ASME规范第VIII-1卷-压力容器 材料要求

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 1/36

目标

本课程结束后，你将了解到怎样确定允许使用的材料，怎样确定材料的特殊要求。另外，你还将了解一些材料技术条件及其运用。

课程概况      

允许使用的材料和选用 Section II材料技术条件 焊材

冲击试验要求 材料的返修

材料的检验和标记

允许使用的材料和选用

在为VIII-1卷压力容器选用材料时，应查阅以下不同的资料：

 Subsection A 材料的一般要求

 Subsection B 制造方法和特殊工况影响材料的选择

 Subsection C 针对特殊材料的要求

 材料表 – 给出VIII-1卷允许使用的材料（UCS-23、UHS-23、UNF-23等）

 强制性附录

 Section II材料的详细要求

Part A Part B Part C Part D

 有关规范案例

- 钢铁材料 - 有色金属 - 焊材 - 材料性能

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 2/36 金属学基础

金属通常划分为钢铁材料（铁>50%）和有色金属。含有一种以上元素的金属为合金。 铁合金（SA-XXX）

铸铁 — 碳>2%，非常脆，不易焊接，适合于制造复杂形状的部件。 钢材 — 碳<2%，不脆（有韧性），较易焊接。 碳钢 — 含硅、锰，用于较低温度。 低合金钢 — 含铬（<10%）、钼、镍，用于高温和含氢介子。 高合金钢 — 含铬（>10%）、钼、镍、锰，用于腐蚀、高、低温。按化学成分和性能，不锈钢可分为：

马氏体不锈钢（如410） — 高铬（>12%），导磁，可通过热处理改善强度和

硬度。

铁素体不锈钢（如405、403）— 导磁，不可通过热处理来改善强度和硬度。 奥氏体不锈钢（如200、300系列）— 不导磁，不可通过热处理来改善强度和硬

度。

奥氏体/铁素体双相不锈钢（329）— 高强度，比奥氏体不锈钢具有更好的耐腐

蚀性。 钢的热处理

ASME规范产品制造中会使用到两个临界温度：

下临界温度（A1）= 合金开始向奥氏体转变 上临界温度（A3）= 合金全部转变成奥氏体

正火 退火

焊 后 热处理

淬火

钢加热后的冷却速度对提高钢的硬度和强度非常重要，如SA-517这样的钢种，其强度主要靠淬火获得。

将钢加热到A3以上大约100F，然后在静止空气中冷却。目的是使钢的组织均匀，使硬度高于钢在退火状态的硬度。

将钢加热到A3以上大约50F，然后随炉缓慢冷却。目的是细化晶粒，使材料软化。

加热到A1以上的温度，目的是降低制造和焊接应力，降低热影响 区的硬度。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 3/36

回火

淬火后的钢非常脆，为增加韧性，将其加热到A1以下，然后冷却以得到所期望的高强度和良好韧性的综合性能。

（参见：Structural Analysis and Design of Process Equipment, Jawad Farr）

有色金属

主要用于强腐蚀、高温的环境。

铝合金 铜合金 镍合金 钛和锆合金

有色金属合金的热处理

退火

将材料加热到一定的温度，然后缓慢冷却。目的是使材料软化，消除冷加工应力。

- 不导磁、具有良好的可成型性、高的强度-重量比。 - 良好的耐腐蚀性和机械加工性能。 - 极好的耐腐蚀性和高温抗氧化性能。 - 耐腐蚀性极强。

正火 将材料加热到稍高于退火温度，然后以比退火快的冷却速度冷却。

固溶处理 在足以使各合金元素可随机弥散的高温下进行的热处理。

稳定化 低温加热以稳定某种合金元素。

温度处理 对合金以一定的温度处理以产生一稳定的性能。

（参见：Structural Analysis and Design of Process Equipment, Jawad Farr）

VIII-1卷的材料

UG-4到UG-8、UG-10、UG-12到UG-14：受压件的材料必须是ASME规范Section II中的材料，并限于那些在UG-23提到的材料。

例外

UG-4(b)：非受压件材料仅须具有可焊性即可。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 4/36

UG-9：焊接材料。

UG-11(a)&(c)：允许使用的ASME/ANSI标准（见规范解释VIII-77-86）。

UG-13(b)：垫片仅须是可锻纲（Wrought steels）即可。

UG-15： 同牌号的可锻材料(Wrought materials)已被批准作为可使用材料，但在“采购

清单”中没有列入的此材料。（见规范解释VIII-1-89-194）

强制性附录规定的材料。

规范案例允许的材料。

材料的许用应力

总则

对于大多数锅炉压力容器规范卷册，许用应力可在Section II Part D-材料性能中找到。用于：

- 计算所需要的厚度 - 与计算应力值比较

Section II Part D所列材料顺序按合金含量递增排列：

- 碳钢 - 铬-钼钢 - 不锈钢

在同一“公称化学成分”以内，材料的顺序按抗拉强度递增排列。

- 非常便于设计人员使用：合金类型、强度等级。

- 对于某一具体合金牌号，首先看一下技术条件，找出它的公称合金含量和抗拉强度。

表1A和1B已于1999增补作了全面修改，以反映出用新的设计安全系数3.5重新计算的抗拉许用应力。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 5/36

