高韧性球罐用钢借用.docx

高韧性球罐用钢借用.docx

《高韧性球罐用钢借用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高韧性球罐用钢借用.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

高韧性球罐用钢借用

高韧性球罐用钢

　　由于石油、化工、石油化工、燃气（天然气、液化石油气）等事业的迅速发展，随之而建造的球形容器（以下简称球罐）增长速度很快，1981年我国球罐约1100台，到1985年增加至约1800台[1]，至1993年为3107台[2]，在这12年间平均每年增建约150台球罐，至1996年全国有近5000台球罐[3]，这四年间平均每年建造约400台球罐。

其中用于储存液化石油气，天然气的球罐占有相当大的比重。

球罐建造的增长速度如此之大，是因为人们越来越认识到使用球罐比圆筒形容器更加合理。

与同等容积的圆筒形容器相比，表面积小，在相同压力和直径下内应力最小。

同时球罐还具有占地面积小，高度低、底座基础工作量小等特点，所以建造球罐时，可节省钢材，降低成本，因而在各工业领域获得了广泛的应用，在单罐容积大于1000m3仅用材消耗量就比同容积圆筒形容器节省三分之一以上（容积越大越显着），其经济效益显得十分突出。

这是当前市场经济中人们十分关注的问题。

　　在球罐建造时，选用高性能特别是高韧性球罐用钢同样是业主十分关注的重要问题。

为了得到使用安全性高的球罐（同一牌号的球罐用钢，如果钢的韧性越高，则用此钢制成的球罐所允许的临界裂纹尺寸就越大，球罐的安全性就越高），往往在订做球罐时对球板材料提出比标准规定更加严格的指标。

表1为齐鲁石化公司1500m3乙烯球罐用材所提附加技术要求即是典型一例[4]。

有害杂质元素硫和磷的含量分别从标准要求值≤0.030，加严到P≤0.014，S≤0.005；冲击试验，标准规定取纵向试样，冲击功指标按WES3003，-45℃时Akv≥0.5Akvmax（Akvmax系三个冲击试样在断口脆性百分率均为零的温度下的Akv平均值），业主要求冲击试样取横向试样，冲击功指标在-45℃/-50℃时，Akv＞54J（单个值）。

可见高韧性是业主追求的关键项目。

表1　齐鲁1500m3乙烯球罐用钢板主要附加项要求

钢号

项目

标准要求值

附加要求值

N-TUF490

P

≤0.030

≤0.014

S

≤0.030

≤0.005

取样方向

纵向

横向

Akv

-45℃，Akv≥1/2Akvmax

（按WES3003）

-45℃/-50℃，

Akv≥54J（单个值）

　　近十多年来，由于国内冶金系统技术装备的进一步更新，先进的冶炼、轧制、热处理等设备相继投入使用；合金化、热处理、冷热加工、炉外精炼等提高钢材性能的技术措施得到广泛的应用。

