大焊接线能量储罐用钢的开发与应用

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大 焊 接 线 能 量 储 罐 用 钢 的开 发 与应 用
合肥通 用机械研究所 章 小 浒 福 建 炼 油 化 工 有 限 公 司 李 晓燕
摘 要： 介绍储罐用 大线能量用钢 开发的技术要 求与途 径。武 汉钢铁 （ 团） 司和舞 阳钢铁 有 限责 集 公
１Ｍ ＮＶ ２ ｎ ｉＲ调 质高强钢 的开发 以 Ｃ—Ｓ —Ｍ ， 是 ｉ ｎ 合 金为基础 ， 采用 了多元 微合 金化处理 ， 添加 Ｍ 、 、 ｏＶ
Ｂ、 ｉＴ 等 合 金 元 素 ， 过 合 理 的 调 质 热 处 理 制 度 ， Ｎ、ｉ 通 得 到 满 足 钢 板 力 学 性 能 和 大 线 能 量 焊 接 要 求 的 组织 结 构 。其 关 键 技 术 措 施 为 ： （） １ 预处 理 ： 水 预 处 理 包 括 Ｋ 铁 Ｒ脱 硫 ， 条 件 有
理低合金 高强度钢 ， 钢板 的技术条件 具有 以下特点 ： （ ） 强 度 （ ＞４０ ａ ｃ ＞６０—７０ ａ ； １高 Ｉ ９ ＭＰ ，６ １ ｒ１ ３ ） （） 韧 性 （ 向试 样 一２ ℃ 夏 比 Ｖ型 冲击 吸 收 ２高 横 ０
功 ＡＶ ４Ｊ ； Ｋ ￣ ７ ） ＞
（） 良 的焊 接 性 （ 制 碳 当 量 Ｃ ３优 控 ≤０ ４％ 、 ．５ 焊 接 裂 纹 敏 感 组 成 Ｐ。≤Ｏ２ ％ ） ．８ ； （） 足 大 线 能 量 焊 接 要 求 （ ４满 口为 １０ Ｊｃ 时 ， ０ ｋ／ ｍ Ｈ Ｚ的 强 度 、 Ａ 冲击 功 均 能 达 到对 母 材 的要 求 ） 。
的还包括脱磷 。强 化冶炼 中脱氧 期 脱磷操 作 ， 严格 控 制 钢 中 Ｐ Ｓ含 量 。 、
Ｐｌ ｔ ｏｒ Ｏ ｉ Ｓ ｏ ａ ｅ ａｅ ｆ ｌ ｔ ｒ ｇ
Ｈｅｅ ｎ ｒｌＭａ ｈｉ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｔｔ ｅ ＺＨＡＮＧ ａｏ— ｈ ｆ ｉＧｅ ｅ ａ ｃ ｎｅ ｙ Ｒｅ ｅ ｒｈ Ｉ ｓｉ ｕｔ Ｘｉ ｕ
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１ 前 言

中， 当板 厚 为 ２ ｒ 时 采 用 Ｖ型 坡 口气 电 立 焊 一 次 １ｍ ａ 焊接 成 型 时 ， ｑ为 ９ ０—１０ Ｊｃ ０ｋ／ ｍ。 因此 开 发 大 型 储 罐用大线能量用 钢技术要求最高 ， 度最大 。 难 以往 我 国 ５万 ｍ ３以 上 储 罐 所 用 的 高 强 钢 全 部 依赖 进 口 ， 使 钢 材 国 产 化 ，９７年 武 钢 联 合 北 京 为 １９ 燕 山石 化 公 司 、 中通 公 司 和 合 肥 通 用 所 等 单 位 ， 先 率 在 国 内 开 展 了 ≥ ６０ ａ级 的 大 线 能 量 用 钢 １ＭＰ ＷＨ６０ ２钢 的研 制 和 应 用 研 究 。 并 在 ２０ １Ｄ ０２年 列 入 即将 发 布 实施 的 国家 标 准 《 力 容 器 用 调 质 高 强 度 压