VIII-1卷

对于第VIII卷来说，Section II Part D中的表1用于VIII-1卷、表2用于VIII-2。

表1进一步分为两部分：

- 表1A – 钢铁材料 - 表1B – 有色金属材料

对于铸铁（UCI）、球墨铸铁（UCD）和低温材料（ULT），许用应力在VIII-1卷中，而不是Section II Part D。

使用此表时应注意以下两点：

- 确认你所查阅的那一行在VIII-1卷一栏里没有“NP”（Not Permitted）字样。 - 确认已查阅过与VIII-1卷有关的注释。

另外：

UG-45(c)

UW-15(c) ：焊缝的许用应力是容器材料许用应力的百分之几：

坡口焊缝抗拉许用应力 = 74% 坡口焊缝抗剪许用应力 = 60% 角焊缝抗剪许用应力 = 49% 用于按UG-41的补强强度计算。

：接管剪切许用应力 = 接管抗拉许用应力的70%

Subsection A 一般要求

Subsection A中有关材料的基本条款为：

UG-4

UG-5 UG-6 UG-7 UG-8 UG-9

一般要求 板材 锻件 铸件

管道和管子 焊接材料

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 6/36 UG-11 UG-12 UG-13 UG-14

预制和预成形受压件 螺栓和螺柱 螺母和垫圈 棒材

一般来说，在VIII-1卷的其它章节中，如UCS、UHA等，关于材料的要求通常都具有相同的段落编号。

UG-4(a) UG-4(a)将用于承受压力应力的材料限于那些由Subsection C允许使用的材料，同时还提到了UG-9、10、11、15和强制性附录，给出其它允许使用的材料。 UG-4(b) 材料不符合Subsection C允许的技术条件可用于非受压件，但必须符合UW-5(b)的要求。UW-5(b)指出，必须证实材料具有可焊性。一般来说，如果材料可按UG-10、11、15或93识别，或者，其化学成分、机械性能已知，按第IX卷进行了焊接工艺评定即可证实材料的可焊性。如果材料不符合上述要求，每一块未识别的材料必须按第IX卷QW-451的规定进行导向弯曲试验。

UG-4(b)还提到，未能按UG-93识别的材料，其许用应力不能超过Subsection C允许的类似材料的许用应力的80%。换句话说，在进行载荷计算时，你只能使用该材料许用应力值的80%。

UG-4(d) 如果材料既没有列入VIII-1卷，又不符合UG-10或15，要使用此种材料可按附录B向ASME提交申请。ASME通常要求，此种申请是针对已向ASTM提交过申请的材料。按照附录B，在一般情况下，可能会出版一份规范案例，允许采用这种材料。 UG-4(f) UG-4(f)建议，设备的用户或其指定代理应确认建造容器所使用的材料适合于预期的工作环境，即在设备的预期使用寿命期限内，能保持要求的机械性能、具有抗腐蚀、抗侵蚀、抗氧化及其它老化的能力。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 7/36 UG-10未能完全识别的材料

通常认为只有“规范”认可的材料才能用于规范容器的制造。但是，在UG-4(a)中提到，UG-10允许使用未完全识别、或可按本卷不允许使用的某个技术条件加以识别、即按此技术条件制造的材料，只要其满足UG-10(a)、(b)、(c)的相应要求。

UG-10(a) 可按材料制造厂提供的完整证明加以识别的材料 UG-10(a)允许使用VIII-1卷中没有列入的材料，只要此材料可以识别、并能够通过炉批号追踪到材料制造厂的原始化学成分。此段叙述了为使用这类材料需要进行的步骤。简单地说，你应将这类材料的理化性能与ASME允许使用的材料进行比较，如果一致，即可对其认可。此认可步骤可以由ASME持证厂家或材料制造厂完成。

UG-10(b) 可按生产批号识别、但不能按UG-10(a)认可的材料 UG-10(b)允许使用VIII-1卷中没有列入、虽可识别但不能追踪到材料制造厂原始化学成分的材料。与UG-10(a)一样，此段也叙述了为使用这类材料需要进行的步骤。不过，在此种情况下，你必须对每一炉号都进行理化性能试验，并将试验结果与ASME允许的技术条件相比较。如果相符，你可认定此材料符合Section II的相应材料技术条件。此认可步骤只能由ASME持证厂家完成。

UG-10(c) 未完全识别的材料

UG-10(c)允许使用VIII-1卷中没有列入、不能识别、也不能追踪到材料制造厂原始化学成分的材料。此段叙述了为使用这类材料需要进行的步骤，与UG-10(b)相似，但你必须逐件进行试验。此段只能由ASME持证厂家运用。

UG-15 技术条件的材料形式

如果材料以一种材料形式列入Subsection C, UG-15允许使用Section II中的同种材料的另一种材料形式。

例一

SA-182-317L符合SA-240-317L级别材料的要求，并且在Subsection C中列有SA-182的材料形式，因此，SA-182-317L可以用于受压材料，尽管Subsection C中没有列入此

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 8/36 材料。（注：此材料现已列入Subsection C）。

例二（摘自HSB Pressure Points, September 1999）

问：我们正在为一个要求使用SA-240 UNS32950双相不锈钢的项目报价，我们发现此合金并没有列入Table UHA-23中SA-240板材里，但在Pipe和Tube材料形式（SA-789和SA-790）里却列有相同的合金，此材料是否可以用于VIII-1容器的建造？

