欧盟标准EN 10028-7:2016简介及其与中国标准GB/T 24511—2017的比较

顾德志,赵 凯,方宇颀

(1.林德工程(大连)有限公司，辽宁大连 116113;2.大连市鼎迈机械有限公司,辽宁大连 116014)

0 引言

欧亚经济联盟(EAC)学院2014年第22号决议[1]将EN 13445标准与GOST相应的压力容器标准共同作为海关联盟安全技术指令TR CU 032/2013的协调标准，使得按EN 13445标准制造的压力容器除了在欧盟(EU)及欧洲自由贸易联盟(EFTA)的成员国流通外，可以在俄罗斯、白俄罗斯、哈萨克斯坦等国以法规形式使用的又一市场。虽然我国的压力容器材料生产厂家很多，但国内能按EN标准的材料生产厂家很少，这严重影响了我国按EN 13445标准制造产品的出口。在其压力容器产品中，不锈钢材料占很大一部分。本文介绍EN 13445标准引用的承压设备用不锈钢钢板标准EN 10028-7:2016Flatproductsmadeofsteelsforpressurespurposes—Part7:Stainlesssteels(以下简称EN 10028-7)，并与我国标准GB/T 24511—2017《承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带》(以下简称GB/T 24511)在化学成分、力学性能及应用等方面进行分析比较。

1 EN 10028-7 标准简介

1.1 适用范围

EN 10028承压设备用钢板标准由7个分篇组成，第一分篇 EN 10028-1：2017Flatproductsmadeofsteelsforpressurepurposes—Part1:Generalrequirements(以下简称EN 10028-1)规定了承压设备用钢板交货技术条件的通用要求；后6个分篇除了各自不同类型钢单独的化学成分、力学性能等技术指标外，与第一分篇紧密相连，分别引用了其通用交货要求、检验、取样、试验方法、标记要求。形成了EN标准同一标题具有不同分篇的小标题，第一分篇为通用要求，其余分篇是对第一分篇的必要补充，这种总分式结构便于标准的使用。EN 10028-7标准最初于2000年发布，它规定了包括奥氏体抗蠕变钢在内的承压用不锈钢扁平钢板交货技术要求，与我国GB/T 24511标准一样，其规定的不锈钢材料主要用在锅炉、压力容器、压力管道等耐高温、耐低温及耐腐蚀的承压环境中。

1.2 标准的结构

EN 10028-7标准具有统一的标准首页封面，见文献[2]中对其说明。EN 10028-7标准中的技术内容主要通过列表形式加以阐述，运用表格对不锈钢不同型号的化学成分、力学性能、冲击吸收能、热处理温度等进行说明。

1.3 牌号

EN 10028-7牌号选自EN 10088-1:2014Stainlesssteels—Part1:Listofstainlesssteels。EN 10088-1附录C中提到，不锈钢除了按金相组织结构分为铁素体型、马氏体型、沉淀硬化型、奥氏体型、奥氏体-铁素体型外，还按照不锈钢的使用特性将不锈钢分为耐腐蚀钢、耐热钢及抗蠕变钢。为了与EN 13445材料篇一致，EN 10028-7引入了抗蠕变钢(钢号组1.49XX)，而未再纳入耐高温不锈钢(钢号组1.47XX,1.48XX)。EN 10028-7中将奥氏体不锈钢分为两组：33个耐腐蚀不锈钢和8个抗蠕变不锈钢。其中，耐腐蚀不锈钢中含2个专利牌号：X2CrNiMoN21-9-1(1.4420)，X6CrMnNiCuN18-2-4-2(1.4646)不锈钢。EN 10028-7标准中奥氏体不锈钢并未将低温用钢列为单独的应用类型，低温用钢从耐腐蚀与抗蠕变钢中选[3]。

GB/T 24511中牌号选自GB/T 20878—2007《不锈钢和耐热钢 牌号及化学成分》,并严格控制P,S含量。其中，牌号S39042，S11306与GB/T 20878—2007中S31782，S41008命名不一样[4]。由于S30408/06Cr19Ni10含镍量为8.00%～10.50%，严格地讲，其牌号应调整为06Cr19Ni9[5]。同样，S30409/07Cr19Ni10牌号应调整为07Cr19Ni9。

