取消奧氏體不銹鋼卷板開平板材料復驗的建議

張義軍 李 浩 紀俊丹 曹立宏 張斌鋒

（1.合肥通用機械研究院有限公司 合肥 230031）

（2.合肥通用特種材料設備有限公司 合肥 230601）

（3.武漢一冶鋼結(jié)構(gòu)有限責任公司 武漢 430080）

（4.宜興市九洲封頭鍛造有限公司 宜興 214212）

（5.常州曠達威德機械有限公司 常州 213171）

（6.宜興北海封頭有限公司 宜興 214212）

早在當時啟動GB 150—1998《鋼制壓力容器》修訂工作時，正逢卷板開平板已產(chǎn)生，并在大量銷售和使用，但GB 150—1998 并未明確卷板開平板是否可用于壓力容器制造，甚至使用卷板開平板受到了很大的阻力，為了推動卷板開平板用于壓力容器主要受壓元件的制造，于是針對0Cr18Ni9、SA/A240-304、SA/A240-316L、Q235B、16MnR 等5 種材料卷板開平材料開展了各項性能試驗，共24 卷鋼卷，重量約為512 t，對每種牌號的不同板厚規(guī)格的卷板開平后分別在卷板頭部、尾部和中部，進行力學性能試驗（碳鋼做拉伸、彎曲、沖擊；不銹鋼做拉伸、硬度），共取樣144 塊試板，復驗結(jié)果全部合格[1]，并于2008 年將試驗數(shù)據(jù)、試驗結(jié)果以及建議，向全國鍋爐壓力容器標準化技術(shù)委員會相關領導提交了報告。在后來發(fā)布的GB/T 150.1 ～4—2011《壓力容器》中，明確了卷板開平板用于壓力容器，并進行了相應的規(guī)定。

GB/T 150.4—2011《壓力容器 第4 部分：制造、檢驗和驗收》中5.1.2 條規(guī)定“奧氏體型不銹鋼開平板應按批號復驗力學性能（整卷使用者，應在開平操作后，分別在板卷的頭部、中部和尾部所對應的開平板上各截取一組復驗試樣；非整卷使用者，應在開平板的端部截取一組復驗試樣）”[2]。此規(guī)定使得開平板合法用于壓力容器受壓元件制造，具有歷史性意義。因此，隨著GB/T 150.1～4—2011 的發(fā)布，卷板開平板作為主要受壓元件就可以并大量用于壓力容器制造。

由于GB 150.1 ～4—2011 是我國最為基礎的壓力容器建造標準，關于對奧氏體型不銹鋼開平板進行復驗的要求勢必會被以后制修訂其他壓力容器相關標準遵守和引用。最近幾年發(fā)布的GB/T 18442.1 ～6—2019 和GB/T 18442.7—2017《固定式真空絕熱深冷壓力容器》、NB/T 47058—2017《冷凍液化氣體汽車罐車》和NB/T 47059—2017《冷凍液化氣體罐式集裝箱》以及NB/T 47057—2017《液化氣體罐式集裝箱》標準中，均有與GB/T 150.4—2011 中5.1.2 條規(guī)定相同的復驗要求[3-6]。目前，市場上厚度為14 mm 以下的奧氏體型不銹鋼均采用卷板供貨，甚至厚度更厚的也采用卷板供貨，因此，材料復驗的數(shù)量將大大增加[1]。

現(xiàn)在，GB/T 150.4—2011 修訂工作也已啟動，通過對奧氏體不銹鋼卷板開平后復驗數(shù)據(jù)的調(diào)研，建議取消GB/T 150.4—2011 中5.1.2 條對奧氏體不銹鋼卷板開平后進行復驗的規(guī)定，并提出僅作“奧氏體不銹鋼卷板開平板用作壓力容器主要受壓元件時，其材料質(zhì)量證明書中的斷后伸長率A 應不低于45%”的規(guī)定的建議。

1 卷板開平板使用及材料復驗數(shù)量調(diào)研情況

對江蘇某金屬制品有限公司（以下簡稱江蘇某公司）近10 年常用不銹鋼卷板開平板的銷售量進行了統(tǒng)計。江蘇某公司的總公司稱為某集團，根據(jù)其歷史銷售經(jīng)驗，不銹鋼卷板開平板的銷售量按江蘇某公司占其總公司（即某集團）的一定比例，從而估算其集團的銷售量。

