王華 高麗娜(.蘭州寰球工程有限公司,甘肅 蘭州 730060;.蘭州石化公司動(dòng)力廠,甘肅 蘭州 730060)

球罐用鋼板出廠檢驗(yàn)中關(guān)于機(jī)械性能試驗(yàn)問題的探討

王華1高麗娜2(1.蘭州寰球工程有限公司,甘肅 蘭州 730060;2.蘭州石化公司動(dòng)力廠,甘肅 蘭州 730060)

針對(duì)球罐用鋼板出廠檢驗(yàn)中檢驗(yàn)方與采購方產(chǎn)生的分歧，模擬焊后熱處理SR后的機(jī)械性能試驗(yàn)是否可以替代交貨狀態(tài)下機(jī)械性能試驗(yàn)，進(jìn)行分析和探討。此次項(xiàng)目采購的鋼板材質(zhì)分別為07MnNiMoVDR和Q370R，在技術(shù)附件中采購方要求07MnNiMoVDR鋼板的交貨狀態(tài)為淬火加回火熱處理狀態(tài)下交貨，Q370R交貨狀態(tài)為正火。36mm、46mm厚07MnNiMoVDR鋼板，48mm厚Q370R鋼板逐張進(jìn)行力學(xué)性能及冷彎性能試驗(yàn)(及機(jī)械性能試驗(yàn))。只對(duì)07MnNiMoVDR材質(zhì)的鋼板要求供方應(yīng)對(duì)每熱處理張進(jìn)行模擬焊后熱處理試驗(yàn)SR，SR后的鋼板機(jī)械性能試驗(yàn)要滿足SR前機(jī)械性能的要求。

機(jī)械性能試驗(yàn)；模擬焊后熱處理；SR消除應(yīng)力熱處理(Stress Relieving)

出廠檢驗(yàn)，是采購方在工程建設(shè)過程中為確保工程設(shè)備、材料的質(zhì)量符合訂貨合同的規(guī)定要求，避免由于質(zhì)量問題而影響項(xiàng)目工程建設(shè)而作的檢驗(yàn)和監(jiān)制工作，因此出廠檢驗(yàn)是工程采購程序中非常重要的步驟。與此同時(shí)，在檢驗(yàn)過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)與供貨方就檢驗(yàn)中問題產(chǎn)生分歧的情況。

筆者曾有幸參與某項(xiàng)目球罐用鋼板的采購工作。在鋼板出廠檢驗(yàn)過程中，采購方與供方就鋼板模擬焊后熱處理SR機(jī)械性能試驗(yàn)是否可以代替交貨狀態(tài)下的機(jī)械性能試驗(yàn)產(chǎn)生了分歧。本文針對(duì)此問題進(jìn)行分析及探討，希望對(duì)以后的出廠檢驗(yàn)工作提供參考。

1 檢驗(yàn)中遇到的問題

1.1 采購方的技術(shù)要求

此次項(xiàng)目采購的鋼板材質(zhì)分別為07MnNiMoVDR和Q370R，在技術(shù)附件中采購方要求07MnNiMoVDR鋼板的交貨狀態(tài)為淬火加回火熱處理狀態(tài)下交貨，Q370R交貨狀態(tài)為正火。36mm、46mm厚07MnNiMoVDR鋼板，48mm厚Q370R鋼板逐張進(jìn)行力學(xué)性能及冷彎性能試驗(yàn)(及機(jī)械性能試驗(yàn))。只對(duì)07MnNiMoVDR材質(zhì)的鋼板要求供方應(yīng)對(duì)每熱處理張進(jìn)行模擬焊后熱處理SR試驗(yàn)，SR后的鋼板機(jī)械性能試驗(yàn)要滿足SR前機(jī)械性能的要求。采購方認(rèn)為按照此要求，在出廠檢驗(yàn)時(shí)，供貨商需在質(zhì)保書中提供兩種熱處理狀態(tài)(交貨狀態(tài)/模擬焊后熱處理SR狀態(tài))下的機(jī)械性能。

1.2 供貨方的作法

對(duì)兩種材質(zhì)的所有鋼板均按熱處理張對(duì)待進(jìn)行了SR處理，SR處理后再進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，并在質(zhì)保書中只提供了模擬焊后熱處理SR狀態(tài)下的機(jī)械性能。制造商認(rèn)為SR后鋼板的機(jī)械性能會(huì)降低，因此SR的機(jī)械性能合格就能保證交貨狀態(tài)下機(jī)械性能合格。