ｓｏ ａ ｅ Ｗａ ｅ ｃ ｉｅ ｔｒ ｇ Ｓ ｄ ｓ ｒｂ ｄ．Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｅ ｍｅ ｈ ｉａ ｒ ｐ ｒ ｆｈ ｇ ｐ ｔｅ ｅ ｇ ｅ ｄ ｎ ｔｅ ｌｔ ｈ ａ ｅ ｈ ｗｅ ｈ ｔｔ ｃ ａ ｃ ｐ ｅ ｔ ｏ ｉ ｈ ｉ ｕ ｎ ｒ ｙ ｗ ｌ ｉ ｇ ｓｅ ｌ ａ ｅ ｈ ｎ ｌ ｏ ｙ ｎ ｐ ｗ ｓ ｍａ ｅ ｂ ｕ ａ ｒ ｎ ａ ｄ Ｓ ｅ ｌ Ｇｒｕ ｏ ａ ｙ ａ ｄ Ｗ ｕ ａ ｇ Ｉｏ ｄ Ｓ ｅ ｌ Ｃ ． Ｌ ｄ．Ｔ ｅ ｔｓ ｅ ｕ ｔ ａ ｄ ｙ Ｗ ｈ ｎ Ｉｏ ｎ ｔｅ ｏ ｐ Ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｙ ｒ ｎ ａ ｔ ｏ ， ｔ ｈ ｅ ｔ ｒｓ ｌ ｎ ｎ ｓ ｓ ｏ ｅ ａ ｅ ｓｅ ｌｐ ａｅ Ｃ ｅ ｗｅｄ ｏ ｉｈ ｉｐ ｔ ｎ ｒ ｙ ａ ｄ ｓ ｌｐ ａ ｅ ｃ ｎ ｂ ｏ ｓ ｕ ｔ ｒｏ ｌ ｔ ｒ ｈｗ ｄ ｔ ｔ ｔ ｌｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｆ ｒｈ ｇ ｎ ｕ ｅ ｇ ｔ ｌ ｔ ａ ｃ ｎ ｔ ｃｅ ｆ ｉ ８ｏ — ｈ ｔ ｈ ｎ ｄ ｅ ｎ ｅ ｅ ｒ ｄ ｏ
化学配 比时 ，ｉ ＴＮ粒子更 加 细小且 分布 弥散 ， 对高 温 奥 氏体 晶粒的细化作用 最 强 ， ｉ Ｔ／ Ｎ值 过大或 过小 都 将 消 弱 这 一 作 用 。 ＴＮ 在 ） Ｆ ｉ ， ｅ中 的 固 溶 度 积 公 一 式［为 ： ３ 】
ｌ（Ｔ］Ｎ］ ｙ ．２—８０ ／ ｇ ［ ｉ［ ） ＝０ ３ ００ Ｔ 在 一 定 的 温 度 （３０【） 钢 中 的 一 定 含 Ｎ 量 １２ ｃ 和 ＝
Ａ ｓ ａｔ ｈ ｃｎ ａ ｒ ｕ ｅ ｅｔ ａｄ ｔ ｈｉ ｔ ｄ ｆ ｉ ｐ ｔ ｎｒ ｅ ｉ ｔ ｌ ｌ ｅｆ ｉ ｂｔ ｃ： ｅｔ ｈ ｉ ｌ ｅ ｉ ｍ ｎ ｎ ｎ ｃ ｍ ｈ ｓｏ ｈ ｈｉ ｕ ｅｅ ｙｗ ｌ ｎ ｓ ｅ ｐａ ｒ ｌ ｒ Ｔ ｅ ｃ ｑ ｒ ｓ ｃ ｅ ｌ ａｅ ｏ ｇ ｎ ｇ ｄ ｇ ｅ ｔ ｏ ｏ
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钢板 》 该 钢板 正式命 名 为 １Ｍ ＮＶ 。 １９ ， ２ ｎ ｉＲ ９９年北 京 燕 山石化公 司 、 肥通 用所 和 中石 化北 京设计 院等 合
依托北京燕 山石化公 司四台 ｌ ０万 ｍ 原 油 储 罐 工 程 ３
承 担 了 中 石 化 的 科 技 开 发 项 目“ ０万 ｍ ｌ ３大 型 原 油
（ 一般为
） 的条件 下 ， 据 上式 计算 出的 固溶 根
的 Ｔ 含 量 约 为 ０ ０５ 。 随 着 钢 中 Ｔ 增 多 ， 溶 的 ｉ ．０ ％ ｉ 未 Ｔ 相 应 增 多 ， 沉 淀 析 出 的 ＴＮ数 量 增 多 ， 时 ＴＮ ｉ 即 ｉ 同 ｉ 颗 粒 的 尺 寸 也 相 应 增 大 。但 是 在 焊 接 热 循 环 作 用 后 ，ｉ 的 颗 粒 数 并 不 随 Ｔ 含 量 的 变 化 而 单 调 的 增 ＴＮ ｉ 加 ， Ｔ 含 量 达 到 ００ ５ 时 ， ｉ 的 颗 粒 数 达 到 最 当 ｉ ．１％ ＴＮ