答：可以。通过运用UG-15，可以使用此材料。此条款提到的情况是，规范以一种或几种材料形式（如：管子、锻件）列入了某一合金，但未列入相同合金的其它材料形式，如板材、棒料，只要此板材和棒料技术条件列入了VIII-1卷的Subsection C，含盖了相同级别的其它材料形式，则可以使用此相同级别的其它材料的许用应力。当然，有必要去核实材料的理化性能、热处理、等等，符合相应技术条件的要求。另外，对于焊接管材，许用应力应作必要的调整。 UG-7 铸铁材料

UG-7规定，铸铁材料的许用应力应乘于UG-24给出的质量系数。UG-24对除Part UCI外的铸铁材料规定了质量系数。

UG-9 焊材

UG-9要求用于生产的焊材应符合Section VIII-1、Section IX、和相应的WPS。

符合Section II Part C技术条件的焊材，如果材料标记符合技术条件的规定，可按标记验收；非规范焊材，如果标记符合WPS上的规定，也可按标记验收。

UG-11 预制或预成形的受压件

UG-11提到，一些受压件的制造可以不提供制造厂部件数据报告，这些受压件包括：

铸造、锻、轧制或模锻的标准受压件 – 管件、法兰、等。

铸造、锻、轧制或模锻的非标准受压件 – 壳体、封头、可拆除封门、等。 除容器壳体、封头外，焊制受压件 – 焊制标准管件、焊制封帽、等。

这些部件不是按ASME/ANSI标准（如那些列入UG-44中的标准），就是按制造厂标准制造，这些标准对标在部件上或在制造厂样本中说明的压力-温度等级作出了规定。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 9/36 焊制受压标准件

UG-11允许使用除壳体或封头外的其它焊制标准受压件，并引述到UG-44以及制造厂标准。此只制造厂标准必须：

- 符合UW-26到UW-40，或ASTM A-234的要求。对于ANSI标准件也是如此。 - 提供质量证明，如果不能作标记的话。

RT和任何热处理可以由标准件厂进行，但必须随件提供证明。 UG-44 ASME/ANSI标准

UG-44列出了可用于VIII-1卷的ASME/ANSI标准，这些标准的版本号见Table U-3。

材料类型

在Subsection C中有关材料的条款通常是UXX-5至UXX-15。在Subsection C中有以下材料类型：

UCS-碳钢

UNF-有色金属 UHA-高合金

碳钢和低合金钢

Subsection C中Part UCS是关于碳钢和低合金钢材料。有关一般要求的条款有：

UCS-6 板材 UCS-7 锻件 UCS-8 铸件 UCS-9 管材 UCS-10 螺栓

UCS-11 螺母/垫圈 UCS-12 棒料和型材

UCI-铸铁

UCL-复合材料 UDC-球墨铸铁

UHT-热处理钢 ULW-多层容器 ULT-低温材料

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 10/36 UCS-5 一般要求

UCS-5是关于碳钢和低合金钢的一般要求，重复UG-4(a)的要求，提到Table UCS-23。此条规定，如材料的含碳量超过0.35%，不允许焊接或气割。 UCS-6 板材

UCS-6讨论碳钢和低合金钢，对使用SA-36和SA-283材料制造受压部件规定了以下

几条限制：

- 不能用于有毒介质；

- 不能用于非受火蒸汽锅炉；

- 对于壳体、封头或管接头，允许对承力焊缝施焊的最大厚度为5/8”（15.8）。

Section II中的技术条件类型

Section II中技术条件基本上可分为以下三种类型：

- 材料技术条件，如SA-285； - 通用技术条件，如SA-20； - 试验技术条件，如SA-370；

材料技术条件的构成

Section II中的技术条件的构成基本一致，以SA-285为例：

- - - - - 补充要求

由于材料的使用环境要求，采购方有必要规定补充要求。这些补充要求可以在技术条件中找到，也可以在通用技术条件中找到。这些补充要求不是强制性的，仅是在采购方认为有必要时才使用。SA-285中提到补充要求的条款是3.3，写道：“除本技术条件中的

范围

有关文件

一般要求和采购依据 化学成分 机械性能

叙述一般性要求

引述ASTM A-20（SA-20）

叙述采购协议和引述ASTM A-20 Table 1给出各级别的化学成分 给出抗拉、屈服和延伸率要求

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 11/36 基本要求外，当要求对试验或检验进行附加控制以满足最终使用要求时，可以使用附加要求。采购方可查阅技术条件中所列的附加要求，也可查阅A-20/A-20M中详细规定”。 通用技术条件

Section II中的通用技术条件有：

Pipe SA-530

Tube SA-450

不锈钢板 SA-480

碳钢、低合金钢板 SA-20 结构钢板、型钢 SA-6

SA-450中的标记要求 SA-450是Tube的通用技术条件，对Tube的标记有以下规定：

- 制造厂名称或商标； - 技术条件号和级别；

- 如果技术条件中的某项试验将由采购方完成，X、Y或Z字母应标在技术条件号后面。

此标记必须采用喷印方式，除非Tube的直径小于1-1/4”（32），则可以使用标签。 材料的试验和检验

基本材料技术条件提出材料的试验和检验项目和要求，对于机械性能试验将要求查阅SA-370、化学成分试验查阅E-30，同时还要查阅相应的通用技术条件。试验结果必须按技术条件的要求进行记录。 Section II要求的试验类型

