2004版及2005增补ASME规范第II卷D篇介绍
Presentation of Edition 2004 and 2005 Addenda for ASME Code Section II, Part D(节选
韩肇俊Han Zhaojun
北京巴威公司用户服务部Service Customer Dept, Babcock & Wilcox Beijing Co., Ltd.

本文在对ASME锅炉及压力容器规范2004版第II卷的D篇(材料《性能》篇)自1995版到2004版及2005增补前、后四个版本的变更情况作简单回顾的基础上,对其最新版的三个分篇及两类附录的组成及其适用性做了讨论和归纳。然后,在对正文第1分篇前面六个常用应力表的排列方式、数据构成作介绍的基础上,通过举例着重说明查取材料应力值的方法;并对使用这些应力表时六个方面的应用注意事项做了补充说明。
Based on making a simple back review of four editions from Edition 1995 to Edition 2004 including 2005 Addenda issued July 1,2005 of ASME Code Section II, Part D-- Materials “Properties”, this paper gives a discussion and induction for the composition of the Part and its applicability of the three Subpart and the two kind of Appendix. Then, this paper was based on making of introducing of the organization and its data composing of 6 Stress Tables in common use at the front of the text of Subpart 1. Also, the paper has give a explain how to lookup a stress value of a special material at different temperatures by listed some practical examples, in addition to, this paper also gives a supplement explanation of the attention items at 6 aspects on use these Stress Tables.

ASME规范规范材料材料性能许用应力规范应用
ASME Code, Code materials, Material properties, Allowable stress, Code application.

1前言
        由CACI(ASME规范产品协作网)组织翻译的2004版ASME锅炉及压力容器规范的中译本,在去年的7-8月已由中国石化出版社完成了编辑及其出版工作。自从CACI 于1999年获得ASME的正式翻译许可权以来,2004版规范是继1998版和2001版之后的第三套中译本。
        ASME规范每三年改版一次,与规范的1998版和2001版相比,细心的读者很容易发现在2004版规范中,数第II卷的D篇在各卷册中变动最大。首先,英文版的D篇第一次同时发布了使用美国通用单位、即in.-lb英制单位的版本和使用国际单位、即SI(公制)单位的版本,读者可以根据需要自行选择订购。
        作为2004版ASME规范的中译本,考虑到国内读者及其应用上的需要,CACI翻译出版的是两个版本中的后者,也就是其中的公制版。与上两个版本中译本的另一个不同是:尽管英文版都是活页装订本,2004版第II卷D篇中译本不再采用活页装订方式,而根据多数读者的意见改用了合订本方式。
        2005年8月,就在中国石化出版社印发第1版2004版第II卷D篇中译本(书号:ISBN7-80164-180 -9/TK002)的同时,它的2005增补英文版已经发布,笔者和贺世华先生合作在去年底也已完成了第II卷A篇和D篇2005增补的翻译工作,相信很快就可以完成编辑出版工作及早与读者见面。
        以下对2004版第II卷D篇(公制版)内容及其构成,以及如何应用,即如何正确地查取应力值等数据的方法及其注意事项的介绍和评述,将结合标志记为‘A05’的2005增补发生的变动一并作介绍。

2对于第II卷D篇自1995版到2004版版本变动的简单回顾
        规范第II卷D篇“性能”篇,系从1995版开始单独成篇的,并且延续至今。在此之前,规范的各产品卷的适用材料及规范许可的应力值数据等原先是和产品卷在一起。这样的一种编排方式,直到目前还可以从ASME规范的B31.1和B31.3等系列标准上见到。
        对于建造锅炉及压力容器所用、并为规范许可使用的材料单独成篇,归于II-A篇之中;接着,又把这些规范许用材料的各种性能数据全部集中且单独构成为一个篇章,而归于II-D篇之中,这种特殊的编排方式无疑是ASME 规范的一大特色。对此,刚开始接触的使用者或许先会有些不习惯,然而,在熟悉之后就会体会到它的好处。
        具体而言,对于按常规设计方法在建造卷I 、卷III 和卷VIII-1产品受压元件的强度计算中所需用到的最大许用应力值S;和按应力分析设计方法对建造卷III 和卷VIII-2 产品受压元件的强度计算中所需用到的设计应力强度值Sm;在进行应力分析计算时所需用到的材料的物理性能数据;以及当受压元件承受外压时确定壳体厚度用的“外压图表”都被集中放在了第II卷D篇之中。
        总而言之,自从1995版开始,规范第II卷D篇“性能”篇一是单独成篇,二是它适用于各产品卷,无论是建造那一卷的ASME锅炉及压力容器规范产品,在做设计计算时都需从第II卷D篇里来查取所需的数据及资料。
(略)

