PED指令中对材料的要求(节选)
The Material Requirements of the PED Directive
王威 Wang Wei
法国国际检验局法利咨询上海有限公司Bureau Veritas

介绍并评析PED指令中对材料的要求,包括材料生产商的体系要求,如何使用ASME材料来满足PED 指令中对材料的基本安全要求。
Introduce and analysis the material requirements of the PED Directive, including the material Manufacturers’ quality system requirements, How to use the ASME Material to meet the PED Directive Essential Safety requirements.

PED指令,材料要求,性能要求,ASME材料
PED Directive, Material Requirement, Property requirement, ASME Material

       对于PED指令中的承压件原材料问题,经常会困扰着承压设备制造商。从我公司几年来为多家制造单位进行PED模式评定来看,问题的主要原因是由于PED指令是根据欧盟各个国家标准和实际操作情况来制定的,所以PED指令中对材料的要求是根据欧盟原材料生产商的建议基础上建立的,这样对我国的承压设备制造商来讲,使用现有的国标或ASME规范材料来满足PED指令中对材料的要求必然会存在一定困难。本文对PED指令中附录I的4.3条和7.5条作全面介绍和评析,讨论如何使用ASME规范材料来确保满足PED指令的基本安全要求。

一、关于附录I基本安全要求的4.3条
这里先引用PED指令中的附录I 中的4.3条
4.3 The equipment manufacturer must take appropriate measures to ensure that the material used conforms with the required specification.
In particular, documentation prepared by the material manufacturer affirming compliance with a specification must be obtained for all materials.
For the main pressure-bearing parts of equipment in categories II, III and IV, this must take the form of a certificate of specific product control.
Where a material manufacturer has an appropriate quality-assurance system, certified by a competent body established within the Community and having undergone a specific assessment for materials, certificates issued by the manufacturer are presumed to certify conformity with the relevant requirements of this section.

4.3条承压设备制造商必须采取适当措施确保所用材料符合材料规范要求。
特别是必须得到材料生产商证明所有材料符合材料规范的文件。
对于II、III、IV类设备的主承压件,必须得到特殊产品控制证书。
如果材料生产商有一个合适的质量保证体系,由欧共体的一个权力机构认证并通过对材料的特定评审,则该生产商签发的证书被认为符合本节的有关要求。”
问题:PED指令中对材料生产商的体系证书有什么强制要求?

根据附录I 中的4.3条,材料生产商需有一个合适的质量保证体系,且由欧共体的一个权力机构认证,也就是说:材料生产商的质量保证体系是由欧共体的一个权力机构进行认证。那么什么是权力机构呢?
在这里,指令的指导文件GUIDE LINE 7/2中,对于上述权力机构进行了明确的定义:

Question:
问题

What is a "competent body" for the certification of the quality (assurance) systems of material manufacturers?
对于材料生产商质量体系认证而言,什么是权力机构认证?

Answer:
回答

A "competent body" for certification of the quality systems of material manufacturers can be any third party body established as a legal entity within the Community which has recognized competence in the assessment of quality (assurance) systems for the manufacture of materials and in the technology of the materials concerned. Competence can be demonstrated, for example, by accreditation.
See also guideline 7/7.
对于材料生产商质量体系认证而言,权力机构认证是指任何第三方机构法定的实体建立在欧洲共同体内,并且具有公认的能力对材料生产商的质量保证体系进行评估,该评估应该包括对材料技术方面的评估。该权力应该能被验证,例如以授信的方式。
另见指南7/7.
Note 1: A body not established as a legal entity within the Community, even if it has a recognition agreement through the International Accreditation Forum, does not comply with the requirements of Annex I section 4.3.
注1:如果一个机构的法定的实体不建立在欧洲共同体内,即使通过国际间的认可协议和国际间的授信体的授信,也不能认为符合指令的附录I的4.3条。
Note 2: A notified body may perform this task only if it has a recognized competence in the field of quality assurance, materials and related process technology. For this certification, the possible use of the notification number for PED is irrelevant.
注2:PED的授权机构也可以执行这项任务,但是前提是该授权机构是一个在质量体系认证,材料和相关工艺过程方面具有公认的权力机构,对于这样的证书,如果证书上使用了该PED授权机构号是与本PED指令要求无关的。换句话讲就是该评定材料证书上有没有该PED授权机构号都是接受的。
Note 3: The certificate of quality system shall make reference to the legal entity established in the Community and its address
注3:材料生产商的质量体系证书应能反映出权力机构法定的实体建立在欧盟内并且证书上还要反映该机构在欧洲的法定地址。

