PG平台官方网站GB_T 32255—2015《高温承压马氏体不锈钢和合金钢通用铸件》国家标准解读pdfGB_T 32255—2015《高温承压马氏体不锈钢和合金钢通用铸件》国家标准解读.pdf

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　　免费在线No.112022 1952-2022 标准化 《铸造》创刊70周年 GB/T32255一2015《高温承压马氏体不锈钢 和合金钢通用铸件》国家标准解读 李振纲，储开宇1，姚少勇？，刘东信？ （1.华北电力大学机械工程系，河北保定071003；2.河北国华定州发电有限责任公司，河北定州073000） 摘要：介绍了GB/T32255一2015国家标准制定的背景、目的宗旨以及标准的特点和应用。重 点解读了标准中的高温承压马氏体不锈钢和合金钢的牌号、化学成分、力学性能、铸件的热 处理以及铸件的焊补。标准中规定了12种牌号材料的热处理工艺和室温力学性能。实际选用 牌号时，要综合考虑牌号材料的力学性能、使用寿命、使用温度、承受载荷及铸造工艺等因 素。本标准的制定为我国高温承压马氏体不锈钢和合金钢通用铸件的制造、应用提供了依据 和参考，将有力促进行业技术水平的提高 关键词：高温承压铸件；马氏体不锈钢；合金钢；标准解读 1标准制定背景 火力发电、化工和石油石化等行业广泛使用的铸造阀门、法兰、管件等都是采 用不锈钢及耐热钢来制造的，对铸件的高温性能、抗氧化性、抗蚀性和组织稳定性 等都有较高的要求，此外承受高压还要求有足够的韧性及良好的工艺性能。目前国 内该类产品主要依赖于进口，国内生产的产品基本参照欧洲EN10213：2007《承压 用钢铸件》标准和美国ASTMA217/A217M-2012 《适用于高温设备的承压部件钢铸 件、马氏体不锈钢和合金钢的标准规范》标准，缺乏国内自有的标准规范，对产品 的关键生产过程控制没有严格要求，产品裂纹倾向大，性能难以得到保证，对产品 质量和生产成本也无法做到有效控制。 鉴于此，为指导国内厂商规范化生产，有效管控产品质量和生产成本，指导行 业进行新产品开发，以实现更大范围特定产品的国产化和普遍提升行业技术水平， 结合行业内的制造水平，制定了国家标准GB/T32255一2015《高温承压马氏体不锈 钢和合金钢通用铸件》，并于2015年12月10日发布，2016年7月1日实施， 作者简介： 李振纲（1970-）,男，讲师， 2 标准的主要内容 硕士，主要从事火力发电 2.1 适用范围 厂高温材料、耐蚀材料及 耐磨材料方面的研究工作。 《高温承压马氏体不锈钢和合金钢通用铸件》国家标准适用于工作温度不高于 E-mail:zhengangli@l63. 600℃条件下使用的铸造阀门、法兰和管件等，其他高温承压铸件可参考使用 com 在火力发电机组中，高温承压马氏体不锈钢和合金钢通用铸件是不可或缺的关 键零部件。本标准的发布实施将有力促进国内高温承压马氏体不锈钢和合金钢通用 中图分类号：TG26 文献标识码：A 铸件的性能提升和新产品开发。 文章编号：1001-4977（2022） 11-1442-05 2.2 技术要求 2.2.1 材料牌号和化学成分 收稿日期： 本标准在参考国内外常用高温承压马氏体不锈钢和合金钢通用铸件钢种的基础 2022-01-12收到初稿， 2022-03-19收到修订稿。 上，共制定了12个牌号。铸钢牌号及化学成分见表1，本标准与国外牌号的近似对照1-21见 2022年第11期/第71卷 铸造 1443 标准化 1962-2022 《造）创刊70周年 表1铸钢牌号及化学成分 Table1Caststeelgradeandchemicalcomposition WB/% 铸钢牌号 C Si Mn P S Mo Ni Cu 其他 ZG19Mo 0.15~0.23 0.60 0.50~1.00 0.025 0.020 0.30 0.40~0.60 0.40 0.05 0.30 ZG17CrIMo 0.15~0.20 0.60 0.50~1.00 0.025 0.020 1.00~1.50 0.45~0.65 0.40 0.05 0.30 ZG17Cr2Mo1 0.13~0.20 0.60 0.50~0.90 0.025 0.020° 2.00~2.50 0.90~1.20 0.40 0.05 0.30 ZG13MoCrV 0.10~0.15 0.45 0.40~0.70 