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ASME培训 - Lesson 2 材料要求


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ASME 规范第 VIII-1 卷 -- 压力容器 材料要求

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目标
怎样确定允许使用的材料,怎样确定本规范对材料的特殊要求。

概况
? ? ? ? ? ?

允许使用的材料和选用 Section II 材料技术条件 焊材 冲击试验要求 材料的返修 材料的检验和标记

允许使用的材料和选用
在为 VIII-1 卷压力容器选用材料时,应查阅以下不同的资料: ? ? ? ? ? ? Subsection A 材料的一般要求 Subsection B 制造方法和特殊工况影响材料的选择 Subsection C 针对特殊材料的要求 材料表 – 给出 VIII-1 卷允许使用的材料(UCS-23、UHS-23、UNF-23 等) 强制性附录 Section II 材料的详细要求 Part A Part B Part C Part D ? 有关规范案例 钢铁材料 有色金属 焊材 材料性能

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金属学基础
金属通常划分为钢铁材料(铁>50%)和有色金属。含有一种以上元素的金属为合金。 铁合金(SA-XXX) 铸铁 — 碳>2%,非常脆,不易焊接,适合于制造复杂形状的部件。 钢材 — 碳<2%,不脆(有韧性) ,较易焊接。 碳钢 — 含硅、锰,用于较低温度。 低合金钢 — 含铬(<10%) 、钼、镍,用于高温和含氢介子。 高合金钢 — 含铬(>10%) 、钼、镍、锰,用于腐蚀、高、低温。按化学成分和性能, 不锈钢可分为: 马氏体不锈钢(如 410) — 高铬(>12%) ,导磁,可通过热处理改善强度和 硬度。 铁素体不锈钢(如 405、403)— 导磁,不可通过热处理来改善强度和硬度。 奥氏体不锈钢(如 200、300 系列)— 不导磁, 不可通过热处理来改善强度和硬 度。 奥氏体/铁素体双相不锈钢(329)— 高强度, 比奥氏体不锈钢具有更好的耐腐 蚀性。 钢的热处理 ASME 规范产品制造中会使用到两个临界温度: 下临界温度(A1)= 上临界温度(A3)= 正火 合金开始向奥氏体转变 合金全部转变成奥氏体

将钢加热到 A3 以上大约 100?F,然后在静止空气中冷却。目的是使钢 的组织均匀,使硬度高于钢在退火状态的硬度。 将钢加热到 A3 以上大约 50?F,然后随炉缓慢冷却。目的是细化晶粒, 使材料软化。 加热到 A1 以上的温度,目的是降低制造和焊接应力,降低热影响 区的硬度。 钢加热后的冷却速度对提高钢的硬度和强度非常重要,如 SA-517 这样 的钢种,其强度主要靠淬火获得。

退火

焊 后 热处理 淬火

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回火

淬火后的钢非常脆,为增加韧性,将其加热到 A1 以下,然后冷却以得 到所期望的高强度和良好韧性的综合性能。

(参见:Structural Analysis and Design of Process Equipment, Jawad Farr)

有色金属 主要用于强腐蚀、高温的环境。 铝合金 铜合金 镍合金 钛和锆合金 有色金属合金的热处理 退火 将材料加热到一定的温度,然后缓慢冷却。目的是使材料软化,消除冷加 工应力。 将材料加热到稍高于退火温度,然后以比退火快的冷却速度冷却。 在足以使各合金元素可随机弥散的高温下进行的热处理。 低温加热以稳定某种合金元素。 对合金以一定的温度处理以产生一稳定的性能。 不导磁、具有良好的可成型性、高的强度-重量比。 良好的耐腐蚀性和机械加工性能。 极好的耐腐蚀性和高温抗氧化性能。 耐腐蚀性极强。

正火 固溶处理 稳定化 温度处理

(参见:Structural Analysis and Design of Process Equipment, Jawad Farr)

VIII-1 卷的材料
UG-4 到 UG-8、UG-10、UG-12 到 UG-14:受压件的材料必须是 ASME 规范 Section II 中的材料,并限于那些在 UG-23 提到的材料。

例外 UG-4(b):非受压件材料仅须具有可焊性即可。

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UG-9:焊接材料。 UG-11(a)&(c):允许使用的 ASME/ANSI 标准(见规范解释 VIII-77-86) 。 UG-13(b):垫片仅须是可锻纲(Wrought steels)即可。 UG-15: 同牌号的可锻材料(Wrought materials)已被批准作为可使用材料,但在“采购 清单”中没有列入的此材料。 (见规范解释 VIII-1-89-194) 强制性附录规定的材料。 规范案例允许的材料。

材料的许用应力
总则 对于大多数锅炉压力容器规范卷册,许用应力可在 Section II Part D-材料性能中找到。 用于: 计算所需要的厚度 与计算应力值比较

Section II Part D 所列材料顺序按合金含量递增排列: 碳钢 铬-钼钢 不锈钢

在同一“公称化学成分”以内,材料的顺序按抗拉强度递增排列。

-

非常便于设计人员使用:合金类型、强度等级。 对于某一具体合金牌号,首先看一下技术条件,找出它的公称合金含量和抗拉 强度。

表 1A 和 1B 随不同的规范版本进行修改, 以反映出用新的设计安全系数 3.5 重新计算的 抗拉许用应力。

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VIII-1 卷 对于第 VIII 卷来说,Section II Part D 中的表 1 用于 VIII-1 卷、表 2 用于 VIII-2。 表 1 进一步分为两部分: 表 1A – 钢铁材料 表 1B – 有色金属材料

