关于ASME材料应用的若干问题

关于ASME材料应用的若干问题韩肇俊北京巴布料克威尔科克斯有限公司 北京 ) 笔者在日常工作中，接触到我国锅炉及压力容器制造行业关于ASME材料应用的若干问题，这些问题的正确理解对行业中关于ASME材料应用具有普遍意义，笔者为此作了归纳整理，以期对本刊的读者有所帮助。 此外，需要附带说明的是：本文无意对ASME规范的第卷的各篇的版本变动作讨论，在对问题的理解过程中-般是以当时适用的版本为准。l应用非ASME材料如何符合ASME规范的要求，具体怎么操作?（卷I，-10材料，非ASME材料的认同使用） 1)从2001年版的规范起，在它的第卷的A篇铁基材料、B篇非铁基材料、C篇焊接材料和D篇性能，4篇共同的“序言”中，有以下的-段说明文字：“1992年，ASME的压力技术规范及标准局认可了将非ASTM标准材料(注：如果符合相应ASME材料标准的要求，即可成为ASME材料，下同。)用于锅炉及压力容器规范的用途，其意图在于遵循当前通用的程序和实践上，以实现采用非ASME的材料。”这-段说明性文字是在自1998年版起发布的ASME规范中，有关采用非ASMEASTM材料的最为明朗的描述。 2)自1995年版起，在ASME规范的卷I和卷-1新增加TPG-10和UG-10节的规定，这2节的题目为：“按本卷未允许的材料标准认同或生产的材料，以及未全面认同的材料”。所以，所谓的“非ASME材料要符合AsME规范的要求”，要严格地按规范的要求去做。此外，请注意按PG-10和UG-10这2节，只要是按“按本卷不允许的材料标准生产或认同的材料”及“未全面认同的材料”就是所谓的“非ASME材料”。 对于ASME规范的钢印产品，如何按这2节的规定使得“非ASME材料”能够被使用的问题，-方面所有的结果及质量证明文件需要得到授权检验师的认可或签字批准，另-方面具体操作时也应该得到其指导。 3)卷I和卷-1的PG-10和UG-10节规定完全-致。应用时，首先要注意PG-10和UG-10节规定对于“单-批量”、“特定批量”和“每-件”而言，具体做法及要求都是不同的。 以卷I的PG-10的规定为例，其中只有对“按本卷未允许使用的材料标准认同的材料，或按本卷允许使用的某-材料标准规定的化学成分采购并按该材料标准规定的单-批量进行认同的材料”才允许由锅炉或部件制造厂以外的组织出具复验合格证明、并进行认同。而对于“特定批量”和“每-件”都“不允许由锅炉或部件制造厂以外的组织出具复验合格证明、并进行认同”。 当产品为ASME钢印产品时，目前国内的做法是：制造厂自己按后2种情况进行化学分析和力学性能试验合格后、认同为相当于某-种ASME材料，并在材料上作出相应的材料标志。但这种情况下仍需要编制1份“NR(不一致性报告)”，按不-致性报告的处理程序办，并需得到授权检验师的同意。4)另外，在1998年版ASME规范的第卷中，新纳入了加拿大的SACSA-G4021 38W结构钢板和欧洲的SAENl0028(原德国的DIN-17155)压力容器用钢板；而在2004年最新版的第卷中，又新纳入了澳大利亚的SAAS 1548压力设备用钢板，日本的SAJISG3118压力容器用碳素钢钢板以及欧洲的SAEN10028-3压力容器用钢板。只要得到了ASME规范委员会的批准认可，这些材料就已经不再是非ASME材料。2对容器钢板，ASME授权检验师如何从随机文件进行确认?对由钢厂进行热处理的钢板在经锅炉压力容器制造厂加工后，能否查看出制造厂所做的热处理状态?(卷I，-1。材料，容器用钢板的确认) 1)对容器钢板授权检验师在进行确认或检验工作时，将审查材料的采购单，采购合同文件，钢板的质量证书，材料的标志以及材料标志的移植情况等；对于受压件使用的容器钢板，在制造厂的材料检验人员按本制造厂的质量保证体系关于对于材料管理的验收要求检验合格、并在由制造厂的材料检验员签了字的质量证书上，签字认可。2)凡是按ASME第卷SA-20压力容器钢板材料通用标准采购的钢板，钢板的表面-定打上按照标准要求的、有关热处理状态的钢印文字，对由钢厂进行热处理的钢板打MT，制造厂加工后，需要检查热处理的记录来查看出制造厂所做的热处理状态。