Section II要求进行的试验有：

- 化学成分 所有材料 - 机械性能 所有材料 - 水压试验 管子类材料 - 超声波 调质钢

- 涡流 管子类和铸件

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 12/36 Section II要求的机械性能试验

Section II要求的机械性能试验有：

- 抗拉、屈服 除个别碳钢外，所有材料 - 硬度 锻件、管子和棒材 - 弯曲 管子或棒材 - 压扁 管子类材料

- 导向弯曲 填充金属、焊制产品

- Charpy冲击 碳钢、低合金钢填充金属 SA-20概述

SA-20是碳钢低合金钢的通用技术条件，其构成如下：

- 范围 - 相关文件 - 术语 - 采购依据 - 制造 - 热处理 - 化学分析 - 金相组织 - 质量 - 试验方法 - 抗拉试验 - 缺口韧性 - 材料标记 - 尺寸和重量 - 检验和试验 - 复验 - 重复热处理 - 拒收 - 包装

叙述运用SA-20的材料技术条件

给出用于试验的引用文件，如SA-370 对钢材制造的术语给出定义 说明在采购订单里应说明的项目 说明要求使用的熔炼方法 说明所要求的热处理，如正火 说明化学分析如何进行及其要求 说明晶粒度和确定晶粒度的试验方法

说明表面、边缘的验收要求，焊接返修要求 说明要求使用的试验方法 说明抗拉试验的数量和位置

引用SA-370，说明标在材料上的字母标记 说明钢板标记的部位和方法 给出重量要求、尺寸要求 说明与采购方检验人员的接口

引用SA-370，同时也给出了一些例外情况 如果要求复验，给出了重复热处理的要求 略

包装、标记和装运的一般要求

与材料技术条件一样，SA-20也包含有附加要求，是否采用这些附加要求通常由规范或用户提出，冲击试验就是一个例子。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 13/36 标记要求

SA-20对碳钢低合金钢的标记作了强制规定，包括：

- 制造厂名称或商标； - 炉、批号；

- 技术条件号、材料级别或类别；

这些标记必须用钢印打在材料上，除非：

- 板厚在1/4”以下； - 采购方规定喷印。

SA-178/SA-209中关于标记的要求 除通用技术条件外，材料技术条件也对材料标记提出特殊要求。例如，Tube技术条件SA-178要求将“ERW”标在每一根Tube上。如果是用人工做标记，要求将此标记标在距离端部8”（203）处。又例如，Tube技术条件SA-209要求标记除要符合SA-450外，还应在Tube上标出“Hot-finished”或“Cold-drawn”。

UG-94中关于授权检验师（AI） AI应对所有的材料进行检查，核实材料上是否具有相关技术条件规定的识别标记。

SA-370概述

SA-370是关于钢材机械性能试验方法的技术条件，内容概括如下：

范围 对本技术条件含盖的拉伸、弯曲、硬度和冲击等具体要求给出了

索引。

相关文件 列出引用的ASTM标准，如，E-23金属材料的缺口式样冲击试验。 注意事项 说明一些必须知道的事项，如果处理不适当，可能会得到错误的

结果。

取样方向 说明纵向、环向式样的制取。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 14/36 说明 式样参数

拉伸试验的定义 说明不同产品，如锻件、铸件、等，其式样的参数，包括拉伸式样的尺寸和公差。

板材式样 板材式样的拉伸试验。 薄板式样 薄板式样的拉伸试验。 圆形式样 机加工原形式样的拉伸试验。 标距 延伸率测定标距点的位置。

试验设备和操作 加载程序及按ASTM E4进行鉴定，试验速度。 定义 拉伸试验定义见ASTM E-6， 抗拉性能确定 说明确定屈服点、和其它抗拉性能的方法。 说明 弯曲试验 总则 说明硬度试验的一般要求。 布氏硬度 说明布氏硬度试验的程序和方法。 便携式硬度仪 说明便携式硬度仪及其试验要求。 洛氏硬度 洛氏硬度试验程序及方法。 说明 Charpy冲击试验。 式样 Charpy冲击式样的尺寸、缺口的方位。

试验设备和条件 说明试验机和温度测量仪的一般特性和鉴定要求。 试验结果 冲击试验结果的记录和解释。 验收标准 确定试件强度要求的验收标准。 补充要求 对不同材料提供特殊的补充要求。

焊接材料

Section II, Part C

Section II, Part C是焊接材料的技术条件卷册，SFA-5.1及其它技术条件均规定了关于焊材标记的要求，内容如下：

包装上

- AWS技术条件号和分类 - 制造厂名和牌号 - 标准尺寸和净重 - 批号、控号、或炉号

焊条上

- 焊条上距离夹持端1-1/2”范围内应标有AWS分类代码

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 15/36 UG-9 焊接材料

UG-9允许使用未列入规范的焊接材料。材料试验报告（MTR）可以不要，但必须满足：

焊材包装的标记符合Section II的要求；或

包装上的标记可追踪到用于焊接工艺评定的焊材。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 16/36