对于铸铁(UCI) 、球墨铸铁(UCD)和低温材料(ULT) ,许用应力在 VIII-1 卷中,而 不是 Section II Part D。 使用此表时应注意以下两点: 确认你所查阅的那一行在 VIII-1 卷一栏里没有“NP” (Not Permitted)字样。 确认已查阅过与 VIII-1 卷有关的注释。

另外: UG-45(c) UW-15(c) :接管剪切许用应力 = 接管抗拉许用应力的 70% :焊缝的许用应力是容器材料许用应力的百分之几:

坡口焊缝抗拉许用应力 = 74% 坡口焊缝抗剪许用应力 = 60% 角焊缝抗剪许用应力 = 49% 用于按 UG-41 的补强强度计算。

Subsection A 一般要求
Subsection A 中有关材料的基本条款为:

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UG-4 UG-5 UG-6 UG-7 UG-8 UG-9 UG-11 UG-12 UG-13 UG-14

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一般要求 板材 锻件 铸件 管道和管子 焊接材料 预制和预成形受压件 螺栓和螺柱 螺母和垫圈 棒材

一般来说,在 VIII-1 卷的其它章节中,如 UCS、UHA 等,关于材料的要求通常都具有 相同的段落编号。

UG-4(a) UG-4(a)将用于承受压力应力的材料限于那些由 Subsection C 允许使用的材料, 同时还提 到了 UG-9、10、11、15 和强制性附录,给出其它允许使用的材料。 UG-4(b) 材料不符合 Subsection C 允许的技术条件可用于非受压件, 但必须符合 UW-5(b)的要求。 UW-5(b)指出,必须证实材料具有可焊性。一般来说,如果材料可按 UG-10、11、15 或 93 识别,或者,其化学成分、机械性能已知,按第 IX 卷进行了焊接工艺评定即可证实 材料的可焊性。 如果材料不符合上述要求, 每一块未识别的材料必须按第 IX 卷 QW-451 的规定进行导向弯曲试验。 UG-4(b)还提到,未能按 UG-93 识别的材料,其许用应力不能超过 Subsection C 允许的 类似材料的许用应力的 80%。换句话说,在进行载荷计算时,你只能使用该材料许用应 力值的 80%。

UG-4(d) 如果材料既没有列入 VIII-1 卷,又不符合 UG-10 或 15,要使用此种材料可按附录 B 向 ASME 提交申请。ASME 通常要求,此种申请是针对已向 ASTM 提交过申请的材料。 按照附录 B,在一般情况下,可能会出版一份规范案例,允许采用这种材料。

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UG-4(f) UG-4(f)建议, 设备的用户或其指定代理应确认建造容器所使用的材料适合于预期的工作 环境,即在设备的预期使用寿命期限内,能保持要求的机械性能、具有抗腐蚀、抗侵蚀、 抗氧化及其它老化的能力。

UG-10 未能完全识别的材料 通常认为只有“规范”认可的材料才能用于规范容器的制造。但是,在 UG-4(a)中提到, UG-10 允许使用未完全识别、或可按本卷不允许使用的某个技术条件加以识别、即按此 技术条件制造的材料,只要其满足 UG-10(a)、(b)、(c)的相应要求。

UG-10(a) 可按材料制造厂提供的完整证明加以识别的材料 UG-10(a)允许使用 VIII-1 卷中没有列入的材料,只要此材料可以识别、并能够通过炉批 号追踪到材料制造厂的原始化学成分。此段叙述了为使用这类材料需要进行的步骤。简 单地说,你应将这类材料的理化性能与 ASME 允许使用的材料进行比较,如果一致,即 可对其认可。此认可步骤可以由 ASME 持证厂家或材料制造厂完成。

UG-10(b) 可按生产批号识别、但不能按 UG-10(a)认可的材料 UG-10(b)允许使用 VIII-1 卷中没有列入、虽可识别但不能追踪到材料制造厂原始化学成 分的材料。与 UG-10(a)一样,此段也叙述了为使用这类材料需要进行的步骤。不过,在 此种情况下, 你必须对每一炉号都进行理化性能试验, 并将试验结果与 ASME 允许的技 术条件相比较。如果相符,你可认定此材料符合 Section II 的相应材料技术条件。此认 可步骤只能由 ASME 持证厂家完成。

UG-10(c) 未完全识别的材料 UG-10(c)允许使用 VIII-1 卷中没有列入、不能识别、也不能追踪到材料制造厂原始化学 成分的材料。此段叙述了为使用这类材料需要进行的步骤,与 UG-10(b)相似,但你必须 逐件进行试验。此段只能由 ASME 持证厂家运用。

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UG-15 技术条件的材料形式 如果材料以一种材料形式列入 Subsection C, UG-15 允许使用 Section II 中的同种材料的 另一种材料形式。 例一 SA-182-317L 符合 SA-240-317L 级别材料的要求,并且在 Subsection C 中列有 SA-182 的材料形式,因此,SA-182-317L 可以用于受压材料,尽管 Subsection C 中没有列入此 材料。 (注:此材料现已列入 Subsection C) 。 例二 问:我们正在为一个要求使用 SA-240 UNS32950 双相不锈钢的项目报价,我们发现此 合金并没有列入 Table UHA-23 中 SA-240 板材里,但在 Pipe 和 Tube 材料形式(SA-789 和 SA-790)里却列有相同的合金,此材料是否可以用于 VIII-1 容器的建造? 答:可以。通过运用 UG-15,可以使用此材料。此条款提到的情况是,规范以一种或几 种材料形式(如:管子、锻件)列入了某一合金,但未列入相同合金的其它材料形式, 如板材、棒料,只要此板材和棒料技术条件列入了 VIII-1 卷的 Subsection C,含盖了相 同级别的其它材料形式,则可以使用此相同级别的其它材料的许用应力。当然,有必要 去核实材料的理化性能、热处理、等等,符合相应技术条件的要求。另外,对于焊接管 材,许用应力应作必要的调整。 UG-7 铸铁材料 UG-7 规定,铸铁材料的许用应力应乘于 UG-24 给出的质量系数。UG-24 对除 Part UCI 外的铸铁材料规定了质量系数。

