ASME培训Lesson 2 材料要求文档格式.docx

1、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）= 合金开始向奥氏体转变上临界温度（A3）= 合金全部转变成奥氏体正火 将钢加热到A3以上大约100F，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。退火 将钢加热到A3以上大约50F，然后随炉缓慢冷却。目的是细化晶粒，使材料软化。焊 后 加热到A1以上的温度，目的是降低制造和焊接应力，降低热影响热处理 区的硬度。淬火 钢加热后的冷却速度对提

2、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。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 - 不导磁、具有良好的可成型性、高的强度-重量比。铜合金 - 良好的耐腐蚀性和机械加工性能。镍合金 - 极好的耐腐蚀性和高温抗氧化性能。钛和锆合金 - 耐腐蚀性极强。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

3、料软化，消除冷加工应力。正火 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。固溶处理 在足以使各合金元素可随机弥散的高温下进行的热处理。稳定化 低温加热以稳定某种合金元素。温度处理 对合金以一定的温度处理以产生一稳定的性能。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。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

4、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

5、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。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 Pe

6、rmitted）字样。- 确认已查阅过与VIII-1卷有关的注释。另外：UG-45（c） ：接管剪切许用应力 = 接管抗拉许用应力的70%UW-15（c） ：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：UG-4 一般要求UG-5 板材UG-6 锻件UG-7 铸件UG-8 管道和管子UG-9 焊接材料UG-11 预制和预成形受压件UG-12 螺栓和螺柱UG-13 螺母和垫圈UG-14

7、 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，

8、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。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

9、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

10、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

11、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。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

12、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，

13、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

14、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：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

15、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 UCI-铸铁 UHT-热处理钢UNF-有色金属 UCL-复合材料 ULW-多层容器UHA-高合金 UDC-球墨铸铁 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

16、材料。有关一般要求的条款有：UCS-6 板材UCS-7 锻件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Se

17、ction 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 叙述一般性要求- 有关文件 引述ASTM A-20（SA-20）- 一般要求和采购依据 叙述采购协议和引述ASTM A-20- 化学成分 Table 1给出各级别的化学成分- 机械性能 给出抗拉、屈服和延伸率要求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

18、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-6SA-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

19、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：- 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：-

20、 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 叙述运用SA-20的材料技术条件- 相关文件 给出用于试验的引用文件，如SA-370- 术语 对钢材制造的术语给出定义- 采购依据 说明在采购订单里应说明的项目- 制造 说明要求使用的熔炼方法- 热处理 说明所要求的热处理，如正火- 化学分析 说明化学分析如何进行及其要求- 金相组织 说明晶粒度和确定晶粒度的试验方法- 质量 说明表面、边

21、缘的验收要求，焊接返修要求- 试验方法 说明要求使用的试验方法- 抗拉试验 说明抗拉试验的数量和位置- 缺口韧性 引用SA-370，说明标在材料上的字母标记- 材料标记 说明钢板标记的部位和方法- 尺寸和重量 给出重量要求、尺寸要求- 检验和试验 说明与采购方检验人员的接口- 复验 引用SA-370，同时也给出了一些例外情况- 重复热处理 如果要求复验，给出了重复热处理的要求- 拒收 略- 包装 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，

22、包括：- 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

23、“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。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 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。相关文件 列出引用的ASTM标准，如，E-23金属材料的缺口式样冲击试验。注意事项 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

24、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

25、 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。焊接材料Section II, Part CSection 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. 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

26、标记可追踪到用于焊接工艺评定的焊材。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-85UNF-95UHA-52UHT-6UHT-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

27、求的话）。落锤试验：- 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-84UCS-66UHA-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-20F（-29C）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

28、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。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