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壓力容器用高性能系列鋼板技術(shù)

時間:2019-06-13    作者:無錫不銹鋼板    瀏覽:0

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、強度和焊接施工性能優(yōu)良的)610MPa級高強度系列鋼板,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(以下分別簡稱為610U2、610U2L和610E)。此系列產(chǎn)品的特點是低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)和超級在線快速冷卻(super-onlineacceleratedcooling簡稱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,為滿足市場對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厚度級的超厚板生產(chǎn)中,實現(xiàn)了內(nèi)質(zhì)優(yōu)良的完善性目標,且產(chǎn)品都有了較多應(yīng)用實績。

  以下概要介紹610MPa級系列鋼板的特點及性能,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級高強度系列鋼板

此系列鋼板的特點分別為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)計方案為抑制C含量〔C〕≤0.09%、Pcm≤0.20%和低Ceq(C當量);進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:(1)因控制低〔C〕和Pcm且不加B,故可應(yīng)用具有當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,利用相變強化及回火時的微細析出強化,抑制了C、N化物的析出和顯微組織,優(yōu)化了鋼的強度-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)計方案并控制了制造條件,從而細化了鋼的顯微組織,同時獲得了高的焊接施工性及-50℃低溫韌性。
 另外,針對在高效率、大熱量輸入CO2氣體保護電焊(EQW)的大型石油貯罐側(cè)板用途,開發(fā)的能提高焊縫強度和HA2(即焊接熱影響區(qū))韌性的610E鋼,除具備610U2板的特點之外,其成分設(shè)計能避免在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)生來使鋼板實現(xiàn)HA2高韌性化。而且,為了確保焊縫強度,進行了微合金元素應(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(氣體保護金屬極電弧焊)的焊縫性能可知,進行焊后熱處理(PWHT)也未降低鋼的強度,即母材和焊縫強度都能充分滿足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。
(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(簡稱JWES)的WES3001-1996《焊接用高強度鋼板》,WES3009-1998《焊接裂紋敏感性低的高強度鋼板特性》以及WES3003-1995《低溫用軋制鋼板判定標準》所規(guī)定的該規(guī)格鋼種認定。
 另外,在近年經(jīng)濟高速發(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準化技術(shù)委員會的材料評定一般承認。


3、連鑄板坯的鍛造加軋制工藝

  生產(chǎn)超厚鋼板時,在將厚板坯軋制前先進行鍛造,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)量優(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)量的完善程度對由其構(gòu)成的設(shè)備安全性影響也越來越大。下面簡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,并較大地超過了標準要求。另外,還對鋼板進行了預(yù)應(yīng) 變-時效處理-PWHT(焊接熱處理)后的沖擊試驗和落錘試驗,結(jié)果表明其韌性水平與無預(yù)應(yīng)變時相同,且其脆性轉(zhuǎn)變溫度(NDT)低到-33~-38℃;同時,還對鋼板進行了靜斷裂韌性(K.IC.)試驗和裂紋傳播停止斷裂韌性(K.Ia.)試驗,所獲得的所有斷裂韌性值都遠遠超過了在.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,也無論是抗拉試驗或夏比沖擊試驗結(jié)果都表明,其拉伸性能和沖擊性能都超過了標準要求;特別是板厚方向(即Z向)的抗拉試驗結(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,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。