UG-9 焊材 UG-9 要求用于生产的焊材应符合 Section VIII-1、Section IX、和相应的 WPS。 符合 Section II Part C 技术条件的焊材,如果材料标记符合技术条件的规定,可按标记验 收;非规范焊材,如果标记符合 WPS 上的规定,也可按标记验收。

UG-11 预制或预成形的受压件 UG-11 提到,一些受压件的制造可以不提供制造厂部件数据报告,这些受压件包括:

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铸造、锻、轧制或模锻的标准受压件 – 管件、法兰、等。 铸造、锻、轧制或模锻的非标准受压件 – 壳体、封头、可拆除封门、等。 除容器壳体、封头外,焊制受压件 – 焊制标准管件、焊制封帽、等。 这些部件不是按 ASME/ANSI 标准(如那些列入 UG-44 中的标准) ,就是按制造厂标准 制造,这些标准对标在部件上或在制造厂样本中说明的压力-温度等级作出了规定。

焊制受压标准件 UG-11 允许使用除壳体或封头外的其它焊制标准受压件, 并引述到 UG-44 以及制造厂标 准。此只制造厂标准必须: 符合 UW-26 到 UW-40,或 ASTM A-234 的要求。对于 ANSI 标准件也是如此。 提供质量证明,如果不能作标记的话。

RT 和任何热处理可以由标准件厂进行,但必须随件提供证明。 UG-44 ASME/ANSI 标准 UG-44 列出了可用于 VIII-1 卷的 ASME/ANSI 标准,这些标准的版本号见 Table U-3。

材料类型 在 Subsection C 中有关材料的条款通常是 UXX-5 至 UXX-15。在 Subsection C 中有以下 材料类型: UCS-碳钢 UNF-有色金属 UHA-高合金 UCI-铸铁 UCL-复合材料 UDC-球墨铸铁 UHT-热处理钢 ULW-多层容器 ULT-低温材料

碳钢和低合金钢 Subsection C 中 Part UCS 是关于碳钢和低合金钢材料。有关一般要求的条款有: UCS-6 板材 UCS-7 锻件

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UCS-8 铸件 UCS-9 管材 UCS-10 螺栓 UCS-11 螺母/垫圈 UCS-12 棒料和型材

UCS-5 一般要求 UCS-5 是关于碳钢和低合金钢的一般要求,重复 UG-4(a)的要求,提到 Table UCS-23。 此条规定,如材料的含碳量超过 0.35%,不允许焊接或气割。 UCS-6 板材 UCS-6 讨论碳钢和低合金钢,对使用 SA-36 和 SA-283 材料制造受压部件规定了以下 几条限制: 不能用于有毒介质; 不能用于非受火蒸汽锅炉; 对于壳体、封头或管接头,允许对承力焊缝施焊的最大厚度为 5/8”(15.8) 。

Section II 中的技术条件类型 Section II 中技术条件基本上可分为以下三种类型: 材料技术条件,如 SA-285; 通用技术条件,如 SA-20; 试验技术条件,如 SA-370;

材料技术条件的构成
Section II 中的技术条件的构成基本一致,以 SA-285 为例: 范围 有关文件 一般要求和采购依据 化学成分 机械性能 叙述一般性要求 引述 ASTM A-20(SA-20) 叙述采购协议和引述 ASTM A-20 Table 1 给出各级别的化学成分 给出抗拉、屈服和延伸率要求

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补充要求 由于材料的使用环境要求,采购方有必要规定补充要求。这些补充要求可以在技术条件 中找到,也可以在通用技术条件中找到。这些补充要求不是强制性的,仅是在采购方认 为有必要时才使用。SA-285 中提到补充要求的条款是 3.3,写道: “除本技术条件中的 基本要求外,当要求对试验或检验进行附加控制以满足最终使用要求时,可以使用附加 要求。采购方可查阅技术条件中所列的附加要求,也可查阅 A-20/A-20M 中详细规定” 。 通用技术条件 Section II 中的通用技术条件有: 管: SA-530 管子:SA-450 不锈钢板: SA-480 碳钢、低合金钢板: SA-20 结构钢板、型钢: SA-6 SA-450 中的标记要求 SA-450 是 Tube 的通用技术条件,对 Tube 的标记有以下规定: 制造厂名称或商标; 技术条件号和级别; 如果技术条件中的某项试验将由采购方完成,X、Y 或 Z 字母应标在技术条件 号后面。

此标记必须采用喷印方式,除非 Tube 的直径小于 1-1/4”(32) ,则可以使用标签。 材料的试验和检验 基本材料技术条件提出材料的试验和检验项目和要求,对于机械性能试验将要求查阅 SA-370、化学成分试验查阅 E-30,同时还要查阅相应的通用技术条件。试验结果必须 按技术条件的要求进行记录。 Section II 要求的试验类型 Section II 要求进行的试验有:

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化学成分--- 所有材料 机械性能--- 所有材料 水压试验--- 管子类材料 超声波-------调质钢 涡流---------管子类和铸件

Section II 要求的机械性能试验 Section II 要求的机械性能试验有: - 抗拉、屈服--- 除个别碳钢外,所有材料 - 硬度---- 锻件、管子和棒材 - 弯曲---- 管子或棒材 - 压扁---- 管子类材料 - 导向弯曲--- 填充金属、焊制产品 - 夏比冲击--- 碳钢、低合金钢填充金属

