淺談壓力容器制造過程中的材料監(jiān)檢

郭 優(yōu)（撫順市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所 撫順 113006）

淺談壓力容器制造過程中的材料監(jiān)檢

郭 優(yōu)
（撫順市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所 撫順 113006）

加強制造過程中對材料的質(zhì)量控制與監(jiān)督檢驗，確保材料選用得當(dāng)、材料質(zhì)量過關(guān)，是保證壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量的前提條件。本文以鋼制壓力容器為例，結(jié)合相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，從材料質(zhì)量證明書、材料標(biāo)準(zhǔn)、熔煉方法、化學(xué)分析、材料復(fù)驗、材料代用等角度闡述了壓力容器制造監(jiān)檢過程中的些許案例與經(jīng)驗。

壓力容器 熔煉方法 化學(xué)分析 材料復(fù)驗 材料代用

壓力容器是具有爆炸危險性的承壓類特種設(shè)備，一旦發(fā)生事故，涉及范圍廣，危害后果嚴(yán)重。其中，選材不當(dāng)、材料誤用、材料缺陷等材料原因是造成壓力容器設(shè)備事故的主要原因之一。加強制造過程中對材料的質(zhì)量控制與監(jiān)督檢驗，確保材料選用得當(dāng)、材料質(zhì)量過關(guān)，是保證壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量的前提條件。本文以鋼制壓力容器為例，結(jié)合相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，就壓力容器制造過程中材料的監(jiān)督檢驗淺談幾點看法。

1 材料質(zhì)量證明書的有效性

就材料質(zhì)量證明書的形式而言，有兩種情況可認(rèn)證為材料質(zhì)量證明書有效。1）材料質(zhì)量證明書原件，其上蓋有材料制造單位質(zhì)量檢驗章；2）材料質(zhì)量證明書復(fù)印件，其上有材料制造單位質(zhì)量檢驗章復(fù)印章、材料供應(yīng)單位檢驗公章原章及經(jīng)辦人章原章[1]。

2 材料標(biāo)準(zhǔn)

在審查材料時，應(yīng)核對材料的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，通常易存在如下問題：

1）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)已廢止。在材料標(biāo)準(zhǔn)新舊更替時，常會遇到材料質(zhì)量證明書使用了已廢止標(biāo)準(zhǔn)。例如，某壓力容器制造單位2011年1月提供了1份欲下料的15CrMoR材質(zhì)證明書，其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB6654-1996。當(dāng)時，國家質(zhì)檢總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局已就GB713-2008代替 GB 713-1997和GB 6654-1996（含修改單）的問題先后下達了質(zhì)檢特函[2008]64號文和質(zhì)檢特函[2009]89號文，明確了標(biāo)準(zhǔn)過渡期截止至2010年11月30日，且過渡期之后不得采用GB6654-1996（含修改單）規(guī)定的材料。依此，監(jiān)檢員將該材料判定為不合格材料。對于類似現(xiàn)象，應(yīng)注意相關(guān)文件對標(biāo)準(zhǔn)更替的具體要求，弄清楚對于舊標(biāo)準(zhǔn)材料的使用是“限制條件使用”還是“不得使用”，并嚴(yán)格把關(guān)舊標(biāo)準(zhǔn)材料的使用期限。