为了便于大家了解,我对上面的内容进行一个简单阐述:
1.什么是权力机构,这里所指的权力机构是建立在欧盟各国中,按照EN45011《独立认证机构在操作产品体系认证时总的要求》建立自身权力机构体系并取得认证资格的机构。如果是按照EN45004的要求建立检验机构的体系和资格的,就不能认可为权力机构,仅仅是检验机构。注意这里所指的权力机构必须和PED指令中的NotifiedBody《授权机构》区分,不是所有的PED指令中的NotifiedBody《授权机构》具有权力机构的资格的,在欧盟本土也只有为数很少的官方机构取得了权力机构资质的。
2.对于材料生产商,他的质量体系证书必须满足ISO9000系列的证书,该证书的颁发机构必须是在欧盟注册的具有欧盟授信的权力机构,同时在证书上必须明确反映出授信机构,证书的颁发地址必须是欧盟各个成员国的地址。举例如下:如一个权力机构总部建立在英国其颁发的ISO9000证书,地址写的是英国伦敦的注册地址,签字人是总部认证部相关负责人,只有这样的ISO9000证书才能满足PED指令附录I4.3条中的材料生产商有一个合适的质量保证体系的要求。如果收到一张欧盟机构的ISO9000证书,而地址是该机构在中国的注册地址,并且签发该证书的签字人是该机构在中国的认证部相关负责人,这样的证书就是不符合要求的。
对于4.3条中规定对材料的特定评审,指令的GUIDELINE7/7同样给出了解释。

Question:问题

To what apply the terms "having undergone a specific assessment for materials" of thirdof 4.3 of annex I ?
指令附录I的4.3条中,应用并通过对材料的特定评审如何理解?

Answer:回答

It is the quality (assurance) system of the material manufacturer which shall have undergone a specific assessment for materials (and not the competent body).
这是针对材料生产商的质量保证体系应该包括对相关材料进行特定的评审,而不是由“权力机构”来对材料进行特定的评审。

(删)

二、关于附录I基本安全要求的7.5条
引用PED指令中的附录I中的7.5条,
7.5. Material characteristics
Unless other values are required in accordance with other criteria that must be taken into account, a steel is considered as sufficiently ductile to satisfy 4.1 (a) if, in a tensile test carried out by a standard procedure, its elongation after rupture is no less than 14 % and its bending rupture energy measured on an ISO V test piece is no less than 27 J, at a temperature not greater than 20 °C but not higher than the lowest scheduled operating temperature.
7.5材料特性
除非其它准则要求考虑其它数值,如果按标准程序进行拉伸试验,断裂后其延伸率不小于14%,其ISO标准V形冲击试样在不超过最低预定操作温度且不大于20℃时的弯曲破坏能量不低于27J,则认为钢具有足够的塑性满足4.1(a)的要求。

关于7.5条中,比较难以理解并且容易产生异义的是关于冲击试验的问题,因为国内比较容易接受的是ASME规范VIII-1中的冲击豁免,材料不是在很低温的情况下,是不需要冲击试验的。为了将这个问题阐述清楚,我们先来看PED指令中的指导文件GUIDE LINE 7/17

Question:问题

What approach can be used to decide if a steel grade selected for a pressurized part requires specific impact properties?
对于压力容器部件用钢的选择,如何来决定承压材料是否需要规定的冲击性能要求?

Answer:
回答

 

 

 

1. The philosophy of the approach outlined below takes account of the hazard analysis performed by the manufacturer in relation to the toughness necessary for the identified failure modes (e.g. brittle fracture) in the finished pressure equipment.
1.从大体的理论上讲,完成产品的承压设备制造商应该对承压设备进行必要的关于材料韧性的风险分析来考虑承压设备的失效模式(例如:脆性断裂)。

2. The exception concerns “ductile materials which are not subject to a ductile/brittle transition at the foreseeable conditions the equipment will be exposed to”.
Examples of such materials are: austenitic stainless steels.
2.作为例外“承压设备的材料是塑性材料,并且在可预见的条件下,该承压设备将不使用在塑性/脆性转变温度以下可以免除冲击要求。
例如材料是奥氏体不锈钢。

