欧盟标准EN 10222-5：2017简介及其与中国标准NB/T 47010—2017的比较

(林德工程(大连)有限公司,辽宁大连 116113)

0 引言

近年来，日益激烈的国内压力容器市场竞争使得很多设计制造单位积极开拓海外市场，但向欧盟及俄罗斯市场出口压力容器需要满足EN 13445标准的要求。EN 13445使用的材料标准之一EN 10222承压设备用钢锻件标准共有5个分篇。其第五分篇EN 10222-5：2017《Steel forgings for Pressure Purpose—Part 5:Martensitic,austenitic and austenitic-ferritic stainless steels》[1]与中国最新颁布的NB/T 47010—2017《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》[2]标准有许多不同要求。本文主要从交货内容、化学成分、力学性能等方面加以分析。

1 EN 10222-5：2017标准简介

1.1 适用范围

EN 10222承压设备用钢锻件标准由5个分篇组成。第一分篇EN 10222-1：2017规定了自由锻钢锻件的一般要求。后4个分篇除了单独的技术指标外，分别引用了第一分篇的通用交货、检验、取样、试验方法、复验、标记要求。体现了EN标准同一标题具有不同分篇小标题，并且第一分篇是后几分篇通用要求的风格。

EN 10222-5：2017规定承压用环形、条形自由锻的不锈钢锻件交货技术条件，包括对化学成分及蠕变持久强度在内的力学性能的规定。使用范围与我国NB/T 47010—2017标准一样，应用在锅炉、压力容器和工业管道及安全附件上。

1.2 标准结构

EN 10222-5：2017按DIN 820-2《标准化 第2部分:文件表述》规则编制。分为首页封面、目录、欧盟前言、11个正文条款、4个资料性附录、参考文献。标准包含10张表格(见表1)并引用EN 10222-1：2017标准3张表格和2张图(见表2)。其中正文的第3，4.2，5.1，6.1，6.2，6.5，6.6，7～11条款/分条款完全引用了EN 10222-1:2017的相应条款。

1.3 统一的EN标准封面

EN 10222-5：2017(E)封面从上到下依次用英、法、德3种文字表示“欧洲标准”；标准实施日期；ICS分类号；代替旧版本号；英文版本；英文标题；法德文标题；CEN(欧洲标准化委员会)批准日期；本标准在欧盟成员国的地位，就是说将此标准赋予与成员国国家标准相同的地位；其他语言版本与本英、法、德语言版本的关系；列出34个CEN成员国名称；欧洲标准化委员会Logo标识；用英、法、德3种文字表示“欧洲标准化委员会”；CEN-CENELEC(欧洲标准化委员会-欧洲电工标准化委员会)管理中心地址；封面最下角为版权声明。

1.4 目录

EN 10222-5:2017目录包括：欧盟前言；第1章 范围；第2章 引用标准；第3章 术语和定义；第4章 分类和牌号；第5章 由买方提供的信息；第6章 技术要求；第7章 检验；第8章 取样；第9章 试验方法；第10章 复验；第11章 标记；附录A(资料性) 蠕变持久强度参考数据；附录B(资料性) 焊后热处理；附录C(资料性) 对EN 10222-5:1999的主要技术修改；附录ZA(资料性) 本标准与2014/68/EU的基本要求之间的关系；参考文献。

1.5 牌号

EN 10222-5:2017总共30个牌号，包含马氏体钢1个、奥氏体钢24个、奥氏体-铁素体钢5个。表3为与NB/T 47010—2017化学成分与力学性能相近，在压力容器设计时经常用于材料代用的牌号对照表。

1.6 订货内容

买方在询价和订货时需按标准提出订货要求。EN 10222-5：2017订货内容分强制性条款和可选性条款。

强制性条款完全引用EN 10222-1：2017第5.1节内容，主要包括：(1)锻件数量；(2)锻件尺寸，或包含尺寸公差、形状和表面光洁度要求的图样编号；(3)本标准相关部分标准编号；(4)钢名或钢号；(5)与EN 10222要求不同的交货条件；(6)符合EN 10224:2004 规定的检验文件类型；