2）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計文件不符。同一牌號的材料可能對應(yīng)多個材料標(biāo)準(zhǔn)，而對于某一特定產(chǎn)品來說，只有當(dāng)材料標(biāo)準(zhǔn)符合設(shè)計文件要求時，該材料才能認(rèn)定為合格的材料。例如，某設(shè)計圖紙要求采用經(jīng)正火處理的20鋼管作為殼體接管，并執(zhí)行GB 9948標(biāo)準(zhǔn)，而制造單位卻提供了GB/T 8163的材料質(zhì)量證明書，不符合設(shè)計文件的要求。監(jiān)檢員發(fā)現(xiàn)問題后，令其更換符合要求的材料用于制造。其實，就20鋼管而言，GB 150.2-2011中有三個標(biāo)準(zhǔn)——GB/T 8163、GB 9948、GB 6479，均涉及該牌號，但三個標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定卻有所不同。GB/T 8163規(guī)定20鋼管的使用狀態(tài)是熱軋，而GB 9948和GB 6479則規(guī)定為正火，所以，上述GB/T 8163鋼管的使用狀態(tài)就無法滿足設(shè)計上的“正火”要求。此外，在C含量的要求上，GB 9948要嚴(yán)于GB 6479；在檢驗項目上，GB 9948增加了硬度試驗；在組批原則上各個標(biāo)準(zhǔn)也有所不同。因此，監(jiān)檢員在審查材料時，應(yīng)留意材料執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計文件的一致性。

3）未達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對材料使用的限制條件。壓力容器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對其材料的使用進行了一定的限制。例如：GB 150.2-2011規(guī)定GB 6479中外徑不小于70 mm，且壁厚不小于6.5 mm的20和16Mn鋼管，應(yīng)進行0℃和-20℃的沖擊試驗，合格后方可使用。某制造單位的16Mn鋼管，外徑為114mm，壁厚為16 mm，屬于標(biāo)準(zhǔn)中限制條件使用的情況，而其質(zhì)量證明書中，無-20℃的沖擊試驗數(shù)據(jù)，則制造單位應(yīng)補做沖擊試驗，合格后方可用于壓力容器制造。

3 熔煉方法

TSG R00004-2009《固定式壓力容器監(jiān)察規(guī)程》（以下簡稱《固容規(guī)》）和GB 150.2-2011均要求標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度下限值大于或者等于540MPa的低合金鋼鋼板應(yīng)進行爐外精煉，即包括18MnMoNbR、13MnNiMoR、12Cr2Mo1VR、06Ni9DR、07MnMoVR、07MnNiVDR、07MnNiMoDR、12MnNiVR這八種材料。其中，12Cr2Mo1VR、06Ni9DR尚未列入材料標(biāo)準(zhǔn)，但依據(jù)GB150.2 附錄A，對于熔煉方法的要求，12Cr2Mo1VR應(yīng)符合GB 713，06Ni9DR應(yīng)符合GB 3531。各標(biāo)準(zhǔn)對于上述八種材料的熔煉方法的要求如表1所示?？梢姡?8MnMoNbR、13MnNiMoR、12Cr2Mo1VR僅 按照GB713的熔煉方法并不能符合《固容規(guī)》和GB 150.2-2011對其爐外精煉的要求。因此，監(jiān)檢員在審查這類材料時，應(yīng)注意查閱相關(guān)技術(shù)協(xié)議、技術(shù)條件對爐外精煉的具體要求，以確保其熔煉方法符合技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表1 材料標(biāo)準(zhǔn)對熔煉方法的要求

4 化學(xué)成分

對于化學(xué)成分的審查可分為熔煉分析和成品分析。熔煉分析表示同一爐（罐）鋼液的平均化學(xué)成分[5]，其結(jié)果應(yīng)符合各材料相應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件。而成品分析主要用于驗證化學(xué)成分，又稱驗證分析。由于鋼液在結(jié)晶過程中產(chǎn)生元素的不均勻性分布（偏析），成品分析的成分值有時與熔煉分析的成分值不同[5、6]。