在广大冶金工作者与压力容器科研、设计、制造等单位的工程技术人员通力合作下，我国球罐用钢的技术水平有了显著提高。

高韧性球罐用钢系列已基本形成。

这里我们仅介绍参与开发研究的高韧性球罐用典型钢种的生产检验数据的相关标准的规定指标，供同行在设计建造球罐时参考。

　　一、高韧性16MnR钢板

　　16MnR是我国压力容器专用钢板中使用量最大的一个钢号。

16MnR钢板的生产数量与产品质量有了进一步提高。

GB6654-1996标准对16MnR钢板的技术要求较GB6654-86标准有了一定程度的提高。

表2为：

新旧两个标准对16MnR钢板力学性能的规定。

从表中数据可以看出，新标准对所有厚度钢板常温冲击吸收功指标的规定有所提高。

表2　　16MnR钢板的力学性能

标准

钢板

状态

钢板厚度

mm

σb

MPa

σs

MPa

δ5

%

Akv

J

GB6654-86

热轧

正火

6～16

510～655

≥345

≥21

常温

≥27

17～25

490～635

≥325

≥20

26～36

490～635

≥305

≥19

38～60

470～620

≥285

≥19

＞60～100

450～590

≥265

≥18

GB6654-1996

热轧

控轧

正火

6～16

510～640

≥345

≥21

常温

≥31

＞16～36

490～620

≥325

≥21

＞36～60

470～600

≥305

≥21

＞60～100

460～590

≥285

≥20

＞100～120

450～580

≥275

≥20

　　注：

表中冲击功指标系三个标准冲击试样的冲击吸收功平均值，以下有关表格均同。

表3　　16MnR（WH510）钢板生产检验数据

钢板厚度

mm

钢板状态

常温冲击试验

-20℃冲击试验

检验

批数

Akv平均值

J

检验

批数

Akv平均值

J

38

正火

81

115～193

81

58～170

　　表3为武汉钢铁公司生产的高韧性16MnR（WH510）钢板，用于由合肥通用机械研究所总承的五台1000m3液化气球罐的生产检验数据。

表4为舞阳钢铁公司提供的生产检验统计数据。

表5为4个标准或技术条件中有关技术要求的对比情况。

从表中数据可以看出，GB6654-1996标准的技术要求全面高于GB6654-86标准。

武汉钢铁公司和舞阳钢铁公司钢铁供货技术条件[5][6]，有关技术要求则更全面高GB6654-1996标准。

上述高技术要求的企业供货技术条件的制定和实施，为进一步提高球罐建造技术水平创造了条件。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表4　　16MnR（H）钢板生产检验统计数据

钢板厚度

mm

钢板状态

常温冲击试验

-20℃冲击试验

检验

批数

Akv平均值

J

检验

批数

Akv平均值

J

σb

MPa

σs

MPa

δ5

%

-20℃Akv

J

70

72

＞60～80

正火

14

94

14

61

＞80～100

正火

16

120

16

77

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表5　　16MnR钢板有关技术要求对比

标准或技术条件

钢号

P

%

S

%

钢板状态

钢板厚度

mm

Akv

J

GB6654-86

16MnR

≤0.035

≤0.035

热轧

正火

6～100

常温,≥27,

-20℃,≥20（协议）

GB665-1996

16MnR

≤0.035

≤0.030

热轧

控轧

正火

6～120

常温,≥31

-20℃,≥24（协议）

武汉钢铁公司

G（ZB）07-997

16MnR

（WH510）

≤0.030

≤0.020

正火

10～60

常温,≥47

-20℃,≥31（协议）

舞阳钢铁公司

舞研技13-96

16MnR（H）

≤0.030

≤0.020

正火

12～120

常温,≥54

-20℃,≥34

　　武汉钢铁公司已生产了1万多吨高韧性16MnR（WH510）钢板，制造了公称容积为200m3～1500m3液化石油气、氧气、液氨、液态烃等球罐70多台，用户反应良好。

　　二、高韧性15MnNbR钢板

　　15MnNbR钢是一种强度和韧性优于16MnR，而焊接性能与其相近的正火型低合金钢板。

是鉴于调质状态使用的07MnCrMoVR钢板的生产数量受热处理炉生产能力的限制而根据球罐的使用要求研制开发的。

由武汉钢铁公司生产，企业牌号以WH530表示[7]，已通过冶金部组织的技术评审。

表6为工业性生产的15MnNbR（WH530）钢的力学性能。

表7与表8分别为15MnNbR（WH530）和15MnVR的化学成分与钢板的力学性能对比数据。

从表8中的数据可知，厚度大于36mm的15MnNbR（WH530）钢板的抗拉强度下限值（确定室温下钢板的许用应力值）较相应厚度的15MnVR钢板高6.1％，较16MnR钢板高10.6％。