Section II, Part C推荐的焊材保存要求

(1) 由于焊材在制造方面存在着不同，因此，对于这些焊条的具体烘干要求应根据焊条厂商的推荐。

(2) 从制造厂的包装里取出之后。

其它试验

在某些情况下，VIII-1卷要求在Section II的基础上再附加一些材料试验项目，如：

UCS-85 UNF-95 UHA-52 UHT-6 UHT-81

附加试验

由于使用或设计条件，VIII-1卷要求的附加试验有：

Charpy冲击试验：

- 用于低温条件下的碳钢、低合金钢； - 热处理过的铁素体钢；

- WPS评定（如有要求的话）。

落锤试验：

- 由于低温的热处理铁素体钢

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 17/36

RT、PT或MT：

- 焊缝、堆焊和铸件。

UT

- 厚壁铸件、及某些焊缝。

结合面剪切、结合面拉伸试验：

- 整体复合钢板。

其它有关材料的条款

在处理规范材料问题时，必须查阅VIII-1的所有部分，其它关于材料的条目有：

UG-84 UCS-66 UHA-51

冲击试验要求

碳钢、低合金钢

背景

VIII-1卷在87A之前对于碳钢、低合金钢用于设计温度在-20F（-29C）以上的容器可不做冲击试验。

尽管运行记录表明按规范建造的容器是非常安全的，但脆性破坏越来越引起重视。曾经发生过的少数脆性破坏大都发生在水压试验过程中。

现有的缺口韧性法则是以线性弹性断裂力学（LEFM）理论为基础，并根据材料的试验结果建立的，同时，也广泛考虑了好的经验、以及压力容器工业里脆性破坏的低发生率。 冲击性能

材料的缺口韧性与以下因素有关：

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 18/36

温度 厚度 应力

UG-20（b）最低金属设计壁温（MDMT） - 容器运行过程中的最低温度。

MDMT – 必须与相应的MAWP一起标在容器的铭牌上。

冲击试验法则的主要特点是，使用一组冲击试验免除曲线，该曲线按MDMT对应于元件的厚度将常用的钢材分成了四个组。

冲击免除曲线是依据钢材的韧性在一定的温度区域内呈现急剧变化这一特性建立的。

对于给定的材料，如果MDMT在曲线上或在曲线的上方，则用冲击试验来证实材料的韧性是没有必要的。 冲击试验

如果要求进行冲击试验，UG-84规定了应该使用的程序。应该假设要求进行冲击试验，除非在Subsection A或C中找到了可以免除的依据。UG-84接着提到，试验的程序和设备应符合SA-370的要求。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 19/36 冲击式样

小截面式样的厚度见UG-84(c) 图UG-84冲击式样（Charpy试验）

UG-84(c)(4)(b) Charpy冲击试验

UG-84(c)(4)(b)规定，对于抗拉强度大于或等于95,000 PSI的Table UCS-23的材料，以及Table UHA-23的材料，其相应的最小侧向膨胀量应按UHT-6。

侧向膨胀量

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 20/36

图UG-84.1

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 21/36 Table UG-84.2 小尺寸式样

___________________________________________________________

厚 度 in.

温 度 降 低 值  F.

____________________________________________________________

0.394 (全尺寸) 0 0.354 0 0.315 0 0.295 (3/4 尺寸) 5 0.276 8 0.262 (2/3 尺寸) 10 0.236 15 0.197 (1/2 尺寸) 20 0.158 30 0.131 (1/3 尺寸) 35 0.118 40 0.099 (1/4 尺寸) 50

______________________________________________________ 允许用线性插值法求得中间值。 Table UG-84.3 材料类型 板材 Part UCS和UHT Part UHA Pipe Tube 锻件 铸件 螺栓 管件

技术条件号 SA-20, S5 SA-480 SA-333 SA-334 SA-350 SA-352 SA-320 SA-420

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 22/36

Table UG-84.4 最小规定屈服强度（ksi） 温度差（注1）  40 10  55 5  55 0 注：冲击试验温度可以高于最低金属设计壁温的温度数值见此表。 冲击试验要求

对于碳钢低合金钢材料，应首先假定要做冲击试验，然后再来确定是否可以免除。

UG-20(f) 免除冲击条款

如果满足以下条件，P-1Group 1或2的材料的冲击试验可以免除。

材料的控制厚度：

 1/2” (12.7) 对于Fig. UCS-66曲线A的材料；

 1” (25.4) 对于Fig. UCS-66曲线B、C或D的材料。

整台容器按UG-99(b)、(c)或(k)进行水压试验。

设计温度不低与-20F（-29C），不高于650F（343C）。由于季节性温度变化引起的操作温度偶然低于-20F（-29C）是允许的。

热、冲击或循环载荷不是设计的关键因素。（见UG-22） UCS-66材料 除非另有条款给予免除，对于最低设计金属壁温和厚度的交点落于代表材料的曲线下方，必须进行冲击试验。如果温度-厚度的交点落于曲线上或上方，对母材可不必做冲击试验。

壳体、管接头、人孔接管、开孔补强板、法兰、管板、平封头板、焊缝衬垫、与容器构

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 23/36 成结构整体并与受压件相焊的装接件，都应分别判断是否要进行冲击试验。

Fig. UCS-66 根据材料的牌号，如果最低金属设计壁温和厚度的交点落于Fig. UCS-66相应曲线的上方，可免做冲击试验。图中使用的厚度按UCS-66(a)(1~3)的定义来确定。

