ASME规范关于碳钢和低合金钢钢板拉伸试验的若干规定

李可新 张 丽 于美娜 郭 晶

（大连日立机械设备有限公司)

ASME规范关于碳钢和低合金钢钢板拉伸试验的若干规定

李可新*张 丽 于美娜 郭 晶

（大连日立机械设备有限公司)

现代钢板生产技术的特点是熔炼炉的容积小和广泛采用连铸技术。ASME规范关于碳钢和低合金钢钢板拉伸试验的某些规定，尤其是取样数量，与这种生产方式有关。

钢板 碳钢 低合金钢 拉伸试验 单元坯一次轧制量 ASME规范

0 前言

ASME材料标准很多，除了特殊要求和需要选择的要求规定在各具体材料标准中外，共同的要求一律规定在同类材料的通用标准中。压力容器用碳钢和低合金钢钢板的通用标准是SA-20/SA-20M[1]，它适用于34项具体钢板标准。

ASME规范每年都进行修订，因而技术进步能够及时得到反映。在碳钢和低合金钢钢板拉伸试验方面，也有很多与既往认识不同之处，这是为适应钢板生产技术改变在材料试验方面所做的调整。

1 钢板的生产过程简介

为理解规范对碳钢和低合金钢钢板拉伸试验所做的某些规定，需要具备现代钢板生产技术的基本知识。

1.1 钢的冶炼

目前在碳钢和低合金钢生产中虽然还允许使用平炉炼钢 (见文献 [1]第5.1节)，但应用最普遍的还是转炉和电炉。为进一步改善钢的质量，还配合使用各种形式的精炼 （refining）和二次熔炼（second melting）技术。与平炉相比，这些冶炼设备的容量都要小得多。

1.2 浇注

冶炼好的钢既可以像以往那样浇注成一个个的钢锭 （ingots），也可以采用连续浇铸技术，浇铸成连铸坯 （slab），见文献 [1]第5.2节。

1.3 连铸坯的炉号及单元连铸坯

冶炼好的每一炉钢浇铸前都要进行熔炼分析，并由一个炉号来代表。

根据文献 [1]第5.2.1条，几炉具有相同公称化学成分的钢一次连续浇铸形成的连铸坯也要由一个共同的炉号代表。只有当钢的公称化学成分改变成另外一个等级的钢时，才给连铸坯另起一个炉号。两个不同炉号的连铸坯可以连续浇铸在一起，但以后必须分离开，而且还必须切除足够长一段过渡段。

应当注意，连铸坯的炉号和形成连轧坯的各炉钢的炉号不是一回事。如何确定连铸坯的炉号，是钢厂的事，从形式上可能看不出连铸坯的炉号与形成它的各炉钢的炉号间的关系，但也可以使连铸坯的炉号和形成它的各炉钢的炉号间有某种关联，就像文献 [2]在对 “多炉” （multiple heat） （钢锭）定义中描述的那样。

连铸过程可用图1加以说明。图中炉号为1、2、3和4的四炉钢具有相同的公称化学成分。炉号为1′、2′、3′和4′的另四炉钢也具有相同的公称化学成分，但与前面四炉的不同。前四炉钢连续浇铸形成一个炉号的连铸坯 （slab），后四炉钢接着连续浇铸又形成另一个炉号的连铸坯。两个不同炉号的连铸坯虽然是浇铸在一起的，但需要分割开来，而且中间一定长度的过渡段要扔掉。

图1 连续浇铸和连铸坯的生产过程

关于公称化学成分，在ASME规范中没有找到专门的定义。但它一定是关于元素含量的一个个范围，或一个个极限值，绝不会是一个个单一固定值，因为再先进的冶炼技术，虽然可以使连续几炉钢化学成分十分接近，但也绝不会完全相同。根据SA-20/SA-20M[1]第5.2.1.2款所说，把两个炉号的连铸坯通过切除过渡段而分离开，就是把不同等级 （separate the grades）的钢坯分开的说法推断，公称化学成分就是在具体钢板标准中对每个等级的钢板规定的元素含量范围或极限含量。例如:C为0.05%～0.15%， Mn为 0.30～0.60， P为≤0.035， S为≤0.035%，Si为≤0.05%，Cr为2.75%～3.25%，Mo为 0.90%～1.10%，就是 SA-387/SA-387M中Gr.21这个等级 （grade）[3]的钢板的公称化学成分。

