壓力容器用高性能系列鋼板技術(shù)
時(shí)間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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1、為了滿足能源領(lǐng)域需求，JFE（公司）開發(fā)了高性能（即韌性、強(qiáng)度和焊接施工性能優(yōu)良的）610MPa級(jí)高強(qiáng)度系列鋼板，包括高施工性能的JFE－HITEN610U2、低溫貯罐用JFE－HITEN610U2L和大熱量輸入焊接用JFE－HITEN610E（以下分別簡(jiǎn)稱為610U2、610U2L和610E）。此系列產(chǎn)品的特點(diǎn)是低C、低Pcm（焊接裂紋敏感性成分）和不加B（硼）。由于采用了微合金化（microa－llying)技術(shù)和超級(jí)在線快速冷卻(super－onlineacceleratedcooling簡(jiǎn)稱Super－OLAC)的直接淬火－回火工藝，獲得了優(yōu)良的母材及焊縫性能。另外，為滿足市場(chǎng)對(duì)高可靠性超厚鋼板的需求，還開發(fā)了采用鍛造加軋制工藝和高質(zhì)量連鑄板坯生產(chǎn)超厚鋼板的技術(shù)，在壓力容器用SQV2B鋼板和200mm厚度級(jí)的超厚板生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)質(zhì)優(yōu)良的完善性目標(biāo)，且產(chǎn)品都有了較多應(yīng)用實(shí)績(jī)。
以下概要介紹610MPa級(jí)系列鋼板的特點(diǎn)及性能，以及利用鍛造加軋制工藝和高質(zhì)量連鑄板坯生產(chǎn)特厚壓力容器用鋼板的技術(shù)。
2 、高性能610MPa級(jí)高強(qiáng)度系列鋼板
此系列鋼板的特點(diǎn)分別為6～75mm厚度的610U2板具有高韌性和極優(yōu)焊接性、610UL具有極優(yōu)的焊接性和高的低溫韌性、610E具有高的焊接性和高熱量輸入焊接特性；其成分設(shè)計(jì)方案為抑制C含量〔C〕≤0.09%、Pcm≤0.20%和低Ceq（C當(dāng)量）；進(jìn)行微合金化與成分的最佳化；盡可能減少雜質(zhì)含量；控制基體的顯微組織。
這類開發(fā)鋼都以滿足JISG3115壓力容器用鋼板SPV490要求為前提而具有以下特點(diǎn)：（1）因控制低〔C〕和Pcm且不加B，故可應(yīng)用具有當(dāng)今世界最高冷速和溫控性的在線快冷工藝Super－OLAC，從而可降低焊接預(yù)熱溫度和焊接部位硬度；（2）將采用Super－OLAC直接淬火－回火（DQ－T）工藝與微合金化工藝相結(jié)合，利用相變強(qiáng)化及回火時(shí)的微細(xì)析出強(qiáng)化，抑制了C、N化物的析出和顯微組織，優(yōu)化了鋼的強(qiáng)度－韌性平衡。
以上述610U2板為基礎(chǔ)開發(fā)的610U2L板，是兼具低到－50℃的低溫用高韌性產(chǎn)品。在DQ－T工藝中采用了材質(zhì)設(shè)計(jì)方案并控制了制造條件，從而細(xì)化了鋼的顯微組織，同時(shí)獲得了高的焊接施工性及－50℃低溫韌性。
另外，針對(duì)在高效率、大熱量輸入CO2氣體保護(hù)電焊（EQW）的大型石油貯罐側(cè)板用途，開發(fā)的能提高焊縫強(qiáng)度和HA2（即焊接熱影響區(qū)）韌性的610E鋼，除具備610U2板的特點(diǎn)之外，其成分設(shè)計(jì)能避免在550～600℃生成上貝氏體組織，使之不能劣化在大熱量輸入焊接時(shí)的HA2韌性，即利用抑制硬質(zhì)島狀馬氏體（M－A）的產(chǎn)生來使鋼板實(shí)現(xiàn)HA2高韌性化。而且，為了確保焊縫強(qiáng)度，進(jìn)行了微合金元素應(yīng)用的最佳化，以減少HA2軟化區(qū)硬度的上升和軟化區(qū)寬度，還同時(shí)獲得了優(yōu)良的施工性。
（1）貯罐和高壓輸水管用610U2鋼板
此鋼板母材具有能充分滿足JISSPV490規(guī)格要求的強(qiáng)度和韌性，如TS＝621～637MPa。
另外，無論在何種焊接條件下，都能獲得維氏硬度（HV10）＜300點(diǎn)的HA2低硬度，較之一般鋼，大幅度降低了焊接部的硬化性。這樣一來，既可抑制焊接部的低溫裂紋，又能降低焊接部耐S（硫）化物應(yīng)力腐蝕裂紋敏感性，即具有比原來鋼更好的耐SSC特性。即使用Y形焊接裂紋試驗(yàn)結(jié)果也表明，無論是厚38或75mm板，在0℃不預(yù)熱焊接也不會(huì)產(chǎn)生焊接裂紋。
而且，從SAW（埋弧焊）的焊縫性能可知，此鋼板能充分滿足母材規(guī)格要求的焊縫強(qiáng)度和焊接部韌性，即其焊縫性能優(yōu)良。
而且，從SAW（埋弧焊）的焊縫性能可知，此鋼板能充分滿足母材規(guī)格要求的焊縫強(qiáng)度和焊接部韌性，即其焊縫性能優(yōu)良。
（2）低溫貯罐用610U2L鋼板
由此鋼板的母材性能及SMAW（氣體保護(hù)金屬極電弧焊）的焊縫性能可知，進(jìn)行焊后熱處理（PWHT）也未降低鋼的強(qiáng)度，即母材和焊縫強(qiáng)度都能充分滿足JISSPV490規(guī)格要求。
另外，母材和焊接部位在－50℃低溫下都具有高的沖擊吸收能（WM的為133J、FL的為183J、MA2的為208J），可充分滿足制作低溫貯罐用材的性能要求。
