中国、欧洲压力容器用钢板标准分析
舞阳钢铁有限责任公司 张华红

一、概述
       中国的压力容器用钢板标准有3个国家标准,即GB6654-1996《压力容器用钢板》、GB3531-1996《低温压力容器用低合金钢钢板》、GB19189-2003《压力容器用调质高强度钢板》;另外,GB150-1998中附录A包含有14Cr1MoR钢板标准,在附录H中包含有12Cr2Mo1R钢板标准。GB6654-1996在1998年4月23日、2000年9月26日由国家质量技术监督局发布了第1号、第2号共两次修改通知单,内容分别为增加新牌号15MnNbR及对原牌号的P、S含量、冲击温度及冲击功值、冶炼方法进行了调整;GB3531-1996在2000年9月26日由国家质量技术监督局发布了第1号修改单,取消了原标准中牌号09Mn2VDR,并对其它原牌号的P、S含量、冶炼方法及16MnDR的冲击功值进行了调整;原标准经调整后,提高了GB6654-1996和GB3531-1996的标准技术水平。
       欧洲压力容器用钢板标准包含在EN10028《压力容器用扁产品规范》中(钢板属于扁产品)。它由7个部分组成,EN10028-1为一般要求,是压力容器用扁产品的通用技术要求;EN10028-2为具有高温性能的非合金和合金钢;EN10028-3为正火的可焊接细晶粒钢;EN10028-4为Ni合金低温性能钢;EN10028-5为热机械轧制可焊接细晶粒钢;EN10028-6为淬火加回火可焊接细晶粒钢;EN10028-7为不锈钢(因我国压力容器用钢板标准无不锈钢标准,所以本文不分析EN10028-7标准内容)。
       EN10028-1的技术要求与EN10028-2、EN10028-3、EN10028-4、EN10028-5、EN10028-6、EN10028-7的技术要求是相互独立且相联系的。EN10028-1是总体通用技术要求,EN10028-2、EN10028-3、EN10028-4、EN10028-5、EN10028-6、EN10028-7是对具体牌号的特征规定,是对EN10028-1的补充。

二、标准内容

1.用产品类型
GB3531、GB6654、GB19189均仅适用于钢板产品,而EN10028则适用于扁产品,此标准中的扁产品类型有热轧钢板/钢带、热轧卷材、热轧窄条钢。从标准的适用产品类型来看,欧洲标准注重标准的通用性,钢板属于扁产品,按扁产品分类来制订,这样就减少了标准的数量;而国内标准则注重标准的专用性,针对钢板专门制订标准。

2.牌号及化学成分特点
2.1牌号
       2.1.1中国与欧洲标准中可对应的压力容器用钢牌号见表1

中国标准

牌号

牌号

欧洲标准

GB6654-1996

20R

P235GH、 P265GH

EN10028-2-1992

GB6654-1996

16MnR、15MnNbR

P355GH、 P355N、P355NH

EN10028-2-1992

EN10028-3-1992

P355M

EN10028-5-1996

GB6654-1996

15MnVR

P420M

EN10028-5-1996

GB6654-1996

15MnVNR

P460N、P460NH

EN10028-3-1992

GB3531-1996

16MnDR

P355NL1、P355NL2

EN10028-3-1992

P355ML1、P355ML2

EN10028-5-1996

GB3531-1996

09MnNiDR

11MnNi5-3

EN10028-4-1995

GB3531-1996

15MnNiDR

13MnNi6-3

EN10028-4-1995

GB150-1998附录H

12Cr2Mo1R

10CrMo9-10、11CrMo9-10

EN10028-2-1992

GB6654-1996

15CrMoR(g)

