張義軍 李 浩 紀(jì)俊丹 曹立宏 張斌鋒

（1.合肥通用機(jī)械研究院有限公司 合肥 230031）

（2.合肥通用特種材料設(shè)備有限公司 合肥 230601）

（3.武漢一冶鋼結(jié)構(gòu)有限責(zé)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(dá)威德機(jī)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(dāng)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(xiàng)性能試驗(yàn)，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(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)（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(fù)驗(yàn)結(jié)果全部合格[1]，并于2008 年將試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)結(jié)果以及建議，向全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)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(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定。

GB/T 150.4—2011《壓力容器 第4 部分：制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收》中5.1.2 條規(guī)定“奧氏體型不銹鋼開平板應(yīng)按批號復(fù)驗(yàn)力學(xué)性能（整卷使用者，應(yīng)在開平操作后，分別在板卷的頭部、中部和尾部所對應(yīng)的開平板上各截取一組復(fù)驗(yàn)試樣；非整卷使用者，應(yīng)在開平板的端部截取一組復(fù)驗(yàn)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(chǔ)的壓力容器建造標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于對奧氏體型不銹鋼開平板進(jìn)行復(fù)驗(yàn)的要求勢必會被以后制修訂其他壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中，均有與GB/T 150.4—2011 中5.1.2 條規(guī)定相同的復(fù)驗(yàn)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(fù)驗(yàn)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(fù)驗(yàn)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(jìn)行復(fù)驗(yàn)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(yīng)不低于45%”的規(guī)定的建議。

1 卷板開平板使用及材料復(fù)驗(yàn)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(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。江蘇某公司的總公司稱為某集團(tuán)，根據(jù)其歷史銷售經(jīng)驗(yàn)，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(tuán)）的一定比例，從而估算其集團(tuán)的銷售量。

某集團(tuán)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(tuán)近10 年S30408(304)卷板銷售量統(tǒng)計(jì)表t

表2 某集團(tuán)近10 年S30403(304L)卷板銷售量統(tǒng)計(jì)表t

表3 某集團(tuán)近10 年S31603(316L)卷板銷售量統(tǒng)計(jì)表 t

表4 某集團(tuán)近10 年S32168(321)卷板銷售量統(tǒng)計(jì)表 t

某集團(tuán)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(jì)，每年某集團(tuán)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(jì)算其他牌號的不銹鋼，預(yù)計(jì)全國不銹鋼卷每年銷售不少于30 萬卷。

圖1 某集團(tuán)近10 年主要不銹鋼卷板銷售量統(tǒng)計(jì)

表5 某集團(tuán)近10 年主要不銹鋼卷板銷售量統(tǒng)計(jì)表t

以上述估算量，按每卷需要復(fù)驗(yàn)10 塊試板計(jì)算，全國不銹鋼卷每年材料復(fù)驗(yàn)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(jìn)行推算，僅復(fù)驗(yàn)材料約為3 萬t，考慮到取復(fù)驗(yàn)試板而致使鋼板頭料不便完整使用，因材料復(fù)驗(yàn)而致使材料消耗約為15 萬t/a，僅復(fù)驗(yàn)材料價值約為3 億元/a，材料復(fù)驗(yàn)試驗(yàn)費(fèi)用約為30 億元/a。

2 卷板開平后材料復(fù)驗(yàn)機(jī)械性能調(diào)研情況

2.1 復(fù)驗(yàn)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(fù)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。S30408(304)、S30403(304L)、S31603(316L)材料復(fù)驗(yàn)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(xué)性能復(fù)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別見表6 ～表8。