(7)包括超过25件每批次的尺寸检查和目视检测范围。

可选项条款按EN 10222-5:2017第5.2节要求。主要包括：(1)高温拉伸试验温度(如适用)；(2)低温冲击试验温度；(3)控制硫含量。

EN 10222-5:2017规定了按EN ISO 3651-2进行抗晶间腐蚀试验，订货时不用提出抗晶间腐蚀试验要求，而NB/T 47010—2017需按标准附录B由用户提出是否需要抗晶间腐蚀试验。对于低温工况，EN 10222-5：2017给出低温冲击能指标；而NB/T 47010—2017没有给出[5]。对于高温工况，EN 10222-5：2017需要按用户提供的高温拉伸试验温度来保证非比例延伸强度；NB/T 47010—2017标准中已经给出了高温非比例延伸强度值。

1.7 主要技术要求

EN 10222-5：2017第6章规定了不锈钢锻件的技术要求。从表4可以看出EN 102222-5：2017对低温冲击和对高温强度都有严格的要求。实际上，为保证锻件质量，EN 10222-5:2017可在检验、取样、试验方法、复验这些工艺性能上完全引用EN 10222-1:2017相关章节，并有具体详细的规定。

表4 技术条款

2 化学成分与力学性能

2.1 304奥氏体不锈钢的P,S含量与力学性能比较

以常用的304奥氏体不锈钢为例，分别从化学成分、力学性能对EN 10222-5：2017中的X5CrNi18-10(1.4301)和NB/T 47010—2017中同一级别的06Cr19Ni10(S30408)比较。

通过表5中X5CrNi18-10(1.4301)与06Cr19Ni10(S30408)相比，前者P含量稍高而S含量相同。事实上EN 10222-5：2017中除3个超级奥氏体不锈钢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个奥氏体不锈钢X6CrNi18-10(1.4948)、X6CrNiTiB18-10(1.4941)、X3CrNiMoBN17-13-3(1.4910)中 P≤0.035%，S≤0.015%，其余18个奥氏体不锈钢P≤0.045%，S≤0.015%。而NB/T 47010—2017中除2个超级奥氏体不锈钢015Cr21Ni26Mo5Cu2(S39042)、015Cr20Ni18Mo6CuN(S31252)中P≤0.030%，S≤0.010%外,其余17个奥氏体不锈钢中P≤0.035%，S≤0.015%。

表5 化学成分 %

通过表6中X5CrNi18-10(1.4301)与06Cr19Ni10(S30408)相比，前者非比例延伸强度Rp0.2与抗拉强度Rm低而断后延伸率A高，这与表5中C含量稍低相对应，说明前者强度低而韧性好。Rp1.0强度规定使得奥氏体不锈钢的韧性储备得以充分利用，发挥其承载能力[6]。NB/T 47010—2017中并无Rp1.0强度，好在最新版不锈钢板材标准GB/T 24511—2017《承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带》已经纳入了这一技术指标[7]，相信以后更新的锻件标准会考虑Rp1.0强度这一技术要求。与NB/T 47010—2017不同，EN 10222-5：2017没有规定硬度要求。

表6 力学性能

2.2 高温非比例延伸性能

从图1中可以看出，6条强度应力曲线分布比较均匀，碳含量越高其强度值越高，当为同一碳含量时含Mo元素强度值高。从图2中可以看出，6条强度应力曲线分布不均，中间约20 MPa强度空白区，这主要是因为各牌号钢中碳含量跨过了这一区域，导致无这一区域的强度值，并且06Cr17Ni12Mo2(S31608)与06Cr17Ni12Mo2Ti(S31668)强度值相同，曲线重合。

2.3 不同的屈强比曲线

图3中虚线代表材料的屈强比，除了图中第1个牌号为马氏体、最后5个牌号为奥氏体-铁素体钢外，中间的24个奥氏体不锈钢锻件的屈强比随着非比例延伸强度及抗拉强度的变化而均匀变化。除马氏体钢X3CrNiMo13-4(1.4313)屈强比为0.73外，其余波峰值的牌号都含N元素，可见N元素对钢强度提高作用明显。奥氏体不锈钢X6CrNiTiB18-10(1.4941)的屈服强度及屈强比最小，韧性最好，但含有B元素，使得其能够承载在700 ℃下200 000 h蠕变持久强度值为29 MPa。