UCS-66(a) UCS-66(a)定义的厚度有以下4种类型：

- 铸件；

- 除铸件外，其它用对接焊缝连接的材料； - 除铸件外，其它用角接焊缝连接的材料；

- 除铸件外，其它非焊接件，如，螺栓连接的平封盖。 UCS-66(a) 不管什么材料，对于以下情况，必须进行冲击试验：

- 如果焊缝处的控制厚度大于4 in（100），并且MDMT<120F（48C），必须进行冲击试验；

- 控制厚度超过6 in（152），用螺栓连接的元件，如果MDMT<120F（48C）必须进行冲击试验。

UCS-66(b), 降低温度 UCS-66(b)允许使用Fig. UCS-66.1进一步降低由Fig. UCS-66确定的最低金属设计壁温。

另外，UCS-66(b)还对使用Fig. UCS-66.1提出了2条限制：

- 最低金属设计壁温不能低于-55F（-48C），除非实际拉应力与许用应力的比

值小于0.35，在这种情况下，可不进行冲击试验，且-55F（-48C）的限制不适用；

- 所有的材料在-55F（-48C）以下均应做冲击试验，除非实际应力与许用应力

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 24/36 的比值小于0.35，在此情况下，温度不低于-155F（-103C）可不做冲击试验。

UCS-66(b)(1)(b)允许将Fig. UCS-66.1和Fig. UCS-66.2用于承受非一次薄膜应力的元件，如平封头、管板、法兰等。

按UCS-66(b)(1)(c)，对于用焊接连接的法兰，其MDMT可按与其相连的管颈或壳体确定的温度降低值一样予以降低。 UCS-66(c)，免除

UCS-66(c)规定，ASME/ANSI B16.5和B16.47铁素体钢法兰、以及SA-216 GR WCB制成的对开式活套法兰用于设计金属温度等于或高于-20F（-29C）时，可不必进行冲击试验。

UCS-66(d)，免除

UCS-66(d)允许对厚度小于0.10 in（2.5）的材料免除冲击试验。对于材料为P-No. 1的小直径管子（NPS 4或以下），当厚度不超过对应于规定最小屈服强度值的以下厚度值时，可免做冲击试验：

规定最小屈服强度 ksi

20~35 36~45 46和更高

UCS-66(e) 最大厚度 in. (mm) 0.237 (6) 0.125 (3.2) 0.100 (2.54)

UCS-66(e)规定，对于厚度小于1/4”（6 mm）的板材，材料技术条件要求的制造厂标记不能使用钢印，除非符合规定的条件可以例外。 UCS-66(f) 除非按Fig. UCS-66可以免除，规定最小屈服强度值大于65 ksi的材料必须进行冲击试验。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 25/36 UCS-66(g) 按材料技术条件由材料制造厂做过冲击试验的材料，只要MDMT不低于材料技术条件规定的温度、或低于材料技术条件规定的温度不超过5F（3C），容器或部件制造厂不必再进行冲击试验。 UCS-66(h)

保留在焊缝上的衬垫和其它规范材料一样，必须判断是否要求进行冲击试验。对于衬垫属于曲线A的材料，如厚度不超过1/4”（6 mm）、且MDMT-20F，可免做冲击试验。 UCS-66(i)

对于做过冲击试验的材料，如果Fig. UCS-66.1定义的比值小于1.0，最低金属设计壁温低于冲击试验温度的数值不得超过Fig. UCS-66.1规定的允许降低温度值，而且，决不允许低于-155F（-104C）。

Fig. UCS-66.1和Fig. UCS-66.2还可以用于承受非一次薄膜应力的元件，如平封头、管板、法兰等。对于用焊接连接的法兰，其MDMT不可低于与其相连的管颈或壳体的冲击温度减去确定的允许温度降低值。 UCS-160 UCS-160为操作温度低于铭牌MDMT的容器提供指导。由于UG-116的修改，在MDMT下的压力必须等于MAWP，这样可能造成许多容器的MDMT比原来的更高，本条有助于为那些随着温度降低（如在开启/关闭的自冷阶段）而压力和总体一次薄膜应力也随之降低的容器，确定安全的操作压力和温度。 冲击试验的控制厚度

Fig. UCS-66使用的厚度是按UCS-66(a)(1~3)的定义确定的。 UCS-66(a)(1) 焊接件

(a) 对接接头 – 最厚接头处的公称厚度； (b) 角接接头 – 两被连接件中较薄件的厚度；

(c) 平封头、管板 – 两被连接件中较薄件的厚度、或t/4，取较小值。

如果焊接件的控制厚度超过4”（101 mm）、且其MDMT<120F（49C），必须做冲击试

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 26/36 验。 UCS-66(a)(2)

铸件的控制厚度为铸件的最大公称厚度。 UCS-66(a)(3)

非焊接平板状件（如螺栓连接法兰盖、管板、平封头等）的控制厚度为平板状件的厚度除以4（t/4）。如果非焊接件的控制厚度>6”（152 mm）、且MDMT<120F（49C），必须进行冲击试验。 UCS-66(a)(4)

非焊接的成形封头见Fig. 1-6 sketch (c)的控制厚度为法兰的厚度除4（t/4）、或封头成形处的厚度，取较大值。 UCS-67 焊接工艺的冲击试验

焊接工艺规程试验。 UCS-67(a) 有填充金属的焊缝，凡属下列情况之一，焊缝金属必须按UG-84做冲击试验：

任何一边母材要做冲击试验；

- 焊接按技术条件进行过冲击试验的材料（Table UG-84.3）、或曲线C或D的母材，

且当-55FMDMT-20F（-48CMDMT-29C）时；（除非焊材已按相应的SFA技术条件在不高于MDMT的温度下进行过冲击试验并按此分类。）

- 焊接按技术条件进行过冲击试验的材料UCS-66(g)，当MDMT<-55F（-48C）时。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 27/36 UCS-67(b)