0.030 0.020 0.30~0.50 0.40~0.60 0.40 0.22~0.300.30 0.025Sn ZG17CrIMoIV 0.15~0.20 0.60 0.50~0.90 0.020 0.015 1.20~1.50 0.90~1.10 0.40 0.20~0.300.30 0.025Sn ZG16Cr5Mo 0.120.19 0.80 0.50~0.80 0.025 0.025 4.00~6.00 0.45~0.65 0.40 0.05 0.30 ZG16Cr9Mo1 0.12~0.19 1.00 0.35~0.65 0.030 0.030 8.00~10.000.90~1.20 0.40 0.05 0.30 0.06~0.10Nb, 0.03~0.07N, ZG10Cr9Mo1VNbN0.08~0.120.20~0.500.30~0.60 0.030 0.010 8.00~9.500.85~1.05 0.40 0.18~0.25 0.02A1,0.01Ti, 0.01ZT 0.05~0.08Nb, ZG12Cr9Mo1VNbN0.11~0.14 0.20~0.500.40~0.80 0.020 0.010 8.00~9.500.85~1.05 0.40 0.18~0.25 0.04~0.06N, 0.02A1 ZG08Cr12Ni1Mo 0.05~0.10 0.40 0.50~0.80 0.030 0.020 11.50~12.50 0.50 0.80~1.50 0.08 0.30 ZG06Cr13Ni4Mo 0.06 1.00 1.00 0.035 0.025 12.00~13.50 0.70 3.50~5.00 0.08 0.30 ZG23Cr12Mo1NiV 0.20~0.26 0.40 0.50~0.80 0.030 0.020 11.30~12.201.00~1.20 1.00 0.25~0.350.30 0.50W 注：“对于测量壁厚28mm的铸件，允许S含量为0.030%。 表2。 牌号属于珠光体耐热钢，7-9三个牌号属于马氏体耐热 在标准规定的12种铸钢牌号中，后三个牌号 钢。 ZG08Cr12Ni1Mo、ZG06Cr13Ni4Mo及 马氏体不锈钢中的主加元素是Cr，通过提高Fe的 ZG23Cr12Mo1NiV的铬加入量超过了12%，在高温下 极化性能和电极电位、形成附着性强且稳定的Cr2O； 具有较好的抗氧化性和化学稳定性，属于Cr13型马氏 氧化膜以及通过固溶强化增强基体原子间的结合强度 体不锈钢。前九个牌号属于合金耐热钢，其中1-6六个 等机制使马氏体不锈钢具有较好的抗氧化性和持久、 蠕变强度，使马氏体不锈钢具有良好的耐蚀性和热强 本标准铸钢牌号与BSEN10213：2007、ASTM 表2 A217-2012牌号的近似对照 性；Mo的加入量大都在1%以下或左右，在钢中起固溶 Table2Approximatecomparisonbetweencast steelgrades 强化作用。若加入少量的W ，如牌号ZG23Cr12Mo1NiV inthisstandardandBSEN10213:2007andASTMA217- 中含有0.5%的W （质量分数），W和Mo起复合固溶强 2012grades 化作用，效果更好[3-4]。钢中W和Mo的比例影响到钢的 铸钢牌号 BSEN10213:2007 ASTMA217-2012 强度和韧性，若Mo高W低，则有高的韧性和塑性，但 铸钢牌号 铸钢牌号 蠕变强度较低，牌号ZG23Cr12Mo1NiV即属于此种情 ZG19Mo G20Mo5 WC1 况；若Mo低W高，则有高的蠕变强度而韧性和塑性较 ZG17Cr1Mo G17CrMo5-5 WC6 低。钢中加入少量的V ，在热处理时能析出VC颗粒， ZG17Cr2Mo1 G17CrMo9-10 WC9 起到沉淀强化作用。钢中的Cu可进一步提高钢的强 ZG13MoCrV G12MoCrV5-2 度、韧性，特别是大气腐蚀性能，但容易产生热脆， ZG17Cr1MoIV G17CrMoV5-10 铜含量超过0.5%塑性会显著降低，故牌号中的铜含量 ZG16Cr5Mo GX15CrMo5 C5 均在0.3%以下；钢中的Ni可细化晶粒，提高淬透性， ZG16Cr9Mo1 GX15CrMo9-1 C12 使铸钢在高温下有一定的抗蚀和耐热能力。 