在冲击试验要求方面，15MnNbR（WH530）钢板要较15MnVR钢板优越得多。

目前用15MnNbR（WH530）钢板建造的1000m3液化石油气球罐正在进行中[8]。

　　　　　　　　　　　　　　　表6　　15MnNbR（WH530）钢板生产检验数据

钢板厚度

mm

钢板状态

σb

MPa

σs

MPa

δ5

%

-20℃Akv

J

24

正火

580

415

29

71，80，88

48

正火

565

400

30

100，104，106

　　　　　　　　　　　　　表7　　15MnNbR（WH530）和15MnVR钢的化学成分

标准或技术条件

钢号

化学成分％

C

Si

Mn

v

Nb

P

S

武汉钢铁公司

Q/WG（ZB）07-1997

15MnNbR

（WH530）

≤0.18

0.20～0.55

1.20～1.60

---

≤0.010～0.040

≤0.030

≤0.020

GB6654-1996

15MnVR

≤0.18

0.20～0.55

1.20～1.60

0.04～0.12

---

≤0.035

0.030

　　　　　　　　　　　　　表8　　15MnNbR（WH530）和15MnVR钢板的力学功能

标准或技术条件

钢号

钢板状态

钢板厚度

mm

σb

MPa

σs

MPa

δ5

%

Akv

J

武汉钢铁公司

Q/WG（ZB）07-1997

15MnNbR

（WH530）

正火

10～16

＞16～36

＞36～60

XX文库-让每个人平等地提升自我530～660

530～660

520～650

≥370

≥360

≥350

≥20

-20℃

≥31

GB6654-1996

15MnVR

热轧

控轧

正火

6～16

＞16～36

＞36～60

530～665

510～645

490～625

≥390

≥370

≥350

≥19

常温

≥

　　三、高性能07MnCrMoVR钢板[8]

　　GB150-89标准附录A中进行-20℃冲击试验、σs≥490MPa的CF-62调质热处理钢板，武汉钢铁公司等单位已将该钢号正式命名为07MnCrMoVR。

表9列出了日本三个使用较多的CF钢和我国07MnCrMoVR钢的化学成分，表10为这些钢板的力学性能规定。

　　从表10可以看出，我国07MnCrMoVR钢板的冲击试验要求，无论在试样的取样方向方面，还是在冲击试验温度方面，均严于日本三种CF钢板的相应规定。

目前国际上压力容器用钢板冲击试验要求中，试样取样方向正在或已经由纵向改变为横向。

因此在冲击试验要求方面，我国07MnCrMoVR。

钢板的规定是领先于日本的相应规定。

该钢号是用于高参数球罐的一个力学性能和焊接性能相当理想的钢号，已制造了40多台储存氧气、氮气、氩气和丙烯的球罐。

武汉钢铁公司已完成了轧板厂热处理炉的技术改造工作，并进一步挖掘了轧制设备的潜力，该钢板的产量已有较大的增长，钢板表面质量也已得到提高，并能顺利供应宽度2450mm的宽厚钢板，为07MnCrMoVR钢板建造更大容积的球罐创造了条件。