图1 EN 10222-5:2017中几种常用奥氏体不锈钢高温0.2%非比例延伸强度(Rp0.2)

图2 NB/T 47010—2017中几种常用奥氏体不锈钢高温0.2%非比例延伸强度(Rp0.2)

图4中的奥氏体不锈钢锻件屈强比随强度变化无明显规律。

2.4 EN 10222-5：2017规定了蠕变性能

EN 10222-5：2017附录A列出了常用13个奥氏体不锈钢锻件的10 000,100 000,200 000 h高温蠕变持久强度。除了常用的力学性能外，EN 10222-5：2017中规定了材料的高温蠕变性能，这是为了符合2014/68/EU指令附录Ⅰ基本安全 材料4.1(C)应不受显著的老化影响[8]。有了材料的高温蠕变性能的规定，使得EN 13445-3：2014第19章按蠕变设计有了可靠的数据支持[9]。

3 在法兰标准、设计规范中的使用

3.1 应用于法兰标准

材料标准是为产品结构服务的。材料高强度、耐腐蚀、耐疲劳、长寿命是产品安全使用的保障。不锈钢锻件在压力容器结构中除了应用于管板、平盖、接管外，主要使用在接管法兰上(见表7)。锻件标准中材料的非比例延伸强度、蠕变持久强度决定了不锈钢法兰的公称设计压力。与EN 1092-1：2007对应的中国的HG/T 20592—2009《钢制管法兰(PN系列)》，由于未及时与锻件标准更新，不锈钢锻件材料只有304,316,304L,316L，321[10]。

图3 EN 10222-5：2017铁素体、奥氏体、奥氏体-铁素体不锈钢抗拉强度下限、0.2%非比例延伸强度及屈强比

图4 NB/T 47010—2017承压设备用不锈钢和耐热钢锻件抗拉强度下限、0.2%非比例延伸强度及屈强比

章节说明表9;附录B附录B以相似的化学成分、力学性能及耐腐蚀性能对压力、温度、流体等效影响的材料分组原则将奥氏体、奥氏体-铁素体钢分为10E0～16E0材料组。表9选择EN10222-5:2017的16个牌号作为法兰材料附录F判定压力/温度等级;表G.14在确定法兰的公称压力/温度等级时,考虑了EN10222-5:2017标准提供的高温蠕变持久强度及非比例延伸强度Rp1.0数据

3.2 应用于设计规范

EN 10222-5:2017标准主要由EN 13445,EN 13480,AD 2000规范、DIMY强度计算软件使用。包含EN 10222-5:2017在内的欧盟材料标准中规定了材料在高温非比例延伸强度，而ASME材料标准规定了材料的高温许用应力，这就是按EN 13445设计时不能直接使用ASME材料的主要原因。

GB/T 150—2011《压力容器》,JB/T 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》(2005年确认)，GB/T 12337—2014《钢制球形储罐》，NB/T 47003.1—2009《钢制焊接常压容器》及强度计算软件SW6-2011中都采用表格列出了材料的许用应力，随着锻件标准中非比例延伸强度的更改，设计标准中许用应力无法及时更新，在使用时应加以注意。

4 结语

与EN 10222-5：2017比较，中国的不锈钢锻件标准NB/T 47010—2017还缺少非比例延伸强度Rp1.0及蠕变持久强度等高温力学性能数据。通过对EN 10222-5:2017标准的研究，使得在按EN 13445设计时，用中国的不锈钢锻件标准NB/T 47010—2017申请特殊材料评估(Particular material appraisals,PMA)时需要提供材料的高温非比例拉伸强度Rp1.0，高温拉伸强度Rm，蠕变持久强度及低温冲击吸收能KV2一些额外采购技术要求。

当今，美国、日本都有多个机构对欧盟标准进行研究。国外在合金设计中经常将神经网络和遗传算法(GA)相结合，以实现对合金成分和热处理参数多重目标的优化[12]。市场的竞争迫使我们的材料标准不断更新完善、锻件企业生产出高质量、高性能的锻件，以提升我国装备制造业的核心竞争力。