王華 高麗娜(.蘭州寰球工程有限公司,甘肅 蘭州 730060;.蘭州石化公司動力廠,甘肅 蘭州 730060)
球罐用鋼板出廠檢驗中關于機械性能試驗問題的探討
王華1高麗娜2(1.蘭州寰球工程有限公司,甘肅 蘭州 730060;2.蘭州石化公司動力廠,甘肅 蘭州 730060)
針對球罐用鋼板出廠檢驗中檢驗方與采購方產生的分歧,模擬焊后熱處理SR后的機械性能試驗是否可以替代交貨狀態(tài)下機械性能試驗,進行分析和探討。此次項目采購的鋼板材質分別為07MnNiMoVDR和Q370R,在技術附件中采購方要求07MnNiMoVDR鋼板的交貨狀態(tài)為淬火加回火熱處理狀態(tài)下交貨,Q370R交貨狀態(tài)為正火。36mm、46mm厚07MnNiMoVDR鋼板,48mm厚Q370R鋼板逐張進行力學性能及冷彎性能試驗(及機械性能試驗)。只對07MnNiMoVDR材質的鋼板要求供方應對每熱處理張進行模擬焊后熱處理試驗SR,SR后的鋼板機械性能試驗要滿足SR前機械性能的要求。
機械性能試驗;模擬焊后熱處理;SR消除應力熱處理(Stress Relieving)
出廠檢驗,是采購方在工程建設過程中為確保工程設備、材料的質量符合訂貨合同的規(guī)定要求,避免由于質量問題而影響項目工程建設而作的檢驗和監(jiān)制工作,因此出廠檢驗是工程采購程序中非常重要的步驟。與此同時,在檢驗過程中不可避免的會出現(xiàn)與供貨方就檢驗中問題產生分歧的情況。
筆者曾有幸參與某項目球罐用鋼板的采購工作。在鋼板出廠檢驗過程中,采購方與供方就鋼板模擬焊后熱處理SR機械性能試驗是否可以代替交貨狀態(tài)下的機械性能試驗產生了分歧。本文針對此問題進行分析及探討,希望對以后的出廠檢驗工作提供參考。
此次項目采購的鋼板材質分別為07MnNiMoVDR和Q370R,在技術附件中采購方要求07MnNiMoVDR鋼板的交貨狀態(tài)為淬火加回火熱處理狀態(tài)下交貨,Q370R交貨狀態(tài)為正火。36mm、46mm厚07MnNiMoVDR鋼板,48mm厚Q370R鋼板逐張進行力學性能及冷彎性能試驗(及機械性能試驗)。只對07MnNiMoVDR材質的鋼板要求供方應對每熱處理張進行模擬焊后熱處理SR試驗,SR后的鋼板機械性能試驗要滿足SR前機械性能的要求。采購方認為按照此要求,在出廠檢驗時,供貨商需在質保書中提供兩種熱處理狀態(tài)(交貨狀態(tài)/模擬焊后熱處理SR狀態(tài))下的機械性能。
對兩種材質的所有鋼板均按熱處理張對待進行了SR處理,SR處理后再進行力學性能試驗,并在質保書中只提供了模擬焊后熱處理SR狀態(tài)下的機械性能。制造商認為SR后鋼板的機械性能會降低,因此SR的機械性能合格就能保證交貨狀態(tài)下機械性能合格。
兩方的主要分歧點在于模擬焊后熱處理SR機械性能試驗是否可以代替交貨狀態(tài)下的機械性能試驗。要弄清此問題,就必須明白模擬焊后熱處理SR以及交貨狀態(tài)下的機械性能試驗的概念。
SR 消除應力熱處理(Stress Relieving)去除應力退火是將工件緩慢加熱到較低溫度,保溫一段時間,使金屬內部發(fā)生弛豫,然后緩冷下來。去除應力退火并不能將內應力完全去除,而只是部分去除,從而消除它的有害作用。
大量的失效事故證明,焊接后接頭的熱影響區(qū)是最容易造成結構破壞的區(qū)域。因此經常采用模擬試驗的方法SR來研究焊接熱影響區(qū)的組織和性能[1]。該方法的優(yōu)勢在于,可以在一個相對較寬的區(qū)域模擬實際焊接過程中熱影響區(qū)的溫度變化情況,再現(xiàn)熱影響區(qū)的組織和性能,因此更有利于熱影響區(qū)組織的表征和性能的研究[2]。通過改變線能量和對熱模擬后的樣品進行熱處理等手段,研究探索改善熱影響區(qū)粗晶區(qū)的組織和性能的途徑。
模擬焊后熱處理,根據(jù)ASME標準不是強制要求,如果需要的話,用戶必須提出。如果沒有,則不必做模擬熱處理。
此項目,采購方要求對07MnNiMoVDR材質的鋼板要求供方應對每熱處理張進行模擬焊后熱處理試驗SR,試驗條件為:570±15℃×4h,SR后的鋼板機械性能試驗要滿足SR前機械性能的要求。同時,還要保證沒有進行SR的鋼板在實際焊后熱處理(熱處理溫度為570±15℃×4h)后的機械性能,滿足規(guī)定的要求。實際中,07MnNiMoVDR材質的鋼板每張都是熱處理張,故需全部做SR處理。07MnNiMoVDR材質的鋼板SR記錄見圖1:
圖1 07MnNiMoVDR模擬焊后熱處理的電腦記錄(570℃×4h)
因此SR試驗是一種模擬試驗,不但可以驗證焊后熱處理對板材熱影響區(qū)的影響,而且可以驗證焊后熱處理的方法是否正確,最終目的是保證焊接熱處理后板材熱影響區(qū)的組織和性能。
原理:拉升板材式樣,一般拉至斷裂,測定一項或幾項力學性能。除非另有規(guī)定,試驗一般在室溫10℃~35℃范圍內進行。對溫度要求嚴格的試驗,試驗溫度應為23℃±5℃[6]。
此項目技術協(xié)議的要求:需要測定抗拉強度、屈服強度、伸長率等三項性能。
原理:將規(guī)定幾何形狀的缺口式樣置于試驗機兩基座之間,缺口背向打擊面放置,用擺錘一次打擊試樣測定試樣的吸收能量。由于大多數(shù)材料的沖擊值隨溫度變化,因此試驗應在規(guī)定溫度下進行。當不在室溫下進行時,試樣必須在規(guī)定條件下加熱或冷卻,以保持規(guī)定的溫度。
此項目技術協(xié)議的要求:(1)07MnNiMoVDR材質的鋼板應逐張檢測,測試溫度-50℃,夏比(V型缺口)沖擊試驗的沖擊功,每張取3個試樣的算術平均值計算,其平均值不得低于80J,3個試樣中只允許有一個試樣的沖擊功小于80J,但不得小于56J。(2)Q370R材質的鋼板應逐張檢測,測試溫度-20℃,夏比(V型缺口)沖擊試驗的沖擊功,每張取3個試樣的算術平均值計算,其平均值不得低于34J,3個試樣中只允許有一個試樣的沖擊功小于34J,但不得小于24J。
原理:是以圓形、方形、矩形或多邊形橫截面試樣在彎曲裝置上經受彎曲塑性變形,不改變加力方向,直至到達規(guī)定的彎曲角度。彎曲試驗時,試樣兩臂的軸線保持在垂直于彎曲軸的平面內。此項目技術協(xié)議的要求,彎曲180°,b=2a,d=3a(b試樣寬度、a試樣厚度、d彎曲壓頭直徑)。
所謂鋼板交貨狀態(tài)下的機械性能試驗,就是指沒有做模擬焊后熱處理SR的鋼板的機械性能試驗,通過拉升、沖擊、冷彎試驗來數(shù)據(jù)確定其機械性能。主要目的是確定鋼板母材的機械性能。
模擬焊后熱處理SR的機械性能試驗,是指經過模擬焊后熱處理SR的鋼板的機械性能試驗,SR后通過拉升、沖擊、冷彎試驗來數(shù)據(jù)確定其機械性能(見圖2)。主要目的是確定鋼板焊后熱處理后熱影響區(qū)的機械性能。
Q 3 7 0 R 鋼板厚度m m拉伸試驗 沖擊試驗 彎曲試驗抗拉強度M P a屈服強度M P a延伸率%溫度℃V型沖擊J B=2 a 1 8 0°d=2 a>1 6~3 6 ≥3 6 0 d=3 a>3 6~6 0 5 2 0~6 2 0 ≥3 4 0實測值1 δ=4 8 5 4 4 3 5 8 3 1 -2 0 1 8 9/1 9 4/1 7 0 d=3 a實測值2 δ=1 2 3 9 8 5 6 5 2 8 -2 0 1 5 4/1 4 1/1 5 0 d=2 a實測值3 δ=1 8 3 8 8 5 5 1 2 9 -2 0 1 5 3 2/1 5 4/1 0 7 d=3 a 0 7 M n N i M o V D R技術要求 不限 6 1 0~7 3 0 ≥4 9 0 ≥1 7 -5 0 ≥8 0 d=3 a實測值1 δ=4 6 6 5 4 5 8 6 2 0 -5 0 2 4 6/2 4 9/3 0 5 d=3 a實測值2 δ=3 6 5 3 9 6 2 1 2 2 -5 0 2 9 4/3 0 0/2 8 9 d=3 a 1 0 ~1 6 5 3 0~6 3 0 ≥3 7 0技術要求≥2 0 -2 0 ≥3 4
由于很多的例證表明,焊接后接頭的熱影響區(qū)是最容易造成結構破壞的區(qū)域,所以制造商認為SR后的機械性能試驗可以代替交貨狀態(tài)下的機械性能試驗。
但這種例證缺乏權威的數(shù)理統(tǒng)計及理論依據(jù),即使模擬焊后熱處理SR的鋼板的機械性能試驗合格,也不能表明母材的機械性能合格,兩者有本質的區(qū)別。作為產品檢驗方來講,必須按照技術協(xié)議要求以及相關的標準規(guī)范檢驗,兩種檢驗是不能互相替代。
[1]GB/T229-2007,金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法.
[2]GB/T228-2002,金屬材料室溫拉伸試驗.