取消奥氏体不锈钢卷板开平板材料复验的建议

张义军 李 浩 纪俊丹 曹立宏 张斌锋

（1.合肥通用机械研究院有限公司 合肥 230031）

（2.合肥通用特种材料设备有限公司 合肥 230601）

（3.武汉一冶钢结构有限责任公司 武汉 430080）

（4.宜兴市九洲封头锻造有限公司 宜兴 214212）

（5.常州旷达威德机械有限公司 常州 213171）

（6.宜兴北海封头有限公司 宜兴 214212）

早在当时启动GB 150—1998《钢制压力容器》修订工作时，正逢卷板开平板已产生，并在大量销售和使用，但GB 150—1998 并未明确卷板开平板是否可用于压力容器制造，甚至使用卷板开平板受到了很大的阻力，为了推动卷板开平板用于压力容器主要受压元件的制造，于是针对0Cr18Ni9、SA/A240-304、SA/A240-316L、Q235B、16MnR 等5 种材料卷板开平材料开展了各项性能试验，共24 卷钢卷，重量约为512 t，对每种牌号的不同板厚规格的卷板开平后分别在卷板头部、尾部和中部，进行力学性能试验（碳钢做拉伸、弯曲、冲击；不锈钢做拉伸、硬度），共取样144 块试板，复验结果全部合格[1]，并于2008 年将试验数据、试验结果以及建议，向全国锅炉压力容器标准化技术委员会相关领导提交了报告。在后来发布的GB/T 150.1 ～4—2011《压力容器》中，明确了卷板开平板用于压力容器，并进行了相应的规定。

GB/T 150.4—2011《压力容器 第4 部分：制造、检验和验收》中5.1.2 条规定“奥氏体型不锈钢开平板应按批号复验力学性能（整卷使用者，应在开平操作后，分别在板卷的头部、中部和尾部所对应的开平板上各截取一组复验试样；非整卷使用者，应在开平板的端部截取一组复验试样）”[2]。此规定使得开平板合法用于压力容器受压元件制造，具有历史性意义。因此，随着GB/T 150.1～4—2011 的发布，卷板开平板作为主要受压元件就可以并大量用于压力容器制造。

由于GB 150.1 ～4—2011 是我国最为基础的压力容器建造标准，关于对奥氏体型不锈钢开平板进行复验的要求势必会被以后制修订其他压力容器相关标准遵守和引用。最近几年发布的GB/T 18442.1 ～6—2019 和GB/T 18442.7—2017《固定式真空绝热深冷压力容器》、NB/T 47058—2017《冷冻液化气体汽车罐车》和NB/T 47059—2017《冷冻液化气体罐式集装箱》以及NB/T 47057—2017《液化气体罐式集装箱》标准中，均有与GB/T 150.4—2011 中5.1.2 条规定相同的复验要求[3-6]。目前，市场上厚度为14 mm 以下的奥氏体型不锈钢均采用卷板供货，甚至厚度更厚的也采用卷板供货，因此，材料复验的数量将大大增加[1]。

现在，GB/T 150.4—2011 修订工作也已启动，通过对奥氏体不锈钢卷板开平后复验数据的调研，建议取消GB/T 150.4—2011 中5.1.2 条对奥氏体不锈钢卷板开平后进行复验的规定，并提出仅作“奥氏体不锈钢卷板开平板用作压力容器主要受压元件时，其材料质量证明书中的断后伸长率A 应不低于45%”的规定的建议。

1 卷板开平板使用及材料复验数量调研情况

对江苏某金属制品有限公司（以下简称江苏某公司）近10 年常用不锈钢卷板开平板的销售量进行了统计。江苏某公司的总公司称为某集团，根据其历史销售经验，不锈钢卷板开平板的销售量按江苏某公司占其总公司（即某集团）的一定比例，从而估算其集团的销售量。