Some design codes provide specific rules for the avoidance of brittle fracture that takes account of the anticipated or actual operating conditions prevailing, e.g. material, thickness, temperature, etc. Where the application of these rules indicate that the material will not behave in a brittle manner and all aspects of the chosen design code have been followed, sufficient confidence is gained in the behaviour of the material not to require specified impact properties. When these design codes are applied also other items need to be taken into account (see item 3 below).
一些设计规范在考虑了预期或实际操作条件后提供了设计准则来避免脆性断裂,例如考虑了材料,厚度,温度等,如果应用这些设计准则来表明材料将不会出现脆性断裂方式并且满足所选用的设计规范的其他条款时,承压设备制造商对要求的冲击性能免除时具有充分的信心。当这样的设计规范应用时,以下另外一些项目也需要被考虑(见以下条款3)

3. The justification for omission of the impact properties shall be based on the most adverse possible combination of all elements of the steel grade specification, such as:
3. 判定冲击性能否豁免应根据最严厉的工况,还要考虑材料规范中的元素对材料的影响,例如:
the full permissible range of the chemical analysis,
材料的全范围内的化学分析
the extreme mechanical properties,
最大程度的机械性能
As documented and permissible in the specification and not on the values of the actual deliveries.
作为冲击豁免的考虑是根据文件和材料规范的要求,而不是根据材料分析的实际值。

The consequence of the worst combination of chemistry must be considered because the specified range of chemical analysis for some materials could result in brittle behaviour, Where appropriate, such materials could be accepted if the chemical composition and mechanical properties are restricted in the purchase order and in the particular material appraisal to such levels that, from experience, do not give rise to brittle fracture.
同时还必须考虑化学元素联合的最坏结果,因为对于一些材料的化学元素虽然在材料规范规定范围内,但是某些化学元素还是可能会导致材料的脆性断裂。如果可能,在材料的化学成分和机械性能在采购合同中严格规定并且在材料特殊批准证书中有同样的要求,从经验上讲不会导致脆性断裂,这样的材料才有可能被接受。

EXAMPLES include Manganese-Carbon ratio, Carbon, Sulphur, Phosphorus content, Aluminium to Nitrogen ratio.
举例:包括锰-碳的比例,碳,硫,磷含量,铝/氮的比例
Other restrictions may include:
另外一些严格的要求或许可以包括:
avoiding inter-metallic phases,
避免改变金相
avoiding large grain sizes,
避免较大的晶粒尺寸
placing limits on mechanical properties.
限制相应的机械性能
Manufacturers and Notified Bodies must demonstrate that they have taken such factors into account in documenting the necessary PMAs.
制造厂和PED授权机构必须证明它们已经考虑了这些因素并且在PMA(材料特殊批准证书)中阐明并以文件形式保存。

(删)

从PED指令中的指导文件GUIDELINE7/17来看,并不是所有的材料都需要进行冲击试验的,是可以进行冲击豁免的,但是在实践中满足PED指令的冲击豁免又非常困难。举例如下,如果一台压力容器设备,设计时采用的设计规范是ASME规范VIII-1,并且按照ASME规范VIII-1的UG-20(f)和UCS-66对碳钢进行冲击豁免,并不能完全满足PED指令中的冲击豁免的要求,还需要补加很多的材料限制文件,对于承压设备制造商来讲,对材料生产商添加这些限定条件是非常困难,这也会增加整个设备的制造成本。
到底那些范围材料必须满足PED指令中的附录I中的7.5条?这也会困扰承压设备制造商。根据PED指令中的指导文件GUIDELINE7/18,可以明确那些范围材料必须满足PED指令中的附录I中的7.5条的要求。

Question:问题

Do the essential safety requirements on materials specified in Annex I section 4.1 and section 7.5 apply to the base material or to the pressure equipment ?
对于满足PED指令的附录I 中的4.1条和7.5条的材料基本安全要求是否应用于母材或对于整个压力容器设备?

Answer:回答

(删)

根据上述内容,很明显要满足PED指令中的附录I中的7.5条和PED指令中的指导文件GUIDELINE7/18,不仅仅针对母材,而且针对一些工艺加工后会影响到母材也要考虑,例如焊缝及焊缝热影响区其断裂后延伸率不小于14%,其ISO标准V形冲击试样在不超过最低预定操作温度下并且不大于20℃时的弯曲破坏能量不低于27J。

三、使用ASME材料满足7.5条要求
(删)

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