由此看来，即使同一炉号的连铸坯，不同区段的化学成分虽然都在某具体钢板标准对某等级钢规定的公称化学成分范围之内，但实际化学成分还是有差别的，因为它们不是由同一炉钢，而是由几炉钢前后接续浇铸而成的。

即使是同一炉号的连铸坯，也都很长，需要切割成许多小块以便轧制。切割形成的这一个个的小块连铸坯称作 “单元连铸坯” （individual slab）。这是在连铸生产线上，当连铸坯还处在红炽状态下就完成的，如图2所示。

图2 由一块单元连铸坯（或一个钢锭）直接轧制成钢板过程

1.4 轧制

无论单元连铸坯还是钢锭，都是铸造组织，都需要通过轧制才能生产出钢板。

钢厂可以直接把单元连铸坯或钢锭轧制成一张张的钢板，提供给采购方，也可以在轧制到要求的厚度和宽度后先卷绕成卷钢 （coil），以后再裁切成钢板提供给用户。卷钢为热轧状态 （见文献 [1]第3.1.1条）。如果钢板需要热处理，可在裁切成钢板后再进行。

1.5 钢板的热处理状态

提供给用户的钢板可以是轧制状态，也可以经过不同形式的热处理。碳钢和低合金钢钢板的热处理状态有正火 （N）、正火加回火 （N＋T）或淬火加回火 （Q＋T）。

钢板的热处理可以由钢厂或开卷厂进行，也可以由容器制造厂，即压力容器钢板的用户进行。

如果钢板要求的热处理，钢厂或开卷厂没有进行，而留待容器制造厂进行，那么发运到容器制造厂的每张钢板的标识系统中，在钢板标准编号（specification number）后面，一定有一个字母“G”。它是 “Green”一词的首字母，表示钢板还是“青涩未成熟”的。以后容器制造厂完成了要求的热处理后，再在字母 “G”后面加上一个字母“T”，表示要求的热处理已经完成。这些都需要反映在钢板的 “材料试验报告” （material test report，简称MTR）上，即通常所说的合格证上。

2 对钢板拉伸试验的若干规定

2.1 试块数量

要求切取的拉伸试验试块数量 （number of test coupons）与钢板的生成方式、热处理状态和热处理由谁进行有关。

2.1.1 钢板由钢厂用单元连铸坯或由钢锭直接轧制而成

2.1.1.1 钢板要求的热处理由钢厂完成

(a)钢板为轧制状态，或为除淬火加回火 （Q+T）以外的其他热处理状态。

对这种情况，规范原文是这样说的： “One tension test coupon shall be taken from each plateas-rolled”。

什么是 “plate-as-rolled”呢？首先它是一个复合词，而不是3个词，因为中间有连字符。因为与 “each”连用，可以肯定它是名词，而且是可数名词。

文献 [2]有专门关于它的定义： “plate-asrolled——the quantity of plate product rolled at one time,either from an individual slab or directly from an ingot”。

译成汉语就是：由一块单元连铸坯或直接由一个钢锭，一次轧制出的钢板产品的数量 （或张数）。可见它定义的是钢板数量 （张数），而不是状态。所以决不可把 “plate-as-rolled” 与 “plate asrolled”或与 “as-rolled plate(s)”混同。后二者说的是 “轧制状态的钢板”，指的是钢板的状态。而前者指的是钢板数量 （张数）。

规范对该术语定义还有进一步的说明（discussion），它说该术语不涉及钢板的状态，一个 “plate-as-rolled”的钢板，可以是轧制状态，也可以经过一种或多种表面处理或热处理，或既经过表面处理又经过热处理。

目前我国还没有与此对应的术语，各钢厂可能各有自己的叫法。为叙述便利起见，本文不妨暂时把它翻译成： “单元坯 （锭）一次轧制量”。

一块单元连铸坯或一个钢锭，肯定是一次轧制完的，绝不会分成几次轧制。一块单元连铸坯或一个钢锭轧制成的钢板也不会只是一张，而是很多张，除非要求的钢板特别厚，单元连铸坯或钢锭又非常小。

