Q345R板材如何在ASMEⅧ-1规范产品中使用

王立

（普尔利斯（中国）环保分离设备制造有限公司)

Q345R板材如何在ASMEⅧ-1规范产品中使用

王立*

（普尔利斯（中国）环保分离设备制造有限公司)

阐述了在ASMEⅧ-1规范产品中如何使用和采购2013版新增加的SA/GB 713 Q345R板材。对于只符合GB 713—2008的Q345R板材提出了四种可行性方法，用于建造ASMEⅧ-1规范产品。

压力容器 钢板 焊接 Q345R ASME GB 713 案例

ASME锅炉和压力容器规范 （BPVC）是一项对锅炉与压力容器的设计、制造和检验做出规定的标准。按照该标准设计和制造的压力部件，不仅具有使用寿命长的特点，而且能够保证生命和财产的安全，是目前锅炉和压力容器行业标杆性规范，享有全球性的知名度。自从20世纪90年代ASME开始进入中国以来，大陆地区认证企业的数量平均每年都以两位数在增长，截止2013年12月31日我国大陆地区ASME持证厂商达到 747家，证书1149张。如果国产材料能够纳入ASME材料规范中，这将有益于制造厂降低生产成本和库存压力，更有助于我国材料走出国门积极融入到全球广阔的市场中去。因此自从ASME委员会开始接纳他国材料标准起，我国就在积极地推进将GB材料纳入ASME规范中。

在2005年6月23日ASME批准的案例2506中，首次允许了国标材料16MnR在ASME规范产品中有条件地使用。继而在2008年7月份发布的ASME增补文件中正式接纳了16MnR作为ASME规范材料，解除了规范案例中的若干限制。这本是一件令人鼓舞的事，但是没过多久，我国就把包含有16MnR钢板的标准 GB 6654—1996作废，由GB 713—2008取代，以16MnR为等级标识的材料也就此在我国标准中消失。ASME规范是以材料标准编号和等级标识来识别材料的，由于GB 6654—1996已经废止了，因此从ASME规范的角度看，GB 6654中的16MnR和GB 713中的Q345R是两种不同的材料，虽然GB 713附录中对照表明确指出了Q345R是GB 6654—1996的16MnR的对等物，但ASME也不会将它们当作同一种材料看待。因此随着GB 6654—1996标准的废止，国标材料在ASME规范产品的直接应用又回到了原点。但随后又有了转机，在2010年3月份发布的案例 2642中又允许了国标材料Q345R在ASME规范产品中有条件地使用。更令人欣喜的是，在2013年7月份出版、2014年1月1日强制实施的ASME规范中，正式将GB 713—2008纳入到材料卷A篇中。在ASMEⅡA篇中的SA/GB 713—2008篇章中规定除满足一定的额外条件外，完全与GB 713—2008等同。

至此作为我国压力容器行业常用的板材之一——Q345R板材正式纳入ASME材料体系中。但如何在ASMEⅧ-1规范产品中使用和采购2013版新增加的SA/GB 713 Q345R板材以及对于只符合GB 713—2008的Q345R板材是否有其它的方法能够使其使用在ASMEⅧ-1规范产品中，这就是本文将要讨论的问题。

本文在下面的叙述中如无特殊说明，GB 713都是指GB 713—2008版，ASME或ASMEⅧ-1都是指ASME BPVCⅧ-1 2013版。

1 规范产品中如何使用SA/GB 713 Q345R板材

众所周知，对于碳钢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规范产品中。

首先，根据不同的板厚和设计温度，在Ⅱ D篇表1A中选择合适的最大许用应力，同其他材料一致，许用应力可以采取插值法确定，对于低于-30℃的温度，可以采用-30～40℃档的应力值。同时要注意的是，由于安全系数取值不一样，即使在相同的温度下，Ⅱ D中的许用应力值与 GB 150.2—2011中许用应力值也是不相等的。