1.4 订货内容

买方在询价和订货时需按标准提出采购技术要求。EN 10028-7订货内容分强制性条款和可选项条款，强制性条款完全引用EN 10028-1第7.1节，EN 10028-7第7.2节可选项条款也说明按EN 10028-1的相应的可选项条款供货。

在可选项的采购技术条款中，EN 10028-1标准在高温力学性能要求、低温冲击要求、晶间腐蚀要求、内部完好性的超声波检测要求都可以按用户的需求进行规定。与GB/T 24511不同，EN 10028-7的表面加工类型还有抛光状态(1K，2K)，这主要用在海水环境中。

1.5 主要技术要求

EN 10028-7标准第8章规定了不锈钢扁平板材的技术要求。EN 10028-7标准对钢板的交货状态、化学成分、力学性能等都有严格的要求。实际上，为了保证产品质量，EN 10028-7正文条款直接引用EN 10028-1标准中对检验、取样、试验方法等具体详细的规定。EN 10028-1标准正文规定了针对不锈钢的力学性能取样位置及试样制备，与其不同的是，GB/T 24511标准在其“规范性引用文件”中直接引用标准GB/T 2975—2018《钢及钢产品 力学性能试验取样位置及试样制备》。

2 化学成分与力学性能

2.1 P,S含量的限制

奥氏体不锈钢主要用在低温、高温及腐蚀的工况中，尤其抗蠕变奥氏体不锈钢常使用在550 ℃以上高温环境中。一般情况下，P在钢中属于有害元素，会产生“冷脆”，尤其是低温脆性；S元素会产生“热脆”，对焊接、耐腐蚀产生不利影响。C含量越低，P，S含量控制越严格。

以奥氏体不锈钢为例,比较EN 10028-7与GB/T 24511两标准对P，S含量限定范围。从表1可以看出，EN 10028-7中奥氏体不锈钢P含量变化范围较广，最大0.070%，最小0.015%，其中6个奥氏体抗蠕变钢P含量0.035%，2个高Ni奥氏体抗蠕变钢P含量0.015%，8个超低碳(C含量低于0.03%)不锈钢P含量分别为0.030%，0.025%；而S含量只有0.015%，0.010%两档。

表1 EN 10028-7与GB/T 24511奥氏体不锈钢P，S含量比较Tab.1 Comparison of P and S content of austenitic stainless steel between EN 10028-7 and GB/T 24511

表1中，我国GB/T 24511标准除了2个超级奥氏体不锈钢的P，S含量分别为0.030%，0.010%外，其余20个奥氏体不锈钢牌号中的P，S含量分别为0.035%，0.015%。对于大部分的普通不锈钢，GB/T 24511的P含量0.035%值较EN 10028-7中规定的0.045%值低，这有利于提高我国整体炼钢水平。众所周知，在炼钢工艺中，脱硫容易、脱磷难,很容易将S含量降到0.010%以下，但将P含量降到0.030%以下是很不容易的。在表1中，EN 10028-7标准中高Ni奥氏体抗蠕变钢的P含量控制在0.015%以下，可见EN 10028-7标准中个别抗蠕变不锈钢P含量限制较严格。

2.2 N元素对强度的影响

以奥氏体不锈钢为例，分析EN 10028-7与GB/T 24511两标准中N元素的强化作用。

将EN 10028-7标准中奥氏体不锈钢热轧厚钢板、上限75 mm厚钢板(不含牌号X6CrMnNiCuN18-2-4-2(1.4646)，因其只有冷压板，上限8 mm厚)按屈服强度Rp0.2从大到小排序绘制图1(因篇幅所限，只列举26个牌号)。图1中的抗拉强度Rm取标准中抗拉强度范围内下限值，屈强比为Rp0.2/Rm的比值。

在EN 10028-7的表3中，当N元素的质量含量大于0.15%时，钢的名称会有“N”符号(以下简称含N不锈钢)；如果N元素的质量含量小于或等于0.15%时，钢的名称无“N”符号(以下简称不含N不锈钢)。从图1可以看出，10个含N不锈钢较不含N不锈钢屈服强度明显高(含N不锈钢强度值范围为330～250 MPa，不含N不锈钢强度值范围为220～170 MPa)，含N不锈钢屈强比也高(含N不锈钢比值范围为0.51～0.46，不含N不锈钢比值范围为0.44～0.34),屈强比低的不锈钢多为不含N抗蠕变钢(钢号组1.49XX)，其塑性储备也大。实际上含N不锈钢高温屈服强度和高温抗拉强度也高。从图1中还可以看出，C元素含量对强度的影响甚至没有N元素含量对强度的影响大。

