Q345R板材如何在ASMEⅧ-1規范產品中使用

王立

（普爾利斯（中國）環保分離設備制造有限公司)

Q345R板材如何在ASMEⅧ-1規范產品中使用

王立*

（普爾利斯（中國）環保分離設備制造有限公司)

闡述了在ASMEⅧ-1規范產品中如何使用和采購2013版新增加的SA/GB 713 Q345R板材。對于只符合GB 713—2008的Q345R板材提出了四種可行性方法，用于建造ASMEⅧ-1規范產品。

壓力容器 鋼板 焊接 Q345R ASME GB 713 案例

ASME鍋爐和壓力容器規范 （BPVC）是一項對鍋爐與壓力容器的設計、制造和檢驗做出規定的標準。按照該標準設計和制造的壓力部件，不僅具有使用壽命長的特點，而且能夠保證生命和財產的安全，是目前鍋爐和壓力容器行業標桿性規范，享有全球性的知名度。自從20世紀90年代ASME開始進入中國以來，大陸地區認證企業的數量平均每年都以兩位數在增長，截止2013年12月31日我國大陸地區ASME持證廠商達到 747家，證書1149張。如果國產材料能夠納入ASME材料規范中，這將有益于制造廠降低生產成本和庫存壓力，更有助于我國材料走出國門積極融入到全球廣闊的市場中去。因此自從ASME委員會開始接納他國材料標準起，我國就在積極地推進將GB材料納入ASME規范中。

在2005年6月23日ASME批準的案例2506中，首次允許了國標材料16MnR在ASME規范產品中有條件地使用。繼而在2008年7月份發布的ASME增補文件中正式接納了16MnR作為ASME規范材料，解除了規范案例中的若干限制。這本是一件令人鼓舞的事，但是沒過多久，我國就把包含有16MnR鋼板的標準 GB 6654—1996作廢，由GB 713—2008取代，以16MnR為等級標識的材料也就此在我國標準中消失。ASME規范是以材料標準編號和等級標識來識別材料的，由于GB 6654—1996已經廢止了，因此從ASME規范的角度看，GB 6654中的16MnR和GB 713中的Q345R是兩種不同的材料，雖然GB 713附錄中對照表明確指出了Q345R是GB 6654—1996的16MnR的對等物，但ASME也不會將它們當作同一種材料看待。因此隨著GB 6654—1996標準的廢止，國標材料在ASME規范產品的直接應用又回到了原點。但隨后又有了轉機，在2010年3月份發布的案例 2642中又允許了國標材料Q345R在ASME規范產品中有條件地使用。更令人欣喜的是，在2013年7月份出版、2014年1月1日強制實施的ASME規范中，正式將GB 713—2008納入到材料卷A篇中。在ASMEⅡA篇中的SA/GB 713—2008篇章中規定除滿足一定的額外條件外，完全與GB 713—2008等同。

至此作為我國壓力容器行業常用的板材之一——Q345R板材正式納入ASME材料體系中。但如何在ASMEⅧ-1規范產品中使用和采購2013版新增加的SA/GB 713 Q345R板材以及對于只符合GB 713—2008的Q345R板材是否有其它的方法能夠使其使用在ASMEⅧ-1規范產品中，這就是本文將要討論的問題。

本文在下面的敘述中如無特殊說明，GB 713都是指GB 713—2008版，ASME或ASMEⅧ-1都是指ASME BPVCⅧ-1 2013版。

1 規范產品中如何使用SA/GB 713 Q345R板材

眾所周知，對于碳鋼和低合金材料只有在表UCS-23中列出的，才可以被ASMEⅧ-1直接使用。而ⅡA SA/GB 713中只有Q345R被列入表中，因此只有Q345R可以直接使用在ASMEⅧ-1規范產品中。

首先，根據不同的板厚和設計溫度，在Ⅱ D篇表1A中選擇合適的最大許用應力，同其他材料一致，許用應力可以采取插值法確定，對于低于-30℃的溫度，可以采用-30～40℃檔的應力值。同時要注意的是，由于安全系數取值不一樣，即使在相同的溫度下，Ⅱ D中的許用應力值與 GB 150.2—2011中許用應力值也是不相等的。