表6 S30403 卷板開平板力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在表6 ～表8 中，均列出力學(xué)性能的最大值、最小值、平均值、中位值、標(biāo)準(zhǔn)方差以及幾個參數(shù)的對比關(guān)系，其中最大值和最小值是3 個封頭制造單位相應(yīng)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(yīng)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(xué)性能平均數(shù)進(jìn)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(xué)性能復(fù)驗(yàn)值的最小值也都不低于其相應(yīng)材料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值，材料標(biāo)準(zhǔn)中對力學(xué)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(xué)性能以及開平后力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)值均符合其相應(yīng)材料標(biāo)準(zhǔn)的要求。

力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)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(xué)性能的中位數(shù)的波動程度相當(dāng)，或在其波動程度范圍內(nèi)，表明復(fù)驗(yàn)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(jìn)行過了解，材料使用單位對卷板開平板的復(fù)驗(yàn)還沒有發(fā)現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)的，材料銷售商也從未有材料復(fù)驗(yàn)不合格的任何質(zhì)量反饋。

2.2 卷板開平板力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

S30403 卷板開平板力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表6。從表6 可以看出，復(fù)驗(yàn)值相對于MTR 中的值：規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2增加23.6%，抗拉強(qiáng)度Rm增加2.5%，斷后伸長率A 下降5%。MTR 相對于標(biāo)準(zhǔn)值：規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2增加32.2%，抗拉強(qiáng)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(xué)性能復(fù)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表7。從表7 可以看出，復(fù)驗(yàn)值相對于MTR 值：規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2增加20.3%，抗拉強(qiáng)度Rm增加0%，斷后伸長率A 下降4.5%。MTR 相對于標(biāo)準(zhǔn)值：規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2增加30.6%，抗拉強(qiáng)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(xué)性能復(fù)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

S31603卷板開平板力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表8。從表8 可以看出，復(fù)驗(yàn)值相對于MTR 值：規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2增加12.7%，抗拉強(qiáng)度Rm增加1.6%，斷后伸長率A 下降4.1%。MTR 相對于標(biāo)準(zhǔn)值：規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2增加40.2%，抗拉強(qiáng)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(xué)性能復(fù)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

卷板開平板力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)匯總數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表9。從表9 可以看出，復(fù)驗(yàn)值相對于MTR 值：規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2平均增加18.9%，抗拉強(qiáng)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(xué)性能復(fù)驗(yàn)匯總數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

通過對S30408(304)、S30403(304L)和S31603(316L)共1 306 塊材料復(fù)驗(yàn)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(fù)驗(yàn)的力學(xué)性能均符合標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2平均增加18.9%，抗拉強(qiáng)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(jìn)行性能試驗(yàn)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(qiáng)度Rp0.2相對于材料質(zhì)量證明書（實(shí)物）有所提高，一般不超過20%，抗拉強(qiáng)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(yàn)數(shù)據(jù)的不銹鋼卷板開平后力學(xué)性能

表10 2008 年不銹鋼卷板開平后力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)匯總數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

GB/T 24511—2017《承壓設(shè)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(biāo)準(zhǔn)值）規(guī)定來作為是否進(jìn)行熱處理?xiàng)l件思路[8]，如適當(dāng)提高M(jìn)TR 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(jìn)行復(fù)驗(yàn)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(jìn)行復(fù)驗(yàn)的規(guī)定，同時，對于NB/T 47057—2017、NB/T 47058—2017、NB/T 47059—2017 等標(biāo)準(zhǔn)中已引用GB/T 150.4—2011 中5.1.2 條對卷板開平板的材料進(jìn)行復(fù)驗(yàn)的規(guī)定也相應(yīng)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(yīng)不低于45%”的規(guī)定（注：材料標(biāo)準(zhǔn)中，奧氏體不銹鋼斷后伸長率為40%，鑒于試驗(yàn)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(jìn)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(xiàng)性能均符合相應(yīng)材料標(biāo)準(zhǔn)的要求。

如果能取消卷板開平用于壓力容器元件的材料復(fù)驗(yàn)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(fù)驗(yàn)試驗(yàn)費(fèi)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(fù)驗(yàn)而造成的材料損耗及試驗(yàn)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。