有了上面这些认识后，关于这几种供应情况下的取样数量就不难理解了。把规范条文译成汉语就应该是：从每一单元坯 （锭）一次轧制量的钢板中应取一个拉伸试验试块。

或不用专门术语，把规范定义和规范条文结合起来翻译，那就是：从由一块单元连铸坯或直接由一个钢锭一次轧制成的钢板中应取一个拉伸试验试块。

规范中文译本[4]完全没有搞明白这一段话的意思， 把 “plate-as-rolled” 翻译成了 “轧制板”， 把整个句子翻译成了 “应从每张轧制板取一个拉伸试块”，这显然是错误的。

首先说状态，在本节条件下提供的钢板固然包括轧制状态 （as rolled）。但也包括除淬火加回火（Q+T）以外的其他热处理状态，例如正火状态、正火加回火状态。怎么能用一个 “轧制板”概括呢！而且规范定义说得再明白不过，即 “plate-asrolled”不涉及钢板状态，仅指数量。

再说取样数量。如果规范的本意是逐张取样，根本用不着引入一个专门术语 “plate-as-rolled”。直接写成 “One tension test coupon shall be taken from each plate”，谁也不会做不同理解，而且句子还简单。后面将要提到的文献[5]就是这样表述的。

有一次向一家德国公司订购制造PTA结晶器的Cr-Mo耐热钢板，要求逐张 （each plate）进行成品分析 （product analysis）。供方回复说，分析量太大，可否改为each plate-as-rolled。可见each plate-as-rolled不是 “逐张”。

再看本文后面第2.1.2.2(b)项，那里说的钢板状态和这里相同，只是钢板不是直接轧制而成，而是由卷钢 （coil)开卷裁切而成。由一卷卷钢裁切出来的钢板当然不止一张，但取样数量却是每一卷卷钢取一个拉伸试验试块，怎么到了这里就突然严格到逐张取样了呢？

碳钢和低合金钢钢板是种类繁多、用量最大的一类材料，里面虽然有像9-Ni钢和2.25Cr-1-Mo那样的高级钢板，但更多的还是普通碳钢、C-Mn钢和其他简单的合金钢，难道这些材料也要求逐张钢板取样？这和实际情况恐怕太不符合吧！

查了一下SA-20/SA-20M管辖的34个钢板标准，只有一个，即SA-353/SA-353M[5]规定每张钢板取一个拉伸试验试块 （文献 [5]第7.1.3条）。文献 [5]涉及的钢板是两次正火加回火的9-Ni钢，不是淬火加回火钢。如果像规范中译本译者理解的那样，文献 [5]的这一规定就多余了。

还有一个钢板标准，即SA-841/SA-841M，规定每个单元连铸坯或直接由一个钢锭轧制出的钢板进行2次拉伸试验，试块从1张钢板的两端各取1个，共取2个，见文献 [6]第6.2.1条。文献 [6]涉及的钢板是 “控轧钢板” (thermo-mechanical control process， 缩写为 TMCP)。

文献 [5]和文献 [6]都因为与文献 [1]中的通用要求不同，所以才需要专门条文规定。其他32项标准因为与文献 [1]的通用规定相同，所以再没有关于取样数量的条文。

可见以这几种状态供应的钢板，除文献 [5]以外都不是逐张取样。逐张取样只是对少数特殊用途钢板的特殊要求。

(b)钢板以淬火加回火状态提供。

每张钢板应取两个拉伸试验试块。

2.1.1.2 钢板要求的热处理由容器制造厂进行

这种情况涉及的钢板都是要求热处理的。但钢板的热处理不是在钢厂进行，而是由容器制造厂完成。在这种情况下，由钢厂发运到容器制造厂的钢板都是轧制状态 （as rolled）。但不管要求的热处理是何种形式 （N，N+T或Q+T)，钢厂都需要证明虽然提供的钢板是轧制状态，但经过要求的热处理后，性能是能够保障达到相关钢板标准要求的。为此规范规定，钢厂应从每一 “plate-as-rolled”的钢板中取一个试块，把试块按要求进行热处理后做拉伸试验，并把试验结果记入材料试验报告，即合格证中，随同钢板一起提供给用户。文献 [1]第11.1.1条最后面一段话说的就是这种情况。

容器制造厂进行完要求的热处理后还得取样进行拉伸试验，以证明容器制造厂进行的热处理效果的符合性。取样数量跟热处理形式有关。如果是淬火加回火，就逐张取样，而且每张钢板取两个拉伸试验试块。其他热处理形式，按每个 “plate-asrolled”取一个拉伸试验试块处理。