某集團的S30408(304)、S30403(304L)、S31603(316L)、S32168(321)不銹鋼卷板開平板近10 年銷售量分別見表1 ～表4。這幾種不銹鋼卷板開平板近10 年銷售量總量約為511 萬t，平均每年銷售51.1 萬t，按每卷25 t 估算，每年銷售約2 萬卷。

表1 某集團近10 年S30408(304)卷板銷售量統(tǒng)計表t

表2 某集團近10 年S30403(304L)卷板銷售量統(tǒng)計表t

表3 某集團近10 年S31603(316L)卷板銷售量統(tǒng)計表 t

表4 某集團近10 年S32168(321)卷板銷售量統(tǒng)計表 t

某集團近10 年的銷售總量見表5 和圖1，可以看出，S30408(304)的銷售量較大，總體來看，每年的銷售量呈現(xiàn)上升趨勢。據(jù)估計，每年某集團的銷售額約占全國的1/10，因此，上述4 種不銹鋼卷板開平板近10 年全國銷售額約為5 110 萬t，每年銷售約20 萬卷。用于壓力容器制造的不銹鋼，如果要計算其他牌號的不銹鋼，預計全國不銹鋼卷每年銷售不少于30 萬卷。

圖1 某集團近10 年主要不銹鋼卷板銷售量統(tǒng)計

表5 某集團近10 年主要不銹鋼卷板銷售量統(tǒng)計表t

以上述估算量，按每卷需要復驗10 塊試板計算，全國不銹鋼卷每年材料復驗約為300 萬塊試板，以10 mm（8 mm 和10 mm 規(guī)格的銷售量較大）進行推算，僅復驗材料約為3 萬t，考慮到取復驗試板而致使鋼板頭料不便完整使用，因材料復驗而致使材料消耗約為15 萬t/a，僅復驗材料價值約為3 億元/a，材料復驗試驗費用約為30 億元/a。

2 卷板開平后材料復驗機械性能調(diào)研情況

2.1 復驗情況簡介

卷板開平板在封頭制造業(yè)使用也很廣，對無錫地區(qū)卷板開平板使用較多的3 個封頭制造單位調(diào)研了材料復驗的數(shù)據(jù)。S30408(304)、S30403(304L)、S31603(316L)材料復驗試板分別為210 塊、701 塊和395 塊，共1 306 塊試板，卷板開平板力學性能復驗數(shù)據(jù)分別見表6 ～表8。

表6 S30403 卷板開平板力學性能復驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在表6 ～表8 中，均列出力學性能的最大值、最小值、平均值、中位值、標準方差以及幾個參數(shù)的對比關系，其中最大值和最小值是3 個封頭制造單位相應數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，其他數(shù)據(jù)均為3 個封頭制造單位相應數(shù)據(jù)的平均值。

從表6 ～表8 可以看出，平均數(shù)和中位數(shù)差不多,說明數(shù)據(jù)分布基本呈對稱分布，屬正態(tài)分布或近似正態(tài)分布。對卷板開平板力學性能平均數(shù)進行研究，可以體現(xiàn)其數(shù)據(jù)的規(guī)律。從表6 ～表8 也可以看出，卷板開平后力學性能復驗值的最小值也都不低于其相應材料標準的規(guī)定值，材料標準中對力學性能值沒有規(guī)定上限值，因此，卷板開平板的材料質(zhì)量證明書的力學性能以及開平后力學性能復驗值均符合其相應材料標準的要求。

力學性能復驗值的中位數(shù)的波動程度均基本與MTR（材料質(zhì)量證明書）中的力學性能的中位數(shù)的波動程度相當，或在其波動程度范圍內(nèi)，表明復驗值有較好的代表性。

另外，對材料銷售商以及材料使用單位進行過了解，材料使用單位對卷板開平板的復驗還沒有發(fā)現(xiàn)不符合標準的，材料銷售商也從未有材料復驗不合格的任何質(zhì)量反饋。

2.2 卷板開平板力學性能復驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

S30403 卷板開平板力學性能復驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表6。從表6 可以看出，復驗值相對于MTR 中的值：規(guī)定非比例延伸強度Rp0.2增加23.6%，抗拉強度Rm增加2.5%，斷后伸長率A 下降5%。MTR 相對于標準值：規(guī)定非比例延伸強度Rp0.2增加32.2%，抗拉強度Rm增加32.9%，斷后伸長率A 平均增加36.5%。