无填充金属的焊缝，在下列情况下焊缝应做冲击试验：

(1) 焊缝处的厚度>1/2”（13 mm），无论MDMT为多少；或 (2) 焊缝处的厚度>5/16”（8 mm），且当MDMT<50F（10C）。

注：此处不包括ERW Pipe/Tube材料。

UCS-67(c) 焊缝热影响区（HAZ）应做冲击试验，当：

(1) 母材要求做冲击试验；

(2) 焊缝有单个焊道的厚度>1/2”（13mm），且MDMT<70F（20C）；

(3) 焊接按技术条件进行过冲击试验的材料UCS-66(g)，当MDMT<-55F

（-48C）时。

UCS-67(d)

按UG-84(i)进行的容器产品冲击试验属下列情况之一可以免除：

(1) 焊缝金属连接的母材按UCS-66免除了冲击试验，且MDMT-20F（-29C）； (2) 属于UCS-67(a)(2) 曲线C/D、或按技术条件进行过冲击试验的材料且

-55FMDMT-20F（-48CMDMT-29C） 或(a)(3) 按技术条件进行过冲击试验的材料，当MDMT<-55F（-48C） 定义的焊缝金属； (3) HAZ所在母材按UCS-66免除了冲击试验，但当UCS-67(c)(3) 按技术条件进

行过冲击试验的材料，当MDMT<-55F（-48C） 适用时除外。 UCS-68 设计

对于P-No.1材料，当进行了焊后热处理，而此焊后热处理又不是规范要求的，此时UCS-68允许将MDMT降低30F（17C）。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 28/36 UNF-65 注意，关于冲击试验是否免除的判断，对有色金属也有规定。如当有色金属符合下列条件时，可免除冲击试验：

- 轧制铝合金用于-452F或以上；

- 铜和铜合金、镍和镍合金、铝合金铸件用于-325F或以上； - 钛和锆用于-75F或以上。

UHA-51 高合金材料的冲击试验

UHA-51于1994增补作了全面修改。此条的构成如下：

试验要求：

- UHA-51(a) 母材、焊缝和HAZ的试样、验收标准、复验要求； - UHA-51(b) 焊缝和HAZ的要求； - UHA-51(c) 有热处理时的特殊要求。

免除试验：

- UHA-51(d) 母材和HAZ - UHA-51(e) 焊缝 - UHA-51(f) 容器（产品）焊缝 - UHA-51(g) 低应力情况下的免除

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 29/36 UHA-51 母材的冲击要求

高合金钢是否要做冲击试验？

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 30/36 UHA-51 焊缝金属的冲击要求

UHA-51(c) 母材

UHA-51(c)当进行了热处理，则要求做冲击试验。

注意：此要求超越UHA-51中其它任何免除条文。

只要进行了下列热处理，就要求在MDMT下（但最高不超过70F）做冲击试验：

(c)(1) 奥氏体不锈钢：900F到1659F Type 304、304L、316、316L经900F到1300F的热处理，如果MDMT不低

于-20F，且容器（产品）经过热处理的A、B类接头的焊缝金属做冲击试验，可免除冲击试验。

(c)(2) 奥氏体-铁素体双相不锈钢：600F到1759F (c)(3) 铁素体铬不锈钢：800F到1350F

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 31/36 (c)(4) 马氏体铬不锈钢：800F到1350F 不锈钢的分类

前面已经简单提到过，不锈钢分为5类：奥氏体铬-镍、奥氏体铬-锰、奥氏体-铁素体双相、铁素体、和马氏体。VIII-1卷使用的不锈钢主要有以下种类：

关于不锈钢的分类可参见：

- SA-479中的Table 2 机械性能要求

- ASME材料手册，第10版，卷1，184页

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 32/36 UHA-51(d) 母材

UHA-51(d)是关于母材和HAZ免除冲击试验的条款。如厚度小于0.099 in. (2.5 mm)、或符合下列母材和MDMT的组合，冲击试验可以免除： 材 料 免除冲击试验的 规范条款 MDMT  奥氏体铬-镍不锈钢（除双相钢外的300系列） UHA-51(d)(1)(a) -425F Type 304、304L、316、316L、321、347 UHA-51(d)(1)(b) -320F C  0.10%的其它材料 UHA-51(d)(1)(c) -55F C  0.10%的其它材料 奥氏体铬-锰-镍不锈钢（200系列） C  0.10% C  0.10% 奥氏体-铁素体双相钢，公称厚度1/8 in. ** -320F -55F -20F UHA-51(d)(2)(a) UHA-51(d)(2)(b) UHA-51(d)(3)(a) UHA-51(d)(3)(b) UHA-51(d)(3)(c) -20F 铁素体铬不锈钢，公称厚度1/8 in.** -29F 马氏体铬不锈钢，公称厚度1/4 in.** **注：公称厚度指的是按UCS-66(a)确定的公称控制厚度。 UHA-51(b) 焊接工艺评定（焊缝和HAZ） UHA-51(b)是关于焊接工艺评定要求做冲击试验的条款。当焊接接头（母材或焊缝金属）任何部分要求做冲击试验，那么，焊接工艺规程（WPS）的评定必须做冲击试验。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 33/36 UHA-51(e) 焊接工艺评定（焊缝和HAZ） UHA-51(e)是关于焊缝是否免除冲击试验的条款。对于焊缝符合以下焊缝金属与MDMT的组合，除非UHA-51(c)另有要求外，可免除冲击试验。 母材 焊缝金属 免除冲击试验的 规范条款 MDMT  UHA-51(e)(1) 奥氏体铬-镍不锈钢（除 -155F 双相钢外的300系列），无填充金属 C  0.10% UHA-51(e)(2)(a) -155F 任何材料 奥氏体，C  0.10%** UHA-51(e)(2)(b) -55F 任何材料 奥氏体，C  0.10%** UHA-51(e)(3)(a) -20F 奥氏体-铁素体双相钢，奥氏体-铁素体双相 公称厚度1/8 in. *** UHA-51(e)(3)(b) -20F 铁素体铬不锈钢，公称铁素体铬 厚度1/8 in.*** UHA-51(e)(3)(c) -20F 马氏体铬不锈钢，公称马氏体铬 厚度1/4 in.*** **注： 用符合SFA-5.4、SFA-5.9、SFA-5.11、SFA-5.14、SFA-5.22技术条件的焊材焊成的焊缝。