2.1.2 钢板由钢厂或开卷厂用卷钢裁切而成

2.1.2.1 裁切成的钢板不热处理，或只进行消除应力热处理

对这种情况 （见文献 [1]第11.1.2条），规范规定需从每卷卷钢中至少要取3个拉伸试验试块。第一个试块在紧靠第一张合格钢板前面切取。第二个试块在卷钢的大约中间位置切取。第三个在紧靠最后一张合格钢板后面切取。

对试块取出位置需稍加说明。

一般情况是，从一卷卷钢开始裁切钢板时，先要在卷钢露在最外面的一端切取一段加工试样，进行拉伸试验。如果试验合格接着裁切出的第一张钢板就是第一张合格钢板。如果试验不合格，就还得往后退一段距离，再取样进行试验，直至试验合格。接着合格试样取样位置后面裁切出来的第一张钢板就是第一张合格钢板。

也可能第一次取样试验结果还没有出来，就一张张地开始裁切钢板了。在这种情况下，等试验结果出来，如果合格，那裁切出的头一张钢板就是第一张合格钢板；但如果不合格，那就还得在裁切出的第一张钢板，紧靠第二张钢板的位置处再取样，进行试验。如果这次试验合格，裁切出的第二张钢板才算第一张合格钢板；如果不合格，还得再在第二张裁切出来的钢板，靠近第三张钢板的位置处取样继续试验。如此向后推移，直至试验合格为止。合格试验位置后面紧接着的那张钢板才是第一张合格钢板。

要求的第三块试块是在一卷卷钢裁切到最后，待剩下的材料不再够一张钢板时，才从剩下的那段材料上切取试块进行试验。试验结果也有合格和不合格两种可能。如果合格，那么最后裁切出的那一张钢板，就是最后一张合格钢板；如果不合格，就得在裁切出的最后一张钢板靠近倒数第二张裁切出的钢板处取样试验。如果这次试验合格了，裁切出的倒数第二张钢板才是最后一张合格钢板；如果这次试验还不合格，就还得再在倒数第二张裁切出的钢板靠近倒数第三张钢板处取样试验。如此向前推移，直至试验合格为止。这时试验合格位置前面紧接着的那张钢板才算最后一张合格钢板。

要求的第二块试块，大约在一卷卷钢的中间位置切取就行，不是要求很准确。

用从中间位置取出的试块加工出的试样进行试验同样有两种可能的结果。如果合格，从前面裁切出的第一张合格钢板，到最后一张合格钢板之间的全部钢板就都算合格。如果不合格，那这些钢板都应判为不合格。因规范是这么规定的：任何两个合格试验位置之间的钢板都是合格钢板 （文献 [1]第11.1.2.2款）；一个不合格试验位置到相邻一个合格试验位置之间的钢板都是不合格钢板 （文献 [1]第11.1.2.3款）。现在是中间试验位置不合格，所以由这一卷卷钢裁切出来的钢板就全都应算作不合格了。

但是可以继续取样，再进行试验。问题是向那个方向推移取样继续试验呢？文献 [1]第11.1.2.3款说向任何方向 （in either direction）。这就有问题。如果向前推，试验合格只能证明第一张合格钢板到此次试验合格位置之间的钢板合格，怎么能证明到最末一张合格钢板间的钢板也是合格的呢？是否还需要向后推移取样进行试验呢？似乎应该。但是规范却没有这样规定。

还有一种情况，就是采购量不多，裁切够需要的钢板张数后，还不到下一个标准取样位置。假设一卷卷钢可裁切出15张钢板。但采购量只有5张。裁切够5张后，不到中间取样位置。或采购量为10张，裁切够10张后，不到卷末取样位置。对这种情况规范的规定是，裁切到需要的张数后，就接着往后倒，就近切取一块试块进行试验。

当然也可以像本节开头那样，虽然订货量少，也把一卷卷钢全都裁切成钢板。把按合同供货剩下的库存起来，等待别的用户需要时，再提供给他们。

注意，本节提到的消除应力热处理，不是材料标准要求的热处理，而是为消除因开卷 （de-coiling）、 调平造成的应变 （strain） 和冷作硬化 （cold working）而进行的热处理。而且这样的钢板以后不再进行其他形式的热处理。

