压力容器用热机械控轧（TMCP）钢板

美国材料与试验协会标准

压力容器用热机械控轧（TMCP）钢板

ASTM A841/A841M-03a

代替 ASTM A841／A841M-01

1 范围

1.1本标准适用于用热机械控轧工艺生产的钢板。这种钢板主要用于焊接压力容器。

1.2 TMCP方法包括控制轧制压下量和冷却速率，它使终轧钢板的力学性能与常规轧制并经轧后重新加热进行热处理生产的钢板力学性能相同。TMCP法在附录X1中说明。

1.3 由于TMCP法固有特点，如果没有强度和韧性的较大降低，钢板就不能在高温下成形。只要满足6.1的要求，钢板可以在不超过1200°F（650℃）温度成形并进行焊后热处理。

1.4 按本标准供货钢板的最大公称厚度：A、B、C级钢为4in．（100mm），D、E、F级钢为1.5in．（40mm）。

1.5用英寸一磅单位或SI单位所表示的值都应视为标准值。本标准中，SI单位用括号示出。各单位体系的值不完全相同；因此，每个体系必须单独使用。混用两种单位体系的值会导致与本标准不一致。

2 引用标准

2.1 ASTM标准：

A20/A20M 压力容器用钢板的一般要求

A435/A435M 钢板超声直射波检验

A577/A577M 钢板超声斜射波检验

A578/A578M 特殊用途普通钢板与复合钢板超声直射波检验

3 一般要求和订货须知

3.1 按本标准供货的钢板应符合A20／A20M标准的要求，这些要求包括试验和复验方法和程序、尺寸和质量的允许偏差、缺陷的修整、标志、装运等。

3.2 A20／A20M标准还规定了订购本标准的钢板时应遵守的订货规则。

3.2.1 如果钢板需进行热成形或焊后热处理，订单必须指明温度及在这种工序中将采用的在此温度的保温时间（见6.1和A20／A20M中的补充要求S3。）

3.3 除本标准的基本要求外，当要求进行附加控制、试验或检验以满足最终使用要求时，可采用某些补充要求。

3.3.1真空处理

3.3.2附加或特殊的拉伸试验

3.3.3附加或特殊的冲击试验

3.3.4无损检验

3.4 需方应参考本标准所列补充要求和A20／A20M标准中的详细要求。

3.5 若本标准的要求与A20／A20M有冲突，则应以本标准要求为准。

4 材料和制造

4.1 冶炼工艺-钢应为镇静钢，并应符合A20／A20M细奥氏体晶粒度要求。

4.2钢板应采用热机械控轧工艺生产。

5 化学成分

5.1 除按A20／A20M补充要求S17规定要采用外，熔炼分析化学成分应符合表1规定。

5.2 如果从标准位置取样进行成品分析（见A20／A20M），则分析结果与熔炼分析极限值的偏差应不超出表2给出的值。

6 力学性能

6.1 如果钢板须进行热成形或焊后热处理，试样必须模拟这种生产工艺经受热处理。（见3.2.1和A20／A20M补充要求S3。）

6.2 拉伸试验一由拉伸试验试样所代表钢板的拉伸性能应符合表3规定的要求。

6.2.1试样数量和位置一每一轧制钢板应做2个拉伸试验。在钢板两端的每端角部位置取样。

6.3 缺口韧性试验要求

6.3.1纵向夏比V型缺口试验应按照A20／A20M进行。

6.3.2对于A、B、C级钢，除在需方订单规定试验温度和吸收能要求外，试验应在-40°F（-40℃）进行，并且每组3个全尺寸试样的平均吸收能量应为15ft·1b（20J）及以上。

6.3.3对于D级钢，除非需方订单规定试验温度和侧向膨胀量，试验应在-40°F（-40℃）进行，并且每个试样的侧向膨胀量应为0.015in．（0.4mm）。

6.3.4对于E级钢和F级钢，除在需方订单规定试验温度和吸收能要求外，试验应在-40°F（-40℃）进行，并且每组3个全尺寸试样的平均吸收能量应为20ft·1b（27J）及以上。

7 标志7.1除A20／A20M标准要求的标志外，每张钢板应在标准编号之后，清晰地打印上字母“TMC”。

8 主题词

8.1 承压件 压力容器钢 钢板 压力容器用钢板

表1 化学成分要求

元素

成分，％

A级

B级

C级

D级

E级

F级

C，最大

0.20

0.15

0.10

0.09

0.07

0.10^

Mn

≤1.5in.(40mm)

>1.5in.(40mm)

0.70-1.35

1.00-1.60

0.70-1.35

1.00-1.60

0.70-1.60

1.00-1.60

1.00-2.00

C

0.70-1.60

C

1.10-1.70

C

P，最大

0.030

0.030

0.030

0.010

0.015

0.020

S，最大

0.030

0.025

0.015

0.005

0.005

0.008

Si

0.15-0.50

0.15-0.50

0.15-0.50

0.05-0.25

0.05-0.30

0.10-0.45

Cu，最大

0.35

0.35

0.35

0.50

0.35

0.40

Ni

≤0.25

≤0.60

≤0.25

1.0-5.0

≤0.60

≤0.85

Cr，最大

0.25

0.25

0.25

0.30

0.30

0.30

Mo，最大

0.08

0.30

0.08

0.40

0.30

0.50

Nb，最大

0.03

0.03

0.06

0.05

0.08

0.10

V，最大

0.06

0.06

0.06

0.02

0.06

0.09

Ti

D

D

0.006-0.02

0.006-0.03

D

E

B

·..