其次，在考虑焊后热处理时，按照Ⅱ D篇表1A中规定的P-No.1考虑。在之前由于没有在Ⅸ卷表QW/QB-422中收录，因此按照案例的要求对于Q345R只能进行单独的焊接工艺评定和技能评定。现Q345R已经收录在2013版的Ⅸ卷表QW/ QB-422中了，因此完全可以按照相应豁免规则，使用其他的材料的评定，如以SA516 Gr.70的评定代替，而同样对于Q345R材料的评定也可以按照规则豁免其他同组别的材料评定。但需要注意的是，对于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，对于大于 100 mm厚的则为 P-No.1和Group No.1，其余厚度才是Group No.2。在进行评定时应该以Ⅸ卷为准。

在GB 713—2008中Q345R如无订购要求，冲击韧性试验的试验温度固定为0℃，合格标准为不低于34 J。ASME建造规范则不同，试验温度和应达到的合格标准都不是由材料标准决定的，是由容器的使用条件通过设计来确定，因而也就是不固定的。在确定是否需要冲击试验时，首先根据设计温度确定是否能够依据UG20(f)进行冲击豁免，如果不能，则需要根据容器上每个受压元件和受压接头的公称厚度、最低设计金属温度MDMT，利用UCS-66相关条款和图UCS-66M的曲线确定是否能够豁免冲击试验。如果能够豁免，则采购的SA/ GB 713的Q345R板材没有问题；如果不能豁免，则要根据图UG84.1M确定冲击试验合格标准，进而对板材提出具体的冲击试验温度和合格标准。

在图UCS-66M中共有四条曲线，即曲线A、曲线B、曲线C和曲线D，在相同的厚度下，能够豁免的温度依次降低。从相应的图中可知，无论Q345R供货状态如何，都为曲线A，而与Q345R等同的材料SA516 GR.70未经正火处理为曲线C，经正火或淬火加回火处理则为曲线D，从这一点上讲ASME降低了Q345R材料的低温使用性能。

2 如何采购SA/GB 713 Q345R板材

对于采购SA/GB 713 Q345R板材，SA/GB 713规定，除了应符合GB 713—2008外，还应满足以下四条额外规定。

（1）化学成分需满足SA-20/SA-20M表1的要求。在GB 713—2008中规定了C、Si、Mn、P、S以及Alt的含量要求，并允许添加微量Nb、V、Ti元素，但要求其含量应填写在质量证明书中，且三个元素含量总和不大于0.10%。综合 SA-20/SA-20M以及GB 713的要求，对于SA/GB 713 Q345R化学成分要求归纳总结如表1所示。

（2）钢板需带有SA/GB规范标识。ASME材料主要是靠材料的标识来确定和区分，因此钢板标识中须包含有SA/GB等内容。

（3）控轧需符合SA-841图X1.1的定义，如图1所示。

表1 化学成分要求

图1 钢板的热机械控制工艺和常规工艺原理（SA-841中的图X1.1）

（4）对于40 mm以上的Q245R和Q345R的板材必须是正火状态。在采购时，为了避免差错，应该将上述化学成分、标识以及状态等要求提供给供方，或者写入采购技术规范中。

3 ASME受检产品使用只符合GB 713—2008的Q345R钢板

目前国内很多制造厂都具有ASME和国标压力容器的双重制造资质，Q345R作为最常用的压力容器受压板之一，各个厂家都或多或少有一些库存，同时目前钢板成品市场上符合ASME标准或双标的板材还是非常少，采购难度比较大，起订量少的话就几乎不可能采购到完全符合ASME标准的Q345R钢板了。因此研究在ASME受检产品上使用只符合GB 713—2008的Q345R钢板是有一定的经济性和必要性的。为此，本文提出了以下四种可操作的方法。

方法一，按UG-10(a)由材料生产厂重出证。

UG-10规定，重出证应由容器制造厂以外的其他机构来完成。但考虑到材料合格证是由材料生产厂家签发，材料生产过程形成的文件一般也只有材料生产厂家才有，因此重出证由材料生产厂来完成是最合适的，具体如下所述。

材料生产厂家提供其材料符合前文表1中的化学成分要求、符合前文图1定义的控轧温度时间曲线 （如果是控轧板）以及标明正火状态 （如果板厚超过40 mm）的相关符合性文件 （复印件即可），再由材料生产厂家另出具一份合格证，证明材料除了标记外 （因为标记已经打在钢板上了，钢板也有可能已经在容器制造厂了）都是按 SA/GB 713 Q345R生产试验的，同时附上全部其他符合性文件的复印件，表明与SA/GB 713 Q345R的符合性，以支持新合格证。要注意的是，新合格证上依据的标准应是SA/GB 713，材料等级标识应是Q345R，另外还要加注 “按UG(10)重出证”这样一句话。钢板上原有的标记不用修改了，因为根据新合格证已经完全可以清楚表明钢板的来历了。