SA-20 概述 SA-20 是碳钢低合金钢的通用技术条件,其构成如下: 范围 相关文件 术语 采购依据 制造 热处理 化学分析 金相组织 质量 试验方法 抗拉试验 缺口韧性 材料标记 尺寸和重量 检验和试验 叙述运用 SA-20 的材料技术条件 给出用于试验的引用文件,如 SA-370 对钢材制造的术语给出定义 说明在采购订单里应说明的项目 说明要求使用的熔炼方法 说明所要求的热处理,如正火 说明化学分析如何进行及其要求 说明晶粒度和确定晶粒度的试验方法 说明表面、边缘的验收要求,焊接返修要求 说明要求使用的试验方法 说明抗拉试验的数量和位置 引用 SA-370,说明标在材料上的字母标记 说明钢板标记的部位和方法 给出重量要求、尺寸要求 说明与采购方检验人员的接口

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复验 重复热处理 拒收 包装

引用 SA-370,同时也给出了一些例外情况 如果要求复验,给出了重复热处理的要求 略 包装、标记和装运的一般要求

与材料技术条件一样,SA-20 也包含有附加要求,是否采用这些附加要求通常由规范或 用户提出,冲击试验就是一个例子。 标记要求 SA-20 的第 13 节对碳钢低合金钢的标记作了强制规定,包括: 制造厂名称或商标; 炉、批号; 技术条件号、材料级别或类别; 热处理状态(G 或 MT)

注释:G----热处理由设备制造厂或加工厂家进行. MT----热处理由材料制造厂进行.

这些标记必须用钢印打在材料上,除非: 板厚在 6 毫米(1/4 英寸)以下; 采购方规定喷印。

SA-178/SA-209 中关于标记的要求 除通用技术条件外,材料技术条件也对材料标记提出特殊要求。例如, Tube 技术条件 SA-178 要求将“ERW”标在每一根 Tube 上。如果是用人工做标记,要求将此标记标在 距离端部 8”(203)处。又例如,Tube 技术条件 SA-209 要求标记除要符合 SA-450 外, 还应在 Tube 上标出“Hot-finished”或“Cold-drawn” 。

UG-94 中关于授权检验师(AI) AI 应对所有的材料进行检查,核实材料上是否具有相关技术条件规定的识别标记。

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SA-370 概述 SA-370 是关于钢材机械性能试验方法的技术条件,内容概括如下: 范围 相关文件 验。 注意事项 对本技术条件含盖的拉伸、弯曲、硬度和冲击等具体要求给出了 索引。 列出引用的 ASTM 标准,如,E-23 金属材料的缺口式样冲击试

说明一些必须知道的事项,如果处理不适当,可能会得到错误的 结果。 取样方向 说明纵向、环向式样的制取。 说明 拉伸试验的定义 式样参数 说明不同产品,如锻件、铸件、等,其式样的参数,包括拉伸式 样的尺寸和公差。 板材式样 板材式样的拉伸试验。 薄板式样 薄板式样的拉伸试验。 圆形式样 机加工原形式样的拉伸试验。 标距 延伸率测定标距点的位置。 试验设备和操作 加载程序及按 ASTM E4 进行鉴定,试验速度。 定义 拉伸试验定义见 ASTM E-6, 抗拉性能确定 说明确定屈服点、和其它抗拉性能的方法。 说明 弯曲试验 总则 说明硬度试验的一般要求。 布氏硬度 说明布氏硬度试验的程序和方法。 便携式硬度仪 说明便携式硬度仪及其试验要求。 洛氏硬度 洛氏硬度试验程序及方法。 说明 夏比(Charpy)冲击试验。 式样 夏比(Charpy)冲击式样的尺寸、缺口的方位。 试验设备和条件 说明试验机和温度测量仪的一般特性和鉴定要求。 试验结果 冲击试验结果的记录和解释。 验收标准 确定试件强度要求的验收标准。 补充要求 对不同材料提供特殊的补充要求。

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焊接材料
Section II, Part C
Section II, Part C 是焊接材料的技术条件卷册,SFA-5.1 及其它技术条件均规定了关于焊 材标记的要求,内容如下: 包装上 -

AWS 技术条件号和分类 制造厂名和牌号 标准尺寸和净重 批号、控号、或炉号

焊条上 焊条上距离夹持端 1-1/2”范围内应标有 AWS 分类代码.
注释: 如果焊材实物上的标识与证书或包装上的不一致,只认定实物上的标识.

UG-9 焊接材料
UG-9 允许使用未列入规范的焊接材料。材料试验报告(MTR)可以不要,但必须满足: 焊材包装的标记符合 Section II 的要求;或 包装上的标记可追踪到用于焊接工艺评定的焊材。

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Section II, Part C 推荐的焊材保存要求

(1) 由于焊材在制造方面存在着不同,因此,对于这些焊条的具体烘干要求应根据焊条 厂商的推荐。 (2) 对于采用国产焊材,焊条的烘干和保温的技术要求应遵循焊材制造厂家所推荐的温度 和时间。

其它试验
在某些情况下,VIII-1 卷要求在 Section II 的基础上再附加一些材料试验项目,如: UCS-85 UNF-95 UHA-52 UHT-6 UHT-81

附加试验
由于使用或设计条件,VIII-1 卷要求的附加试验有: 夏比(Charpy)冲击试验: - 用于低温条件下的碳钢、低合金钢; - 热处理过的铁素体钢; - WPS 评定(如有要求的话) 。 落锤试验:

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由于低温的热处理铁素体钢

RT、PT 或 MT: - 焊缝、堆焊和铸件。 UT 厚壁铸件、及某些焊缝。

结合面剪切、结合面拉伸试验: - 整体复合钢板。

其它有关材料的条款
在处理规范材料问题时,必须查阅 VIII-1 的所有部分,其它关于材料的条目有: UG-84 UCS-66 UHA-51

冲击试验要求
碳钢、低合金钢
背景 VIII-1 卷在 87A 之前对于碳钢、低合金钢用于设计温度在-20?F(-29?C)以上的容器可 不做冲击试验。 尽管运行记录表明按规范建造的容器是非常安全的,但脆性破坏越来越引起重视。曾经 发生过的少数脆性破坏大都发生在水压试验过程中。 现有的缺口韧性法则是以线性弹性断裂力学(LEFM)理论为基础,并根据材料的试验 结果建立的, 同时, 也广泛考虑了好的经验、 以及压力容器工业里脆性破坏的低发生率。

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冲击性能 材料的缺口韧性与以下因素有关: 温度 厚度 应力

UG-20(b)最低金属设计壁温(MDMT) - 容器运行过程中的最低温度。 MDMT – 必须与相应的 MAWP 一起标在容器的铭牌上。 冲击试验法则的主要特点是,使用一组冲击试验免除曲线,该曲线按 MDMT 对应于元 件的厚度将常用的钢材分成了四个组。 冲击免除曲线是依据钢材的韧性在一定的温度区域内呈现急剧变化这一特性建立的。 对于给定的材料,如果 MDMT 在曲线上或在曲线的上方,则用冲击试验来证实材料的 韧性是没有必要的。 冲击试验 如果要求进行冲击试验,UG-84 规定了应该使用的程序。应该假设要求进行冲击试验, 除非在 Subsection A 或 C 中找到了可以免除的依据。UG-84 接着提到,试验的程序和设 备应符合 SA-370 的要求。

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冲击式样

小截面式样的厚度见 UG-84(c) 图 UG-84 冲击式样(夏比冲击试验)

UG-84(c)(4)(b) Charpy 冲击试验 UG-84(c)(4)(b)规定,对于抗拉强度大于或等于 95,000 PSI 的 Table UCS-23 的材料,以 及 Table UHA-23 的材料,其相应的最小侧向膨胀量应按 UHT-6。

侧向膨胀量

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图 UG-84.1

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Table UG-84.2 小尺寸式样
___________________________________________________________

厚 in.



温 度 降 低 值 ? F.

____________________________________________________________

0.394 (全尺寸) 0 0.354 0 0.315 0 0.295 (3/4 尺寸) 5 0.276 8 0.262 (2/3 尺寸) 10 0.236 15 0.197 (1/2 尺寸) 20 0.158 30 0.131 (1/3 尺寸) 35 0.118 40 0.099 (1/4 尺寸) 50 ______________________________________________________ 允许用线性插值法求得中间值。

Table UG-84.3

材料类型
板材 Part UCS 和 UHT Part UHA Pipe Tube 锻件 铸件 螺栓 管件

技术条件号
SA-20, S5 SA-480 SA-333 SA-334 SA-350 SA-352 SA-320 SA-420

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Table UG-84.4

最小规定屈服强度(ksi) 温度差(注 1) ? 40 10 ? 55 5 ? 55 0 注:冲击试验温度可以高于最低金属设计壁温的温度数值见此表。

冲击试验要求 对于碳钢低合金钢材料,应首先假定要做冲击试验,然后再来确定是否可以免除。

UG-20(f) 免除冲击条款 如果满足以下条件,P-1Group 1 或 2 的材料的冲击试验可以免除。 材料的控制厚度: ? 1/2” (12.7) 对于 Fig. UCS-66 曲线 A 的材料; ? 1” (25.4) 对于 Fig. UCS-66 曲线 B、C 或 D 的材料。 整台容器按 UG-99(b)、(c)或(k)进行水压试验。 设计温度不低与-20?F(-29?C) ,不高于 650?F(343?C) 。由于季节性温度变化引起的操 作温度偶然低于-20?F(-29?C)是允许的。 热、冲击或循环载荷不是设计的关键因素。 (见 UG-22) UCS-66 材料 除非另有条款给予免除,对于最低设计金属壁温和厚度的交点落于代表材料的曲线下 方,必须进行冲击试验。如果温度 -厚度的交点落于曲线上或上方,对母材可不必做冲 击试验。 壳体、管接头、人孔接管、开孔补强板、法兰、管板、平封头板、焊缝衬垫、与容器构

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成结构整体并与受压件相焊的装接件,都应分别判断是否要进行冲击试验。

Fig. UCS-66 根据材料的牌号,如果最低金属设计壁温和厚度的交点落于 Fig. UCS-66 相应曲线的上 方,可免做冲击试验。图中使用的厚度按 UCS-66(a)(1~3)的定义来确定。

UCS-66(a) UCS-66(a)定义的厚度有以下 4 种类型: 铸件; 除铸件外,其它用对接焊缝连接的材料; 除铸件外,其它用角接焊缝连接的材料; 除铸件外,其它非焊接件,如,螺栓连接的平封盖。

UCS-66(a) 不管什么材料,对于以下情况,必须进行冲击试验: 如果焊缝处的控制厚度大于 4 in(100) ,并且 MDMT<120?F(48?C) ,必须进行 冲击试验; 控制厚度超过 6 in(152) ,用螺栓连接的元件,如果 MDMT<120?F(48?C)必 须进行冲击试验。

UCS-66(b), 降低温度 UCS-66(b)允许使用 Fig. UCS-66.1 进一步降低由 Fig. UCS-66 确定的最低金属设计壁温。 另外,UCS-66(b)还对使用 Fig. UCS-66.1 提出了 2 条限制: 最低金属设计壁温不能低于-55?F(-48?C) ,除非实际拉应力与许用应力的比 值小于 0.35,在这种情况下,可不进行冲击试验,且-55?F(-48?C)的限制不 适用; 所有的材料在-55?F(-48?C)以下均应做冲击试验,除非实际应力与许用应力