··.

···

0.0005-0.002

≤0.0007

≤0.0007

A1，最小

全铝0.020

或

酸溶铝0.015D

全铝0.020

或

酸溶铝0.015D

全铝0.020

或

酸溶铝0.015D

全铝0.020

或

酸溶铝0.015

A：最大规定碳含量C每降低0.01％，允许最大锰含量Mn提高0.06％，最大为1.85％。

B：如果熔炼分析碳当量不超过0.47％，或不超过补充要求S77限定值，熔炼分析锰含量Mn可以超过1.35％，最大可达1.60％。当实行这一要求时，碳当量按下式计算：

CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 %当实行这种选择时，成品分析Mn含量不应超过熔炼分析Mn含量的0.12％。

C：不适用。

D：根据协议，钢中可加入钛（Ti），此时最小铝A1含量不适用。当行使这一选择时，钛（Ti）的熔炼分析应为0.006％～0.02％，且实际的钛（Ti）含量应在试验报告中报告。

E：根据协议，钢甲可加入钛（Ti），此时最小铝A1含量不适用。当行使这一选择时，钛（Ti）的熔炼分析应为0.006％～0.03％，且实际的钛（Ti）含量应在试验报告中报告。

表2 成品分析偏差

元素

规定界限，％

偏差，％

下偏差

上偏差

C

≤0.15

0.02

0.03

>0.15

0.03

0.04

≤0.60

0.05

0.06

Mn

>0.60-0.90

0.06

0.08

>0.90-1.20

0.08

0.10

>1.20-1.35

0.09

0.11

>1.35-1.65

0.09

0.12

>1.65

0.11

0.14

P

≤0.020

···

0.005

>0.020

··.

0.010

S

≤0.020

···

0.005

>0.020

···

0.010

Si

≤0.30

0.02

0.03

>0.30-0.40

0.05

0.05

>0.40

0.06

0.06

Ni

≤1.00

0.03

0.03

>1.0-2.0

0.05

0.05

>2.0-3.8

0.07

0.07

>3.8 .

0.08

0.08

Cr

≤0.90

0.04

0.04

Mo

≤0.20

0.01

0.01

>0.20

0.03

0.03

Cu

≤1.00

0.03

0.03

V

≤0.10

0.01

0.01

Nb

≤0.10

0.01

0.01

A1

≤0.15

0.005

0.01

Ti

≤0.010

0.002

0.01

>0.010

0.01

0.01

B

任意

A

A

A：成品分析不适用于此元素。

表3 拉伸性能要求

A级、B级、C级

D级

E级

F级

1类

2类

3类

1类

5类

6类

7类

8类

屈服强度，最小，ksi（MPa）

≤1.5in.(10mmm)

>1.5in.-2.5in.(>10mm-65mm)

>2.5in.(>65mm)

50(345)

50(345)

45(310)

60(115)

60(115)

55(380)

100(690)

A

A

70(485)

A

A

75(515)

A

A

70(485)

A

A

75(515)

A

A

80(550)

A

A

抗拉强度ksi（MPa）

≤1.5in.(40mm)

>1.5in.-2.5in.(>40mm-65mm)

>2.5in.(>65mm)

70-90

(480-620)

70-90

(480-620)

65-85

(450-585)

80-100

(550-690)

80-100

(550-690)

75-95

(515-655)

145-170

(1000-1170)

A .

A

84-104

(580-715)

A

A

88-108

(605-745)

A

A

82-102

(565-705)

A

A

86-106

(590-730)

A

A

90-110

(620-760)

A

A

2in．（50mm）的仲长率，最小，B

≤1.5in.(40mm)

22

22

22

18

18

18

22

22

22

···

··.

·..

