关于316L不锈钢的镍含量在国标与ASTM 标准中差异问题的见解
区域供热2005.6期
关于316L不锈钢的镍含量
在国标与ASTM标准中差异问题的见解
青岛理工大学解鲁生
一304跟316不锈钢有什么区别
，问题的提出
某单位的波纹补偿器出现裂口，从各方
面分析发生事故的原因，对材质也取样送质
量监督检验部门检验.补偿器制造厂明确提
出材质是按ASTM标准的316L奥氏体不锈
钢.
检验部门按”GB1220—92”规定，认为
ASTM一316L对应于我国不锈钢牌号
00Crl7Nil4Mo2.成份分析结果按国标及
00Crl7Nil4Mo2牌号技术要求，各项成份除含
镍量外均合格.而含镍量按国标规定应为
12—15%，检验规定技术要求为11,85%一
15.15%，实测为11%，认为：材质不合格.也
有人提出材质不是316L而是316，因为
“GB1220—92”中规定0Cr17Ni12Mo2(对应于
316)的镍含量为10—14%.
另一种意见，则认为按ASTM标准的规
定316L的镍含量是10—14%，故材质应属合
格.ASTM标准及GB1220—92国标对316及
316L成分的规定列于下表l.
于是提出以下的问题:
(1)即使按国标Ni含量检测要求下限为
11.85%，仅差0.85%，是否对不锈钢的耐蚀
性产生明显的改变?
(2)我国原沿用ASTM标准，为什么修订
自己的标准时要将镍含量更改?而ASTM标
准为什么至今未改变?为什么国标对应3l6
的0Crl7Nil2Mo2的含Ni量仍与ASTM一
致?
二,300系列奥氏体不锈钢的成分定型
和改型
不锈钢的研制针对耐腐蚀的问题，但从
各种金属成分的含量来确定一种系列的钢
种，情况十分复杂，它不仅要满足耐蚀性的要
求，而且要同时考虑其它因素.例如，不锈钢
不仅要考虑耐腐蚀，而且要同时考虑其力学
性能，还要考虑提高切削性能，提高强度及抗
氧化性，降低敏化倾向等因素.而这些因素又
相互制约，常为了提高一种性能而要降低另
一
种性能，例如为了提高切削性能，就必须把
耐蚀性有所降低.
300系列奥氏体不锈钢是以铬(Cr)和镍
表1国标与ASTM标准不锈钢化学成分的规定(%)
标准牌号CSiM13PSNiCrM0
GB—l220OOCr17Ni14Mo2≤0.030≤1.00≤2.00≤0.035≤0.030l2一l5l6一l82—3 ASTM3l6L≤0.030≤1.00≤2.00≤0.045≤0.030l0一l4l6一l82—3
GB—l2200Crl7Ni2M02≤0.08≤1.00≤2.00≤0.035≤0.030l0一l4l6一l82—3
AS1M3l6≤0.08≤l00≤2.00≤0.045≤0.030l0一l4l6一l82—3
—
2一
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(Ni)为主体的材料，以”304(18/8)”为典型的
定型成分，即含Cr18%，含Ni8%.这种系列不
锈钢为了同时满足某些方面的特殊要求，如
提高切削性能；提高某些强度或抗氧化性；降
低敏化倾向等等，而改型为300系列的各种
牌号钢.以下仅阐述进一步提高耐蚀性为目
的的改型:
304增加抗点腐蚀性能降低敏化倾向
..
三，各种成分对性能的影响
钢铁中cr含量的增加都对抗点腐蚀和
抗晶问腐蚀有利.而Ni含量增加对奥氏体不
锈钢而言，在抗点腐蚀和抗晶间腐蚀方面也
都是有利的.Ni对抗氯化物应力腐蚀开裂的
能力也是肯定的.试验研究认为cr在12—
25%,Ni在10—25%时为最佳值.
冶炼过程中难免有微量的杂质混入.硅
(si)，锰(Mn)，磷(P)，硫(s)等杂质，一般而言
含量越少越有利；但也有个别成份含量有一
定的范围.如:P会加剧晶问腐蚀，最好
<0.01%,Mn也对抗晶问腐蚀不利;Si则在
<0.1%及>2%时不易发生晶问腐蚀;S则对
不锈钢抗氧化性能不利.
Cr及Ni的含量每增减l%，对性能的影
响不显着，但若在奥氏体不锈钢中加入2—4% 的钼(Mo)，就可以使其抗点蚀或抗缝隙腐蚀
性能得到极其明显的改善.304与316钢的区0.001
0.0001
.
j●
●.//
●●●l
0.0180.0260.034
0.0140.
0220.0300.038
碳含量(WT%)
图1碳含量对304L不锈钢腐蚀速度的影响一
22一
别就在于3l6是在304钢中增加了2—3%的Moo
不锈钢敏化，使钢材中的碳与铬化合成
碳化铬在晶界沉淀，造成贫铬，对抗晶间腐蚀或抗氯化物应力腐蚀开裂的性能非常有害. 因此，对敏化起着重要关键性元素是碳.
