(林德工程(大連)有限公司,遼寧大連 116113)

0 引言

近年來(lái)，日益激烈的國(guó)內(nèi)壓力容器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)使得很多設(shè)計(jì)制造單位積極開(kāi)拓海外市場(chǎng)，但向歐盟及俄羅斯市場(chǎng)出口壓力容器需要滿(mǎn)足EN 13445標(biāo)準(zhǔn)的要求。EN 13445使用的材料標(biāo)準(zhǔn)之一EN 10222承壓設(shè)備用鋼鍛件標(biāo)準(zhǔn)共有5個(gè)分篇。其第五分篇EN 10222-5：2017《Steel forgings for Pressure Purpose—Part 5:Martensitic,austenitic and austenitic-ferritic stainless steels》[1]與中國(guó)最新頒布的NB/T 47010—2017《承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》[2]標(biāo)準(zhǔn)有許多不同要求。本文主要從交貨內(nèi)容、化學(xué)成分、力學(xué)性能等方面加以分析。

1 EN 10222-5：2017標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

1.1 適用范圍

EN 10222承壓設(shè)備用鋼鍛件標(biāo)準(zhǔn)由5個(gè)分篇組成。第一分篇EN 10222-1：2017規(guī)定了自由鍛鋼鍛件的一般要求。后4個(gè)分篇除了單獨(dú)的技術(shù)指標(biāo)外，分別引用了第一分篇的通用交貨、檢驗(yàn)、取樣、試驗(yàn)方法、復(fù)驗(yàn)、標(biāo)記要求。體現(xiàn)了EN標(biāo)準(zhǔn)同一標(biāo)題具有不同分篇小標(biāo)題，并且第一分篇是后幾分篇通用要求的風(fēng)格。

EN 10222-5：2017規(guī)定承壓用環(huán)形、條形自由鍛的不銹鋼鍛件交貨技術(shù)條件，包括對(duì)化學(xué)成分及蠕變持久強(qiáng)度在內(nèi)的力學(xué)性能的規(guī)定。使用范圍與我國(guó)NB/T 47010—2017標(biāo)準(zhǔn)一樣，應(yīng)用在鍋爐、壓力容器和工業(yè)管道及安全附件上。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)

EN 10222-5：2017按DIN 820-2《標(biāo)準(zhǔn)化 第2部分:文件表述》規(guī)則編制。分為首頁(yè)封面、目錄、歐盟前言、11個(gè)正文條款、4個(gè)資料性附錄、參考文獻(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)包含10張表格(見(jiàn)表1)并引用EN 10222-1：2017標(biāo)準(zhǔn)3張表格和2張圖(見(jiàn)表2)。其中正文的第3，4.2，5.1，6.1，6.2，6.5，6.6，7～11條款/分條款完全引用了EN 10222-1:2017的相應(yīng)條款。

1.3 統(tǒng)一的EN標(biāo)準(zhǔn)封面

EN 10222-5：2017(E)封面從上到下依次用英、法、德3種文字表示“歐洲標(biāo)準(zhǔn)”；標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施日期；ICS分類(lèi)號(hào)；代替舊版本號(hào)；英文版本；英文標(biāo)題；法德文標(biāo)題；CEN(歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì))批準(zhǔn)日期；本標(biāo)準(zhǔn)在歐盟成員國(guó)的地位，就是說(shuō)將此標(biāo)準(zhǔn)賦予與成員國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相同的地位；其他語(yǔ)言版本與本英、法、德語(yǔ)言版本的關(guān)系；列出34個(gè)CEN成員國(guó)名稱(chēng)；歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)Logo標(biāo)識(shí)；用英、法、德3種文字表示“歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)”；CEN-CENELEC(歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)-歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì))管理中心地址；封面最下角為版權(quán)聲明。

1.4 目錄

EN 10222-5:2017目錄包括：歐盟前言；第1章 范圍；第2章 引用標(biāo)準(zhǔn)；第3章 術(shù)語(yǔ)和定義；第4章 分類(lèi)和牌號(hào)；第5章 由買(mǎi)方提供的信息；第6章 技術(shù)要求；第7章 檢驗(yàn)；第8章 取樣；第9章 試驗(yàn)方法；第10章 復(fù)驗(yàn)；第11章 標(biāo)記；附錄A(資料性) 蠕變持久強(qiáng)度參考數(shù)據(jù)；附錄B(資料性) 焊后熱處理；附錄C(資料性) 對(duì)EN 10222-5:1999的主要技術(shù)修改；附錄ZA(資料性) 本標(biāo)準(zhǔn)與2014/68/EU的基本要求之間的關(guān)系；參考文獻(xiàn)。