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的比值小于 0.35, 在此情况下, 温度不低于-155?F (-103?C) 可不做冲击试验。 UCS-66(b)(1)(b)允许将 Fig. UCS-66.1 和 Fig. UCS-66.2 用于承受非一次薄膜应力的元件, 如平封头、管板、法兰等。 按 UCS-66(b)(1)(c),对于用焊接连接的法兰,其 MDMT 可按与其相连的管颈或壳体确 定的温度降低值一样予以降低。 UCS-66(c),免除 UCS-66(c)规定,ASME/ANSI B16.5 和 B16.47 铁素体钢法兰、以及 SA-216 GR WCB 制 成的对开式活套法兰用于设计金属温度等于或高于-20?F(-29?C)时,可不必进行冲击 试验。

UCS-66(d),免除 UCS-66(d)允许对厚度小于 0.10 in(2.5)的材料免除冲击试验。对于材料为 P-No. 1 的 小直径管子(NPS 4 或以下) ,当厚度不超过对应于规定最小屈服强度值的以下厚度值 时,可免做冲击试验: 规定最小屈服强度 ksi 20~35 36~45 46 和更高 UCS-66(e) UCS-66(e)规定, 对于厚度小于 6 mm 的板材,材料技术条件要求的制造厂标记不能使用 钢印,除非符合规定的条件可以例外。 UCS-66(f) 除非按 Fig. UCS-66 可以免除,规定最小屈服强度值大于 65 ksi 的材料必须进行冲击试 验。 最大厚度 in. (mm) 0.237 (6) 0.125 (3.2) 0.100 (2.54)

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UCS-66(g) 按材料技术条件由材料制造厂做过冲击试验的材料,只要 MDMT 不低于材料技术条件 规定的温度、或低于材料技术条件规定的温度不超过 5?F(3?C) ,容器或部件制造厂不 必再进行冲击试验。 UCS-66(h) 保留在焊缝上的衬垫和其它规范材料一样,必须判断是否要求进行冲击试验。对于衬垫 属于曲线 A 的材料,如厚度不超过 1/4”(6 mm) 、且 MDMT?-20?F,可免做冲击试验。 UCS-66(i) 对于做过冲击试验的材料,如果 Fig. UCS-66.1 定义的比值小于 1.0,最低金属设计壁温 低于冲击试验温度的数值不得超过 Fig. UCS-66.1 规定的允许降低温度值,而且,决不 允许低于-155?F(-104?C) 。 Fig. UCS-66.1 和 Fig. UCS-66.2 还可以用于承受非一次薄膜应力的元件,如平封头、管 板、法兰等。对于用焊接连接的法兰,其 MDMT 不可低于与其相连的管颈或壳体的冲 击温度减去确定的允许温度降低值。 UCS-160 UCS-160 为操作温度低于铭牌 MDMT 的容器提供指导。 由于 UG-116 的修改, 在 MDMT 下的压力必须等于 MAWP,这样可能造成许多容器的 MDMT 比原来的更高,本条有助 于为那些随着温度降低 (如在开启/关闭的自冷阶段) 而压力和总体一次薄膜应力也随之 降低的容器,确定安全的操作压力和温度。 冲击试验的控制厚度 Fig. UCS-66 使用的厚度是按 UCS-66(a)(1~3)的定义确定的。 UCS-66(a)(1) 焊接件 (a) 对接接头 – 最厚接头处的公称厚度; (b) 角接接头 – 两被连接件中较薄件的厚度; (c) 平封头、管板 – 两被连接件中较薄件的厚度、或 t/4,取较小值。 如果焊接件的控制厚度超过 4”(101 mm) 、且其 MDMT<120?F(49?C) ,必须做冲击试

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验。 UCS-66(a)(2)

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铸件的控制厚度为铸件的最大公称厚度。 UCS-66(a)(3) 非焊接平板状件(如螺栓连接法兰盖、管板、平封头等)的控制厚度为平板状件的厚度 除以 4(t/4) 。如果非焊接件的控制厚度>6”(152 mm) 、且 MDMT<120?F(49?C) ,必 须进行冲击试验。 UCS-66(a)(4) 非焊接的成形封头?见 Fig. 1-6 sketch (c)?的控制厚度为法兰的厚度除 4(t/4) 、或封头成 形处的厚度,取较大值。 UCS-67 焊接工艺的冲击试验 焊接工艺规程试验。 UCS-67(a) 有填充金属的焊缝,凡属下列情况之一,焊缝金属必须按 UG-84 做冲击试验:
任何一边母材要做冲击试验; 焊接按技术条件进行过冲击试验的材料(Table UG-84.3) 、或曲线 C 或 D 的母材, 且当-55?F?MDMT?-20?F(-48?C?MDMT?-29?C)时; (除非焊材已按相应的 SFA 技术条件在不高于 MDMT 的温度下进行过冲击试验并按此分类。 ) 焊接按技术条件进行过冲击试验的材料?UCS-66(g)?,当 MDMT<-55?F(-48?C)时。

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UCS-67(b) 无填充金属的焊缝,在下列情况下焊缝应做冲击试验:
(1) 焊缝处的厚度>1/2”(13 mm) ,无论 MDMT 为多少;或 (2) 焊缝处的厚度>5/16”(8 mm) ,且当 MDMT<50?F(10?C) 。 注:此处不包括 ERW Pipe/Tube 材料。