另外，母材和焊接部位在－50℃低溫下都具有高的沖擊吸收能（WM的為133J、FL的為183J、MA2的為208J），可充分滿足制作低溫貯罐用材的性能要求。
（3）大熱量輸入焊接用610E鋼板
由610E鋼板母材及大熱量輸入EGW（CO2氣體保護(hù)電焊）焊縫性能可知，其值都能充分滿足JISSPV490規(guī)格的要求；無論是厚22或45mm板的母材TS都高達(dá)620～640MPa；其－15℃低溫的焊接部位夏比沖擊吸收能VE－15℃
均優(yōu)良（WM的為56～69J、EL的為129～159J、HA2的為248～254J）。因此，開發(fā)鋼板能充分滿足用作大型原油貯罐側(cè)板的性能要求。
開發(fā)系列鋼板已取得了日本焊接協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱JWES）的WES3001－1996《焊接用高強(qiáng)度鋼板》，WES3009－1998《焊接裂紋敏感性低的高強(qiáng)度鋼板特性》以及WES3003－1995《低溫用軋制鋼板判定標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的該規(guī)格鋼種認(rèn)定。
另外，在近年經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的中國，開發(fā)鋼板已在大型貯罐及高壓輸水管的建設(shè)中獲得了廣泛應(yīng)用；而且，3種鋼板都取得了中國鍋爐和壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)的材料評(píng)定一般承認(rèn)。
3、連鑄板坯的鍛造加軋制工藝
生產(chǎn)超厚鋼板時(shí)，在將厚板坯軋制前先進(jìn)行鍛造，以閉鎖并焊合其中心疏松(Centerporosity)，使鋼板具有完善的內(nèi)部質(zhì)量，從而改善板厚中心位置的力學(xué)特性。
以此工藝生產(chǎn)的超厚鋼板的多種實(shí)際用量已超過7.5萬t；而且，其作為壓縮率緩和的必須工藝之一，已在ASTM附錄A20/A20M－02和ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范2002附錄SA－20/SA－20M壓力容器鋼板制造的一般條件規(guī)定中被正式認(rèn)定。
連鑄板坯的鍛造操作要領(lǐng)，是利用較小的壓縮比確保在板坯中心部位產(chǎn)生壓縮方向的較大塑性應(yīng)變量，以焊合其中心疏松而改善鋼板特性。為此，開發(fā)了將板坯分別先后進(jìn)行寬度和厚度方向壓縮的兩向鍛壓法，從而可用310mm厚度板坯生產(chǎn)出厚度240mm（壓縮率1.29）、內(nèi)部質(zhì)量?jī)?yōu)良的超厚鋼板。
隨著鍋爐及壓力容器的大型化，要求鋼板也越來越厚，鋼板內(nèi)部質(zhì)量的完善程度對(duì)由其構(gòu)成的設(shè)備安全性影響也越來越大。下面簡(jiǎn)介兩種超厚鋼板的相關(guān)情況。
（1）JISG3120SQV2B鋼板
這是一種低溫韌性優(yōu)良的原子能反應(yīng)堆和其它壓力容器用鋼板，且無論是長度或厚度方向的不同位置性能差異都很小，即質(zhì)量、性能都十分均勻，并較大地超過了標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，還對(duì)鋼板進(jìn)行了預(yù)應(yīng) 變－時(shí)效處理－PWHT（焊接熱處理）后的沖擊試驗(yàn)和落錘試驗(yàn)，結(jié)果表明其韌性水平與無預(yù)應(yīng)變時(shí)相同，且其脆性轉(zhuǎn)變溫度（NDT）低到－33～－38℃；同時(shí)，還對(duì)鋼板進(jìn)行了靜斷裂韌性（K.IC.）試驗(yàn)和裂紋傳播停止斷裂韌性（K.Ia.）試驗(yàn)，所獲得的所有斷裂韌性值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了在.ASME的K.IC.和K.Ia.曲線上的數(shù)值。
（2）200mm超厚鋼板
被稱作HT610的開發(fā)鋼板還分別加入了適量（或微量）的Cu、Ni、Cr、Mo、V、Ca等合金元素。無論厚度為168或208mm的超厚鋼板，也無論是抗拉試驗(yàn)或夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果都表明，其拉伸性能和沖擊性能都超過了標(biāo)準(zhǔn)要求；特別是板厚方向（即Z向）的抗拉試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)TS和RA（面縮率）都與一般軋制方向的抗拉數(shù)據(jù)相當(dāng)，充分證明鋼板的不同方向和位置（尤其是板厚中心位置）的質(zhì)量完善性和均勻性，從而確保了這種超厚鋼板的良好特性。
4 結(jié)語
這些高性能鋼板融合了應(yīng)用微合金化元素的材質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)，以及Super－OLAC和高質(zhì)量板坯鍛造－厚板軋制等高效的鋼板生產(chǎn)技術(shù)，從而獲得了性能優(yōu)良的各類產(chǎn)品。