图1 EN 10028-7中奥氏体不锈钢抗拉强度下限、0.2%屈服强度及屈强比

图2 GB/T 24511奥氏体不锈钢抗拉强度、0.2%屈服强度及屈强比Fig.2 Tensile strength,0.2% yield strength and yield ratio of austenitic stainless steels in GB/T 24511

在GB/T 24511的表13中，当N元素的质量含量大于0.10%时，钢的名称会有“N”符号(以下简称含N不锈钢)；如果N元素的质量含量小于或等于0.10%时，钢的名称无“N”符号(以下简称不含N不锈钢)。从图2可以看出，除了2个超低碳奥氏体不锈钢022Cr19Ni10N(S30453)，022Cr17Ni12Mo2N(S31653)外，4个含N不锈钢屈服强度高于不含N不锈钢。015Cr20Ni18Mo6CuN(S31252)，015Cr21Ni26Mo5Cu2(S39042)为唯一两个超级奥氏体不绣钢，C元素的质量含量最大值0.02%。同是超级不锈钢，含N不锈钢015Cr20Ni18Mo6CuN(S31252，N含量0.18%～0.22%)的屈服强度大于不含N不锈钢015Cr21Ni26Mo5Cu2(S39042，N含量0.10%)的屈服强度。可见，N元素对不锈钢有一定的增强作用。

2.3 高温力学性能

EN 10028-7标准之所以给出了奥氏体抗蠕变钢的高温蠕变持久强度，也是符合法规2014/68/EU 指令附录Ⅰ基本安全 材料4.1(c)“不受显著的老化影响(not be significantly affected by ageing)”。这种对材料使用寿命的要求是产品基于风险与寿命设计制造的基础、在役长周期安全运行的保障，是产品绿色高性能的指标[7-9]。

由于EN的承压用钢材料标准给出了高温强度，与安全系数的比值即为公称设计应力，所以EN 13445-2即材料分篇不再给出公称设计应力(许用应力)列表。与钢材标准不同，EN标准的铝材由于无承压用铝材标准，EN 485，EN 754，EN 755，EN 586都是工业结构通用铝材标准，无高温力学性能，EN 12392:2000对这些铝材标准包含高温力学性能等进行了补充规定，以适用于承压设备。所以EN 13445-8的附录A参照EN 12392:2000中表5，6给出了包含时效蠕变温度下的“许用设计强度值”列表，这一点与GB/T 150—2011《压力容器》中将材料许用应力列在产品标准的表格里相似。

GB/T 24511的资料性附录D给出了高温0.2%屈服强度，这是我国材料标准的进步，其值除以安全系数1.5后与产品标准GB/T 150.2—2011《压力容器 第2部分：材料》许用应力表5“高合金钢钢板许用应力”中的数值一致。与此类似，我国的其他产品标准如GB/T 12337—2014《钢制球形储罐》、NB/T 47003.1—2009《钢制焊接常压容器》、JB/T 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》(2005年确认)都以列表形式列出了材料的高温许用应力。由于材料标准改版时的强度更新(如GB/T 24511—2017较前一版本提高了常用的6个奥氏体不锈钢屈服强度的下限值)导致产品标准中的许用应力无法及时更新,使用标准时需多加注意，及时考虑许用应力的改变。

2.4 低温力学性能

EN 10028-7附录E给出了奥氏体不锈钢低温力学性能的参考数据。以X2CrNiMo17-12-2(1.4404)牌号为例制作低温力学性能图，如图3所示。可以看出，随着温度的下降，屈服强度Rp0.2及抗拉强度Rm增大，延伸率A降低。实际上在EN 10028-7附录E表中，除了X5CrNi18-10(1.4301)牌号奥氏体不锈钢在-196 ℃的屈服强度(300 MPa)小于在-150 ℃的屈服强度(315 MPa)外，其他不锈钢温度越低，强度越高，延伸率越低，并且抗拉强度的增加要比屈服强度增加的速度快。由于奥氏体不锈钢具有良好的低温冲击韧性和应变强化效应，使其广泛用于深冷容器制造[10]。