其次，在考慮焊后熱處理時，按照Ⅱ D篇表1A中規定的P-No.1考慮。在之前由于沒有在Ⅸ卷表QW/QB-422中收錄，因此按照案例的要求對于Q345R只能進行單獨的焊接工藝評定和技能評定。現Q345R已經收錄在2013版的Ⅸ卷表QW/ QB-422中了，因此完全可以按照相應豁免規則，使用其他的材料的評定，如以SA516 Gr.70的評定代替，而同樣對于Q345R材料的評定也可以按照規則豁免其他同組別的材料評定。但需要注意的是，對于Q345R在ⅡD表1A中不管厚度是多少都是P-No.1和Group No.2的，而在Ⅸ卷表QW/QB-422中，對于大于 100 mm厚的則為 P-No.1和Group No.1，其余厚度才是Group No.2。在進行評定時應該以Ⅸ卷為準。

在GB 713—2008中Q345R如無訂購要求，沖擊韌性試驗的試驗溫度固定為0℃，合格標準為不低于34 J。ASME建造規范則不同，試驗溫度和應達到的合格標準都不是由材料標準決定的，是由容器的使用條件通過設計來確定，因而也就是不固定的。在確定是否需要沖擊試驗時，首先根據設計溫度確定是否能夠依據UG20(f)進行沖擊豁免，如果不能，則需要根據容器上每個受壓元件和受壓接頭的公稱厚度、最低設計金屬溫度MDMT，利用UCS-66相關條款和圖UCS-66M的曲線確定是否能夠豁免沖擊試驗。如果能夠豁免，則采購的SA/ GB 713的Q345R板材沒有問題；如果不能豁免，則要根據圖UG84.1M確定沖擊試驗合格標準，進而對板材提出具體的沖擊試驗溫度和合格標準。

在圖UCS-66M中共有四條曲線，即曲線A、曲線B、曲線C和曲線D，在相同的厚度下，能夠豁免的溫度依次降低。從相應的圖中可知，無論Q345R供貨狀態如何，都為曲線A，而與Q345R等同的材料SA516 GR.70未經正火處理為曲線C，經正火或淬火加回火處理則為曲線D，從這一點上講ASME降低了Q345R材料的低溫使用性能。

2 如何采購SA/GB 713 Q345R板材

對于采購SA/GB 713 Q345R板材，SA/GB 713規定，除了應符合GB 713—2008外，還應滿足以下四條額外規定。

（1）化學成分需滿足SA-20/SA-20M表1的要求。在GB 713—2008中規定了C、Si、Mn、P、S以及Alt的含量要求，并允許添加微量Nb、V、Ti元素，但要求其含量應填寫在質量證明書中，且三個元素含量總和不大于0.10%。綜合 SA-20/SA-20M以及GB 713的要求，對于SA/GB 713 Q345R化學成分要求歸納總結如表1所示。

（2）鋼板需帶有SA/GB規范標識。ASME材料主要是靠材料的標識來確定和區分，因此鋼板標識中須包含有SA/GB等內容。

（3）控軋需符合SA-841圖X1.1的定義，如圖1所示。

表1 化學成分要求

圖1 鋼板的熱機械控制工藝和常規工藝原理（SA-841中的圖X1.1）

（4）對于40 mm以上的Q245R和Q345R的板材必須是正火狀態。在采購時，為了避免差錯，應該將上述化學成分、標識以及狀態等要求提供給供方，或者寫入采購技術規范中。

3 ASME受檢產品使用只符合GB 713—2008的Q345R鋼板

目前國內很多制造廠都具有ASME和國標壓力容器的雙重制造資質，Q345R作為最常用的壓力容器受壓板之一，各個廠家都或多或少有一些庫存，同時目前鋼板成品市場上符合ASME標準或雙標的板材還是非常少，采購難度比較大，起訂量少的話就幾乎不可能采購到完全符合ASME標準的Q345R鋼板了。因此研究在ASME受檢產品上使用只符合GB 713—2008的Q345R鋼板是有一定的經濟性和必要性的。為此，本文提出了以下四種可操作的方法。

方法一，按UG-10(a)由材料生產廠重出證。

UG-10規定，重出證應由容器制造廠以外的其他機構來完成。但考慮到材料合格證是由材料生產廠家簽發，材料生產過程形成的文件一般也只有材料生產廠家才有，因此重出證由材料生產廠來完成是最合適的，具體如下所述。

材料生產廠家提供其材料符合前文表1中的化學成分要求、符合前文圖1定義的控軋溫度時間曲線 （如果是控軋板）以及標明正火狀態 （如果板厚超過40 mm）的相關符合性文件 （復印件即可），再由材料生產廠家另出具一份合格證，證明材料除了標記外 （因為標記已經打在鋼板上了，鋼板也有可能已經在容器制造廠了）都是按 SA/GB 713 Q345R生產試驗的，同時附上全部其他符合性文件的復印件，表明與SA/GB 713 Q345R的符合性，以支持新合格證。要注意的是，新合格證上依據的標準應是SA/GB 713，材料等級標識應是Q345R，另外還要加注 “按UG(10)重出證”這樣一句話。鋼板上原有的標記不用修改了，因為根據新合格證已經完全可以清楚表明鋼板的來歷了。