13CrMo4-5

EN10028-2-1992


       2.1.2按标准化学成分特点进行分类的中国、欧洲标准钢牌号
       1)非淬火加回火钢的类别、标准号及钢牌号
       a)碳素结构钢
              i ) 普通碳素结构钢: GB6654-1996:20R
              ii ) 含有晶粒细化元素(Al或Nb或V或Ti)的碳素结构钢:EN10028—2-1992:P235GH、P265GH
       b)低合金高强度钢
              i ) 普通低合金高强度钢: GB6654-1996:16MnR
              ii ) 含有晶粒细化元素(Al或Nb或V或Ti)的低合金高强度钢:
                     GB6654-1996:15MnNbR、15MnVR、15MnVNR
                     GB3531-1996:16MnDR
                     EN10028-2-1992:P295GH、P355GH
                     EN10028-3-1992:P275(N、NH、NL1、NL2)、P355(N、NH、NL1、NL2)、P460(N、NH、NL1、NL2)
                     EN10028-5-1996:P355(M、ML1、ML2)、P420(M、ML1、ML2)、P460(M、ML1、ML2)
      c)合金钢
              ①低温Ni合金钢
              i ) 一般低温钢(-70℃~ -45℃),Ni含量范围:0.30%~0.85%
                     GB3531-1996:09MnNiDR、15MnNiDR
                     EN10028-4-1995:11MnNi5-3、13MnNi6-3
              ii ) 超低温钢(-196℃~ -80℃), Ni含量范围:1.30%~10.00%
                     EN10028-4-1995:15NiMn6、12Ni14、12Ni19、X8Ni9、X7Ni9
              ② Cr—Mo合金钢
                     GB6654-1996:15CrMoR
                     GB150-1998附录A:14Cr1MoR
                     GB150-1998附录H:12Cr2Mo1R
                     EN10028-2-1992:13CrMo4-5、10CrMo9-10、11CrMo9-10
              ③ Mo合金钢
                     EN10028-2-1992:16Mo3
              ④ Mn-Mo-Nb合金钢
                     GB6654-1996:18MnMoNbR
              ⑤ Mn-Ni-Cr-Mo-Nb合金钢
                     GB6654-1996:13MnNiMoNbR
       2)淬火加回火钢
       a)低焊接冷裂纹敏感性钢
           GB19189-2003:07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR、12MnNiVR
       b) 焊接细晶粒钢
           EN10028-6-1996:P355Q、P355QH、P355QL1、P355QL2、P460Q、P460QH、P460QL1、P460QL2、P500Q、P500QH、P500QL1、P500QL2、P690Q、P690QH、P690QL1、P690QL2。
2.2标准化学成分特点
       2.2.1非淬火回火钢
       1)碳素钢和低合金高强度钢
       a)欧洲标准和中国标准碳素钢的主要化学成分对比见表2

标准号

牌号

C

Si

Mn

P

S

Al(全)

GB6654-1996

20R

≤0.20

0.15-0.30

0.40-0.90

≤0.030

≤0.020

 

EN10028-2-1992

P235GH

≤0.16

≤0.35

0.40-1.20

≤0.030

≤0.025

≥0.020

P265GH

≤0.20

≤0.40

0.50-1.40

≤0.030

≤0.025

≥0.020

       由表2中可以看出,欧洲标准中碳素钢的锰含量上限高于中国标准,范围较宽,且含有晶粒细化元素(Al(全)≥0.020%);而中国标准中该类钢的锰含量上限较低,范围较窄,且对晶粒细化元素含量无规定,但其有害元素S含量低于欧洲标准的规定。
       b)低合金高强度钢
       由于此类钢的牌号较多,故其化学成分不再列表,仅将其各自特征简述如下。
       欧洲标准
              ①欧洲标准中的低合金高强度钢均为含有晶粒细化元素的钢种。欧洲标准侧重于晶粒细化元素的应用,从成分设计上,强调钢的可焊性,体现其细晶粒特征。
              ②欧洲标准低合金高强度钢另一个重要特征是体现氮的微合金化作用。提倡在含钒钢中加入氮,利用氮在钢中的作用,即促进碳氮化钒的析出,增强钒的沉淀强化作用,细化晶粒,从而大幅度提高钢的强度。欧洲标准中规定牌号的V、N元素含量见表3

牌号

标准号

V,最大,%

N,最大,%

P275N(NH、NL1、NL2)

EN10028-3- 1992

0.05

0.020

P355N(NH、NL1、NL2)

0.10

0.020

P460N(NH、NL1、NL2)

0.20

0.025

P355M(ML1、ML2)

EN10028-5- 1996

0.10

0.015

P420M(ML1、ML2)

0.10

0.020

P460M(ML1、ML2)

0.10

0.020

       中国标准
       中国的压力容器用低合金高强度钢在实际生产中虽然均按照可焊接细晶粒工艺生产,但在标准中并没有得到全部体现。如16MnR标准中没有强制规定细化晶粒元素含量,但生产厂在生产中却按照细晶粒工艺生产。
       2.2.2淬火、回火钢
       牌号     中国的淬火加回火钢包含在标准GB19189中,有3个牌号,即 07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR、12MnNiVR(仅有490MPa一个屈服强度级别)。欧洲标准EN10028-6可焊接细晶粒淬火回火钢,它包含4个强度级别(屈服强度级别为:355MPa、460MPa、500MPa、690MPa)的钢种,共16个牌号。
       标准成分特点 GB19189中3个牌号的成分特点,重点体现低焊接冷裂纹敏感性(焊接裂纹敏感性组成Pcm:对于07MnCrMoVR:Pcm≤0.20%,对于07MnNiCrMoVDR:Pcm≤0.21%,12 MnNiVR :Pcm≤0.26%)。
       EN10028-6标准中牌号的成分特点:细晶粒可焊接,可选择的细化晶粒元素,含量规定具体,C含量较高,淬透性元素含量上限范围宽。
       GB19189与同级别的P500Q(QH、QL1、QL2)的C、P、S及淬透性元素B、Cr、Mo、Ni标准含量的对比见表4