UCS-67(c) 焊缝热影响区(HAZ)应做冲击试验,当: (1) 母材要求做冲击试验; (2) 焊缝有单个焊道的厚度>1/2”(13mm) ,且 MDMT<70?F(20?C) ; (3) 焊 接 按 技 术 条 件 进 行 过 冲 击 试 验 的 材 料 ?UCS-66(g)? , 当 MDMT<-55?F (-48?C)时。

UCS-67(d) 按 UG-84(i)进行的容器产品冲击试验属下列情况之一可以免除: (1) 焊缝金属连接的母材按 UCS-66 免除了冲击试验,且 MDMT?-20?F(-29?C) ; (2) 属于 UCS-67(a)(2) ? 曲线 C/D 、或按技术条件进行过冲击试验的材料且 -55?F?MDMT?-20?F (-48?C?MDMT?-29?C) ? 或(a)(3) ?按技术条件进行过冲 击试验的材料,当 MDMT<-55?F(-48?C)? 定义的焊缝金属; (3) HAZ 所在母材按 UCS-66 免除了冲击试验, 但当 UCS-67(c)(3) ?按技术条件进 行过冲击试验的材料,当 MDMT<-55?F(-48?C)? 适用时除外。 UCS-68 设计 对于 P-No.1 材料,当进行了焊后热处理,而此焊后热处理又不是规范要求的,此时 UCS-68 允许将 MDMT 降低 30?F(17?C) 。

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UNF-65 注意,关于冲击试验是否免除的判断,对有色金属也有规定。如当有色金属符合下列条 件时,可免除冲击试验: 轧制铝合金用于-452?F 或以上; 铜和铜合金、镍和镍合金、铝合金铸件用于-325?F 或以上; 钛和锆用于-75?F 或以上。

UHA-51 高合金材料的冲击试验
UHA-51 于 1994 增补作了全面修改。此条的构成如下: 试验要求: - UHA-51(a) - UHA-51(b) - UHA-51(c) 免除试验: - UHA-51(d) - UHA-51(e) - UHA-51(f) - UHA-51(g)

母材、 焊缝和焊缝热影响区的试样、 验收标准、 复验要求; 焊缝和焊缝热影响区的要求; 有热处理时的特殊要求。

母材和焊缝热影响区 焊缝 容器(产品)焊缝 低应力情况下的免除

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UHA-51 母材的冲击要求 高合金钢是否要做冲击试验?

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UHA-51 焊缝金属的冲击要求

UHA-51(c) 母材 UHA-51(c)当进行了热处理,则要求做冲击试验。 注意:此要求超越 UHA-51 中其它任何免除条文。 只要进行了下列热处理,就要求在 MDMT 下(但最高不超过 70?F)做冲击试验: (c)(1) 奥氏体不锈钢:900?F 到 1659?F Type 304、304L、316、316L 经 900?F 到 1300?F 的热处理,如果 MDMT 不低 于-20?F,且容器(产品)经过热处理的 A、B 类接头的焊缝金属做冲击试验, 可免除冲击试验。 奥氏体-铁素体双相不锈钢:600?F 到 1759?F 铁素体铬不锈钢:800?F 到 1350?F

(c)(2) (c)(3)

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(c)(4)

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马氏体铬不锈钢:800?F 到 1350?F

不锈钢的分类 前面已经简单提到过,不锈钢分为 5 类:奥氏体铬-镍、奥氏体铬-锰、奥氏体-铁素体双 相、铁素体、和马氏体。VIII-1 卷使用的不锈钢主要有以下种类:

关于不锈钢的分类可参见: SA-479 中的 Table 2 机械性能要求 ASME 材料手册,第 10 版,卷 1,184 页

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UHA-51(d) 母材 UHA-51(d)是关于母材和 HAZ 免除冲击试验的条款。如厚度小于 0.099 in. (2.5 mm)、或 符合下列母材和 MDMT 的组合,冲击试验可以免除: 材 料 免除冲击试验的 MDMT ? -425?F -320?F -55?F -320?F -55?F -20?F 规范条款

奥氏体铬-镍不锈钢(除双相钢外的 300 系列) Type 304、304L、316、316L、321、347 C ? 0.10%的其它材料 C ? 0.10%的其它材料 奥氏体铬-锰-镍不锈钢(200 系列) C ? 0.10% C ? 0.10% 奥氏体-铁素体双相钢,公称厚度?1/8 in. **

UHA-51(d)(1)(a) UHA-51(d)(1)(b) UHA-51(d)(1)(c) UHA-51(d)(2)(a) UHA-51(d)(2)(b) UHA-51(d)(3)(a) UHA-51(d)(3)(b) UHA-51(d)(3)(c)

-20?F 铁素体铬不锈钢,公称厚度?1/8 in.** -29?F 马氏体铬不锈钢,公称厚度?1/4 in.** **注:公称厚度指的是按 UCS-66(a)确定的公称控制厚度。 UHA-51(b) 焊接工艺评定(焊缝和 HAZ)

UHA-51(b)是关于焊接工艺评定要求做冲击试验的条款。当焊接接头(母材或焊缝金属) 任何部分要求做冲击试验,那么,焊接工艺规程(WPS)的评定必须做冲击试验。

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UHA-51(e) 焊接工艺评定(焊缝和 HAZ) UHA-51(e)是关于焊缝是否免除冲击试验的条款。对于焊缝符合以下焊缝金属与 MDMT 的组合,除非 UHA-51(c)另有要求外,可免除冲击试验。 母材 焊缝金属 免除冲击试验的 MDMT ? 规范条款