某集团的S30408(304)、S30403(304L)、S31603(316L)、S32168(321)不锈钢卷板开平板近10 年销售量分别见表1 ～表4。这几种不锈钢卷板开平板近10 年销售量总量约为511 万t，平均每年销售51.1 万t，按每卷25 t 估算，每年销售约2 万卷。

表1 某集团近10 年S30408(304)卷板销售量统计表t

表2 某集团近10 年S30403(304L)卷板销售量统计表t

表3 某集团近10 年S31603(316L)卷板销售量统计表 t

表4 某集团近10 年S32168(321)卷板销售量统计表 t

某集团近10 年的销售总量见表5 和图1，可以看出，S30408(304)的销售量较大，总体来看，每年的销售量呈现上升趋势。据估计，每年某集团的销售额约占全国的1/10，因此，上述4 种不锈钢卷板开平板近10 年全国销售额约为5 110 万t，每年销售约20 万卷。用于压力容器制造的不锈钢，如果要计算其他牌号的不锈钢，预计全国不锈钢卷每年销售不少于30 万卷。

图1 某集团近10 年主要不锈钢卷板销售量统计

表5 某集团近10 年主要不锈钢卷板销售量统计表t

以上述估算量，按每卷需要复验10 块试板计算，全国不锈钢卷每年材料复验约为300 万块试板，以10 mm（8 mm 和10 mm 规格的销售量较大）进行推算，仅复验材料约为3 万t，考虑到取复验试板而致使钢板头料不便完整使用，因材料复验而致使材料消耗约为15 万t/a，仅复验材料价值约为3 亿元/a，材料复验试验费用约为30 亿元/a。

2 卷板开平后材料复验机械性能调研情况

2.1 复验情况简介

卷板开平板在封头制造业使用也很广，对无锡地区卷板开平板使用较多的3 个封头制造单位调研了材料复验的数据。S30408(304)、S30403(304L)、S31603(316L)材料复验试板分别为210 块、701 块和395 块，共1 306 块试板，卷板开平板力学性能复验数据分别见表6 ～表8。

表6 S30403 卷板开平板力学性能复验数据统计

在表6 ～表8 中，均列出力学性能的最大值、最小值、平均值、中位值、标准方差以及几个参数的对比关系，其中最大值和最小值是3 个封头制造单位相应数据中的最大值和最小值，其他数据均为3 个封头制造单位相应数据的平均值。

从表6 ～表8 可以看出，平均数和中位数差不多,说明数据分布基本呈对称分布，属正态分布或近似正态分布。对卷板开平板力学性能平均数进行研究，可以体现其数据的规律。从表6 ～表8 也可以看出，卷板开平后力学性能复验值的最小值也都不低于其相应材料标准的规定值，材料标准中对力学性能值没有规定上限值，因此，卷板开平板的材料质量证明书的力学性能以及开平后力学性能复验值均符合其相应材料标准的要求。

力学性能复验值的中位数的波动程度均基本与MTR（材料质量证明书）中的力学性能的中位数的波动程度相当，或在其波动程度范围内，表明复验值有较好的代表性。

另外，对材料销售商以及材料使用单位进行过了解，材料使用单位对卷板开平板的复验还没有发现不符合标准的，材料销售商也从未有材料复验不合格的任何质量反馈。

2.2 卷板开平板力学性能复验数据统计

S30403 卷板开平板力学性能复验数据统计见表6。从表6 可以看出，复验值相对于MTR 中的值：规定非比例延伸强度Rp0.2增加23.6%，抗拉强度Rm增加2.5%，断后伸长率A 下降5%。MTR 相对于标准值：规定非比例延伸强度Rp0.2增加32.2%，抗拉强度Rm增加32.9%，断后伸长率A 平均增加36.5%。