目前正采用07MnCrMoVR钢板制造公称容积为2000m3的球罐。

　　　　　　　　　　　　　　　　表9　　7MnCrMoVR和日本三个CP钢的化学成分

钢号

钢板厚度

mm

化学成分％

C

Si

Mn

P

S

Ni

WEL-TEN62CF

（新日本制铁公司）

6～50

≤0.09

0.15～0.30

1.00～1.60

≤0.030

≤0.030

≤0.60

K-TEN62CF

（神户制钢公司）

6～32

＞32～50

0.04～0.09

0.10～0.40

0.60～1.60

≤0.030

≤0.030

—

NK-HITEN62U

（日本钢管公司）

≤50

0.05～0.12

0.15～0.40

0.90～1.40

≤0.030

≤0.030

—

07MnCrMoVR※

（武汉钢铁公司）

16～50

≤0.09

0.15～0.40

1.20～1.60

≤0.030

≤0.020

≤0.30

续表9

钢号

钢板厚度

mm

化学成分

%

Ceq

（1）

Pcm

（2）

Cr

Mo

V

B

%

%

WEL-TEN62CF

（新日本制铁公司）

6～50

≤0.30

≤0.30

≤0.10

----

-

≤0.020

K-TEN62CF

（神户制钢公司）

6～32

＞32～50

≤0.30

≤0.30

≤0.06

0.0005～0.0020

≤0.40

≤0.42

≤0.19

≤0.20

NK-HITEN62U（3）

（日本钢管公司）

≤50

≤0.30

≤0.20

≤0.08

≤0.030

≤0.030

-

07MnCrMoVR※

（武汉钢铁公司）

16～50

0.10～0.30

0.10～0.30

0.02～0.06

≤0.030

≤0.0030

≤0.20

注：

※武汉钢铁公司Q/WG（ZB）05-1997技术条件牌号为WDL610D。

　　　　　　　　　　　　　　表10　　07MnCrVR和日本三个CF钢板的力学性能

钢号

钢板状态

拉伸试验

钢板厚度mm

σsMPa

σbMPa

δ

（1）%

试样

WEL-TEN62CF

调质

6～16

≥490

610～730

≥19

No.5

＞16～50

≥27

No.5

＞20～50

≥19

No.4

K-TEN62CF

调质

6～16

≥490

610～730

≥19

No.5

＞16～50

≥27

No.5

＞20～50

≥19

No.4

NK-HITEN62U

调质

≤16

≥490

610～730

≥19

No.5

＞16～50

≥27

No.5

＞20～50

≥19

No.4

07MnCrMoVR

调质

16～50

≥490

610～740

≥17

续表10

钢号

钢板状态

冲击试验

板厚mm

试验温度℃

取样方向

Akv

（2）J

WEL-TEN62CF

调质

13～32

-10

纵向

≥47

＞32～50

-15

K-TEN62CF

调质

＞13～20

+5

纵向

≥47

＞20～32

-10

＞32～50

-15

NK-HITEN62U

调质

＞13～20

+5

纵向

≥47

＞20～32

-10

＞32～50

-15

07MnCrMoVR

调质

16～50

-20

横向

≥47

　　注：

（1）日本No.4号试样的伸长率约为δ3.5，我国钢号的伸长率为δ5。

（2）系三个标准试样冲击功的平均值。

　　四、高韧性16MnDR钢板

　　16MnDR是我国低温压力容器用钢板中使用量最大的一个钢号。

但直至90年代初，该低温用钢板主要由重庆钢铁公司生产，其生产数量远不能满足使用需要。

近年来，生产16MnDR钢板的生产厂家已扩大到武汉钢铁公司、舞阳钢铁公司等5家，16MnDR钢板的生产能力已能满足低温压力容器用球罐的使用需要。

在钢板规格上，特别是钢板低温冲击吸收功的实物水平上有很大进展。

由于低温钢板在焊接后，焊接热影响区的低温韧性随焊接工艺参数不同而有一定的、甚至较大的降低。

为确保球罐焊后低温冲击吸收功符合有关标准的规定，低温钢板的使用单位希望钢板具有较高的低温冲击吸收功。

为适应这一要求，武汉钢铁公司和舞阳钢铁公司分别制订了技术要求高于GB3531-1996标准的企业标准。

表11为4个标准或技术条件中有关技术要求的对比情况。

表12为武汉钢铁公司工业性生产的16MnDR（WH490D）钢板的低温冲击吸收功数据[9]。

表13为舞阳钢铁公司生产的16MnDR（H）钢板低温冲击吸收功生产检验统计数据[6]。

从表11的数据中可以看出，GB3531-1996《低温压力容器用低合金钢板》标准的关键技术要求较原标准有所提高。

武汉钢铁公司和舞阳钢铁公司的钢板供货技术条件则比GB3531-1996标准进一步提高了技术要求，达到了相当高的水平。

武汉钢铁公司生产的高韧性16MnDR（WH490D）近5千吨，已为高寒地区建造环境低温球罐二十多台，用户评价良好。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表11　　16MnDR钢板有关技术要求的对比

标准或技术条件

钢号

P

%

S

%

钢板状态

钢板厚度

mm

Akv

J

GB3531-87第1号

修改单

16MnDR

≤0.030

≤0.030

正火

6～32

34～50

-40℃，≥21

-30℃，≥21

GB3531-1996

16MnDR

≤0.030

≤0.025

正火

6～36

＞36～100

-40℃，≥24

-30℃，≥24

武汉钢铁公司

Q/WG（ZB）06-1997

16MnDR※

（WHD1）

≤0.030

≤0.015

正火

10～16

-40℃，≥34

舞阳钢铁公司

舞研技10-96

16MnDR（H）

≤0.025

≤0.015

正火

12～36

＞36～100

-40℃，≥41

-30℃，≥41

注：

※武汉钢铁公司WJX（ZB）25-96技术条件牌号为WH490D

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表12　　16MnDR（WH490D）钢板的冲击吸收功

钢板厚度

mm

钢板状态

冲击试验　　Akv　　J

-20℃

-40℃

-60℃

42

正火

117，169，179

109，134，137

87，90，96

48

正火

134，136，140

56，112，131，

65，71，75

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表13　　16MnDR（H）钢板的冲击吸收功

钢板厚度

mm

钢板状态

冲击试验　Akv　　J

-40℃

-30℃

24～32

正火

60～120

—

40～60

正火

—

65～147

　　五、15MnNiDR钢板[8]

