石油储罐工程用高强度钢研究和应用进展

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1、石油储罐工程用高强度钢研究和应用进展 一：石油储罐工程用高强度钢特点我国已使用日本不同钢铁企业生产的610MPa高强度钢板建设了10~15万m3不同容积石油储罐，使得国内油罐设计和施工企业对应用日本钢种性能、加工、焊接等积累了较丰富的经验。国内武汉钢铁集团公司生产的WH610D2大线能量焊接高强度钢板，并进行了较深入的理论研究，仅在北京燕山石化建造了4台10万m3储罐，积累的设计、施工、应用经验还较少。舞阳钢铁公司虽生产了WY610D钢板，但无应用业绩。目前，我国大规模建造的10~15万m3的储罐，主要选用屈服

2、强度490MPa，抗拉强度610MPa的大线能量焊接高强度调质板。610MPa级可以建造的储罐容积最大为17.5万m3。在不远的将来，我国将建造20或30万m3石油储罐，610MPa钢已不能满足要求，需要强度级别更高690MPa或780MPa的大线能量焊接高强度调质板。日本已经开发成功此类钢，并有应用实例，目前我国仍未开展此类钢种的开发，需及早开始研制。为了降低材料成本，油罐用钢量主要采用高强度调质板。如用屈服强度490MPa的大线能量焊接钢替代屈服强度350MPa的16MnR制造储罐，壁厚可以减薄25%~30

3、%。为了降低制造成本，主要通过提高焊接效率，如底板焊接时在焊缝中添加铁粉或碎焊丝，壁板施工中主要采用大线能量的气电立焊和埋弧焊横焊工艺。因此，石油储罐用高强度钢应满足：（1）满足力学性能指标要求（高屈服和抗拉强度、高韧性、高均匀性和稳定性等），一般采用调质钢。（2）必须适应大线能量焊接，采用10kJ/mm的大线能量焊接后，其HAZ塑韧性不明显降低，接头的力学性能达到与母材相同要求。因此，石油储罐用钢又称为大线能量焊接钢。（3）为了适合现场焊接，焊接前不需要预热，焊后不产生焊接冷裂纹。此类钢又称为低裂纹敏感性系数

4、钢。由此可知，石油储罐用钢主要特点就是在满足力学性能要求前提下，具有适应大线能量焊接和低裂纹敏感的特性。石油储罐用钢不同于制造球罐用CF钢。石油储罐用钢必须适应大线能量焊接要求，且储罐通常不需要进行焊后整体热处理（有时仅进行局部焊后热处理）；CF钢虽然具有低裂纹敏感性，但通常不能适合大线能量焊接。用于制造球罐时，需要满足焊后整体热处理的要求，即无SR再热裂纹倾向。二: 石油储罐用钢的成分设计和生产工艺特点   1合金成分设计特点   为了满足力学性能要求，并保证组织、性能的均匀性和稳定性，通常石油储罐用高强度钢

5、为调质状态交货。一般采用不同的合金元素，利用固溶、相变和少量析出相等不同强化机制满足高强度要求。主要采用合理的成分设计、组织细化技术、强韧匹配等满足高韧性要求。利用调质热处理达到组织和性能的均匀化。主要是通过合理的成分设计，尤其是碳当量控制、微量元素添加、冶炼成分控制和组织控制达到焊接性要求，实现大线能量焊接和低焊接裂纹敏感性。满足大线能量焊接主要采用冶炼和高温形成的铝、钛、钒、铌氮化物相，阻止焊接热影响区的晶粒长大和防止M-A组元的形成。低裂纹敏感性主要采用控制碳当量和降低裂纹敏感系数。   综上，石油储罐合

6、金系统的设计需要考虑的因素有：降低成本、满足力学性能要求、适应冶炼、轧制和热处理工艺、焊接性等。表2为日本JFE生产的610MPa强度级别的调质板的化学成分。适合建造石油储罐的钢是JFE-HITEN610E大线能量焊接钢。其不同于普通JFE-HITEN610高强度调质钢之处，在于明显降低了碳含量（由0.16%降低到0.009%）和裂纹敏感系数(由0.26降到0.20以下)；与焊接性好可低温使用高强度钢JFE-HITEN610U1、U2、U2L相比，主合金元素无明显差异，但实物中的微量元素有差异，在产品标准中通常

7、体现不出来，属于企业的技术秘密。   2大线能量焊接钢的生产工艺   洁净钢生产技术、TMCP工艺已经在大型钢铁企业普遍应用，许多企业装备了板坯连铸、宽幅大吨位厚板轧机、离线和在线热处理装备等，可以利用不同冶炼工艺、轧制和热处理工艺*JFE-HITEN610E为大线能量焊接高强度调质钢；**JFE-HITEN610为高强度调质钢；***JFE-HITEN610L为低温用高强度调质钢；****JFE-HITEN610U1为焊接性良好的高强度调质钢；组合实现大线能量钢所要求的综合力学性能。不同的冶炼、铸造、轧制、热

8、处理方式的差异，构成了不同企业生产610MPa钢各自的生产工艺。冶炼主要有转炉、电炉两种，但二次精练因企业生产条件配置差异明显。钢坯生产的方式主要有模铸和连铸。轧制方式有：传统轧制，TMCP工艺。淬火方式有：在线淬火、离线淬火；回火方式有：在线回火和离线回火。冶炼、精练、轧制、热处理工艺的不同组合，构成不同企业特有的生产过程。因此，即使同成分的钢，按不同工艺生产出的产品性能也存在显著差