13

A

A

···

A

A

20

A

A

16

A

A

19

A

A

15

A

A

20

A

A

16

A

A

19

A

A

15

A

A

18

A

A

14

A

A

>1.5in.-2.5in.(>40mm-65mm)

>2.5in.(>65mm)

8in．（200mm）的仲长率，最小，B

≤1.5in.(40mm)

>1.5in.-2.5in.(>40mm-65mm)

>2.5in.(>65mm)

A：不适用。

B：见A20／A20M伸长率要求的调整。

航母甲板钢制造如此之难，何不使用水泥和沥青代替？可行吗？

脑洞大开！我们都知道甲板钢属于航母结构钢中难度系数最大的存在，其要满足高屈服度、高强度、高韧性、强大的抗冷冲击性、低磁性等多方面近乎苛刻的要求，炼制加工极其复杂和困难，目前全世界也只有中美俄法英等少数国家掌握了这一技术！正因为如此，许多国家即使拥有或者自行开建航母，因为无法突破甲板钢技术，仍旧需要向国外进口甲板钢。典型的如印度自称国产的维克兰特号航母，虽然大部分钢材已经实现了自给自足，但是专用的甲板钢仍旧需要大量从俄罗斯进口。既然甲板钢如此难产，那么我们能不能另辟蹊径，直接使用水泥制作甲板或者用普通钢代替甲板钢，然后在上面铺设沥青跑道来代替技术复杂的专用特种甲板钢呢？

​（俄罗斯库兹涅佐夫航母甲板）

从陆地机场的建造施工经验看，水泥甲板强度足够，但是却缺失很多关键性能

舰载机着舰时，重力加速度对甲板的冲击力高达百吨以上，现代的陆地军用机场对于水泥跑道的施工有着严格的标准，通常会分为四层，最底层为夯实的土层、然后是碾压紧实后的碎石层，次级为缓冲减压的细沙层，最后才是直接承压的水泥层，四层叠加的厚度平均超过1米，在高原高寒地区甚至能达到2米以上！如果要将这种分层水泥跑道复制到舰载机之上会造成多方面的水土不服！

​（美军军用机场施工，可见水泥层厚度在30厘米左右）

第一、厚度太大造成质量过重！

水泥和沙土的密度虽然没有钢铁大，但是现代钢甲板航母的厚度一般只有50毫米左右，上万平方米面积，一米多厚的水泥跑道重量肯定要大大超过普通的钢甲板，这会导致航母严重超载，进而影响航母的机动性！除了速度过低无法制造出舰载机起飞的甲板风之外，在行军打仗时的灵活性也会严重衰减！

​（从这个机械盖板可以看出甲板厚度不过5厘米左右）

第二、无法适应航母特殊作战环境

航母属于海上机动作战装备，海浪海风不停冲击航母，时刻都处于颠沛流离的运动颠簸状态，而水泥甲板虽然强度可以达到要求，但是柔韧性太差，物理性质太脆，在动荡的航母上很容易因为船身摇晃而碎裂。加之经常涌上甲板的海浪以及风吹日晒造成的热胀冷缩，三百多米的航母船体能够在夏天和冬天收缩膨胀出一米以上的差距，水泥甲板在航母上可能熬不过一个整年就完全被扯碎了。

​（辽宁舰在南海风浪中前行）

第三、水泥跑道无法安装更多附加设施

舰载机起飞着舰需要依靠弹射器和阻拦锁，停机时则需要挂上固定勾，而这些装置都必须在甲板上进行打孔挖洞，加装固定装置，只有钢铁这样可以任意切割而不影响整体物理属性的材料才能胜任这样的工作，如果是水泥材质如何进行打孔？如何与这些设备匹配工作？估计还没弄上就完全碎裂了吧？

​（航母弹射器，这玩意儿水泥板怎么安装？）

那么使用普通钢做成甲板，然后铺上厚厚的沥青能不能代替特种甲板钢？

这个更是完全不行，沥青在一两百度就会高度软化，到达300℃以上更是会直接沸腾，而战斗机喷射的尾焰温度通常高达上千摄氏度，随便起飞几个架次，沥青就完全被蒸发成气体了。而且附着在比热容较小的钢甲板之上，由于高温炙烤钢板会迅速升温，沥青会极速软化，根本难以进行舰载机的起飞和着舰。

​（沥青即使铺设跑道路面，也必须和沙石混合搅拌，而且不能辐射在容易急剧升温的金属表面）

其实航母甲板上确实是有十毫米左右的涂层，但是这一涂层主要是起防滑、防锈作用，防止人员和舰载机直接在钢铁表面起降行走打滑，也顺便提高了甲板寿命。航母甲板涂层的主要成分为抗高温、耐磨性较好、抗腐蚀性能突出的碳化硅制作而成，附着在甲板表面能够形成类似于毛玻璃的褶皱状，增强钢铁表面的摩擦力。根据美军航母的建造标准，甲板碳化硅涂层的寿命要能够承受1000架次舰载机起飞造成的损耗，就算是如此坚韧，还必须每年进行定期维护！以沥青的耐磨性，同样不适用航母甲板涂层的工作！

​（美军敷设尼米兹级航母甲板防滑涂层，一般先喷黄色底漆，然后在喷碳化硅，最后再划上白色和红色标志线）

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