***注：公称厚度指的是按UCS-66(a)确定的公称控制厚度。 UHA-51（g） 母材、HAZ和焊缝 UHA-51(g)是关于在低应力下免除冲击试验的条款。当设计拉应力与许用应力的比值小于0.4时，且没有进行UHA-51(c)所述的热处理，那么，对于任何UHA-23的材料（母材、HAZ、和焊缝金属）均可以免除冲击试验。 UHT-6 UHT-6对材料冲击试验提出了以下一些附加要求：

- 板材试样必须横向切取（与轧制方向垂直）；

- 当使用温度低于-20F时，对于SA-517、SA-508等材料应进行落锤试验。

UHT-6还给出了侧向膨胀的验收标准。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 34/36 UG-84(i)，产品冲击试板

UG-84(i)规定，当规范的其它条款、如UG-67、UHT-82或UHA-51要求做冲击试验时，必须为所有的焊接接头制备产品冲击试板。试板材料必须与容器材料同P-No.和Group No.，A类接头的试板一般必须是产品焊缝的延伸部分，B类焊缝可以使用单独的产品试板。

注意：只有当WPS要求做冲击试验时，才要求带产品冲击试板。 UG-84(j) UG-84(j)规定，如果产品冲击试板没有满足冲击要求，试板所代表的焊缝不合格。允许再次进行热处理，然后复检。 UHA-51(f) 容器（产品）冲击试板的免除

当按UG-84(i)要求带产品冲击试板时，按UHA-51(f)，如果满足以下条件，产品冲击试板可以免除；

对于焊接奥氏体铬-镍（除双相钢外的300系列）或奥氏体铬-锰-镍（200系列）不锈钢的焊缝，如果MDMT-320F、且以下所有条件都满足，容器（产品）试板可以免除：

(f)(1) 焊接方法为SMAW、SAW、GMAW、GTAW、PAW； (f)(2) PQR’s有冲击试验或免除冲击试验； (f)(3) 焊缝金属C0.10%；

(f)(4) 填充金属符合特别修改过的SFA技术条件（每炉和/或批焊材；每批

焊剂；组合焊或几炉、批焊材的组合） UNF-65 冲击试验免除

 轧制铝合金材料-452F

 铜和铜合金、镍和镍合金、铸铝合金-325F  钛或镐-75F

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 35/36 材料的返修

规范的许多条文都提到允许对材料进行返修，如：

 UG-78：要求AI的认可。

 UG-56：返修的PWHT要求和可不做PWHT的特例。  UCI-78：铸铁材料不允许焊接返修。  UCD-78：球墨铸铁不允许焊接返修。

材料检验和标记

UG-93，材料检验

UG-93中说到材料检验就是通常所说的材料入厂检验，该条给出了材料在用于规范产品之前必须满足的要求，即：

 对于板材，应有MTR或CC。

 其它材料，每一件上都必须有技术条件号、Grade、Type和Class。管子可按捆进

行标记。

本条中有关AI必须进行的检验：

 审查MTR和CC，核实材料标记的一致性、可追踪性。  核实材料标记是否符合材料技术条件的要求。

制造厂必须在AI之前先审查上述内容，另外，还必须进行：

 尺寸检查。

 如AI要求，提供样板、并进行检查。

UG-77 材料标记

一旦材料经验收合格，制造厂应按UG-77的规定对材料进行管理：

 材料必须保持有识别标记，直到容器制造完毕。

 可使用编码标记代替材料的原始标记，但此编码标记必须经AI的认可。

 可以使用材料汇总表或竣工图记录所要求的标记，以保证每一件材料在制造过程

中直到最终完成具有可追踪的标记。自1989增补，开始允许此方法。

ASME规范第VIII-1卷 -- 压力容器 材料要求 课程 1 页 码 36/36  当材料被分割或机械加工时，不管是编码标记、还是原始标记，都必须进行移植。

材料试验报告

材料试验报告是由材料制造厂提供的文件，是对材料技术条件中要求的报告，如：

 试验或检验结果；  材料返修；  热处理；  补充要求；  材料标记；  炉号。

按UG-93，以下材料必须有材料试验报告：

 板材；

 不是由材料制造厂进行的某些试验；

 VIII-1卷有时要求的高于技术条件或补充的试验要求。

CC

CC是由材料制造厂或供货商提供的简单的书面陈述，证明所提供的材料符合材料技术条件。