0%～11.0%。

从以上可看出，如果用316或316L重熔变成CF8或CF8M，往往Cr的质量分数不够。

③GB/T 1220—2007《不锈钢棒》中，有一种牌号Y12Cr18Ni9，C的质量分数≤0.15%、S的质量分数≤0.15%。这是一种易切削钢，它和12Cr18Ni9是不一样的，它不能用于耐酸的场合。

④其余注意事项同不锈铸钢。