3持ASMESDTIV授权认证的锅炉压力容器制造厂对供货方，特别是对材料，采购部件，安全附件如何控制?(卷I，-1。材料。采购部件，安全附件) 1)对于材料，特别是受压件用的材料进行材料管理是按ASME规范进行质量管理的16个质量要素中的-个很重要的方面。不仅是材料，国内外有很多锅炉和压力容器制造厂对材料，采购部件和安全附件的分供方都采用进行质量评审的办法，并在质量保证体系文件中作出具体的规定；同时，还制订分供方合格评审程序，按该程序的规定对分供方及其产品进行评审。凡是评审合格的分供方列入合格的分供方厂商名单，只有被列入名单的供货厂商的产品才允许采购。 2)德国的TOY，对于受压件用的材料进行材料管理可以说是ELASME规范的要求还要严格，它要求生产材料的钢厂也要得至UTOV的认可，并持有认司证书。4在采购ASME材料时，编制和执行材料采购规范的必要性。(卷I，-1。材料，采购规范) 1)国外多数的制造厂对于锅炉和压力容器受压件所用材料的采购，通常是通过编制相应的材料采购规范，明确材料采购的要求并对其进行控制的。在国外分包工程中，有时由发包方在世界范围内采购ASME材料而采用带料加工的方式，在材料清单文件中，就常常注明采购材料所适用的采购规范文本号，或者是注明反映某-具体检验要求(例如做哪-种无损检验及检验合格要求)的采购规范分项要求的文本号。 2)ASME规范对于受压件材料的采购，要求必须按照针对ASME规范产品制订的“质量保证体系”及质量保证文件进行。3)当然，受压件材料的采购还必须符合ASME第卷材料标准中订货须知以及产品设计性能的要求。例如采购SA-299容器钢板，如果厚度较小、并只是作为结构件使用，那么为了降低原材料的采购成本，就不应该太复杂，相反如果用作重要受压元件，比如亚临界锅炉的汽包用，则会指定很多条在SA-299和SA-20中的补充要求。5 SA-675要求力学性能特殊质量热加工碳钢棒钢标准中，为什么只对P，S含量作了规定，对其他化学成分未作规定?(卷I。-10化学成分不全) 首先，应注意SA-675标准的第1节适用范围下的第11条规定了：本标准适用于有力学性能要求和供-般结构应用的，特殊质量热锻轧加工碳素钢棒钢和棒形型钢。依照该标准生产的棒钢按最低极限抗拉强度由45ksi到90ksi(310MPa620MPa)共分为9个强度等级供货，在美国工程应用中的用途之-是用它来加工锅炉的顶部吊杆。的确，SA-675材料标准只对部分元素，其中包括P、S、Cu和Pb作了规定值，而并不是对全部成分作出规定。但是，它对于力学性能却有着明确的规定(见表2，表3)。这就是该标准的题目中要求力学性能、以及所谓特殊质量的含义。 另外，SA-675标准的第7节“化学成分”的74穿规定：即使由于棒钢的直径较小，而按第8112条刁做拉伸试验时，钢厂也应做到：“应采用与要求的歹学性能相-致的化学成分”。也就是强调要保证士学性能。 二实际上，在ASME第卷的材料标准中还有若干材料及标准也如此。标准作这样的规定，并不限制采购方在采购材料时，通过与钢厂协商对钢材的化学成分作出补充规定，以及在材料的“采购规范以及合同中作为附加要求。6可否获得像T23P23$11Super304H等新钢种的高温强度数据?或者，如何从ASME规范给出的许用应力来推算?(卷I，材料。高温蠕变断裂强度数据) 首先，对于由ASME批准认可的新钢种总是先被纳入到规范案例之中，例如，在2001年版的规范案例中，像T23P23和Super304H就已经分别被批准作为(CC-2199-1和CC-23282份规范案例材料来使用。在规范案例中，将给出材料的最大许用应力值。 规范案例CC2199-1III前面-个规范案例，由于它除了适用于管子外，还适用于公称管、锻件和钢板，所以，按产品型式给出了2套许用应力值。后-个规范案例CC-2328，对于Super304H钢目前只批准了无缝管子，所以仅有对于无缝管子的数据。由于被收在规范案例中的材料，没有列出在ASME规范的第卷的D性能篇中，因此，即便是高温抗拉强度和高温屈服强度也没有数据可查。换言之，如果为了开发或研究目的需要这些数据，除了从新钢种的开发商获得数据以外，只能是从规范案例中发布的许用应力数据来推算它们的高温强度数据。 