关于ASME材料应用的专家问答
北京巴威公司工程部 韩肇俊

卷I, VIII-1,材料 --- 哈锅等单位
提问:非ASME材料要符合ASME规范的要求,应办哪些程序,具体怎么操作。
主题词:非ASME材料认同
答复:(1)首先,提请读者注意在2001年版规范各卷共同的“序言”中,有以下的一段文字:“1992年ASME的”压力技术规范及标准局“认可了将非ASME标准材料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,以实现非ASME的材料。
        (2)1995年版起,ASME规范的卷I, VIII-1新增加了PG-10 和UG-10节的规定,这两节的题目为:“Material identified with or produced to a Specification not permitted by this Section(按本卷未允许的材料标准认同或生产的材料), and material not fully identified(以及未全面认同的材料)”。所以,所提问的“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-10UG-10这两节,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,如何按这两节的规定使得“非ASME材料”能够被使用的问题,一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和/ 或签字批准,另一方面具体操作应该并可以得到他的指导。
        (3)卷I和卷VIII-1的PG-10 和UG-10节规定完全一致。应用时、首先要注意PG-10 和UG-10节规定对于“ Material identified to a Single Production Lot(单一批量)” ,“ Material identified to a Particular Production Lot(特定批量)” 和 “ Each piece(每一件)” 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一材料标准规定的化学成分采购并按该材料标准规定的单一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“每一件”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,目前国内已经实践过的做法是:制造厂自己按后两种情况进行化学分析和力学性能试验合格后、认同为相当于某一种ASME材料,并在材料上作出相应的材料标志。请注意这种情况下仍需要编制一份“NR(不一致性报告)”,按不一致性报告的处理程序办,并得到授权检验师他的同意。
        (4)另外,1998年版ASME规范的卷II-D新纳入了加拿大的SA/CSA-G40.21 38W 结构钢板和欧洲的SA/EN 10028 ( 原德国的DIN-17155 ) 压力容器用钢板,所以从得到批准认可起,这两类材料就已经不再是所谓“非ASME材料”。
韩肇俊答复,曹良知校订。

卷I, VIII-1,材料 --- 陕西省锅检所
提问: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。
主题词:ASME授权检验,钢板热处理
答复:(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,他将在制造厂的材料检验人员按本制造厂的“质量保证体系”中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II卷SA-20压力容器钢板材料通用标准采购的钢板,钢板的表面一定打上按照标准要求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。
韩肇俊答复,曹良知校订。

卷I, VIII-1 --- 湖南省锅检所
提问:持ASME 和TUV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。
主题词:分供方合格评审,TUV授权认证
答复:(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个质量要素中的一个很重要的方面。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)TUV对于受压件用的材料进行“材料管理”可以说是比ASME规范的要求还要严格,它要求生产材料的钢厂也要得到TUV的认可,并持有认可证书。
韩肇俊答复,曹良知校订。

卷I, VIII-1,材料 --- 哈锅等单位
提问:在采购ASME材料时,编制和执行材料采购规范的必要性。
主题词:采购规范
答复:(1)国外多数的制造厂,对于锅炉和压力容器受压件用的材料的采购、通常是通过编制相应的材料采购规范来明确对于材料采购的要求和进行控制的。在国外分包工程中,有时,由发包方国外厂家在世界范围内采购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,或者是注明反映某一具体检验要求(例如做那一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,要求必须按照对于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II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。详略。
韩肇俊答复,曹良知校订。

卷I, VIII-1,材料 --- 哈尔滨锅炉厂有限责任公司
提问: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。
主题词:化学成分不全
答复:首先,应注意SA-675标准的第1节“适用范围” 下的第1.1 条规定了:“本标准适用于有力学性能要求和供一般结构应用的特殊质量热锻轧价格碳素钢棒钢和棒形型钢”。按该标准生产的棒钢按最低极限抗拉强度45 ksi到90 ksi,共9个强度等级供货,美国在工程应用上用途之一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做出规定,但是,对于力学性能恰有着明确的规定(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7.4条规定:即使由于棒钢的直径较小,而按第8.1.1.2条不做拉伸试验时,钢厂也应做到:“应采用与要求的力学性能相一致的化学成分”。也就是强调要保证力学性能。
实际上,在ASME第II卷的材料标准中还有若干材料及标准也如此。原标准作这样的规定,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做出补充规定,以及在材料的“采购规范”以及合同中作为附加要求。
(韩肇俊答复,曹良知校订。)