ZG1oCr9MoIVNbN GX10CrMoV9-1 C12A 马氏体不锈钢是一种既耐腐蚀又能通过热处理 ZG12Cr9MoIVNbN 强化的不锈钢。马氏体不锈钢具有较高的强度和耐磨 ZG08Cr12Ni1Mo GX8CrNi12-1 CA15 性，但是其塑性和焊接性较铁素体不锈钢要差。因为 ZG06Cr13Ni4Mo GX4CrNi13-4 其具有好的力学性能和抗腐蚀性，在机械工业中应用 ZG23Cr12Mo1NiV GX23CrMoV12-1 较广泛。 铸造 Vol.71No.112022 1952-2022 标准化 《铸造》创刊70周年 前六种铸钢，其合金元素质量分数不超过5%，退 性。生产厂家一般采用中频炉或中频炉加AOD炉熔 火后得到铁素体加珠光体组织，属于Cr-Mo或Cr-Mo-V 炼工艺，就可达到成分的技术参数，并且AOD精炼 系铁素体-珠光体耐热钢，通过热处理可使钢强化。Mo 技术已经在国内开始推广应用，精炼工艺已逐步趋于 溶于基体相，能增强基体原子间结合强度，提高再结 成熟。本标准试验论证中，采用了碱酚醛树脂砂造型 晶温度，因而能显著地提高基体的变抗力，固溶强 工艺，碱性酚醛树脂砂比呋喃树脂砂具有更好的退让 化效果最好；Cr在质量分数小于0.5%时强化基体的作 性，比水玻璃砂具有更好的溃散性，是比较成熟的铸 用较强，再增加则强化作用增加很少；V加入后在钢中 造工艺。 形成的VC可实现弥散强化并稳定组织以提高钢的热强 本标准规定的12种马氏体不锈钢和合金钢，应根 性。随着Cr加入量的增加，其抗氧化性和抗蚀性会随 据铸件的设计要求、使用条件、力学性能以及高温和 之提高。 耐腐蚀性能进行选择。pg电子平台登录入口 牌号7-9三种铸钢是典型的9Cr-1Mo型马氏体耐 与发达国家相比，我国对不锈钢及耐热钢的研究 热钢，该种钢在593℃、105h条件下的持久强度可 还相对落后。目前的牌号也存在产品性能不高、使用 达100MPa，且有较好韧性5]。ZG10Cr9MoIVNbN铸 寿命明显低于国外同类产品的情况。所以提高材料认 钢是在ZG16Cr9Mo1钢的基础上添加了0.18%~0.25%V 识，优化生产工艺，是国内企业面临的实际问题。 和微量Nb，在回火时会在铁素体基体上沉淀析出复 合碳-氮化物M （CN），再加上VN 的沉淀析出，可提 2.2.2 铸件的热处理 高钢的高温强度[2]。合金中还加入微量的Ti和Zr，通 采用标准规定的铸钢牌号生产的所有铸件均应进 过几种合金元素的复合弥散强化作用来进一步提高钢 行热处理，且热处理应在铸件温度冷却到相变温度以 的高温强度；少量AI 的加入形成的A1,O ，稳定致密保 下进行，具体热处理要求和室温力学性能见表3。 护膜可提高钢的抗氧化性，但其不能大量加入，也 所有的铸钢牌号既可以正火+回火处理，也可以 不能单独加入，否则会使钢变脆，恶化工艺性能， 火+回火处理。 ZG19Mo、ZG17Cr1Mo、ZG17Cr2Mo1 ZG12Cr9Mo1VNbN和ZG10Cr9Mo1VNbN相比，碳质量 三种铸钢合金元素加入量和种类较少，正火和淬 分数有所增加，合金元素加入种类变化不大，也未添 火后的力学性能差别不大，但加热温度会随着合 加Ti和Zr，其耐热性能变化不大。铁素体耐热铸钢的抗 金元素加入量的增加应略有提高。ZG13MoCrV、 应力腐蚀性能较好，生产成本较低，应用更广泛，但 ZG17Cr1Mo1V一般在回火前进行淬火处理，这两 铁素体耐热铸钢的高温抗蠕变性能较奥氏体耐热铸钢 种钢中都添加了V ，为保证VC等碳化物能充分地溶 差。 入到奥氏体中，淬火加热温度提高了约30~80℃； 在化学成分控制方面，本标准具有良好的操作 ZG16Cr5Mo、ZG16Cr9Mol、ZG10Cr9Mo1VNbN、 高温承压马氏体不锈钢和合金钢通用铸件热处理要求和室温力学性能 表3 Table 3 Heat treatment requirements and room temperature mechanical properties of general castings of high temperature pressurebearingmartensitic stainlesssteelandalloysteel 牌号 热处理状态 厚度 屈服强度 抗拉强度 伸长率 冲击吸收能量 正火或淬火温度/℃ 回火温度/ t/mm （≤） Rpo.2/MPa （≥) Rm/MPa A/% （≥） KV/J （) ZG19Mo 