如果钢板以后还要进行其他形式的热处理，即使存在因开卷校平造成的应变和冷作硬化，那也用不着进行消除应力热处理。因为进行其他形式的热处理时，开卷调平造成的应变和冷作硬化也就随之消除了。

2.1.2.2 钢板要求的热处理由钢厂或开卷厂进行

(a)要求的热处理为除淬火加回火外的其他热处理：每卷卷钢取一个拉伸试验试块 （文献 [1]第11.1.3条）。

(b)要求的热处理为淬火加回火：每张钢板应切取两个拉伸试验试块 （文献 [1]第11.1.3条）。

2.1.2.3 要求的热处理由容器制造厂进行

在这种情况下，钢厂或开卷厂，把裁切出来的钢板调平后便可提供给用户，钢板的热处理由容器制造厂进行。在这种情况下，不管以后进行的热处理是什么形式，钢厂或开卷厂只需要从每卷卷钢中切去一个拉伸试验试块。该试块经过要求的热处理后进行拉伸试验，以证明提供的钢板进行完要求的热处理后，性能是能够保证的 （见文献 [1]第11.1.4条）。

容器制造厂进行完要求的热处理后，自己还需再按本文第2.1.2.2款的规定，依热处理形式不同，取不同数量的试块进行拉伸试验，以证明最终状态的钢板性能满足相关材料标准要求。

2.2 拉伸试验试样的形式，延伸率的测定及调整

2.2.1 拉伸试样的形式

规范规定，对于文献 [1]适用的34个钢板标准，使用SA-370/SA-270M[7]中规定的三种标准拉伸试样。它们分别是：标距200 mm（8 in）宽40 mm (1.5 in)矩形截面试样，标距50 mm （2 in）宽12.5 mm(0.5 in)矩形截面试样和标距50 mm（2 in）直径12.5 mm (0.5 in)圆形截面试样。以后分别简称为 200 mm （8 in） 扁试样、50 mm （2 in）扁试样和50 mm（2 in）圆试样。它们的应用范围见图3。图3为示意图，横坐标没有按比例标定。

图3 不同试样的应用范围

2.2.2 200 mm扁试样的标距

为测定材料的延伸率 （elongation），拉伸试样上须预先打上表示标距的标记点。对于200 mm（8 in）标准扁试样，文献 [7]图3的注 （1）规定了两种标距打法。一种是在试样减截面段 （reduced section）相距200 mm(8 in)打两个点或两排点。另一种是把200 mm （8 in）平均分成8段，每段长25 mm(1 in)，在两端和每个分隔点处各打一个点或一排点，共9个点或9排点，如图4(a)所示。

2.2.3 延伸率的测定

材料的延伸率有两种。一种是在50 mm （2 in）标距上测得的，规范称作 “50 mm （2 in）延伸率”[elongation in 2 in.(50 mm)]。另一种是在200 mm（8 in） 标距上测得的， 称作 “200 mm （8 in） 延伸率” [elongation in 8 in.(200 mm)]。

“50 mm （2 in） 延伸率” 自然是在50 mm （2 in）扁试样或在50 mm（2 in）圆试样上测出的。但在200 mm （8 in）扁试样上，两种延伸率都可以测。这就是为什么这种试样标距有两种打法的原因。

图4 200 mm扁试样上标距的另一种标定方式及在其上测定50 mm延伸率的方法

在 200 mm （8 in）扁试样上测 “200 mm （8 in）延伸率”和在其他两种试样上测 “50 mm（2 in）延伸率”都无须多说。如何在这200 mm （8 in）扁试样上测取 “50 mm （2 in）延伸率”呢？规范是这样规定的：使用200 mm （8 in）扁试样，延伸率在包含拉断处 （including fracture）， 且伸长最大（showing the greatest elongation） 的 50 mm （2 in）标距上测量。

图4(a)表示的就是这样一种标距等分成8段的200 mm （8 in）扁试样。图4(b)表示拉断后的情况。在图中试样断在点5和点6之间，所以点5-6这一段一定要算上。另外一段是取点4-5，还是取点6-7，那就看这两段哪一段长了。哪一段长就取哪一段。图中表示的情况是点6-7一段比点4-5一段长，所以就用点5-7之间的长度来计算延伸率。这样计算出的延伸率究竟是“200 mm （8 in） 延伸率” 还是 “50 mm （2 in） 延伸率”呢？是 “50 mm （2 in）延伸率”。这可以从文献 [5]的规定判断出来。文献 [5]规定对厚度20 mm(3/4 in)和20 mm(3/4 in)以下的钢板，就用这种方法测定钢板延伸率，而文献 [5]给出的合格标准就只有 “50 mm （2 in）延伸率”的数据。