以下给出的是Et本三菱重工于1996年4月15日，提交给ASMEB&PVC的第卷材料委员会的1份关于规范案例CC2179-1的9Cr2W V Nbf即T92P92)材料的报告。从这份报告可以清楚地看到对于该钢种许用应力值是如何定出的。 同时，还可以看出在蠕变温度以上的温度范围内，当许用应力值按第卷的D篇确定许用应力的准则中的规定是由其蠕变-断裂强度确定时，它取决于高温蠕变-断裂强度的平均值、并乘以系数067(即115，也就是取安全系数等于150。)得出。所以，当从规范案例查知各个温度下的许用应力值后，其高温蠕变-断裂强度的平均值就应该用它除以系数067来得出。这样的推算方法，可以从大量有关研究报告得到证实。以报告中的1000。F(638)温度下的许用应力值为136ksi(94MPa)为例，其SRavg，即蠕变断裂强度的平均值应为：136 ksi067=203 ksi(140MPa)。 笔者曾经根据欧洲Vallourec&Mannesmann Tube公司提供的关T23NT24钢(tube)的强度及许用应力数据做过类似的推算，所得到的数据也完全吻合上述的推算方法。7锅炉用高温材料要求有足够高的高温持久强度，而焊接工艺评定只检查常温力学性能，是否不充分?(卷I。焊接，高温性能) 对于耐热钢，不锈钢，除了常温力学性能要求外，还要求有足够高的高温持久强度，以及耐腐蚀，抗氧化和高温稳定性。对于这些钢的焊接，焊接材料的开发和选择要做-系列的试验研究，并需要将试验数据报告ASME委员会。ASME第卷的D篇的附录5规定：“如果需要包括性能随时间变化的温度，则应按100。F或50。C温度间隔提供母材及相应焊缝金属和焊件的蠕变速率和蠕变断裂强度数据直到最高预定使用温度以上100T或50。C的温度。”也就是，焊接材料的开发和选择要做到其化学成分的设计能满足设计对焊接接头性能要求的需要。这就是焊接工艺评定之所以有对焊缝金属化学成分的要求的原因。焊接工艺评定不同于焊接工艺试验的全部。有的项目例如可焊性试验，耐腐蚀，抗氧化性能试验等都不属于焊接工艺评定的内容。特殊情况外，制造厂进行的焊接工艺评定不可能也不必要进行抗高温蠕变断裂试验，此类型试验由钢厂及焊接材料工厂进行。8 2001年版ASME规范案例中批准认可了哪些新钢种?有哪些钢材型式?(卷I。材料，规范案例，新型耐热钢，新钢种)在2001版ASME规范案例集中共列出了61个关于第1卷动力锅炉规范的案例，半数以上是对于材料及其使用规定的案例。其中，包括下列适合于锅炉高温受压件用的5种铁素体耐热钢和4种奥氏体耐热钢铁基材料。ASME规范案例集在出版时按规范案例号的顺序排列，但是，1在题名索引中却并没有顺序排列，而且，并不列出材料的牌号或钢号。因此，对于-般读者，的确很难于查阅。为了便于读者查对，按材料的类别和制品型式汇总(见表1)。汇总表中按制品型式所列出的钢号，有个别钢号还没有出现在规范的ASME第卷的材料标准中，而已经在ASTM，即美国的材料及材料试验协会的2001年最新版的材料标准中纳入。表1新钢种获得ASME规范的认可情况规范案例制品型式所列出名义成分ASME规范案例ASME批准日期管子(SA-2131管子(SA-335)锻件(SA-1821钢板(SA-3871新型铁素体耐热刚：2.25Cr-1.6W-V-CbCC 2199-11999.5.4T23(HCM2S)P23F23Gr23-CC-T24(7CrMoVTiB 10-10)NANANA9Cr-lMo-VCC21921999.7.10适用于SA-217铸件和SA-426铸造公称管9Cr-2WCC2179-31999.10.29T92(NF61 61P92F929Cr-1Mo-1W-CbCC23272000.5.2T91 I(X1 1CrMoWVNb9-1-1)P9llF91lGr91112Cr-2WCC 2180-21999.5.4T122(HCMl2A)P122F122Gr122新型奥氏体耐热钢：18Cr-9Ni-3Cu-Cb-N(UNSS30432)CC23282000.3.6UNSS30432(Super304H1NANANA18Cr-10Ni-Nb(-)CC2159-22000.3.6TP347HFGNANANA21Cr-11Ni-N(UNsS30815)CC2033-21998.3.5UNSS30815(253MA)同左同左同左25Cr-20Ni-Cb-N(UNSSCC2115-12000.2.7TP310HCbN(HR3C)NANANA注：(1)本表中的第二行，T24管子已经纳入到AsTMA213，A213M-2001标准，目前还没有发布规范案例。 (2)在管子的钢号下列出的为开发商命名的钢种牌号。9在ASME规范第卷的材料标准中有无225Cr-1Mo-V的钢材制品o(卷I。材料，耐热钢) 在SA-832SA-832M压力容器用铬-钼-钒合金钢板中，有级别号为“T22V”的225Cr-1Mo-V铬-钼-钒合金钢板。另外，在SA-182，SA-336等锻件标准中，有级别号为“F22V”的锻件用225Cr-1Mo-V铬-钼-钒合金钢。但是，在SA-213和SA-335的管子和公称管标准中，可能是因为钢种已经较多、以及还没有用户要求使用此类钢种的缘故，所以，并没有相应的钢种。10已经制造完成的锅炉，检验时发现存在材料缺陷，整个处理过程应该如何进行确认。(卷I，。焊接。材料缺陷) 已经制造完成的锅炉当发现存在材料缺陷时，按卷I的PG-78“材料缺陷的修补”和PW-40“焊接缺陷的返修”的规定，可以由制造厂或者得至UASME“R”钢印授权认证的工厂及安装公司进行材料缺陷的修补；但如果是打ASME规范标志钢印的产品，凡是原材料缺陷的焊接修补其修补范围和所采用的修补方法在修补前应取得授权检验师的批准。有关NDE，PQR，WPS和焊后热处理等应该按PW-40“焊接缺陷的返修”的规定进行。11关于英国生产、焊接P91管道和T91管子用的9MV-N*fl 9CrMoV-N材料如何验收?(卷I，IX。焊接，P91和T91管子用焊材） 1)英国生产、焊接P91管道和r1191管子用的9MV-N和9CrMoV-N材料，并没有被纳入到AsME的范的第1I卷的c篇之中。日本和德国都各自开发了适合于焊接P91管道和T91管子用的焊接材料，并有厂家自己命名的焊材牌号，无论是在规范的第1和第-1卷以及第卷中也都没有被列入。 2)在ASME规范的第卷的C篇中，适合于焊接P91管道和T9l管子的焊接材料列在该篇SFA55低合金钢药皮焊条标准中的：E9015E9016E9018-B9焊条以及SFA528低合金钢气体保护焊用焊丝和填充丝标准中的：ER90SB9焊丝。 3)在1998年版ASME规范的第卷C篇的SFA 55低合金钢药皮焊条标准中给出了这些焊接材料的化学成分(见表2)。C Mn Si P S Ni Cr Mo V CU Al Nb N O08-O，l1.250.300.01O011.0 8O10.50.85 1.200.15 0.30O25 0.04O02 0.100.02 0.07 4)焊接材料的选用，从ASME规范产品应用的角度出发，首先需要考虑的是：要按规范的第卷做焊接工艺规程和焊工技能评定。也就是说，焊接工艺评定能否合格是关键所在。如果提问所述的2种英国生产焊接材料的化学成分符合上表给出的限制值，同时焊接工艺评定也能合格，应该是可以合格验收并批准使用的。12关于进行钢管检验时，对执；TASME规范，第卷SA-213SA-213M标准如何理解?(卷。SA-213SA-213M标准，钢管检验) SA-213SA-213M标准的相关条文内容为： 95101对于产生大于等于由参考标准试件所产生的最低信号的钢管应加以识别，并和合格验收钢管分离开。产生这些信号的部位可以再次检验。 95102如果由缺陷产生的信号不能被辨认或者它们是由裂纹或者类似于裂纹的缺陷产生的信号，则这些钢管应予拒收。 95103如果试验信号是由以下可见缺陷所产生 实际工作中所产生的问题是：95102章节中所指缺陷信号是指95101中描述的超过“最低信号”的缺陷还是指所有的超声波检测时发现的缺陷波?如果是指所有的缺陷波，在实际操作中，可能存在大量的缺陷波，而目前又没有太好的方法杰行辨认其缺陷性质，那么如何进行材料的验收? 在钢厂出厂检验时，是否也对没有超过9510条中描述的“最低信号”的缺陷进行辨认和处理? 1)关于第卷SA-213SA-213M标准的理解，首先，要提请