3第II卷D篇正文三个分篇的构成
        第II卷D篇的正文由三个分篇组成,即第1分篇《应力表》、第2分篇《物理性能表》和第3分篇《外压作用下确定壳体厚度用线算图和线算图用表》。
        在按ASME锅炉及压力容器规范的某一卷适用的建造规程(含所适用的版本)建造产品的过程中,当对受内压元件计算所需厚度t或它可以承受的最大工作压力(MAWP)时,凡设计计算所需的最大许用应力值S或设计应力强度值Sm,以及不同温度下的抗拉强度值Su和屈服强度值Sy,应从D篇的第1分篇中查取。2004版及“A05”增补的第一分篇中共有11个应力表。
        对于作其他有关强度或稳定性计算时所需用到的诸如热膨胀系数α(瞬时的、平均以及线性的)、导热系数(TC)或热扩散系数(TD)、弹性模量E,乃至非铁基材料用的密度ρ、大约的熔融范围和在100℃下的比热C、泊松比以及刚性模量等物理性能数据,应从D篇的第2分篇中查取。2004版加“A05”增补该分篇中由表TE-1~ TE-5、表TCD、表TM-1~TM-5、表NF-1和表NF-2,共计13个物理性能表组成。
(略)

4第1分篇的组成及适用性
        与其他2个分篇相比,从数据量和页数来说,第1分篇的篇幅要大得多。11个应力表的总页数为664页,占全书的约80%至多,其中又以前面六个应力表的篇幅大得多,表1A、表1B、表2A、表2B、表3和表4共有423页,占第1分篇的约64%。不仅如此,有关材料在应用上的要求或注意事项也都集中在前面六个应力表之中。所以有关应力表格的查阅技巧主要是针对前面的六个表格。
4.1第1分篇的组成
(略)
4.2前面六个应力表的适用性:
        前面六个应力值表格,具体为表1A、表1B、表2A、表2B、表3和表4。表格编号中的后辍字母‘A’代表适用于铁基材料,字母‘B’,则代表适用于非铁基材料。对于这六个应力表的适用性,可以整理为如下表所示:
表1六个应力表的数据性质及所适用的建造产品(略)
4.3第1分篇其他五个应力表的适用性
        这里,第1分篇“应力表”的其他五个应力表系指:表U、表U-2、表Y-1、表Y-2和表Y-3。关于这些应力表的适用性,可以整理为如表2所示。如表列所示,表U-2和表Y-2由于数据量少,所以其篇幅相当小,都只有一页。 在这五个应力表中,其中的表U和表U-2两个为抗拉强度值表格,后者仅适用于第VIII 卷,第3册《高压容器建造规则》,且只有1Cr-0.25Si-V铁基线材的数据。然而,在同样适用于第VIII 卷,第3册《高压容器建造规则》的表Y-3中,却列出了包括非铁基材料在内的多种材料的屈服强度数据。
        这五个应力表是由于第1分篇的篇目称为‘应力表’的缘故,所以,才统称为应力表的,如果是沿用国内的通常称呼,这五个应力表(表U、表U-2、表Y-1、表Y-2和表Y-3)理应被改称为是:材料的“力学性能表”。
表2其他五个应力表的数据性质及所适用的建造产品(略)

5前六个应力表的排列及列出数据
        2004版加2005增补的D篇,在“第1分篇”中给出的11个应力表中,相对于后五个应力表而言,前面六个应力表,即表1A、表1B、表2A、表2B、表3和表4尤其重要,因为在这六个表中列出的S或Sm是设计计算过程中必不可少的主要依据数值。
        这六个应力表的排列方式基本一致,并且具有如下的特点:
(略)