方法二，按UG-10(a)由容器制造廠重出證。

材料生產廠家提供其材料符合前文表1中的化學成分要求、符合前文圖1定義的控軋溫度時間曲線 （如果是控軋板）以及標明正火狀態 （如果板厚超過40 mm）的相關符合性書面文件副本，供授權檢驗師查閱并作同意的標記，證明板材符合生產和采購的要求，與SA/GB 713所允許使用規格的要求并無矛盾，則可在授權檢驗師的監督下，板材可按SA/GB 713允許使用的規格的要求重新打上標記。

方法三，按UG-10(b)由容器制造廠重出證。

當不能提供上述方法所述的文件時，按照如下步驟也可以由容器制造廠重出證。

按照爐批號給板材做化學成分分析，每一個元素的獨立分析結果要符合前文表1的成品分析的限定值；當控軋板無法確定是否滿足前文圖1的定義或者40 mm以上的鋼板無法確定是否已經正火處理時，容器制造廠可在制造前或在制造中對板材進行正火熱處理。上述工作在得到授權檢驗師的確定后，板材可按SA/GB 713允許使用規格的要求重新標記，合格證還可以是原來的。在重新標記時，原標識是可以保留的。ASME規范允許同一材料可以有兩個或多個材料標準標識和 （或）等級標識，只需有一種標識符合ASME規范即可，因此在重新標記時不需要處理掉原來的標識，可以保持雙標。

方法四，使用案例 2642。

在2013版的案例集中，案例2642并沒有被廢止，也就意味著只要能滿足案例的要求，符合GB 713—2008 Q345R的板材是可以使用在受壓產品上的。在案例2462中，對于Q345R鋼板的使用具有如下要求：

（a）材料的設計許用應力不能超過表2中最大許用應力值，最大允許設計溫度不能超過260℃；

（b）在外壓下，使用外壓曲線CS-2；

（c）在Ⅱ D篇查找力學性能時，材料按照普通碳鋼分類;

（d）按照Ⅸ卷進行單獨的焊接工藝評定和技能評定；

（e）按照P-No.1考慮焊后熱處理；

（f）按照曲線A考慮沖擊試驗要求；

（g）無論SA-20 Table 1是否更嚴格，鋼板必須滿足此表要求；

（h）40 mm以及40 mm以下厚度的鋼板通常以軋制狀態供貨，但也可以按照正火狀態、消應力狀態或者正火+消應力狀態進行訂購；

（i）40 mm以上的鋼板必須是正火狀態；

（j）需滿足UCS部分所有其他要求；

（k）此案例號必須在文件和材料標記中提及，并記錄在數據報告中。

只要保證板材符合上述的第g、h、i條款的要求，按照案例2642，Q345R就能夠使用在ASME規范產品上。當然在使用時，也必須滿足案例的其他條款要求。

表2 最大許用應力值 (MPa)

4 結束語

（1）ASME在2013版中接納了中國標準GB 713—2008。本文分別在設計、焊接、低溫操作等方面闡述了如何在ASME規范產品中使用符合SA/ GB 713 Q345R板材，以及在采購此類板材時應該注意的事項。

（2）對于只符合GB 713—2008的Q345R板材，提出了四種方法用于ASME規范產品的建造，都具有可操作性。

（3）雖然GB 713—2008已經被ASME材料卷所采納，但Ⅷ-1卷中的表UCS-23只有Q345R這一種材料，因此對于SA/GB 713中的其他材料需要向ASME委員會提交申請才能使用。ASME規范作為目前世界上內容最豐厚，水平和認知度最高的規范，代表了當前鍋爐、壓力容器和核設備建造標準的最高水平，能被ASME接受是一種水平的體現。目前ASME也只接受了日本、歐盟、澳大利亞、中國等幾個國家和地區的少數標準。希望將來能夠有越來越多的國產材料能夠直接使用在ASME規范產品中。

How to Use Q345R Plate in Products Referred in ASMEⅧ-1 Code

Wang Li

Describes the use and purchase of SA/GB 713 Q345R plate in products referred in ASMEⅧ-1, which is added to ASME in 2013.For Q345R,which is only in compliance with GB 713-2008,puts forward four feasible methods to manufacture products referred in ASMEⅧ-1.

Pressure vessel;Steel plate;Weld;Q345R;ASME;GB 713;Case

TQ 050.4+1

2014-05-10）

*王立，男，1987年生，工程師。鎮江市，212021。