　　15MnNiDR是80年代中期开发用于-40℃级的低温球罐的新钢种。

该钢号是在16MnDR的钢板的基础上降碳，加镍和微量钒研制而成的。

80年代末作为新钢号通过了技术鉴定。

该钢号已纳入新发布的GB3531-1996标准。

表14为15MnNiDR钢的化学成分，表15为15MnNiDR钢板的力学性能。

从表14表15中的数据可以看，武汉钢铁公司的Q/WG（ZB）06-1997技术条件进一步提高了15MnNiDR钢板关键项目的技术指标。

重庆钢铁公司和武汉钢铁公司生产的15MnNiDR钢板已用于制造低温氧气球罐和乙烯球罐。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表14　　15MnNiDR钢的化学成分

标准或技术条件

钢号

Ni

%

V

%

P

%

S

%

钢板状态

钢板厚度

mm

Akv

J

GB3531-1996

武汉钢铁公司

Q/WG（ZB）06-1997

15MnNiDR（WHD3）※

0.20～0.60

0.20～0.60

≤0.60

≤0.60

≤0.030

≤0.030

≤0.025

≤0.015

正火，正火加回火

正火，正火加回火

6～60

10～60

-45℃，≥27

-45℃，≥34

注：

※武汉钢铁公司WJX（ZB）25-96技术条件为WH490NiD

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表15　　15MnNiDRQ钢板的力学性能

标准或技术条件

钢号

钢板状态

钢板厚度

mm

σb

MPa

σs

MPa

δ5

%

Akv

J

GB3531-1996

15MnNiDR

正火，正火加回火

6～16

＞16～36

＞36～60

490～630

470～610

460～600

≥325

≥305

≥290

≥20

-45℃，≥27

武汉钢铁公司

Q/WG（ZB）06-1997

15MnNiDR

（WHD3）※

正火，正火加回火

10～16

＞16～36

＞36～60

490～630

470～610

460～600

≥325

≥305

≥290

≥20

-45℃，≥34

注：

※武汉钢铁公司WJX（ZB）25-96技术条件牌号为WH490NID。

　　六、09MnNiDR钢板[8]

　　09MnNiDR钢板是国家重大技术装备攻关项目《0.5Ni低温压力容器用钢应用研究》的正式钢板名称，该钢板已纳入了GB3531-1996标准。

0.5Ni低温用钢已在化肥，乙烯，煤化工成套装置中以及二氧化碳低温储罐中得到推广应用。

继武汉钢铁公司之后，重庆钢铁公司也试生产了09MnNiDR钢板。

表16为武汉钢铁公司工业性生产的09MnNiDR（WHD4）钢板的力学性能数据。

表17和表18为国内外典型0.5Ni低温压力容器用钢板化学成分和力学性能的规定。

从表中的数据可知，在低温压力容器用钢板的关键技术项目低温冲击吸收功的规定方面，新发布的CB3531-1996标准，特别是武汉钢铁公司的Q/WG（ZB）06-1997钢板供货技术条件要优于国际标准ISO9328-3：

1991和欧州标准EN10028-4∶1994的相应规定。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表16　　09MnNiDR（WHD4）钢板的力学性能

钢板厚度

mm

钢板状态

σb

MPa

σs

MPa

δ5

%

-70℃Akv

J

12

16

24

30

60

正火

正火

正火

正火

正火

505

490

500

480

500

380

375

360

370

385

30

33

30

34

36

66,98,146

125,126,126

77,107,128

106,133,137

107,140,180

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表17　　0.5Ni低温钢的化学成分

标准或

钢号

化学成分％

技术条件

C

Si

Mn

Ni

Alt

Nb

V

P

S

GB3531-1996

09-MnNiDR

≤0.12

0.15～0.50

1.20～1.60

0.30～0.80

≥0.020

≤0.04

-

≤0.025

≤0.020

武汉钢铁公司

Q/WG（ZB）06-1997

09-MnNiDR

（WHD4）

≤0.12

0.15～0.50

1.20～1.60

0.30～0.80

≥0.020

≤0.04

-

≤0.025

≤0.015

国际标准

ISO9328-3:

1991

11MnNi53

≤0.14

≤0.50

0.70～1.50

0.30～0.80

≥0.020

≤0.05

≤0.05

≤0