2.2.4 钢板标准中关于延伸率的规定

在SA-20/SA-20M适用的34个钢板标准中，大部分标准都同时给出了两种延伸率的合格指标，文献 [1]第11.6.4条说，这并不是说两种延伸率都要求同时测定，而是只要根据钢板厚度选择适当试样，按试样标距测定其中一种就行了。即如果采用的拉伸试样是50 mm （2 in）扁试样或50 mm （2 in） 圆试样， 那就只测定 “50 mm （2 in） 延伸率”。如果使用的拉伸试样是200 mm （8 in）扁试样，而又没有其他说明，那就按200 mm （8 in）标距测定“200 mm （8 in） 延伸率”。

凡要求用200 mm （8 in）扁试样测定 “50 mm（2 in）延伸率”的场合，具体钢板标准都有专门说明，当然有这样要求的标准也不少。

2.2.5 延伸率的调整

2.2.5.1 薄钢板延伸率合格标准的调整

文献 [1]第11.6.1条说，对于厚度8 mm（0.312 in）以下的钢板，当使用200 mm （8 in）扁试样时，实际测出的延伸率偏低，所以具体钢板标准中规定的 “200 mm （8 in）延伸率”合格标准需要适当往下调，下调值与钢板厚度有关，详见文献[1]第80页，本文不再抄录。由于此原因，很多钢板标准规定厚度20 mm(3/4 in)或20 mm(3/4 in)以下的钢板拉伸试样使用200 mm（8 in）扁试样，但以包含断口且伸长最大的50 mm(2 in)标距为基准测量 “50 mm （2 in）延伸率”， 而不测定 “200 mm （8 in）延伸率”。这样就避开了延伸率调整的麻烦。当然也有很多钢板标准没有这样规定，如果用200 mm （8 in） 扁试样测定 “200 mm （8 in） 延伸率”，那标准中给出的延伸率合格标准就得根据钢板厚度往下调整。

2.2.5.2 厚钢板延伸率合格标准的调整

文献 [1]第11.6.1条说，对于厚度90 mm(3.5 in)以上的钢板，用50 mm （2 in）试样测出的延伸率也偏低，所以钢板标准中给出的 “50 mm （2 in）延伸率”合格标准值也得往下调。具体调低的数值与钢板厚度有关，详见文献 [1]第91页，本文也不再抄录。

3 讨论

3.1 除了淬火加回火的钢板要求每张钢板取两个拉伸试验试块外，其他都不是逐张取样试验，而是从每个 “plate-as-rolled”，即从一块单元连铸坯（individual slab）或一个钢锭一次扎制成的钢板中，或从每一卷卷钢裁切出来的钢板中取一个拉伸试验试块。这样的取样单位比过去一个 “批号”包括的钢板要少得多。即试验单位变小了。这主要是由于一个炉号的连铸坯是由很多炉钢连续浇铸而成的，而各炉钢的化学成分虽然都在规定的公称范围之内，但并不完全相同，因此为使试验更具代表性而做了调整。但即便如此，在由一个炉号的连铸坯分割成的许多块单元连铸坯中，总有几块，即处在前后连续浇铸的两炉钢结合处的单元连铸坯，首尾化学成分并不一样，因为它们是由两炉钢浇铸成的。由这样的单元连铸坯轧制成的钢板中，也一定有几张钢板也是这样的情况。这样由一个试块的试验结果来代表，就有一定的不准确性。所以在ASME规范中虽然 “批” （lot） 这一术语还保留着， 但 “批号” （lot number） 这一术语没有了。 而且 “批”的定义也发生了一些微妙的变化。过去钢板 “批”的定义是：由同一炉号的钢在相同条件下一次生产出来的、厚度相同或相近、不超过一定数量的钢板。现在规范对 “批”的定义是这样的：a definite quantity product manufactured under conditions that are considered uniform。译成汉语应该是：在认为一致的条件下制造出来的一定量的产品。相同条件（the same condition） 变成了 “一致条件” （uniform condition），而且还加了 “认为”两个字。

