壓力容器材料的質(zhì)量控制與監(jiān)督檢驗(yàn)

壓力容器材料的質(zhì)量控制與監(jiān)督檢驗(yàn)

壓力容器是一種承受爆炸風(fēng)險(xiǎn)的特殊產(chǎn)品。一旦發(fā)生事故，它將影響無論大小，并將產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。其中,選材不當(dāng)、材料誤用、材料缺陷等材料原因是造成壓力容器設(shè)備事故的主要原因之一。加強(qiáng)制造過程中對材料的質(zhì)量控制與監(jiān)督檢驗(yàn),確保材料選用得當(dāng)、材料質(zhì)量過關(guān),是保證壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量的前提條件。本文以鋼制壓力容器為例,結(jié)合相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn),就壓力容器制造過程中材料的監(jiān)督檢驗(yàn)淺談幾點(diǎn)看法。1材料質(zhì)量說明書原代材料就材料質(zhì)量證明書的形式而言,有兩種情況可認(rèn)證為材料質(zhì)量證明書有效。1)材料質(zhì)量證明書原件,其上蓋有材料制造單位質(zhì)量檢驗(yàn)章;2)材料質(zhì)量證明書復(fù)印件,其上有材料制造單位質(zhì)量檢驗(yàn)章復(fù)印章、材料供應(yīng)單位檢驗(yàn)公章原章及經(jīng)辦人章原章。2材料不合格u3000材料無合格材料的認(rèn)定在審查材料時(shí),應(yīng)核對材料的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),通常易存在如下問題:1)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)已廢止。在材料標(biāo)準(zhǔn)新舊更替時(shí),常會遇到材料質(zhì)量證明書使用了已廢止標(biāo)準(zhǔn)。例如,某壓力容器制造單位2011年1月提供了1份欲下料的15CrMoR材質(zhì)證明書,其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB6654-1996。當(dāng)時(shí),國家質(zhì)檢總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局已就GB713-2008代替GB713-1997和GB6654-1996(含修改單)的問題先后下達(dá)了質(zhì)檢特函64號文和質(zhì)檢特函89號文,明確了標(biāo)準(zhǔn)過渡期截止至2010年11月30日,且過渡期之后不得采用GB6654-1996(含修改單)規(guī)定的材料。依此,監(jiān)檢員將該材料判定為不合格材料。對于類似現(xiàn)象,應(yīng)注意相關(guān)文件對標(biāo)準(zhǔn)更替的具體要求,弄清楚對于舊標(biāo)準(zhǔn)材料的使用是“限制條件使用”還是“不得使用”,并嚴(yán)格把關(guān)舊標(biāo)準(zhǔn)材料的使用期限。2)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)文件不符。同一牌號的材料可能對應(yīng)多個(gè)材料標(biāo)準(zhǔn),而對于某一特定產(chǎn)品來說,只有當(dāng)材料標(biāo)準(zhǔn)符合設(shè)計(jì)文件要求時(shí),該材料才能認(rèn)定為合格的材料。例如,某設(shè)計(jì)圖紙要求采用經(jīng)正火處理的20鋼管作為殼體接管,并執(zhí)行GB9948標(biāo)準(zhǔn),而制造單位卻提供了GB/T8163的材料質(zhì)量證明書,不符合設(shè)計(jì)文件的要求。監(jiān)檢員發(fā)現(xiàn)問題后,令其更換符合要求的材料用于制造。其實(shí),就20鋼管而言,GB150.2-2011中有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)——GB/T8163、GB9948、GB6479,均涉及該牌號,但三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定卻有所不同。GB/T8163規(guī)定20鋼管的使用狀態(tài)是熱軋,而GB9948和GB6479則規(guī)定為正火,所以,上述GB/T8163鋼管的使用狀態(tài)就無法滿足設(shè)計(jì)上的“正火”要求。此外,在C含量的要求上,GB9948要嚴(yán)于GB6479;在檢驗(yàn)項(xiàng)目上,GB9948增加了硬度試驗(yàn);在組批原則上各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也有所不同。