1.5 牌號(hào)

EN 10222-5:2017總共30個(gè)牌號(hào)，包含馬氏體鋼1個(gè)、奧氏體鋼24個(gè)、奧氏體-鐵素體鋼5個(gè)。表3為與NB/T 47010—2017化學(xué)成分與力學(xué)性能相近，在壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常用于材料代用的牌號(hào)對(duì)照表。

1.6 訂貨內(nèi)容

買(mǎi)方在詢(xún)價(jià)和訂貨時(shí)需按標(biāo)準(zhǔn)提出訂貨要求。EN 10222-5：2017訂貨內(nèi)容分強(qiáng)制性條款和可選性條款。

強(qiáng)制性條款完全引用EN 10222-1：2017第5.1節(jié)內(nèi)容，主要包括：(1)鍛件數(shù)量；(2)鍛件尺寸，或包含尺寸公差、形狀和表面光潔度要求的圖樣編號(hào)；(3)本標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)部分標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)；(4)鋼名或鋼號(hào)；(5)與EN 10222要求不同的交貨條件；(6)符合EN 10224:2004 規(guī)定的檢驗(yàn)文件類(lèi)型；

(7)包括超過(guò)25件每批次的尺寸檢查和目視檢測(cè)范圍。

可選項(xiàng)條款按EN 10222-5:2017第5.2節(jié)要求。主要包括：(1)高溫拉伸試驗(yàn)溫度(如適用)；(2)低溫沖擊試驗(yàn)溫度；(3)控制硫含量。

EN 10222-5:2017規(guī)定了按EN ISO 3651-2進(jìn)行抗晶間腐蝕試驗(yàn)，訂貨時(shí)不用提出抗晶間腐蝕試驗(yàn)要求，而NB/T 47010—2017需按標(biāo)準(zhǔn)附錄B由用戶(hù)提出是否需要抗晶間腐蝕試驗(yàn)。對(duì)于低溫工況，EN 10222-5：2017給出低溫沖擊能指標(biāo)；而NB/T 47010—2017沒(méi)有給出[5]。對(duì)于高溫工況，EN 10222-5：2017需要按用戶(hù)提供的高溫拉伸試驗(yàn)溫度來(lái)保證非比例延伸強(qiáng)度；NB/T 47010—2017標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)給出了高溫非比例延伸強(qiáng)度值。

1.7 主要技術(shù)要求

EN 10222-5：2017第6章規(guī)定了不銹鋼鍛件的技術(shù)要求。從表4可以看出EN 102222-5：2017對(duì)低溫沖擊和對(duì)高溫強(qiáng)度都有嚴(yán)格的要求。實(shí)際上，為保證鍛件質(zhì)量，EN 10222-5:2017可在檢驗(yàn)、取樣、試驗(yàn)方法、復(fù)驗(yàn)這些工藝性能上完全引用EN 10222-1:2017相關(guān)章節(jié)，并有具體詳細(xì)的規(guī)定。

表4 技術(shù)條款

2 化學(xué)成分與力學(xué)性能

2.1 304奧氏體不銹鋼的P,S含量與力學(xué)性能比較

以常用的304奧氏體不銹鋼為例，分別從化學(xué)成分、力學(xué)性能對(duì)EN 10222-5：2017中的X5CrNi18-10(1.4301)和NB/T 47010—2017中同一級(jí)別的06Cr19Ni10(S30408)比較。

通過(guò)表5中X5CrNi18-10(1.4301)與06Cr19Ni10(S30408)相比，前者P含量稍高而S含量相同。事實(shí)上EN 10222-5：2017中除3個(gè)超級(jí)奧氏體不銹鋼X1NiCrMoCu25-20-5(1.4539)、X1CrMoCuN20-18-7(1.4547)、X1CrNiMoCuN25-20-7(1.4529)中P≤0.030%，S≤0.010%以及3個(gè)奧氏體不銹鋼X6CrNi18-10(1.4948)、X6CrNiTiB18-10(1.4941)、X3CrNiMoBN17-13-3(1.4910)中 P≤0.035%，S≤0.015%，其余18個(gè)奧氏體不銹鋼P(yáng)≤0.045%，S≤0.015%。而NB/T 47010—2017中除2個(gè)超級(jí)奧氏體不銹鋼015Cr21Ni26Mo5Cu2(S39042)、015Cr20Ni18Mo6CuN(S31252)中P≤0.030%，S≤0.010%外,其余17個(gè)奧氏體不銹鋼中P≤0.035%，S≤0.015%。