920~980 650~730 100 245 440~590 22 27 ZG17CrIMo 920~960 680~730 100 315 490~690 20 27 ZG17Cr2Mo1 930~970 680~740 150 400 590~740 18 40 ZG13MoCrV 950~1000 680~720 100 295 510~660 17 27 ZG17CrIMo1V 1020~1070 680~740 150 440 590~780 15 27 ZG16Cr5Mo 930~990 680~730 150 420 630~760 16 27 ZG16Cr9Mo1 960~1020 680~730 150 415 620~795 18 27 ZGIOCr9MoIVNbN 1040~1080 730~800 100 415 585~760 16 27 ZG12Cr9Mo1VNbN 1040~1090 730780 100 450 630750 16 35 ZG08Cr12NilMo 1000~1060 680~730 300 355 540~690 18 45 1000~1060 600~680 300 500 600~800 16 40 ZG06Cr13Ni4Mo 1000~1060 590~630 300 550 760~960 15 27 ZG23Cr12Mo1NiV 1030~1080 700~750 150 540 740~880 15 27 2022年第11期/第71卷 铸造 标准化 1952-2022 《铸造）创刊70周年 ZG12Cr9Mo1VNbN、ZG08Cr12Ni1Mo和 应进行焊后回火处理。铸件的焊补规范应符合表4规 ZG06Cr13Ni4Mo六种铸钢的合金元素加入量和加 定。 入种类明显增多，大大地提高了其淬透性，一般采 铸件焊补规范 表4 用正火处理就能保证其强度要求。为保证碳化物 Table4Specificationforweldingrepairofcastings 的充分溶解，正火加热温度大都在1000℃以上。 材料牌号 预热温度/℃*最高道间温度/℃焊后热处理/℃ ZG23Cr12Mo1NiV 中含碳量最高，加入的合金元素种 ZG19Mo 20~200 350 ≥650 类最多，为保证其高强度的要求，一般要进行淬火处 ZG17Cr1Mo 150~250 350 ≥650 理，加热温度提高到1030~1080℃，回火温度也比大 ZG17Cr2Mo1 150~250 350 ≥680 多数铸钢要高。 ZG13MoCrV 200~300 400 ≥680 ZG17CrIMo1V 200~300 400 ≥680 2.2.3 力学性能 ZG16Cr5Mo 150~250 350 650 高温承压马氏体不锈钢和合金钢通用铸件在室温 ZG16Cr9Mo1 200~300 350 ≥680 状态下的力学性能见表3。测试力学性能用的试样，应 ZG10Cr9Mo1VNbN200~300 350 不高于回火温度 取自与铸件同一批浇注并同炉热处理的单铸试块或附 ZG12Cr9Mo1VNbN200~300 350 不高于回火温度 铸试块。 ZG08Crl2Ni1Mo 100~200 350 不高于回火温度 高温承压铸钢既要求有良好的高温强度和与之 ZG06Cr13Ni4Mo 20~450 450 不高于回火温度 相适应的塑性，还要求具有较好的抗氧化性和耐腐蚀 ZG23Cr12Mo1NiV 100~200 300 不高于回火温度 性，并随着工作温度的提高，化学稳定性的要求会随 之提高。表3中明确规定了各牌号室温状态下的力学性 注：“预热温度涉及到几何尺寸、铸件的厚度和气候条件。 能最低值和范围。前六个牌号属于碳铬钢或铬钼钢， 铬和钼的加入量较低，热处理后其强度相对较低，抗 3 标准特点 氧化性和耐腐蚀性也较差，但其塑性和韧性较好，可 本标准在修改采用EN10213：2007《承压用钢铸 在温度不太高的工作条件下使用；一般来讲，铁素体 件》和美国ASTMA217/A217M-2012 《适用于高温设 耐热铸钢在高温条件下强度较低，作为结构材料使用 备的承压部件钢铸件、马氏体不锈钢和合金钢的标准 时需要慎重 规范》，并研究总结国内产品制造的实践基础上制定 7-9牌号铸钢属于9Cr-1Mo型耐热钢，铬的加入量 的，在技术内容上与之等效。