因此,監(jiān)檢員在審查材料時(shí),應(yīng)留意材料執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)文件的一致性。3)未達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對材料使用的限制條件。壓力容器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對其材料的使用進(jìn)行了一定的限制。例如:GB150.2-2011規(guī)定GB6479中外徑不小于70mm,且壁厚不小于6.5mm的20和16Mn鋼管,應(yīng)進(jìn)行0℃和-20℃的沖擊試驗(yàn),合格后方可使用。某制造單位的16Mn鋼管,外徑為114mm,壁厚為16mm,屬于標(biāo)準(zhǔn)中限制條件使用的情況,而其質(zhì)量證明書中,無-20℃的沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù),則制造單位應(yīng)補(bǔ)做沖擊試驗(yàn),合格后方可用于壓力容器制造。3材料關(guān)于回收、冷卻、冷卻的要求TSGR00004-2009《固定式壓力容器監(jiān)察規(guī)程》(以下簡稱《固容規(guī)》)和GB150.2-2011均要求標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值大于或者等于540MPa的低合金鋼鋼板應(yīng)進(jìn)行爐外精煉,即包括18MnMoNbR、13MnNiMoR、12Cr2Mo1VR、06Ni9DR、07MnMoVR、07MnNiVDR、07MnNiMoDR、12MnNiVR這八種材料。其中,12Cr2Mo1VR、06Ni9DR尚未列入材料標(biāo)準(zhǔn),但依據(jù)GB150.2附錄A,對于熔煉方法的要求,12Cr2Mo1VR應(yīng)符合GB713,06Ni9DR應(yīng)符合GB3531。各標(biāo)準(zhǔn)對于上述八種材料的熔煉方法的要求如表1所示?？梢?18MnMoNbR、13MnNiMoR、12Cr2Mo1VR僅按照GB713的熔煉方法并不能符合《固容規(guī)》和GB150.2-2011對其爐外精煉的要求。因此,監(jiān)檢員在審查這類材料時(shí),應(yīng)注意查閱相關(guān)技術(shù)協(xié)議、技術(shù)條件對爐外精煉的具體要求,以確保其熔煉方法符合技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。4材料審查的判定對于化學(xué)成分的審查可分為熔煉分析和成品分析。熔煉分析表示同一爐(罐)鋼液的平均化學(xué)成分,其結(jié)果應(yīng)符合各材料相應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件。而成品分析主要用于驗(yàn)證化學(xué)成分,又稱驗(yàn)證分析。由于鋼液在結(jié)晶過程中產(chǎn)生元素的不均勻性分布(偏析),成品分析的成分值有時(shí)與熔煉分析的成分值不同[5、6]。在進(jìn)行材料審查時(shí),若設(shè)計(jì)文件對材料的化學(xué)成分做出了要求,則應(yīng)依設(shè)計(jì)文件來判定;若設(shè)計(jì)文件無特殊要求,則應(yīng)依材料標(biāo)準(zhǔn)來判定。當(dāng)按照材料標(biāo)準(zhǔn)判定時(shí),應(yīng)特別注意成品分析的允許范圍。國內(nèi)材料標(biāo)準(zhǔn)所列出的通常是鋼材熔煉分析的化學(xué)成分范圍,而對于成品分析還需參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)校對允許偏差,即當(dāng)鋼材的某一元素值超出材料標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí),并不能直接判斷為不合格,而是要計(jì)算化學(xué)成分超標(biāo)的上(或下)偏差值。若經(jīng)計(jì)算偏差值未超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許偏差范圍,則應(yīng)判定為合格;反之,為不合格。例如,GB3531對于09MnNiDR中Ni含量的要求為0.30%~0.80%,而某制造單位的09MnNiDR材料,其Ni含量為0.25%,小于規(guī)定值0.30%。經(jīng)計(jì)算,超出規(guī)定下限值0.05%。查GB/T222表1,Ni含量的下偏差允許值為0.05%,則該材料并未超標(biāo),應(yīng)判定為合格。