表5 化學(xué)成分 %

通過(guò)表6中X5CrNi18-10(1.4301)與06Cr19Ni10(S30408)相比，前者非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2與抗拉強(qiáng)度Rm低而斷后延伸率A高，這與表5中C含量稍低相對(duì)應(yīng)，說(shuō)明前者強(qiáng)度低而韌性好。Rp1.0強(qiáng)度規(guī)定使得奧氏體不銹鋼的韌性?xún)?chǔ)備得以充分利用，發(fā)揮其承載能力[6]。NB/T 47010—2017中并無(wú)Rp1.0強(qiáng)度，好在最新版不銹鋼板材標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24511—2017《承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鋼板和鋼帶》已經(jīng)納入了這一技術(shù)指標(biāo)[7]，相信以后更新的鍛件標(biāo)準(zhǔn)會(huì)考慮Rp1.0強(qiáng)度這一技術(shù)要求。與NB/T 47010—2017不同，EN 10222-5：2017沒(méi)有規(guī)定硬度要求。

表6 力學(xué)性能

2.2 高溫非比例延伸性能

從圖1中可以看出，6條強(qiáng)度應(yīng)力曲線(xiàn)分布比較均勻，碳含量越高其強(qiáng)度值越高，當(dāng)為同一碳含量時(shí)含Mo元素強(qiáng)度值高。從圖2中可以看出，6條強(qiáng)度應(yīng)力曲線(xiàn)分布不均，中間約20 MPa強(qiáng)度空白區(qū)，這主要是因?yàn)楦髋铺?hào)鋼中碳含量跨過(guò)了這一區(qū)域，導(dǎo)致無(wú)這一區(qū)域的強(qiáng)度值，并且06Cr17Ni12Mo2(S31608)與06Cr17Ni12Mo2Ti(S31668)強(qiáng)度值相同，曲線(xiàn)重合。

2.3 不同的屈強(qiáng)比曲線(xiàn)

圖3中虛線(xiàn)代表材料的屈強(qiáng)比，除了圖中第1個(gè)牌號(hào)為馬氏體、最后5個(gè)牌號(hào)為奧氏體-鐵素體鋼外，中間的24個(gè)奧氏體不銹鋼鍛件的屈強(qiáng)比隨著非比例延伸強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度的變化而均勻變化。除馬氏體鋼X3CrNiMo13-4(1.4313)屈強(qiáng)比為0.73外，其余波峰值的牌號(hào)都含N元素，可見(jiàn)N元素對(duì)鋼強(qiáng)度提高作用明顯。奧氏體不銹鋼X6CrNiTiB18-10(1.4941)的屈服強(qiáng)度及屈強(qiáng)比最小，韌性最好，但含有B元素，使得其能夠承載在700 ℃下200 000 h蠕變持久強(qiáng)度值為29 MPa。

圖1 EN 10222-5:2017中幾種常用奧氏體不銹鋼高溫0.2%非比例延伸強(qiáng)度(Rp0.2)

圖2 NB/T 47010—2017中幾種常用奧氏體不銹鋼高溫0.2%非比例延伸強(qiáng)度(Rp0.2)

圖4中的奧氏體不銹鋼鍛件屈強(qiáng)比隨強(qiáng)度變化無(wú)明顯規(guī)律。

2.4 EN 10222-5：2017規(guī)定了蠕變性能

EN 10222-5：2017附錄A列出了常用13個(gè)奧氏體不銹鋼鍛件的10 000,100 000,200 000 h高溫蠕變持久強(qiáng)度。除了常用的力學(xué)性能外，EN 10222-5：2017中規(guī)定了材料的高溫蠕變性能，這是為了符合2014/68/EU指令附錄Ⅰ基本安全 材料4.1(C)應(yīng)不受顯著的老化影響[8]。有了材料的高溫蠕變性能的規(guī)定，使得EN 13445-3：2014第19章按蠕變?cè)O(shè)計(jì)有了可靠的數(shù)據(jù)支持[9]。

3 在法蘭標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范中的使用

3.1 應(yīng)用于法蘭標(biāo)準(zhǔn)