6前六个应力表的查阅方法及注意事项
        为了进一步说明这前面六个真正意义上的“应力表”的查阅方法,易说明白的方法只有结合若干具体材料来举例说明。笔者在下面就查阅方法所做的说明,只有部分内容是按笔者的使用体会,而更多的是依据:2004版的原“非强制性附录B 《在应力表和在力学性能和物理性能表中查找材料》”,也就是在2005增补中被移到了接在规范的“政策说明”之后的这一份“《查找材料的导则(简称,下同。)》”,以及列在2004版D篇第1分篇“应力表”表格之前的“前言《关于应力表中提供资料的政策声明》”。
6.1具体材料举例
        翻开2004版的第2-3页,在表1A该两页的“行号”31和32行上,可以见到两行SA-285标准的级别为“B”级别的碳钢板,以下对该应力表查阅方法的说明即取该材料为例。由于第1分篇前面六个应力表的排列方式及列出的数据项都是基本一致的,所以,有关查取数据方法的说明具有代表性,同样可以供查取其他各应力表时参考。
        两行SA-285 B级碳钢板,被列在第2页上的“合金代号及UNS编号”均为“K02200”;“P-No号”和“组号”分别为1和1;被列在组号之后第3页上的各项数据包括:最低Su和最低Sy;适用性和最高温度界限;外压图表号和注解。被列在第2页上的数据如下表所示:
表3列在应力表中的SA-285 B级碳钢板的部分数据(2004版中译本,第3页)(略)
(略)
6.2其他需补充说明和须加注意事项
        其他需要补充说明和须加注意的事项,如下:
        1)关于“强制性”划分的补充说明。(略)
        2)关于“公称成分”划分的补充说明。(略)
        3)关于“制品型式”即材料类别划分的补充说明。(略)
        4)关于“类别和状态”划分的补充说明。(略)
        5)关于注解的补充说明。(略)
        6)最后是关于所谓“新材料”的应力值和性能数据的问题。(略)

7关于强制性附录1和2及“A05”增补变更的说明
        在强制性附录中,附录1和2尤为重要,因为它们分别给出了确定应力表中的S和Sm值的根据。在这一次的“A05”增补中变更较大的是附录2中的表2-100(a),它被修改为了如下表所示:
表2-100(a)确定表2A、表2B、表3和表4中设计应力强度值的准则A05(略)
        新修订的表格中,在“高于室温”的栏目下列出的计算式与之前版本该表所列出的计算式相同,而没有列在了“等于和低于室温”栏目的两个计算式。按照新修订表给出的准则,在“等于和低于室温”的工作条件下,以对锻轧件和铸件为例,其设计应力强度值Sm只需取室温条件下的抗拉强度值ST的三分之一和其屈服强度值Sy的三分之二,并取两者中的较小值即可。 显然,对确定表2A、表2B、表3和表4中设计应力强度值Sm而言,这一次的增补修订十分必要和更加合理。
        此外,“A05”还对附录1的表1-100和附录2的表2-100(b)也作了修订,在页边增加增补标志的同时,与这里列出的表2-100(a)一样,将表头顶栏的标题由原为“低于室温”和“等于和高于室温”改为了:“等于和低于室温”以及“高于室温”。其修订理由是在给出的这些准则里,只有在高于室温的条件下,才需要与比值系数RT及Ry相乘。

8关于非强制性附录A“A05”增补新增A-250小节的说明
        在这一份附录中,2004版从A-310到A-370依次为:《组织》、《晶间腐蚀》、《应力腐蚀裂纹》、《σ相脆化》、《奥氏体铬-镍钢的热处理》、《475℃脆化》和《奥氏体材料的冷成形》。2005增补中新增加的一个小节是:A-250 《低合金钢的回火脆性》。

9结束语
        以上是对第II卷D篇2004版及2005增补的变动情况、最新版的章节组成、适用性、如何应用及其注意事项的说明和探讨。由于D篇的篇幅浩大,所涉及到的问题也非常广泛,客观上没有可能对每一细节加以说明。如有不当之处,请本刊的读者不吝赐教
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