在進行材料審查時，若設(shè)計文件對材料的化學(xué)成分做出了要求，則應(yīng)依設(shè)計文件來判定；若設(shè)計文件無特殊要求，則應(yīng)依材料標(biāo)準(zhǔn)來判定。當(dāng)按照材料標(biāo)準(zhǔn)判定時，應(yīng)特別注意成品分析的允許范圍。國內(nèi)材料標(biāo)準(zhǔn)所列出的通常是鋼材熔煉分析的化學(xué)成分范圍，而對于成品分析還需參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)校對允許偏差，即當(dāng)鋼材的某一元素值超出材料標(biāo)準(zhǔn)范圍時，并不能直接判斷為不合格，而是要計算化學(xué)成分超標(biāo)的上（或下）偏差值。若經(jīng)計算偏差值未超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許偏差范圍，則應(yīng)判定為合格；反之，為不合格。例如，GB3531對于09MnNiDR中Ni含量的要求為0.30%～0.80%，而某制造單位的09MnNiDR材料，其Ni含量為0.25%，小于規(guī)定值0.30%。經(jīng)計算，超出規(guī)定下限值0.05%。查GB/T 222表1，Ni含量的下偏差允許值為0.05%，則該材料并未超標(biāo)，應(yīng)判定為合格。因此，檢驗員應(yīng)認(rèn)真校對材料成品的化學(xué)成分偏差值，既要嚴(yán)格把關(guān)，又要避免材料的浪費和不必要的經(jīng)濟損失。

5 材料復(fù)驗

通常所說的材料復(fù)驗，是指按爐號復(fù)驗化學(xué)成分，按批號復(fù)驗力學(xué)性能。依據(jù)《固容規(guī)》和GB150.4，應(yīng)進行材料復(fù)驗的情況有以下幾種：

1）采購的第III類壓力容器用IV級鍛件。IV級鍛件的力學(xué)性能復(fù)驗應(yīng)逐個進行，其力學(xué)性能試樣不允許在同批的其他鍛件或檢驗鍛坯上制取[7～9]。

2）不能確定質(zhì)量證明書真實性或者對性能和化學(xué)成分有懷疑的主要受壓元件材料。例如，監(jiān)檢員發(fā)現(xiàn)某廠用于殼程接管（φ=290mm）的15CrMoR鋼板標(biāo)記不清，懷疑材料在使用上有以次充好、牌號混亂的可能。于是令其現(xiàn)場采用ARC-MET8000移動光譜儀復(fù)驗材料化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)Mn、Cr、Mo含量均低于標(biāo)準(zhǔn)值。進一步按GB/T 223的測定方法分析化學(xué)成分，其結(jié)果仍舊不合格。從而證實制造單位材料使用有誤，責(zé)令其更換合格材料，消除了安全隱患。

3）境外材料。GB 150要求“用于制造主要受壓元件的境外材料”要進行復(fù)驗，而《固容規(guī)》的條款中并未局限于“主要受壓元件”。因此在監(jiān)檢過程中，應(yīng)從嚴(yán)把關(guān)，全面審查境外牌號材料的復(fù)驗情況。

4）用于制造主要受壓元件的奧氏體型不銹鋼開平板應(yīng)按批復(fù)驗力學(xué)性能。（整卷使用，頭、中、尾各取一組試樣；非整卷使用，在端部截取一組。）

5）低溫容器焊條應(yīng)按批進行藥皮含水量或熔覆金屬擴散氫含量的復(fù)驗。

6）設(shè)計文件要求進行復(fù)驗的材料。除按爐號復(fù)驗化學(xué)成分，按批號復(fù)驗力學(xué)性能外，還應(yīng)留意設(shè)計文件是否提出了新的復(fù)驗項目。例如：由于含Cr量為2%～3%的Cr-Mo鋼（2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-0.3V、3Cr-1Mo、3Cr-1Mo-0.25V等）回火脆化傾向較為嚴(yán)重，設(shè)計文件往往要求對其復(fù)驗回火脆性；再如，對抗氫鋼要求進行抗氫誘導(dǎo)裂紋復(fù)驗、對厚板要求進行厚度方向拉伸 復(fù) 驗 等。

6 材料代用

制造單位對受壓元件的材料代用，應(yīng)當(dāng)事先取得原設(shè)計單位的書面批準(zhǔn)[7]。監(jiān)檢員應(yīng)注意審查相關(guān)的書面批準(zhǔn)文件。此外，還應(yīng)注意以下問題：