UHA-51(e)(1) 奥氏体铬-镍不锈钢 (除 -155?F 双相钢外的 300 系列) , 无填充金属 C ? 0.10% UHA-51(e)(2)(a) -155?F 任何材料 奥氏体,C ? 0.10%** UHA-51(e)(2)(b) -55?F 任何材料 奥氏体,C ? 0.10%** UHA-51(e)(3)(a) -20?F 奥氏体-铁素体双相钢, 奥氏体-铁素体双相 公称厚度?1/8 in. *** UHA-51(e)(3)(b) -20?F 铁素体铬不锈钢,公称 铁素体铬 厚度?1/8 in.*** UHA-51(e)(3)(c) -20?F 马氏体铬不锈钢,公称 马氏体铬 厚度?1/4 in.*** **注: 用符合 SFA-5.4、SFA-5.9、SFA-5.11、SFA-5.14、SFA-5.22 技术条件的焊材焊成 的焊缝。 ***注:公称厚度指的是按 UCS-66(a)确定的公称控制厚度。 UHA-51(g) 母材、HAZ 和焊缝 UHA-51(g)是关于在低应力下免除冲击试验的条款。当设计拉应力与许用应力的比值小 于 0.4 时,且没有进行 UHA-51(c)所述的热处理,那么,对于任何 UHA-23 的材料(母 材、HAZ、和焊缝金属)均可以免除冲击试验。 UHT-6 UHT-6 对材料冲击试验提出了以下一些附加要求: 板材试样必须横向切取(与轧制方向垂直) ; 当使用温度低于-20?F 时,对于 SA-517、SA-508 等材料应进行落锤试验。

UHT-6 还给出了侧向膨胀的验收标准。

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UG-84(i),产品冲击试板 UG-84(i)规定,当规范的其它条款、如 UG-67、UHT-82 或 UHA-51 要求做冲击试验时, 必须为所有的焊接接头制备产品冲击试板。试板材料必须与容器材料同 P-No.和 Group No.,A 类接头的试板一般必须是产品焊缝的延伸部分,B 类焊缝可以使用单独的产品 试板。 注意:只有当 WPS 要求做冲击试验时,才要求带产品冲击试板。 UG-84(j) UG-84(j)规定,如果产品冲击试板没有满足冲击要求,试板所代表的焊缝不合格。允许 再次进行热处理,然后复检。 UHA-51(f) 容器(产品)冲击试板的免除 当按 UG-84(i)要求带产品冲击试板时,按 UHA-51(f),如果满足以下条件,产品冲击试 板可以免除; 对于焊接奥氏体铬-镍(除双相钢外的 300 系列)或奥氏体铬-锰-镍(200 系列)不 锈钢的焊缝,如果 MDMT?-320?F、且以下所有条件都满足,容器(产品)试板可 以免除: (f)(1) (f)(2) (f)(3) (f)(4) 焊接方法为 SMAW、SAW、GMAW、GTAW、PAW; PQR’s 有冲击试验或免除冲击试验; 焊缝金属 C?0.10%; 填充金属符合特别修改过的 SFA 技术条件(每炉和/或批焊材;每批 焊剂;组合焊或几炉、批焊材的组合)

UNF-65 冲击试验免除 ? ? ? 轧制铝合金材料?-452?F 铜和铜合金、镍和镍合金、铸铝合金?-325?F 钛或镐?-75?F

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材料的返修
规范的许多条文都提到允许对材料进行返修,如: ? ? ? ? UG-78:要求 AI 的认可。 UG-56:返修的 PWHT 要求和可不做 PWHT 的特例。 UCI-78:铸铁材料不允许焊接返修。 UCD-78:球墨铸铁不允许焊接返修。

材料检验和标记
UG-93,材料检验
UG-93 中说到材料检验就是通常所说的材料入厂检验, 该条给出了材料在用于规范产品 之前必须满足的要求,即: ? ? 对于板材,应有 MTR 或 COC。 其它材料,每一件上都必须有技术条件号、Grade、Type 和 Class。管子可按捆进 行标记。

本条中有关 AI 必须进行的检验: ? ? 审查 MTR 和 COC,核实材料标记的一致性、可追踪性。 核实材料标记是否符合材料技术条件的要求。

制造厂必须在 AI 之前先审查上述内容,另外,还必须进行: ? ? 尺寸检查。 如 AI 要求,提供样板、并进行检查。

UG-77 材料标记
一旦材料经验收合格,制造厂应按 UG-77 的规定对材料进行管理: ? ? ? 材料必须保持有识别标记,直到容器制造完毕。 可使用编码标记代替材料的原始标记,但此编码标记必须经 AI 的认可。 可以使用材料汇总表或竣工图记录所要求的标记,以保证每一件材料在制造过程 中直到最终完成具有可追踪的标记。自 1989 增补,开始允许此方法。

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当材料被分割或机械加工时,不管是编码标记、还是原始标记,都必须进行移植。

材料试验报告
材料试验报告是由材料制造厂提供的文件,是对材料技术条件中要求的报告,如: ? ? ? ? ? ? 试验或检验结果; 材料返修; 热处理; 补充要求; 材料标记; 炉号。

按 UG-93,以下材料必须有材料试验报告: ? ? ? 板材; 不是由材料制造厂进行的某些试验; VIII-1 卷有时要求的高于技术条件或补充的试验要求。

COC
COC 是由材料制造厂或供货商提供的简单的书面陈述,证明所提供的材料符合材料技 术条件。

说明:
1.当采用 ASTM (美国材料试验学会)的标准时,应注意:ASME 规范在第 II 卷的 A 卷的 Guideline of Acceptance ASTM Editions 中表格 ED-1 所规定的版本号。我们在使用时必须满足该表的规定。 2.采用非规范材料只能用于非受压件的制造,但也需作评定。 3.当 ASME 规范又规定时,材料必须满足规范的要求。如规范与技术条件之 间存在差异时,ASME 规范的规定应优于技术条件的要求。


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