材料標(biāo)準(zhǔn)是為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)服務(wù)的。材料高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐疲勞、長(zhǎng)壽命是產(chǎn)品安全使用的保障。不銹鋼鍛件在壓力容器結(jié)構(gòu)中除了應(yīng)用于管板、平蓋、接管外，主要使用在接管法蘭上(見(jiàn)表7)。鍛件標(biāo)準(zhǔn)中材料的非比例延伸強(qiáng)度、蠕變持久強(qiáng)度決定了不銹鋼法蘭的公稱(chēng)設(shè)計(jì)壓力。與EN 1092-1：2007對(duì)應(yīng)的中國(guó)的HG/T 20592—2009《鋼制管法蘭(PN系列)》，由于未及時(shí)與鍛件標(biāo)準(zhǔn)更新，不銹鋼鍛件材料只有304,316,304L,316L，321[10]。

圖3 EN 10222-5：2017鐵素體、奧氏體、奧氏體-鐵素體不銹鋼抗拉強(qiáng)度下限、0.2%非比例延伸強(qiáng)度及屈強(qiáng)比

圖4 NB/T 47010—2017承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件抗拉強(qiáng)度下限、0.2%非比例延伸強(qiáng)度及屈強(qiáng)比

章節(jié)說(shuō)明表9;附錄B附錄B以相似的化學(xué)成分、力學(xué)性能及耐腐蝕性能對(duì)壓力、溫度、流體等效影響的材料分組原則將奧氏體、奧氏體-鐵素體鋼分為10E0～16E0材料組。表9選擇EN10222-5:2017的16個(gè)牌號(hào)作為法蘭材料附錄F判定壓力/溫度等級(jí);表G.14在確定法蘭的公稱(chēng)壓力/溫度等級(jí)時(shí),考慮了EN10222-5:2017標(biāo)準(zhǔn)提供的高溫蠕變持久強(qiáng)度及非比例延伸強(qiáng)度Rp1.0數(shù)據(jù)

3.2 應(yīng)用于設(shè)計(jì)規(guī)范

EN 10222-5:2017標(biāo)準(zhǔn)主要由EN 13445,EN 13480,AD 2000規(guī)范、DIMY強(qiáng)度計(jì)算軟件使用。包含EN 10222-5:2017在內(nèi)的歐盟材料標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了材料在高溫非比例延伸強(qiáng)度，而ASME材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了材料的高溫許用應(yīng)力，這就是按EN 13445設(shè)計(jì)時(shí)不能直接使用ASME材料的主要原因。

GB/T 150—2011《壓力容器》,JB/T 4732—1995《鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(2005年確認(rèn))，GB/T 12337—2014《鋼制球形儲(chǔ)罐》，NB/T 47003.1—2009《鋼制焊接常壓容器》及強(qiáng)度計(jì)算軟件SW6-2011中都采用表格列出了材料的許用應(yīng)力，隨著鍛件標(biāo)準(zhǔn)中非比例延伸強(qiáng)度的更改，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中許用應(yīng)力無(wú)法及時(shí)更新，在使用時(shí)應(yīng)加以注意。

4 結(jié)語(yǔ)

與EN 10222-5：2017比較，中國(guó)的不銹鋼鍛件標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47010—2017還缺少非比例延伸強(qiáng)度Rp1.0及蠕變持久強(qiáng)度等高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)EN 10222-5:2017標(biāo)準(zhǔn)的研究，使得在按EN 13445設(shè)計(jì)時(shí)，用中國(guó)的不銹鋼鍛件標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47010—2017申請(qǐng)?zhí)厥獠牧显u(píng)估(Particular material appraisals,PMA)時(shí)需要提供材料的高溫非比例拉伸強(qiáng)度Rp1.0，高溫拉伸強(qiáng)度Rm，蠕變持久強(qiáng)度及低溫沖擊吸收能KV2一些額外采購(gòu)技術(shù)要求。

當(dāng)今，美國(guó)、日本都有多個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)歐盟標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究。國(guó)外在合金設(shè)計(jì)中經(jīng)常將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法(GA)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)合金成分和熱處理參數(shù)多重目標(biāo)的優(yōu)化[12]。市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)迫使我們的材料標(biāo)準(zhǔn)不斷更新完善、鍛件企業(yè)生產(chǎn)出高質(zhì)量、高性能的鍛件，以提升我國(guó)裝備制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。