压力容器材料的质量控制与监督检验

压力容器材料的质量控制与监督检验

压力容器是一种承受爆炸风险的特殊产品。一旦发生事故，它将影响无论大小，并将产生严重破坏。其中,选材不当、材料误用、材料缺陷等材料原因是造成压力容器设备事故的主要原因之一。加强制造过程中对材料的质量控制与监督检验,确保材料选用得当、材料质量过关,是保证压力容器产品质量的前提条件。本文以钢制压力容器为例,结合相关规范、标准,就压力容器制造过程中材料的监督检验浅谈几点看法。1材料质量说明书原代材料就材料质量证明书的形式而言,有两种情况可认证为材料质量证明书有效。1)材料质量证明书原件,其上盖有材料制造单位质量检验章;2)材料质量证明书复印件,其上有材料制造单位质量检验章复印章、材料供应单位检验公章原章及经办人章原章。2材料不合格u3000材料无合格材料的认定在审查材料时,应核对材料的执行标准,通常易存在如下问题:1)执行标准已废止。在材料标准新旧更替时,常会遇到材料质量证明书使用了已废止标准。例如,某压力容器制造单位2011年1月提供了1份欲下料的15CrMoR材质证明书,其执行标准为GB6654-1996。当时,国家质检总局特种设备安全监察局已就GB713-2008代替GB713-1997和GB6654-1996(含修改单)的问题先后下达了质检特函64号文和质检特函89号文,明确了标准过渡期截止至2010年11月30日,且过渡期之后不得采用GB6654-1996(含修改单)规定的材料。依此,监检员将该材料判定为不合格材料。对于类似现象,应注意相关文件对标准更替的具体要求,弄清楚对于旧标准材料的使用是“限制条件使用”还是“不得使用”,并严格把关旧标准材料的使用期限。2)执行标准与设计文件不符。同一牌号的材料可能对应多个材料标准,而对于某一特定产品来说,只有当材料标准符合设计文件要求时,该材料才能认定为合格的材料。例如,某设计图纸要求采用经正火处理的20钢管作为壳体接管,并执行GB9948标准,而制造单位却提供了GB/T8163的材料质量证明书,不符合设计文件的要求。监检员发现问题后,令其更换符合要求的材料用于制造。其实,就20钢管而言,GB150.2-2011中有三个标准——GB/T8163、GB9948、GB6479,均涉及该牌号,但三个标准的规定却有所不同。GB/T8163规定20钢管的使用状态是热轧,而GB9948和GB6479则规定为正火,所以,上述GB/T8163钢管的使用状态就无法满足设计上的“正火”要求。此外,在C含量的要求上,GB9948要严于GB6479;在检验项目上,GB9948增加了硬度试验;在组批原则上各个标准也有所不同。因此,监检员在审查材料时,应留意材料执行标准与设计文件的一致性。3)未达到相关标准对材料使用的限制条件。压力容器的相关标准对其材料的使用进行了一定的限制。例如:GB150.2-2011规定GB6479中外径不小于70mm,且壁厚不小于6.5mm的20和16Mn钢管,应进行0℃和-20℃的冲击试验,合格后方可使用。某制造单位的16Mn钢管,外径为114mm,壁厚为16mm,属于标准中限制条件使用的情况,而其质量证明书中,无-20℃的冲击试验数据,则制造单位应补做冲击试验,合格后方可用于压力容器制造。3材料关于回收、冷却、冷却的要求TSGR00004-2009《固定式压力容器监察规程》(以下简称《固容规》)和GB150.2-2011均要求标准抗拉强度下限值大于或者等于540MPa的低合金钢钢板应进行炉外精炼,即包括18MnMoNbR、13MnNiMoR、12Cr2Mo1VR、06Ni9DR、07MnMoVR、07MnNiVDR、07MnNiMoDR、12MnNiVR这八种材料。其中,12Cr2Mo1VR、06Ni9DR尚未列入材料标准,但依据GB150.2附录A,对于熔炼方法的要求,12Cr2Mo1VR应符合GB713,06Ni9DR应符合GB3531。各标准对于上述八种材料的熔炼方法的要求如表1所示。可见,18MnMoNbR、13MnNiMoR、12Cr2Mo1VR仅按照GB713的熔炼方法并不能符合《固容规》和GB150.2-2011对其炉外精炼的要求。因此,监检员在审查这类材料时,应注意查阅相关技术协议、技术条件对炉外精炼的具体要求,以确保其熔炼方法符合技术规范和标准的要求。