1.3 分歧點(diǎn)

兩方的主要分歧點(diǎn)在于模擬焊后熱處理SR機(jī)械性能試驗(yàn)是否可以代替交貨狀態(tài)下的機(jī)械性能試驗(yàn)。要弄清此問題，就必須明白模擬焊后熱處理SR以及交貨狀態(tài)下的機(jī)械性能試驗(yàn)的概念。

2 模擬焊后熱處理SR

SR 消除應(yīng)力熱處理(Stress Relieving)去除應(yīng)力退火是將工件緩慢加熱到較低溫度，保溫一段時(shí)間,使金屬內(nèi)部發(fā)生弛豫，然后緩冷下來。去除應(yīng)力退火并不能將內(nèi)應(yīng)力完全去除，而只是部分去除，從而消除它的有害作用。

大量的失效事故證明，焊接后接頭的熱影響區(qū)是最容易造成結(jié)構(gòu)破壞的區(qū)域。因此經(jīng)常采用模擬試驗(yàn)的方法SR來研究焊接熱影響區(qū)的組織和性能[1]。該方法的優(yōu)勢在于，可以在一個(gè)相對(duì)較寬的區(qū)域模擬實(shí)際焊接過程中熱影響區(qū)的溫度變化情況，再現(xiàn)熱影響區(qū)的組織和性能，因此更有利于熱影響區(qū)組織的表征和性能的研究[2]。通過改變線能量和對(duì)熱模擬后的樣品進(jìn)行熱處理等手段,研究探索改善熱影響區(qū)粗晶區(qū)的組織和性能的途徑。

模擬焊后熱處理，根據(jù)ASME標(biāo)準(zhǔn)不是強(qiáng)制要求，如果需要的話，用戶必須提出。如果沒有，則不必做模擬熱處理。

此項(xiàng)目，采購方要求對(duì)07MnNiMoVDR材質(zhì)的鋼板要求供方應(yīng)對(duì)每熱處理張進(jìn)行模擬焊后熱處理試驗(yàn)SR，試驗(yàn)條件為：570±15℃×4h，SR后的鋼板機(jī)械性能試驗(yàn)要滿足SR前機(jī)械性能的要求。同時(shí)，還要保證沒有進(jìn)行SR的鋼板在實(shí)際焊后熱處理(熱處理溫度為570±15℃×4h)后的機(jī)械性能，滿足規(guī)定的要求。實(shí)際中，07MnNiMoVDR材質(zhì)的鋼板每張都是熱處理張，故需全部做SR處理。07MnNiMoVDR材質(zhì)的鋼板SR記錄見圖1：

圖1 07MnNiMoVDR模擬焊后熱處理的電腦記錄(570℃×4h)

因此SR試驗(yàn)是一種模擬試驗(yàn)，不但可以驗(yàn)證焊后熱處理對(duì)板材熱影響區(qū)的影響，而且可以驗(yàn)證焊后熱處理的方法是否正確，最終目的是保證焊接熱處理后板材熱影響區(qū)的組織和性能。

3 機(jī)械性能試驗(yàn)

3.1 拉伸試驗(yàn)

原理：拉升板材式樣，一般拉至斷裂，測定一項(xiàng)或幾項(xiàng)力學(xué)性能。除非另有規(guī)定，試驗(yàn)一般在室溫10℃～35℃范圍內(nèi)進(jìn)行。對(duì)溫度要求嚴(yán)格的試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度應(yīng)為23℃±5℃[6]。

此項(xiàng)目技術(shù)協(xié)議的要求：需要測定抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率等三項(xiàng)性能。

3.2 沖擊試驗(yàn)

原理：將規(guī)定幾何形狀的缺口式樣置于試驗(yàn)機(jī)兩基座之間，缺口背向打擊面放置，用擺錘一次打擊試樣測定試樣的吸收能量。由于大多數(shù)材料的沖擊值隨溫度變化，因此試驗(yàn)應(yīng)在規(guī)定溫度下進(jìn)行。當(dāng)不在室溫下進(jìn)行時(shí)，試樣必須在規(guī)定條件下加熱或冷卻，以保持規(guī)定的溫度。