方法二，按UG-10(a)由容器制造厂重出证。

材料生产厂家提供其材料符合前文表1中的化学成分要求、符合前文图1定义的控轧温度时间曲线 （如果是控轧板）以及标明正火状态 （如果板厚超过40 mm）的相关符合性书面文件副本，供授权检验师查阅并作同意的标记，证明板材符合生产和采购的要求，与SA/GB 713所允许使用规格的要求并无矛盾，则可在授权检验师的监督下，板材可按SA/GB 713允许使用的规格的要求重新打上标记。

方法三，按UG-10(b)由容器制造厂重出证。

当不能提供上述方法所述的文件时，按照如下步骤也可以由容器制造厂重出证。

按照炉批号给板材做化学成分分析，每一个元素的独立分析结果要符合前文表1的成品分析的限定值；当控轧板无法确定是否满足前文图1的定义或者40 mm以上的钢板无法确定是否已经正火处理时，容器制造厂可在制造前或在制造中对板材进行正火热处理。上述工作在得到授权检验师的确定后，板材可按SA/GB 713允许使用规格的要求重新标记，合格证还可以是原来的。在重新标记时，原标识是可以保留的。ASME规范允许同一材料可以有两个或多个材料标准标识和 （或）等级标识，只需有一种标识符合ASME规范即可，因此在重新标记时不需要处理掉原来的标识，可以保持双标。

方法四，使用案例 2642。

在2013版的案例集中，案例2642并没有被废止，也就意味着只要能满足案例的要求，符合GB 713—2008 Q345R的板材是可以使用在受压产品上的。在案例2462中，对于Q345R钢板的使用具有如下要求：

（a）材料的设计许用应力不能超过表2中最大许用应力值，最大允许设计温度不能超过260℃；

（b）在外压下，使用外压曲线CS-2；

（c）在Ⅱ D篇查找力学性能时，材料按照普通碳钢分类;

（d）按照Ⅸ卷进行单独的焊接工艺评定和技能评定；

（e）按照P-No.1考虑焊后热处理；

（f）按照曲线A考虑冲击试验要求；

（g）无论SA-20 Table 1是否更严格，钢板必须满足此表要求；

（h）40 mm以及40 mm以下厚度的钢板通常以轧制状态供货，但也可以按照正火状态、消应力状态或者正火+消应力状态进行订购；

（i）40 mm以上的钢板必须是正火状态；

（j）需满足UCS部分所有其他要求；

（k）此案例号必须在文件和材料标记中提及，并记录在数据报告中。

只要保证板材符合上述的第g、h、i条款的要求，按照案例2642，Q345R就能够使用在ASME规范产品上。当然在使用时，也必须满足案例的其他条款要求。

表2 最大许用应力值 (MPa)

4 结束语

（1）ASME在2013版中接纳了中国标准GB 713—2008。本文分别在设计、焊接、低温操作等方面阐述了如何在ASME规范产品中使用符合SA/ GB 713 Q345R板材，以及在采购此类板材时应该注意的事项。

（2）对于只符合GB 713—2008的Q345R板材，提出了四种方法用于ASME规范产品的建造，都具有可操作性。

（3）虽然GB 713—2008已经被ASME材料卷所采纳，但Ⅷ-1卷中的表UCS-23只有Q345R这一种材料，因此对于SA/GB 713中的其他材料需要向ASME委员会提交申请才能使用。ASME规范作为目前世界上内容最丰厚，水平和认知度最高的规范，代表了当前锅炉、压力容器和核设备建造标准的最高水平，能被ASME接受是一种水平的体现。目前ASME也只接受了日本、欧盟、澳大利亚、中国等几个国家和地区的少数标准。希望将来能够有越来越多的国产材料能够直接使用在ASME规范产品中。

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，工程师。镇江市，212021。