关于这方面的问题，早在1955年美国学
者J.J.heger和J.L.Hamilton(Corrosion,
V o1.11,P.22,1995)，就在650oC敏化处理2
小时的条件下，做了304不锈钢的碳含量对
腐蚀速度影响的试验研究，如图l所示.从图
可以看出当碳含量超过0.030%时，钢的腐蚀速度将急剧增加，因此低碳奥氏体不锈钢的
碳含量<o.03，这个规定至今仍沿用.
而ASTM316和316L的区别就在于前者
碳含量为0.08%，后者为0.03%(见表1).
四，各种牌号不锈钢成分标准的制定
成分标准的制定以试验研究结果为主要
依据，有时可以直接取用试验结果的数据，如上述低碳不锈钢碳含量定为≤0.03%.但往
往要对试验研究的结果还要分析研究来确定其数值，而不是直接采用.原因是:
(1)同样问题，可能由数位学者都进行过
试验研究，由于采用评定方法不同，或试验条件不同，往往得出的数值也不相同.并且有些试验条件和环境，与工程或生产实际情况不
完全相符.
(2)试验研究可以确定一个最佳值.但实
际工程情况复杂，标准采用的数值，只能是个
范围，否则无法执行标准.
(3)试验研究主要是从技术上出发，但制
订标准时还要考虑制造方法或加工手段的可
行性和经济性.例如:300系列奥氏体不锈钢
磷(P)含量最好<0.01%，但无论国标及
ASTM标准都定为≤0.035或≤0.045，可能
是达到P≤0.0l%工艺难以达到，或虽能达
到，但不经济.
正因为如此，各国制订相同的标准时分的规定.将此两表的数值与第三节所述内容对比，就可以了解试验数值与成
分规定的关系.
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五，为什么国标要将316L不锈钢的镍含
量提高
316L在ASTM标准中镍含量为10—14%,
而GB一1220中规定为12—15%，其原因何
在?为什么对316及304两个标准中Ni含量
均为10—14%没有变化?
316L要求将碳含量降到≤0.030%.钢中
的铬是增加碳在奥氏体中的溶解度；而镍是
降低碳在奥氏体中的溶解度，因此，成分的调
整必须使cr,Ni,c这三种元素含量之间取得
平衡.图2即为[美】Straass试验取得的不锈
表2国标0Crl8Ni9与ASTM304化学成分的规定(%)
标准牌号CSiMnPSNiCr
GB—l2200Crl8Ni9≤0.07≤1.00≤2.00≤0.035≤0.0308一lll7一l9 ASTM304≤0.08≤1.00≤2.00≤0.045≤0.0308一l0.5l8—20
钢铬，镍，碳三元素含量平衡图(V.Cihe1.Prot:
一
Met.V o1.4No.6P.565,1968)，它是在经
650~C敏化1小时，不呈现晶间腐蚀的三元素
含量平衡图.图的纵坐标是Cr含量，横坐标是
Ni的含量,C含量的坐标是一组斜线.当Cr
及M含量都为一定数值时，就可以得到一个
对应的C含量值.这个值是理论上可以达到
的值，实际上由于生产工艺条件的限制，很难
达到这个值.或者说要求C含量达0.030%
时，若由平衡图得到的值(都小于0.03%)与
0.030%差值越小，则要求生产工艺条件越
24
—
22
雪z.18
16
81012141618202224
Ni(P%)
图2不锈钢铬，镍，碳含量平衡图
高，越难以制造.
为使C含量达到0.030%，按ASTM标
准,316L钢的最不利工况是Cr=18%,
Ni=10%，此时三项平衡的C含量为图2中
A点，约为C=0.026%,AC=0.030%一
0.026%=0.004%.
若按GB一1220标准,Cr含量不变，仍为16—18%，而Ni含量由10—14%，提高到12—15%，则316L钢的最不利工况是Cr=18% 而Ni=12%，此时三项平衡的C含量为图2
中B点，约为C=0.022%,AC:0.030—
0.022%=0.008%.
从上述可以看出提高Ni的含量对降低c
含量的工艺有利.而316及304钢，由于C含量要求≤0.08(或≤0.07)%，即使在Cr=
18%,Ni=10%的条件下,AC值很大，不会在
生产工艺上发生困难，故在GB一1220中它们Ni含量仍为10—14%不变.
P的最佳值最好≤0.1%，但由于生产工
艺的限制ASTM标准中规定P≤0.045%，当1992年我国制订GB一1220时，若脱磷的工艺已提高很多，将磷含量改为≤0.035%，也
可以理解.
一
2了一
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六，我的见解及建议
(1)国标将316L钢的Ni含量提高是为
降低C含量的生产工艺创造较好的条件.316 及304钢含碳量较高，不存在这个问题，故Ni 含量不变.
(2)国标提高Ni含量不是为了提高钢的
耐蚀性，而300系列奥氏体不锈钢的定型镍
含量Ni=8%.ASTM标准中316L的Ni含量
都大于10%.因此,316L在两个标准中虽然
Ni含量有差异，但不会对钢的耐蚀性能产生
明显的改变.