S30408卷板開平板力學性能復驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表7。從表7 可以看出，復驗值相對于MTR 值：規(guī)定非比例延伸強度Rp0.2增加20.3%，抗拉強度Rm增加0%，斷后伸長率A 下降4.5%。MTR 相對于標準值：規(guī)定非比例延伸強度Rp0.2增加30.6%，抗拉強度Rm增加31.2%，斷后伸長率A 平均增加38.6%。

表7 S30408 卷板開平板力學性能復驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

S31603卷板開平板力學性能復驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表8。從表8 可以看出，復驗值相對于MTR 值：規(guī)定非比例延伸強度Rp0.2增加12.7%，抗拉強度Rm增加1.6%，斷后伸長率A 下降4.1%。MTR 相對于標準值：規(guī)定非比例延伸強度Rp0.2增加40.2%，抗拉強度Rm增加22.2%，斷后伸長率A 平均增加45.1%。

表8 S31603 卷板開平板力學性能復驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

卷板開平板力學性能復驗匯總數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表9。從表9 可以看出，復驗值相對于MTR 值：規(guī)定非比例延伸強度Rp0.2平均增加18.9%，抗拉強度Rm平均增加1.4%，斷后伸長率A 相對減少4.5%。

表9 卷板開平板力學性能復驗匯總數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3 結(jié)論

通過對S30408(304)、S30403(304L)和S31603(316L)共1 306 塊材料復驗試板數(shù)據(jù)的調(diào)研和分析，可以看到卷板開平后材料復驗的力學性能均符合標準，規(guī)定非比例延伸強度Rp0.2平均增加18.9%，抗拉強度Rm平均增加1.4%，斷后伸長率A 相對減少4.5%，這與筆者于2008 年對卷板開平后進行性能試驗的研究結(jié)果（見表10[1]和圖2）基本相同?？傮w來看，卷板開平后，其規(guī)定非比例延伸強度Rp0.2相對于材料質(zhì)量證明書（實物）有所提高，一般不超過20%，抗拉強度Rm有所提高，一般不超過5%，斷后伸長率A 有所下降，平均下降約7%。

圖2 本文調(diào)研和2008 年試驗數(shù)據(jù)的不銹鋼卷板開平后力學性能

表10 2008 年不銹鋼卷板開平后力學性能復驗匯總數(shù)據(jù)統(tǒng)計

GB/T 24511—2017《承壓設備用不銹鋼和耐熱鋼鋼板和鋼帶》中Rp0.2和Rm只規(guī)定了下限值[7]，這2 個值均會提高，而卷板開平后性能損失只有斷后伸長率A，可以借鑒EN 13445-4:2009《非燃燒壓力容器 第4 部分：制造》中9.4.2 條，提出對MTR 中斷后伸長率的控制（相對于材料標準值）規(guī)定來作為是否進行熱處理條件思路[8]，如適當提高MTR 中斷后伸長率就能較好地避免卷板開平后性能損失而影響產(chǎn)品安全，而不需做出GB/T 150.4—2011 中5.1.2 條對卷板開平后進行復驗的規(guī)定。

因此，對于奧氏體不銹鋼卷板開平用于壓力容器元件，提出建議：取消GB/T 150.4—2011 中5.1.2條對卷板開平板的材料進行復驗的規(guī)定，同時，對于NB/T 47057—2017、NB/T 47058—2017、NB/T 47059—2017 等標準中已引用GB/T 150.4—2011 中5.1.2 條對卷板開平板的材料進行復驗的規(guī)定也相應取消，針對如S30408、S30403、S31608、S31603 等不銹鋼材料，僅作“奧氏體不銹鋼卷板開平板用作壓力容器主要受壓元件時，其材料質(zhì)量證明書中的斷后伸長率A 應不低于45%”的規(guī)定（注：材料標準中，奧氏體不銹鋼斷后伸長率為40%，鑒于試驗數(shù)據(jù)降低7%的情況，基于安全系數(shù)考慮，可取A 降低值為10%，進行圓整后，即為45%）。如此處理后，能確保奧氏體不銹鋼卷板開平后的各項性能均符合相應材料標準的要求。

如果能取消卷板開平用于壓力容器元件的材料復驗的規(guī)定，可節(jié)省材料約15 萬t/a，其材料價值約為3 億元/a，材料復驗試驗費用可節(jié)省約30 億元/a，在不影響產(chǎn)品安全的情況，可節(jié)省大量因不必要的材料復驗而造成的材料損耗及試驗資源的消耗，同時也會縮小產(chǎn)品制造周期，帶來較大的社會效益。