在本标准制定前，EN 显著提高，并加入了一定的钒，使钢的高温强度大大 10213：2007《承压用钢铸件》标准更受行业认可，本 提高，韧性也较好。后三种牌号属于马氏体不锈钢， 标准与EN10213：2007《承压用钢铸件》标准在主要 热处理后具有较高的强度，且具有较高的化学稳定 技术内容上存在以下差异 性，虽然其塑性有所降低，但仍保持较高的韧性，可 （1）在规范性引用文件中增加了通用标准、铸钢 以承受更高温度和更高介质压力的冲击。 牌号、外观质量、铸件致密性、形状尺寸和公差等国 目前对耐热铸钢及合金钢的高温强度，无论是生 家标准要求； 产企业还是用户，一般都不具备检测条件，还缺乏这 （2）综合考虑国内熔炼技术改进、原材料中的 方面的数据支持，在标准附录 列出了12种牌号不同温 B S、P含量以及市场应用要求，并结合国外标准确定了 度下的最小屈服强度值作为参考。耐热铸钢及合金钢 有害元素S、P含量，高于目前国外标准平均水平，达 的使用寿命主要是由材质、工况条件以及铸造工艺等 到国外标准的先进水平； 因素决定的，在实际选用牌号时还应考虑环境、载荷 （3）为使标准具有更强的适用性，本标准对焊补 等实际使用条件回 工艺做出了建议性规定，未做强制性规定，具体操作 遵循市场要求，由用户和制造商协商决定焊补工艺。 2.2.4 铸件的焊补 近年来，国内在铸造高温承压马氏体不锈钢和合 本标准规定了焊补规范，允许焊补铸件缺陷，焊 金钢通用铸件方面取得了不少研究成果，制定本标准 补前须将铸件缺陷部位清理干净，焊补后应不影响铸 时除了参考国外标准化成果以外，主要借鉴了国内研 件的使用和外观质量。当焊接坡口（凹坑）深度超过 究成果，属于国际先进水平。 壁厚的40%或25mm （二者中取较小者），属于重大 焊补。重大焊补须经需方事先同意，并且应有施焊条 4 结束语 件、焊补位置和范围等记录。对重大焊补的铸件，均 本标准的制定建立了国内铸造高温承压马氏体不 1446 铸造 Vol.71No.112022 1952-2022 标准化 《铸造》创刊70周年 锈钢和合金钢通用铸件的标准体系，为我国特种行业 国内高温承压马氏体不锈钢和合金钢通用铸件应用性 承压部件高温承压马氏体不锈钢和合金钢通用铸件的 能提升和新产品开发，指导行业更大范围地实现特定 选材、制造、应用提供了参考和依据，必将有力促进 产品的国产化，普遍提升行业技术水平。 参考文献： 2007Steelcastingsforpressure purposes:EN10213[S].TheBritish Standards Institution,2016. [2] Standard specification for steel castings,martensitic stainless and alloy,for pressure-containing parts, suitable for high-temperature service:A217/A217M-02[S].ASTMInternational,2012. [3] 李云凯，薛云飞.金属材料学[M].3版.北京：北京理工大学出版社，2019. 刘正东.电站耐热材料的选择性强化设计与实践[M].北京：治金工业出版社，2017. ［4] [5] 赵勇桃.超超临界锅炉用P92钢的组织性能及应用[M].北京：治金工业出版社，2015. [6] 张寅，崔兰芳.GB/T8492一2014《一般用途耐热钢和合金铸件》国家标准解读[J].铸造，2016，65（7）：677-682. Interpretation of the National Standard GB/T 32255—2015 “General Martensitic Stainless Steel and Alloy Steel Castings Suitable for High Temperature and High Pressure Service LI Zhen-gang, CHU Kai-yu, YAO Shao-yong°, LIU Dong-xin? (1.Department of Mechanical Engineering North China Electric Power University, Baoding 071003, Hebei, China; 2. Hebei

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