S30408卷板开平板力学性能复验数据统计见表7。从表7 可以看出，复验值相对于MTR 值：规定非比例延伸强度Rp0.2增加20.3%，抗拉强度Rm增加0%，断后伸长率A 下降4.5%。MTR 相对于标准值：规定非比例延伸强度Rp0.2增加30.6%，抗拉强度Rm增加31.2%，断后伸长率A 平均增加38.6%。

表7 S30408 卷板开平板力学性能复验数据统计

S31603卷板开平板力学性能复验数据统计见表8。从表8 可以看出，复验值相对于MTR 值：规定非比例延伸强度Rp0.2增加12.7%，抗拉强度Rm增加1.6%，断后伸长率A 下降4.1%。MTR 相对于标准值：规定非比例延伸强度Rp0.2增加40.2%，抗拉强度Rm增加22.2%，断后伸长率A 平均增加45.1%。

表8 S31603 卷板开平板力学性能复验数据统计

卷板开平板力学性能复验汇总数据统计见表9。从表9 可以看出，复验值相对于MTR 值：规定非比例延伸强度Rp0.2平均增加18.9%，抗拉强度Rm平均增加1.4%，断后伸长率A 相对减少4.5%。

表9 卷板开平板力学性能复验汇总数据统计

3 结论

通过对S30408(304)、S30403(304L)和S31603(316L)共1 306 块材料复验试板数据的调研和分析，可以看到卷板开平后材料复验的力学性能均符合标准，规定非比例延伸强度Rp0.2平均增加18.9%，抗拉强度Rm平均增加1.4%，断后伸长率A 相对减少4.5%，这与笔者于2008 年对卷板开平后进行性能试验的研究结果（见表10[1]和图2）基本相同。总体来看，卷板开平后，其规定非比例延伸强度Rp0.2相对于材料质量证明书（实物）有所提高，一般不超过20%，抗拉强度Rm有所提高，一般不超过5%，断后伸长率A 有所下降，平均下降约7%。

图2 本文调研和2008 年试验数据的不锈钢卷板开平后力学性能

表10 2008 年不锈钢卷板开平后力学性能复验汇总数据统计

GB/T 24511—2017《承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带》中Rp0.2和Rm只规定了下限值[7]，这2 个值均会提高，而卷板开平后性能损失只有断后伸长率A，可以借鉴EN 13445-4:2009《非燃烧压力容器 第4 部分：制造》中9.4.2 条，提出对MTR 中断后伸长率的控制（相对于材料标准值）规定来作为是否进行热处理条件思路[8]，如适当提高MTR 中断后伸长率就能较好地避免卷板开平后性能损失而影响产品安全，而不需做出GB/T 150.4—2011 中5.1.2 条对卷板开平后进行复验的规定。

因此，对于奥氏体不锈钢卷板开平用于压力容器元件，提出建议：取消GB/T 150.4—2011 中5.1.2条对卷板开平板的材料进行复验的规定，同时，对于NB/T 47057—2017、NB/T 47058—2017、NB/T 47059—2017 等标准中已引用GB/T 150.4—2011 中5.1.2 条对卷板开平板的材料进行复验的规定也相应取消，针对如S30408、S30403、S31608、S31603 等不锈钢材料，仅作“奥氏体不锈钢卷板开平板用作压力容器主要受压元件时，其材料质量证明书中的断后伸长率A 应不低于45%”的规定（注：材料标准中，奥氏体不锈钢断后伸长率为40%，鉴于试验数据降低7%的情况，基于安全系数考虑，可取A 降低值为10%，进行圆整后，即为45%）。如此处理后，能确保奥氏体不锈钢卷板开平后的各项性能均符合相应材料标准的要求。

如果能取消卷板开平用于压力容器元件的材料复验的规定，可节省材料约15 万t/a，其材料价值约为3 亿元/a，材料复验试验费用可节省约30 亿元/a，在不影响产品安全的情况，可节省大量因不必要的材料复验而造成的材料损耗及试验资源的消耗，同时也会缩小产品制造周期，带来较大的社会效益。