用于换热器管板的SA350 LF2与SA765 Gr.2材料对比

李 玮

用于换热器管板的SA350 LF2与SA765 Gr.2材料对比

李 玮

（中石化南京工程有限公司，江苏 南京 211100）

根据ASMEⅡA篇的规定和实际工程应用，SA350 LF2和SA765 Gr.2锻件材料均可以用于制造的换热器管板，通过比较两种材料在适用范围、化学成分、热处理状态、力学性能试验要求等方面的差异，指出SA350 LF2适用于工作压力不高的中小型换热器管板材料，而SA765 Gr.2多用于工作压力较高、环境苛刻的大中型换热器管板材料。

ASME；管板材料；化学成分；力学性能试验

管壳式换热器，由于具有适应高温高压、工作可靠、处理量大、选材范围广、制造简单、生产成本低、清洗检修方便等优点，在石化、石油、能源等行业中一直处于主导地位。而管板是管壳式换热器的重要受压元件，其制造成本有时可占据整个换热器成本的30%甚至更高，因此正确合理地设计管板具有非常重要的意义。

由于管板不仅要承受类似圆平板的轴向均布载荷，还要承受换热管孔的削弱作用，对于兼做法兰的换热器管板，还要承受周向均布螺栓弯矩带来的弯曲应力。因此，管板从总体上看，可以按照平板理论分析，但实际上远比受均布载荷的圆平板要复杂得多。这就给管板在材料选择方面提出了更严苛的要求，它不仅与管壳程的设计温度、设计压力有关，还与管壳程介质的性质有关。

在实际工程应用中，SA350 LF2与SA 765 Gr.2钢锻件都是换热器管板的常用材质。本文将从以下几个方面探讨碳钢与低合金钢锻件SA350 LF2与SA 765 Gr.2在换热器管板选择中的应用。

1 适用范围

ASMEⅡA 已经规定了两种材料的适用范围，其中SA765一章在适用范围方面指明了可以用于管板、锻制管箱、平盖封头、锻件管及其法兰，而SA350则明确适用于锻制配件、法兰以及阀门。尽管如此，在实际工程项目中，SA765与SA350均有换热器管板的成功使用经验，相对标准的适用范围有所扩大。

两种材料在适用范围方面的另一个区别在于，SA765须材料强制热处理以达到韧性要求，而SA350没有对热处理的强制要求，但明确可用于低温环境。

2 化学成分

材料的化学组成是决定材料力学性能、物理性能、化学性能、焊接性能、耐腐蚀性能的主要因素，SA350 LF2与SA 765 Gr.2都属于低合金钢锻件，不同合金元素对其性能影响也有差异，表1列出了低合金钢主要合金元素对材料性能的影响。

表1 不同合金元素对材料性能的影响

根据ASMEⅡA提供的数据，比较SA350 LF2与SA 765 Gr.2的成分，见表2。从表2中不难看出，二者在碳、锰、硅元素方面相差无几，最主要的区别在于硫、磷等有害元素的质量分数上，SA 765 Gr.2明显低于SA350 LF2，因此在实际应用中可以表现出更好的焊接性能、防止低温脆断及热加工裂纹的性能。

表2 不同合金元素对材料性能的影响

3 热处理状态

SA350 LF2与SA765 Gr.2在ASME不同章节给出了材料使用热处理状态，用户可以根据需要选择正火加回火、二次正火加回火、淬火加回火等不同热处理状态的材料，其中二次回火的奥氏体化温度应不超过一次正火，回火温度为590 ℃。

不同之处在于SA765 Gr.2额外给出了临界区热处理状态，临界区热处理主要用于大型设备的主要承载部件，可以有效提高材料的综合力学性能，对于锻造过热和正火过程非常容易出现混晶材料，有非常明显的改善作用，同时可以细化晶粒尺寸。