1）代用材料的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。某些單位為了節(jié)省時間，僅寫出了代用材料的牌號，卻未寫明其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，使得在代用執(zhí)行過程中出現(xiàn)盲目采購和混亂使用等現(xiàn)象。最終導(dǎo)致制造所使用的材料，與設(shè)計者的本意不相符，形成安全隱患。

2）原有技術(shù)條件仍要執(zhí)行。材料發(fā)生代用后，有些制造單位便對原有材料的設(shè)計要求不管不問，直接采用代用后的材料進行制造。例如，某設(shè)計溫度為-20℃的壓力容器，其殼體原設(shè)計采用24mm厚的Q245R鋼板，并要求進行-20℃沖擊試驗。但由于庫存需要，制造廠欲采用同為24mm厚的Q345R代料，然而其質(zhì)量證明書中的沖擊試驗溫度為0℃，且制造廠并未補做-20℃沖擊試驗。監(jiān)檢員發(fā)現(xiàn)后，要求其補做-20℃沖擊試驗，合格后方可代用。

3）應(yīng)注意代料后的特殊要求。材料代用后，為滿足原設(shè)計要求，常會附加某些條件。例如，某制造單位欲采用Q345R鋼板代替16Mn鋼管做為殼體接管，各部門責(zé)任師會簽意見均為“同意”。監(jiān)檢員審查代料單時提出，由于原圖紙按接管設(shè)計，若采用鋼板卷制，則相當(dāng)于選取的焊接系數(shù)為1.0，那么Q345R鋼板卷板后的焊縫應(yīng)進行100%射線檢測。后經(jīng)設(shè)計與無損檢測責(zé)任師核實，確應(yīng)對該焊縫進行100%射線檢測。

7 結(jié)束語

綜上所述，對于壓力容器制造過程中的材料審查，監(jiān)檢員應(yīng)保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，嚴(yán)格按照法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)評價產(chǎn)品安全性能。嚴(yán)控材料的復(fù)驗與代用環(huán)節(jié)，既要保證選材得當(dāng)，又要確保材料質(zhì)量達標(biāo)，從而保證壓力容器用材的可靠性，從源頭上消除事故隱患。

1 TSG R0004-2009 固定式壓力容器監(jiān)察規(guī)程[S]

2 GB 713-2008 鍋爐和壓力容器用鋼板[S]

3 GB 3531-2008 低溫壓力容器用低合金鋼鋼板[S]

4 GB 19189-2011 壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板[S]

5 GB/T 222-2006鋼的成品化學(xué)成分允許偏差[S]

6 楊孝勇,等.壓力容器監(jiān)檢工作中對施工方案的審查[J].中國特種設(shè)備安全,2011,27(3):34～35.

7 NB/T 47008-2010 承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件[S]

8 NB/T 47009-2010 低溫承壓設(shè)備用低合金鋼鍛件[S]

9 NB/T 47010-2010 承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件[S]

10 GB 150-2011 壓力容器[S]

On the Material Inspection during the Manufacture of Pressure Vessels

Guo You （Fushun Special equipment Supervisory Inspection Institute Fushun 113006）

Strengthening the material quality control and the inspection during the manufacturing process, to make sure that the material is selected properly and the material quality is passed, is the premise to ensure the quality of the pressure vessels. This paper introduces some cases and experience of the process inspection during the manufacture of pressure vessels, taking steel pressure vessels as an example, from several points of view, such as the material quality certifi cates, the material standards, the smelting methods, the chemistry analysis, the retest of materials and the substitute materials.

Pressure vessels Smelting method Chemical analysis Retest of materials Substitute materials

X933.4

B

1673－257X(2014)10－30－03

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.10.008

郭優(yōu)(1985～),女，工程師，主要研究方向：機械工程及自動化。

2014-04-02）