卷I,材料 --- 北京钢铁研究总院等单位
提问:可否获得像T23/P23和Super304H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。
主题词:高温蠕变断裂强度数据
答复: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年版出版的规范案例中,像T23/P23和Super304H就已经分别被批准为作为CC2199-1和CC2328两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。
        案例CC2199-1,即前面一个规范案例由于除了适用于管子外,还适用于公称管、锻件和钢板,所以按产品型式给出了两套许用应力值。后一个规范案例,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II卷的D篇《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到。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。
        以下给出的是日本三菱重工于1996年4月15日,提交给ASME B&PVC的第II卷材料委员会的一份关于CC2179-1的9Cr-2W-V-Nb(即T92/P92)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,当许用应力值是按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0.67(即1/1.5)系数得出。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0.67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℉温度下的许用应力值为13.6 ksi为例,其SR avg,即蠕变断裂强度的平均值应为:13.6 ksi / 0.67 = 20.3 ksi。
        笔者曾经根据欧洲Vallourec & Mannesmann Tube公司提供的关于T23和T24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。
表7T92/P92(NF616) 最大许用应力值 由ASME委员会计算

 

400

500

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

1200

ST/4

ksi

22.5

22.5

22.5

22.5

22.5

22.5

22.5

22.5

22.5

22.5

22.5

22.5

22.5

22.5

22.5

STRT
x 1.1/4

ksi

77.9
21.4

75.8
20.8

73.8
20.3

72.5
19.9

71.2
19.6

69.8
19.2

68.0
18.7

66.1
18.2

63.8
17.5

61.2
16.8

58.1
16.0

54.6
15.0

50.6
13.9

46.0
12.7

40.9
11.2

SYRY
x 2/3

ksi

58.9
39.3

58.2
38.8

57.2
38.1

56.6
37.7

55.8
37.2

54.7
36.5

53.4
35.6

51.7
34.5

49.8
33.2

47.4
31.6

44.5
29.7

41.2
27.5

37.4
24.9

33.0
22.0

27.9
18.6

SR avg
x 0.67

ksi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31.6
21.2

25.7
17.2

20.3
13.6

15.2
10.2

10.6
7.1

SR min
x 0.8

ksi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29.0
23.2

23.2
18.6

17.9
14.3

13.0
10.4

8.6
6.9

Sc

ksi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31.0

25.1

19.6

14.4

9.6

Allowable
Stress

ksi

21.4

20.8

20.3

19.9

19.6

19.2

18.7

18.2

17.5

16.8

16.0

15.0

13.6

10.2

6.9

注:(1)表格中所用各强度数据的符号及其含义,请见ASME规范的第II卷的D篇《性能》篇附录1的中译本。
(2)表格中抗拉强度的安全系数为4.0,现已经修改为3.5。
(3)本表格引自:Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Sumitomo Metal Industries, Ltd., 906 F-No. 3155, 《Creep Rupture data of HCM12A steel forgings》, April, 1996。

韩肇俊答复。)

卷I,焊接 --- 哈尔滨锅炉厂有限责任公司
提问: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。
主题词:高温性能
答复: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,以及例如耐腐蚀,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一系列的试验研究,并需要将试验数据报告ASME委员会。ASME 第II 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℉或50℃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100℉或50℃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。
方仲元,韩肇俊答复,曹良知校订

卷I,材料 --- 北京钢铁研究总院,北京巴威公司等单位
提问:2001年版ASME 《规范案例》中批准认可了那些新钢种,以及有那些钢材型式。
主题词:规范案例,新型耐热钢,新钢种
答复:在2001版ASME规范案例集中共列出了61个关于第I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,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,对于一般读者,的确很难于查阅。以下,为了便于读者查对,按材料的类别和制品型式汇总如下。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II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。
新钢种获得ASME规范的认可情况

规范案例
所列出名义成分

ASME
规范案例

ASME
批准日期

制品型式

管子 (SA-213)

钢管 (SA-335)

锻件 (SA-182)

钢板 (SA-387)

新型铁素体耐热钢:

2.25Cr-1.6W-V-Cb

CC 2199-1

1999.5.4

T23 HCM2S

P23

F23

Gr. 23

---

CC ----

---

T24
7CrMoVTi B 10-10

NA

NA

NA

9Cr-1Mo-V

CC 2192

1999.7.10

适用于SA-217铸件和SA-426铸造公称管

9Cr-2W

CC 2179-3

1999.10.29

T92 NF616

P92

F92

---

9Cr-1Mo-1W-Cb

CC 2327

2000.5.2

T911
X11CrMoWVNb9-1-1

P911

F911

Gr.911

12Cr-2W

CC 2180-2

1999.5.4

T122 HCM12A

P122

F122

Gr.122

新型奥氏体耐热钢:

18Cr-9Ni-3Cu-Cb-N
UNS S30432

CC 2328

2000.3.6

UNS S30432
Super304H

NA

NA

NA

18Cr-10Ni-Nb
---

CC 2159-2

2000.3.6

TP347HFG

NA

NA

NA

21Cr-11Ni-N
UNS S30815

CC 2033-2

1998.3.5

UNS S30815 253MA

同左

同左

同左

25Cr-20Ni-Cb-N
UNS S31042

CC 2115-1

2000.2.7

TP310HCbN HR3C

NA

NA

NA

注:(1)本表中的第二行,T24管子已经纳入到ASTM A213/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。
韩肇俊答复。

卷I,材料 ---北京巴威公司等单位
提问:ASME规范第II卷的材料标准中有无2.25Cr-1Mo-V的钢材制品。
主题词:ASME规范材料,耐热钢
答复:在SA-832 /SA-832M《压力容器用铬-钼-钒合金钢板》中,有级别号为“T22V”的2.25Cr-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2.25Cr-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。
韩肇俊答复。

卷I,IX,焊接 ---- 陕西省锅检所
提问: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。
主题词:材料缺陷
答复: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,是可以由制造厂或者得到ASME“R”钢印授权认证的工厂及安装公司进行材料缺陷的修补的;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。
方仲元,韩肇俊答复,曹良知校订

关于进行钢管检验时对执行ASME规范II卷SA-213/ SA-213M标准的理解问题
提问:我是新疆独山子石化公司压力容器检验所赵立凡,我们采用ASME规范II卷SA-213/ SA-213M标准在对一批钢管的检验过程中发现了一些问题,在对缺陷的评估上检验人员对标准的理解出现了分歧,特请韩高工能对标准的理解给予解释。
        标准的相关条文内容为:
        9.5.10.1 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。产生这些信号的部位可以再次检验。
        9.5.10.2 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。......
        9.5.10.3 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:
        1、9.5.10.2章节中所指缺陷信号是指9.5.10.1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?
        2、如果是指所有缺陷波,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办法进行辨认其缺陷性质,那么如何进行材料的验收?
        3、在制造厂出厂检验时,是否也对没有超过9.5.10.1中描述的“最低信号”的缺陷波进行辨识和处理?
答复:1)首先,要提请注意的是,在验收按ASME SA-312标准生产的奥氏体不锈钢钢管(pipe)时,应同时引用该标准第2节“引用标准”中列出的A-450A-530两份标准。因为,它们是通用标准,在其中有对于做NDE的规定,而且可操作性更强。此外,在对钢管做UT、PT和MT时,还应该分别引用ASTM E213、E381E426三份无损检验标准。
        2)于提问1和提问2述及关于第9.5.10.1和9.5.10.2条的理解:
        条文中的“参考标准试件”,英文原文为“the reference standard (s)”。在引用标准SA-450标准的第24.8条,“(无损电测试验)引用标准”一节的第2.4.8.2条中,有明确规定。它们是指:采用按规定尺寸加工了钻孔、横切槽或纵切槽三者之一,即开有人工缺陷的管子,并用作为参考标准试件。
        正是因为参考标准试件上带有这样的人工缺陷,当它们通过探测装置时便会产生出信号。信号自然会有大小,相对比较小的信号即为SA-312标准的第9.5.10.1条中提到的“最低信号”。
在按照ASME SA-312标准的第9.5.10条对钢管进行无损检验和合格验收时,如果实际工件,也就是通过探测装置的钢管产生出比“最低信号”要大或者相等,则钢厂或者用户应把这样的钢管挑选出来,先做上识别标志,并可以再次检验这些钢管。所谓“分离”或者区分开,即是与比“最低信号”要小、可以合格验收的钢管分开。
        接着,第9.5.10.2条规定,如果(1)所产生的信号不能被确认,或者(2)在产生出这样信号的部位上、发现钢管的缺陷性质是裂纹,则本条文规定这些钢管应予拒收。
以上,即SA-312标准这两条条文的原意。但是,在考虑或者确定那些钢管应该拒收时,还必须注意SA-312标准的第9.5节里的第9.5.10.3条对于可见缺陷的判别;第9.5.10.4条对打磨修整,并重新试验的规定;以及第9.5.10.5条对于“非拒收性的判别”的规定。
        来电提问2中述及到的“在实际操作中,可能存在大量的缺陷波”,根据经验,更多的属于SA-312标准的第9.5节里的这后面三条,也就是钢厂方面十分重视的关于“非拒收性的判别”以及可以进行打磨或修整后,再次试验的标准规定。
        3)关于提问3中询问有关钢厂的做法,答复是:大体相同,只是钢厂往往使用比验收标准或者合同规定要更为严格一些的人工缺陷。对此,建议你可以请教与你熟悉的国内钢厂。
以上,供你在应用ASME标准时参考。
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