4 力学性能试验

对于SA765 Gr.2锻件材料，ASME规范提出了拉伸试验要求和低温冲击试验要求。拉伸试验对材料的抗拉强度（70~95 MPa）、屈服强度（250 MPa）、断后伸长率（22%）和截面收缩率（30%）提出了明确要求。对于冲击试验，标准明确要求采用夏比V形缺口冲击试验，规定了冲击试验温度（-46 ℃）、单个试样最小吸收能量指标（16 J）以及3个试样的平均吸收能量指标（20 J）。此外对于取样数量和取样位置也做出了规定。SA765 Gr.2的拉伸试验与低温冲击试验根据锻件厚度和重量采用了4种不同的取样方法（见表3），并在补充要求中提出了模拟后续制造过程中的焊后热处理，笔者认为这一补充要求对于设备的特殊部件和结构更有针对性，可以避免设备在后续加工制造过程中出现材料缺陷，加工质量得到了有效保证。

对于SA350 LF2锻件材料，ASME规范在拉伸试验和低温冲击试验的要求方面，同样提出了相应的指标参数，且在数值上与SA765 Gr.2完全一致，主要区别在于SA350 LF2锻件试样按照试样尺寸有6种方法（见表3），由此不难看出SA765 Gr.2在锻件适用的厚度范围要比SA350 LF2更广。SA350 LF2也并未在补充要求中提出关于模拟后处理的要求，但其额外增加了硬度试验，要求对每批至少2个锻件（当仅生产1个锻件时除外）进行硬度测试，要求硬度值不大于197 HB，需要指出的是硬度试验无需取样，直接在产品上测试，但硬度测试须要保证不会使锻件失效。

SA350 LF2锻件材料允许采用小尺寸试样进行试验，为了修正小尺寸试样相对于标准试样的差值，规定了更小的试验温度和相应的最小吸收能量指标。笔者认为这一要求使得机械试验具有更强的可操作性，能够适应小尺寸部件的试验需求。

表3 SA350 LF2和SA765 Gr.2取样方法对比

5 结 论

综上所述，对于公称直径较大、介质腐蚀性较高、压力较高的换热器，管板厚度往往超过100 mm，管板内部容易出现缺陷，而SA765 Gr.2锻件材料要求晶粒度不大于5，从化学成分上考虑具有更好的低温防脆断能力和高温加工性能，可以有效保证换热器管板的强度、刚度和良好的焊接要求。因此许多国外大型炼厂会在工程规定中强制要求换热器管板应采用SA765 Gr.2，也从侧面说明了SA765 Gr.2相比SA350 LF2在应用于换热器管板时具有更佳的性能。而SA350 LF2可以用于一般场合，更适合应用于碳钢和不锈钢接管及法兰锻件材料。

[1] SA350/SA350M.Specification for carbon and low-alloy steel forgings, requiring notch toughness testing for piping components [S]. ASME BPVCⅡA. 2017.

[2] SA765/SA765M.Specification for carbon steel and low-alloy steel pressure-vessel-component forgings with mandatory toughness requirements [S]. ASME BPVCⅡA. 2017.

[3] 丁伯民. ASMEⅧ 压力容器规范分析 [M]. 北京：化学工业出版社，2014.

[4] 王国璋. 压力容器设计实用手册 [M]. 北京：中国石化出版社. 2013.4.

[5] 张建亮，张永振，彭艳，等. 大型筒节台阶式临界区正火热处理工艺 [J]. 2015（8）：65-70 .

Comparison of SA350 LF2 and SA765 Gr.2 Materials for Heat Exchanger Tube Sheet

（Sinopec Nanjing Engineering & Construction Co., Ltd., Nanjing Jiangsu 211100, China）

According to ASME Ⅱ part A and practical engineering application, SA350 LF2 and SA765 Gr.2 forging materials can be used to manufacture tube sheet of heat exchanger. By comparing the differences between the two materials in application scope, chemical composition, heat treatment state, mechanical property test requirements, etc., it was pointed out that SA350 LF2 is suitable for tube sheet of medium and small sized heat exchanger with low working pressure, while SA765 Gr.2 is mainly used in large and medium-sized heat exchanger tube sheet materials with high working pressure and harsh environment.

ASME; Tube sheet material; Chemical composition; Mechanical property test

2020-04-20

李玮（1987-），男，工程师，硕士，陕西省延安市人，2012年毕业于北京化工大学机械工程专业，研究方向：压力容器设计。

TQ050.4+1

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1004-0935（2020）09-1105-03