“认为一致”。谁认为呢？当然是标准制定者，而不能是其他人。从下面的介绍中还可以看出，这个 “认为一致”的条件，是因不同情况而异的。

文献 [1]第11.7节和附录X2公开承认了这种不准确性，并认为对一般用途压力容器可以不予考虑，对重要用途的压力容器，可以通过提出附加要求，增加取样和试验数量。美国钢铁协会 （AISI）上世纪70年代曾做过专门研究。ASTM根据AISI的研究数据得出，在一个 “plate-as-rolled”内的钢板中，抗拉强度波动的标准偏差大约为3%，屈服强度为5%，延伸率为3%。

对于像文献 [5]和文献 [6]那样具有特殊成分，或用特殊方法制造出的钢板，通过增加取样数量，可以减小这种不准确性。

对一些特别重要应用场合，这一点 “不准确性”，尽管微不足道，也应排除。例如在锻件标准SA-788/SA-788M[8]中，有一项附加要求S3，它规定即使化学成分范围相同的几炉钢连铸，过渡段也要切除，以保证提供的锻件产品上不含 “混合”材料 （intermix material）。对一些重要用途的螺栓材料，也可以作为补充要求提出同样要求[9]。

3.2 在由卷钢开卷裁切出钢板的情况下，如果钢板不进行热处理，或只进行消除应力热处理，每一卷卷钢至少要在3个标准取样位置取3个拉伸试验试块。但如果钢板要求热处理，只要不是淬火加回火，每卷裁切出的钢板中只要求取一个拉伸试验试块。这说明由卷钢裁切出的钢板不热处理，钢板的性能不均一性要超过热处理的钢板。确实如此。卷钢在钢板轧制生产线上卷绕成卷钢时温度还是相当高的，而且钢板越厚，卷绕温度越高，这样卷钢两头冷却块，中间部分因为卷绕在里面，冷却就慢，结果完全冷却后，各部分组织可能不同，性能差异也比较大。一般而言，中间部分抗拉强度和屈服极限偏低，延伸率偏高。

3.3 如果钢板状态不是轧制状态，而是热处理状态，在以往 “批”的定义中，还有 “同炉”处理的限制。对于 “同炉”也有专门解释，即对于批次炉（batch furnace）指一次装炉量，对于连续炉 （continuous furnace）指一定时间内 （例如8 h）一次开炉处理的量。一般钢厂的热处理炉都是连续炉，由一个单元连铸坯或一个钢锭一次轧制成的钢板，如果要热处理，一定是一次处理完的，符合以往“批”定义中的限制条件。但容器制造厂则几乎都是 “批次”炉。如果一个 “plate-as-rolled”的钢板不能一炉处理，而要分成几炉处理，还能算作一个试验单位，由一个拉伸试验来代表吗？关于这一点规范没有直接说明，但从文献 [1]第11.4节可以找到一些理解这一问题的线索。这一节说的正是钢板热处理由容器制造厂进行的情况。它说拉伸试样 （specimen）可以从热处理的钢板上切取，也可以从与钢板同时 （simultaneously）热处理的全厚度试块 （coupon）上制取。但又说对热处理后从奥氏体化温度开始的冷却速度比在静止空气中的冷却速度快的情况，如果能够知道钢板的冷却速度，又具备控制冷却速度的装置，则制备拉伸试样的试块可以单独进行热处理，而不一定非同炉处理。这一规定说明，快速冷却下的冷却速度是重要影响因素，其他因素包括非快速冷却时的冷却速度、热处理温度和保温时间，只要在合理允差范围内，不是重要影响因素。所以只要不是淬火加回火 （Q+T），其他热处理形式，即使不是同炉处理，一个 “plateas-rolled”的钢板，也可以由一个拉伸试验来代表。 这也可以算 “认为 （considered） 一致 (uniform)的条件”之一吧。