因此,檢驗(yàn)員應(yīng)認(rèn)真校對材料成品的化學(xué)成分偏差值,既要嚴(yán)格把關(guān),又要避免材料的浪費(fèi)和不必要的經(jīng)濟(jì)損失。5材料不足的問題通常所說的材料復(fù)驗(yàn),是指按爐號復(fù)驗(yàn)化學(xué)成分,按批號復(fù)驗(yàn)力學(xué)性能。依據(jù)《固容規(guī)》和GB150.4,應(yīng)進(jìn)行材料復(fù)驗(yàn)的情況有以下幾種:1)采購的第III類壓力容器用IV級鍛件。IV級鍛件的力學(xué)性能復(fù)驗(yàn)應(yīng)逐個(gè)進(jìn)行,其力學(xué)性能試樣不允許在同批的其他鍛件或檢驗(yàn)鍛坯上制取[7~9]。2)不能確定質(zhì)量證明書真實(shí)性或者對性能和化學(xué)成分有懷疑的主要受壓元件材料。例如,監(jiān)檢員發(fā)現(xiàn)某廠用于殼程接管(φ=290mm)的15CrMoR鋼板標(biāo)記不清,懷疑材料在使用上有以次充好、牌號混亂的可能。于是令其現(xiàn)場采用ARC-MET8000移動(dòng)光譜儀復(fù)驗(yàn)材料化學(xué)成分,發(fā)現(xiàn)Mn、Cr、Mo含量均低于標(biāo)準(zhǔn)值。進(jìn)一步按GB/T223的測定方法分析化學(xué)成分,其結(jié)果仍舊不合格。從而證實(shí)制造單位材料使用有誤,責(zé)令其更換合格材料,消除了安全隱患。3)境外材料。GB150要求“用于制造主要受壓元件的境外材料”要進(jìn)行復(fù)驗(yàn),而《固容規(guī)》的條款中并未局限于“主要受壓元件”。因此在監(jiān)檢過程中,應(yīng)從嚴(yán)把關(guān),全面審查境外牌號材料的復(fù)驗(yàn)情況。4)用于制造主要受壓元件的奧氏體型不銹鋼開平板應(yīng)按批復(fù)驗(yàn)力學(xué)性能。(整卷使用,頭、中、尾各取一組試樣;非整卷使用,在端部截取一組。)5)低溫容器焊條應(yīng)按批進(jìn)行藥皮含水量或熔覆金屬擴(kuò)散氫含量的復(fù)驗(yàn)。6)設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行復(fù)驗(yàn)的材料。除按爐號復(fù)驗(yàn)化學(xué)成分,按批號復(fù)驗(yàn)力學(xué)性能外,還應(yīng)留意設(shè)計(jì)文件是否提出了新的復(fù)驗(yàn)項(xiàng)目。例如:由于含Cr量為2%~3%的Cr-Mo鋼(2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-0.3V、3Cr-1Mo、3Cr-1Mo-0.25V等)回火脆化傾向較為嚴(yán)重,設(shè)計(jì)文件往往要求對其復(fù)驗(yàn)回火脆性;再如,對抗氫鋼要求進(jìn)行抗氫誘導(dǎo)裂紋復(fù)驗(yàn)、對厚板要求進(jìn)行厚度方向拉伸復(fù)驗(yàn)等。6材料合格的處理制造單位對受壓元件的材料代用,應(yīng)當(dāng)事先取得原設(shè)計(jì)單位的書面批準(zhǔn)。監(jiān)檢員應(yīng)注意審查相關(guān)的書面批準(zhǔn)文件。此外,還應(yīng)注意以下問題:1)代用材料的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。某些單位為了節(jié)省時(shí)間,僅寫出了代用材料的牌號,卻未寫明其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),使得在代用執(zhí)行過程中出現(xiàn)盲目采購和混亂使用等現(xiàn)象。最終導(dǎo)致制造所使用的材料,與設(shè)計(jì)者的本意不相符,形成安全隱患。2)原有技術(shù)條件仍要執(zhí)行。材料發(fā)生代用后,有些制造單位便對原有材料的設(shè)計(jì)要求不管不問,直接采用代用后的材料進(jìn)行制造。例如,某設(shè)計(jì)溫度為-20℃的壓力容器,其殼體原設(shè)計(jì)采用24mm厚的Q245R鋼板,并要求進(jìn)行-20℃沖擊試驗(yàn)。但由于庫存需要,制造廠欲采用同為24mm厚的Q345R代料,然而其質(zhì)量證明書中的沖擊試驗(yàn)溫度為0℃,且制造廠并未補(bǔ)做-20℃沖擊試驗(yàn)。監(jiān)檢員發(fā)現(xiàn)后,要求其補(bǔ)做-20℃沖擊試驗(yàn),合格后方可代用。3)應(yīng)注意代料后的特殊要求。材料代用后,為滿足原設(shè)計(jì)要求,常會附加某些條件。例如,某制造單位欲采用Q345R鋼板代替16Mn鋼管做為殼體接管,各部門責(zé)任師會簽意見均為“同意”。監(jiān)檢員審查代料單時(shí)提出,由于原圖紙按接管設(shè)計(jì),若采用鋼板卷制,則相當(dāng)于