4材料审查的判定对于化学成分的审查可分为熔炼分析和成品分析。熔炼分析表示同一炉(罐)钢液的平均化学成分,其结果应符合各材料相应的材料标准或技术条件。而成品分析主要用于验证化学成分,又称验证分析。由于钢液在结晶过程中产生元素的不均匀性分布(偏析),成品分析的成分值有时与熔炼分析的成分值不同[5、6]。在进行材料审查时,若设计文件对材料的化学成分做出了要求,则应依设计文件来判定;若设计文件无特殊要求,则应依材料标准来判定。当按照材料标准判定时,应特别注意成品分析的允许范围。国内材料标准所列出的通常是钢材熔炼分析的化学成分范围,而对于成品分析还需参照相关标准校对允许偏差,即当钢材的某一元素值超出材料标准范围时,并不能直接判断为不合格,而是要计算化学成分超标的上(或下)偏差值。若经计算偏差值未超出标准规定的允许偏差范围,则应判定为合格;反之,为不合格。例如,GB3531对于09MnNiDR中Ni含量的要求为0.30%~0.80%,而某制造单位的09MnNiDR材料,其Ni含量为0.25%,小于规定值0.30%。经计算,超出规定下限值0.05%。查GB/T222表1,Ni含量的下偏差允许值为0.05%,则该材料并未超标,应判定为合格。因此,检验员应认真校对材料成品的化学成分偏差值,既要严格把关,又要避免材料的浪费和不必要的经济损失。5材料不足的问题通常所说的材料复验,是指按炉号复验化学成分,按批号复验力学性能。依据《固容规》和GB150.4,应进行材料复验的情况有以下几种:1)采购的第III类压力容器用IV级锻件。IV级锻件的力学性能复验应逐个进行,其力学性能试样不允许在同批的其他锻件或检验锻坯上制取[7~9]。2)不能确定质量证明书真实性或者对性能和化学成分有怀疑的主要受压元件材料。例如,监检员发现某厂用于壳程接管(φ=290mm)的15CrMoR钢板标记不清,怀疑材料在使用上有以次充好、牌号混乱的可能。于是令其现场采用ARC-MET8000移动光谱仪复验材料化学成分,发现Mn、Cr、Mo含量均低于标准值。进一步按GB/T223的测定方法分析化学成分,其结果仍旧不合格。从而证实制造单位材料使用有误,责令其更换合格材料,消除了安全隐患。3)境外材料。GB150要求“用于制造主要受压元件的境外材料”要进行复验,而《固容规》的条款中并未局限于“主要受压元件”。因此在监检过程中,应从严把关,全面审查境外牌号材料的复验情况。4)用于制造主要受压元件的奥氏体型不锈钢开平板应按批复验力学性能。(整卷使用,头、中、尾各取一组试样;非整卷使用,在端部截取一组。)5)低温容器焊条应按批进行药皮含水量或熔覆金属扩散氢含量的复验。6)设计文件要求进行复验的材料。除按炉号复验化学成分,按批号复验力学性能外,还应留意设计文件是否提出了新的复验项目。例如:由于含Cr量为2%~3%的Cr-Mo钢(2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-0.3V、3Cr-1Mo、3Cr-1Mo-0.25V等)回火脆化倾向较为严重,设计文件往往要求对其复验回火脆性;再如,对抗氢钢要求进行抗氢诱导裂纹复验、对厚板要求进行厚度方向拉伸复验等。6材料合格的处理制造单位对受压元件的材料代用,应当事先取得原设计单位的书面批准。监检员应注意审查相关的书面批准文件。此外,还应注意以下问题:1)代用材料的执行标准。某些单位为了节省时间,仅写出了代用材料的牌号,却未写明其执行标准,使得在代用执行过程中出现盲目采购和混乱使用等现象。最终导致制造所使用的材料,与设计者的本意不相符,形成安全隐患。2)原有技术条件仍要执行。材料发生代用后,有些制造单位便对原有材料的设计要求不管不问,直接采用代用后的材料进行制造。例如,某设计温度为-20℃的压力容器,其壳体原设计采用24mm厚的Q245R钢板,并要求进行-20℃冲击试验。但由于库存需要,制造厂欲采用同为24mm厚的Q345R代料,然而其质量证明书中的冲击试验温度为0℃,且制造厂并未补做-20℃冲击试验。监检员发现后,要求其补做-20℃冲击试验,合格后方可代用。3)应注意代料后的特殊要求。材料代用后,为满足原设计要求,常会附加某些条件。例如,某制造单位欲采用Q345R钢板代替16Mn钢管做为壳体接管,各部门责任师会签意见均为“同意”。监检员审查代料单时提出,由于原图纸按接管设计,若采用钢板卷制,则相当于