关于热处理条件一致性的理解还可以参考SA-484/AS-484M[10]。它认为热处理是一种容易控制的工艺过程，因此完全可以跳出 “同炉”的约束。

3.4 本文前述第2.2.2.1款末尾谈到由卷钢裁切钢板时，中间取样位置试验不合格的问题。中间取样位置不合格意味着中间有一段材料质量有问题，这一段的范围及分布，按理说只有靠既向前推进取样，又向后推进取样来探明，但规范却规定向一个方向就行，而且是任何一个方向。这虽然看起来不合理，但符合规范逻辑。因为规范规定的合格判据是：在任何两个合格取样位置之间裁切出来的钢板都应算合格。这也是处理工程问题的一种近似，也可看作是 “认为一致条件” （uniform condition）的一种形式。就算三个标准取样位置一开始试验都合格，难道敢保证开始取样位置和中间取样位置之间，或中间取样位置与末尾取样位置之间每一部分的质量都没有问题？只能说有问题的几率很小而已。处理工程问题首先要有基本大逻辑。规范关于单位转换中有一个非常著名的例子，就是14.7 psi(lbf/in2)的压力值转换到SI单位制后取值为101 kPa，而15 psi(lbf/in2)转换后却是100 kPa，反而小了。规范就明确说，不管看起来是多么不可思议，但符合规范数值转换逻辑。如果恰好遇到这两个压力值，就还必须按此转换，否则就是违反规范规定。

4 结束语

（1）本文谈到的有关钢板拉伸试验的一些问题，与钢板生产技术的改变有关。我国钢板生产技术基本上已与世界水平接轨。只要采用这样的生产技术，检验试验方式也必然要作相应改变，只是目前还没有及时反映到规范、标准中来。

（2）规范关于钢板拉伸试验取样数量和取样位置的规定，也适用于冲击试验。只是在ASME规范中冲击试验对大多数钢板不是必须的试验项目。除少数标准外，钢板是否需要进行冲击试验以及试验条件都是由建造规范决定的，而不是由材料标准决定的，这是与我国和其他多数国家标准和规范不同之处。

[1]SA-20/SA-20M.Specification for General Requirements for Steel Plates for Pressure Vessels,ASME Code,Section II,Part A[S].2010 Edition with 2011 Addenda：83-123.

[2]SA-941.Specification for Terminology Relating to Steel,Stainless Steel,Related Alloys,and Ferroalloys,ASME Code,Section II,Part A[S].2010 Edition with 2011 Addenda:1483-1490.ASME Code,Section II,Part A[S].2010 Edition with 2011 Addenda:1483-1490.

[3]SA-387/SA-387M.Specification for Pressure Vessel Plates,Alloy Steel,Chromium-Molybdenum,ASME Code,Section II,Part A[S].2010 Edition with 2011 Addenda:695-702.

[4]ASME锅炉压力容器规范，国际性规范，II，A篇，铁基材料 [S].2010版.北京：中国石化出版社，2010.

[5]SA-353/SA-353M.Specification for Pressure Vessel Plates,Alloy Steel,Double-Normalized and Tempered 9-Ni%Nickel,ASME Code,Section II,Part A[S].2010 Edition with 2011 Addenda：591-595.

[6]SA-841/SA-841M.Specification for Steel Plates for Pressure Vessels,Produced by Thermo-Mechanical Control Process(TMCP),ASME Code,Section II,Part A[S].2010 Edition with 2011 Addenda：1467-1476.

[7]SA-370/SA-370M.Test Methods and Definitions for Mechanical Testing of Steel Products， ASME Code,Section II,Part A[S].2010 Edition with 2011 Addenda：621-678.

[8]SA-788/SA-788M.Specification forSteelForgings,General Requirements,ASME Code,Section II,Part A[S].2010 Edition with 2011 Addenda：1377-1391.

[9]SA-962/SA-962M.Specification for Common Requirements for Steel Fasteners or Fastener Materials,or Both,Intended for Use at Any Temperature from Cryogenic to the Creep Range,ASME Code,Section II,Part A[S].2010 Edition with 2011 Addenda：1515-1527.

[10]SA-484/SA-484M.Specification for General Requirements for Stainless Steel Bars,Billets,and Forgings,ASME Code,Section II,Part A[S].2010 Edition with 2011 Addenda：869-884.

Requirements for Tensile Test of Carbon and Low Alloy Steel Plates in ASME Code

Li Kexin Zhang LiYu Meina Guo Jing

The modern production of steel plates is characterized by using melting furnaces with small volume capacity and adopting continuous casting technology largely.Requirements specified in ASME code for tensile test,especially on number of the samples,are in the way of this production mode.

Steel plates;Carbon steel;Low alloy steel;Tension test;Plate-as-rolled;ASME code

TQ 050.4+1

*李可新，男，1971年生，高级工程师。大连市，116032。

2012-06-25）