标准

牌号

C

P

S

B

Cr

Mo

Ni

Pcm

GB19189-2003

07MnCrMoVR

≤0.09

≤0.025

≤0.010

 

0.10~ 0.30

0.10~ 0.30

≤0.30

≤0.20

07MnNiCrMoVDR

≤0.09

≤0.020

≤0.010

 

0.10~ 0.30

0.10~ 0.30

0.20~ 0.50

≤0.21

12 MnNiVR

≤0.15

≤0.025

≤ 0.010

 

≤0.30

≤0.30

0.15~ 0.40

≤0.26

EN10028-6-1996

P500Q、P500QH

≤0.18

≤0.025

≤0.015

≤0.005

≤1.00

≤0.70

≤0.50

---

P500QL1、P500QL2

≤0.18

≤0.020

≤0.010

≤0.005

≤1.00

≤0.70

≤0.50

---

??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????       淬透性元素含量高低受标准厚度的限制。GB19189-2003中3个牌号的标准适用厚度为12~60mm,而EN10028-6中标准适用厚度为≤150 mm。由于EN10028-6适用厚度范围宽,所以其淬透性元素含量上限高,有利于生产厂化学成分的调整,以达到规定力学性能。

3.厚度允许偏差及重量
3.1厚度允许偏差
       GB3531、GB6654、GB19189均将厚度负偏差限定为-0.25mm,EN10028-1通用标准中将厚度负偏差限定为-0.3 mm,二者基本一致。另外,我国标准(GB3531、GB6654、GB19189)中没有规定同板差(同一张钢板的最大厚度与最小厚度差值),而EN10028-1引用的尺寸偏差标准EN10029则规定了同板差(同一张钢板的最大厚度与最小厚度差值),从标准角度强调了钢板厚度的均匀性。
3.2重量
       GB3531、GB6654、GB19189规定,在计算重量时,需加上相应的厚度附加值,而EN10028-1则没有规定。这是由于国外钢板尺寸控制精度较高,偏差范围小,而国内一般控制范围偏大所致。

4. 冶炼方法
       GB3531、GB6654、GB19189均规定“钢由氧气转炉或电炉冶炼。” GB19189中还规定了“应经过真空处理。”我国标准规定侧重于详细、具体;而EN10028-1则规定“由制造厂自己选择”。侧重于体现标准最大自由度原则。
       另外,在冶炼方法中,不管是我国标准还是欧洲标准均为镇静钢(即熔炼Si≥0.10%或Al≥0.015%);欧洲标准EN10028-1强调了“应为全镇静钢(即熔炼Al≥0.020%)”,这一点,从概念及要求上比“镇静钢”更深一层。我国标准除GB6654体现了“镇静钢”外,GB3531、GB19189均无文字体现。

5. 交货状态
       我国标准和欧洲标准对于交货状态的规定各不相同,中国标准中各牌号的具体交货状态见表5

中国标准

标准号

牌号

交货状态

GB6654

20R、16MnR、15MnVR

热轧、控轧或正火

15MnVNR、15MnNbR

正火

18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、15CrMoR

正火加回火

GB3531

16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR

正火或正火加回火

GB150

12Cr2Mo1R、14Cr1MoR

正火加回火

GB19189

07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR、12 MnNiVR

调质(即淬火加回火)

       欧洲标准中各牌号的具体交货状态见表6

欧洲标准

标准号

牌号

交货状态

EN10028-2

P235GH、P265GH、P295GH、P355GH

正火,也可由正火轧制代替正火

16Mo3

正火或正火加回火

13CrMo4-5、10CrMo9-10、11CrMo9-10

正火加回火

EN10028-3

P275N(NH、NL1、NL2)、P355N(NH、NL1、NL2)、P460N(NH、NL1、NL2)

正火,也可由正火轧制代替正火

EN10028-4

11MnNi5-3、13MnNi6-3

正火加(回火),正火可由正火轧制代替

15NiMn6、12Ni14、12Ni19

正火或正火加回火或淬火加回火, 正火可由正火轧制代替

X8Ni9

对于HT640,两次正火加回火或淬火加回火
对于HT680,淬火加回火

X7Ni9

淬火加回火

EN10028-5

P355(M、ML1、ML2)、P420(M、ML1、ML2)、P460(M、ML1、ML2)

TMCP(热机械轧轧制)