此項(xiàng)目技術(shù)協(xié)議的要求：(1)07MnNiMoVDR材質(zhì)的鋼板應(yīng)逐張檢測，測試溫度-50℃，夏比(V型缺口)沖擊試驗(yàn)的沖擊功，每張取3個(gè)試樣的算術(shù)平均值計(jì)算，其平均值不得低于80J，3個(gè)試樣中只允許有一個(gè)試樣的沖擊功小于80J，但不得小于56J。(2)Q370R材質(zhì)的鋼板應(yīng)逐張檢測，測試溫度-20℃，夏比(V型缺口)沖擊試驗(yàn)的沖擊功，每張取3個(gè)試樣的算術(shù)平均值計(jì)算，其平均值不得低于34J，3個(gè)試樣中只允許有一個(gè)試樣的沖擊功小于34J，但不得小于24J。

3.3 冷彎試驗(yàn)

原理：是以圓形、方形、矩形或多邊形橫截面試樣在彎曲裝置上經(jīng)受彎曲塑性變形，不改變加力方向，直至到達(dá)規(guī)定的彎曲角度。彎曲試驗(yàn)時(shí)，試樣兩臂的軸線保持在垂直于彎曲軸的平面內(nèi)。此項(xiàng)目技術(shù)協(xié)議的要求，彎曲180°，b=2a，d=3a(b試樣寬度、a試樣厚度、d彎曲壓頭直徑)。

4 結(jié)語

所謂鋼板交貨狀態(tài)下的機(jī)械性能試驗(yàn)，就是指沒有做模擬焊后熱處理SR的鋼板的機(jī)械性能試驗(yàn)，通過拉升、沖擊、冷彎試驗(yàn)來數(shù)據(jù)確定其機(jī)械性能。主要目的是確定鋼板母材的機(jī)械性能。

模擬焊后熱處理SR的機(jī)械性能試驗(yàn)，是指經(jīng)過模擬焊后熱處理SR的鋼板的機(jī)械性能試驗(yàn)，SR后通過拉升、沖擊、冷彎試驗(yàn)來數(shù)據(jù)確定其機(jī)械性能(見圖2)。主要目的是確定鋼板焊后熱處理后熱影響區(qū)的機(jī)械性能。

Q 3 7 0 R 鋼板厚度m m拉伸試驗(yàn) 沖擊試驗(yàn) 彎曲試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度M P a屈服強(qiáng)度M P a延伸率%溫度℃V型沖擊J B=2 a 1 8 0°d=2 a＞1 6～3 6 ≥3 6 0 d=3 a＞3 6～6 0 5 2 0～6 2 0 ≥3 4 0實(shí)測值1 δ=4 8 5 4 4 3 5 8 3 1 -2 0 1 8 9/1 9 4/1 7 0 d=3 a實(shí)測值2 δ=1 2 3 9 8 5 6 5 2 8 -2 0 1 5 4/1 4 1/1 5 0 d=2 a實(shí)測值3 δ=1 8 3 8 8 5 5 1 2 9 -2 0 1 5 3 2/1 5 4/1 0 7 d=3 a 0 7 M n N i M o V D R技術(shù)要求 不限 6 1 0～7 3 0 ≥4 9 0 ≥1 7 -5 0 ≥8 0 d=3 a實(shí)測值1 δ=4 6 6 5 4 5 8 6 2 0 -5 0 2 4 6/2 4 9/3 0 5 d=3 a實(shí)測值2 δ=3 6 5 3 9 6 2 1 2 2 -5 0 2 9 4/3 0 0/2 8 9 d=3 a 1 0 ～1 6 5 3 0～6 3 0 ≥3 7 0技術(shù)要求≥2 0 -2 0 ≥3 4

由于很多的例證表明，焊接后接頭的熱影響區(qū)是最容易造成結(jié)構(gòu)破壞的區(qū)域，所以制造商認(rèn)為SR后的機(jī)械性能試驗(yàn)可以代替交貨狀態(tài)下的機(jī)械性能試驗(yàn)。

但這種例證缺乏權(quán)威的數(shù)理統(tǒng)計(jì)及理論依據(jù)，即使模擬焊后熱處理SR的鋼板的機(jī)械性能試驗(yàn)合格，也不能表明母材的機(jī)械性能合格，兩者有本質(zhì)的區(qū)別。作為產(chǎn)品檢驗(yàn)方來講，必須按照技術(shù)協(xié)議要求以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范檢驗(yàn)，兩種檢驗(yàn)是不能互相替代。

[1]GB/T229-2007，金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法.

[2]GB/T228-2002，金屬材料室溫拉伸試驗(yàn).