图3 X2CrNiMo17-12-2(1.4404)奥氏体不锈钢低温抗拉强度Rm、0.2%屈服强度Rp0.2及延伸率AFig.3 Tensile strength Rm,0.2% yield strength Rp0.2andelongation A of austenitic stainless steels X2CrNiMo17-12-2(1.4404) at cryogenic temperature

3 厚度与密度

3.1 板材厚度上偏差

以热轧厚钢板为例，比较GB/T 24511及EN 10028-7两标准板厚上偏差的不同(下偏差均为0.30 mm)。

EN 10028-7的热轧厚钢板尺寸和形状公差引用标准EN ISO 18286Hot-rolledstainlesssteelplates-Tolerancesondimensionsandshapewen。表2为每10 mm为一档，列出厚度10～80 mm钢板上偏差及其差值。从表2可以看出，在相同板幅宽度、相同厚度下，EN 10028-7板材上偏差比GB/T 24511要大，随着板厚增加，上偏差的差值越大，最大值1.88 mm。在压力容器强度计算中只考虑板厚下偏差，在设计上板厚上偏差很少用到。考虑到板材制造的经济性，我国GB/T 24511热压厚钢板的厚度上偏差可以适当放宽。另外，GB/T 24511标准将板材厚度允许偏差分为普通精度(PT.A)和较高精度(PT.B)，这两者相差很小，在压力容器使用中，几乎用不到厚度上偏差为较高精度的钢板。

表2 GB/T 24511普通精度(PT.A)热轧厚钢板与EN 10028-7热轧厚钢板的板厚上偏差比较Tab.2 Comparison of thickness upper deviations of hot-rolled thick plates with ordinary precision (PT.A) in GB/T 24511and those in EN 10028-7 mm

3.2 密度常量

EN 10028-7中牌号使用的密度常量在其引用标准EN 10088-1:2014附录E中。与其不同的是，GB/T 24511的附录A以列表的形式给出了不锈钢的密度值。在不锈钢材料的基础标准GB/T 20878—2007中也有密度、弹性模量、线膨胀系数等物理常量，GB/T 24511中虽然列出了材料密度值，但还缺其他物理常量，可在GB/T 24511的“规范性引用文件”中直接引用GB/T 20878—2007标准。标准的编制亦要避免各个标准间的参数重复出现，相同的数据尽量相互引用，以便于标准修订改版。毕竟，标准不能把所有的基本参数都列入其中，应重点放在其核心技术要求上。

4 在规范中的使用

EN 10028-7标准主要用在EN 13445，EN 13480，EN 1092-1，AD2000规范，以及AutoPIPE Vessel和DIMY强度计算软件中。GB/T 24511标准主要用在GB/T 150—2011，JB/T 4732—1995(2005年确认)、GB/T 12337—2014标准及SW-2011强度计算软件中。

EN钢材的力学性能，如高温拉伸强度、高温屈服强度等在材料标准中已有规定。若在EN 13445设计制造中使用了GB材料，需要按EN 764-4附录F表格样式申报PMA(Particular material appraisals，特殊材料评估)。

5 结语

随着技术的进步，用户对材料的要求越来越高，材料要有多种性能。如双证材料304/304L，316/316L，既要有304L，316L低碳钢的化学成分以耐腐蚀，又要有304，316高碳钢的强度以减少板材厚度。又如P355NL1/NH,既要满足P355NL1低温冲击要求，又要满足P355NH高温力学性能。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[11]。

除了板材标准中的奥氏体不锈钢，EN承压用不锈钢锻件标准EN 10222-5、不锈钢无缝钢管标准EN 10216-5、不锈钢有缝钢管标准EN 10217-7中的奥氏体不锈钢都给出了1.0%屈服强度,充分利用奥氏体不锈钢的良好塑性。相信我国的承压用不锈钢锻件标准NB/T 47010、钢管标准GB/T 24593，GB/T 14976将来也会给出这一技术指标。

产品要有自己的核心技术，标准亦是如此，要有自己的技术壁垒，提高其产品的竞争力。标准的发展更新需要摸索、尝试、修正，是一个长期坚持和积累的过程。