EN10028-6

P355Q、P355QH、P355QL1、P355QL2、P460Q、P460QH、P460QL1、P460QL2、P500Q、P500QH、P500QL1、P500QL2、P690Q、P690QH、P690QL1、P690QL2

淬火加回火(调质)

       从表3、表4的交货状态表中可以看出,欧洲标准与我国标准的不同在于:提出 “正火轧制可以代替正火”、并专门对TMCP(热机械轧制)交货的钢材制定了标准,侧重于体现轧制新工艺、新技术的应用;而我国标准对于高强度级别的钢板则侧重于进行热处理。

6. 表面质量
       EN10028-1要求对于EN10028-2至-6的钢板执行EN10163-2的B2级,而我国标准的表面质量则包含在各个产品标准中(其具体描述是一致的)。二者的对比如下:
       相同:都不允许存在裂纹、汽泡、折叠缺陷,钢板缺陷下的厚度和有害缺陷修磨后的厚度不得小于钢板标准偏差范围内的最小厚度。此外,对于不同厚度的钢板,允许存在的缺陷深度有具体规定。
       不同:GB3531、GB6654、GB19189不允许存在缺陷增加夹杂和结疤等,没提及焊接修理。而EN10163-2中明确规定,在合同中注明并获认可时,可采用焊接方法进行修理。

7. 力学及工艺性能
       基本保证项目:力学及工艺性能基本保证项目的对比表见表7

中国标准

基本保证项目

欧洲标准

基本保证项目

GB3531、GB6654、GB19189

常温拉伸(测定下屈服强度)、横向V型冲击、180o弯曲试验

EN10028-1

常温拉伸(测定上屈服强度)、横向V型冲击

       由表7可见,中国标准与欧洲标准的基本不同有以下两点:
       1)欧洲标准规定测定上屈服强度,中国标准则规定测定下屈服强度。
       2)欧洲标准没有弯曲试验要求,中国标准则有弯曲试验要求。
       另外,对于低合金高强度钢的冲击韧性,欧洲标准针对不同的钢种,规定了系列冲击温度及冲击功值,供用户选择使用(EN10028-2除外);而中国标准则仅规定单一温度及冲击功值。示例如下:选择可与16MnDR相对应的牌号P355NL1冲击韧性对比见表8

牌号及标准

在下列温度下的最小冲击功值,J

16MnDR
GB3531

横向

6-36mm

>36-100mm

-40

27

-30

27

P355NL1
EN10028-3

纵向

横向

-50

-40

-20

0

+20

-50

-40

-20

0

+20

27

34

47

55

63

16

20

27

34

40

       从表9中可以看出,除标准基本要求外,P355NL1的冲击韧性值规定较灵活,更利于用户的选择和使用。

8. 检验规则
       二者的对比见表9

标准类别

分批规则

取样(常温拉伸、冲击)位置

冲击功验收规则

中国

厚度6-16mm钢板,每批重量不大于15吨,厚度大于16mm钢板,每批重量不大于25吨。

板宽1/4处,对于厚度大于60mm钢板,试样轴线还要在板厚1/4处。

相同

欧洲

每一轧制板

板宽1/4处
拉伸试样:对于厚度>30mm的钢板,拉伸试样或减薄至30mm,保留一个轧制表面或在板厚1/4处
冲击试样:厚度≤40mm时,为近表面试样,距轧制表面≤2mm,厚度大于40mm时,试样轴线还要在板厚1/4处。

??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????       表9显示出,欧洲标准的分批规则要严于中国标准,与美国ASME SA20M标准规定相一致。
       此外,考虑整张钢板性能的稳定性,GB19189及欧洲标准对于长度大于15m的钢板,还要求取2个样(取在产品两端),这一点要严于国内标准GB6654-1996和GB3531-1996。

9. 对国内标准的几点建议
       9.1应制订通用标准,把产品标准相同之处(如尺寸偏差、表面质量、取样及制样、检验规则等)纳入通用标准中,使通用标准和各产品标准形成一个有机统一的整体,且各产品标准使用起来比较简便。
       9.2对于非合金钢,应参照欧洲标准采用屈服点级别来表示钢牌号,且规定测定上屈服强度,与国际接轨,应规定其系列冲击温度及冲击功值,供用户选择使用,以体现标准的灵活性。
       9.3 TMCP是当代先进的冶金技术,在标准中应得以体现,因此,应专门制订《TMCP压力容器用钢》产品标准;在其它产品标准中,交货状态为正火时,增加“正火可由正火轧制代替”,体现轧制新工艺、新技术的具体应用。
       9.4在GB3531《低温压力容器用钢》中,增加超低温钢牌号,形成低温钢牌号的系列化。
       9.5在GB6654中增加Cr—Mo钢牌号,以满足市场需要。
       9.6基本保证项目与协议项目分开来写,使标准条款清晰,便于使用。
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