随着工 程结构 和压 力容 器 的大型 化 ， 要 开发 需
与高 效 大线 能 量 焊 接 技 术 相 适 应 的 大 线 能 量 焊 接 用
钢板 。 由于大线能量焊接对传 统 的低 合金钢焊接热 影响 区的强 度和韧性 会 造成 恶 化 ， 强度 和韧 性 随 其 焊接线 能量 的提高 而大 幅下 降 ， 防止焊 接 过程 中热 影 响 区 性 能 恶 化 成 了 开 发 大 线 能 量 用 钢 的关 键 。
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第２ ０卷第 １ 期
压
力
容
器
总第 １２期 ２
储 罐 的国产 化建 造 技 术研 究 ” ０ １ ， 阳钢 铁 。２０ 年 舞 公司 联合 合肥 通 用 所等 单位 研 制 １Ｍ ＮＶ ２ ｎ ｉＲ钢 板 ， 并 于 ２０ ０２年 ７月 通 过 了 “ 标 委 ” 力 容 器 新 钢 材 容 压
中图 分类 号 ： Ｑ ５ ． ；Ｑ ５ ． １ Ｔ ０３２Ｔ ００４ 文献 标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ １ ８７ ２ ０ ） １ ０ ６ ４ １０ —４ ３ （０ ３０ —０ １ －０
Ｅｘ ｌｉａ ｉｎ ａ ｄ Ａｐ ｌ ａ ｏ ｆＨｉ ｈ Ｉ ｐ ｔＥｎ ｒ ｙ Ｗ ｅｄ ｎ ｔ ｅ ｐ ｏｔ ｔ ｎ ｐ ｉ ｔ ｎ ｏ ｇ ｎ ｕ ｅ ｇ ｌ ｉ ｇ Ｓ ｅ ｌ ｏ ｃｉ
任 公 司 所 开 发 的 大 线 能 量 钢 板 的各 项 力 学 性 能试 验 和 大 线 能 量 焊 接 试 验 ， 果 证 明 其 性 能 可 以满 结 足 大 线 能量 焊 接 的 要 求 ， 够 用 于 大 型储 罐 的建 造 。 能
关键词： 大焊 接 线 能 量 用 钢 ； 影 响 区 ； ｉ 子 ； 电立 焊 热 ＴＮ粒 气
大 线 能 量 焊 接 技 术 最 早 应 用 于 造 船 ， 提 高 效 为
率， 采用 焊接线 能量 ｑ ０ Ｊｃ ≤５ ｋ／ ｍ的单 面焊 。随 着 建筑 、 梁 、 桥 能源 、 化 、 石 电力等行 业 的发展 ， 越来 越 多的采用 大线能量用钢 ， 除大 型储罐用钢 外 ， 其最 大 ｑ ０ Ｊｅ 。 而 大 型 储 罐 在 进 行 纵 焊 缝 焊 接 过 程 ≤６ ｋ／ｒ ａ
是熔合线 区域存 在 大量 的 岛状 马 氏体 （ —Ａ） 硬 Ｍ 的
化 组 织 ， 了 改 善 ＨＡ 为 Ｚ韧 性 ， 减 少 Ｍ— Ａ相 ， 现 需 实 Ｔ 和 Ｎ的最 佳 配 比 。ＴＮ粒 子 是 严 格 按 １ １ Ｔ、 ｉ ｉ ： 的 ｉＮ 原 子 比析 出 的 ， 钢 中 Ｔ、 原 子 比 为 １ １时 ， 应 当 ｉＮ ： 相 于重 量 百 分 比约 为 ３４ ， 此 ３４ ．２ 因 ．２为 钢 中 Ｔ、 原 ｉＮ 子 的理 想 化 学 配 比 。 当 钢 中 的 Ｔ／ 值 接 近 于 理 想 ｉＮ
时奥 氏体 的晶粒粗 大 ， 大针状铁素体 的沉 淀核 ， 增 由
此确 立 了 Ｋ Ｔ处 理 技 术 （ 户 超 韧 化 处 理 ） Ｓ 神 。这 种 处 理 技 术 已经 成 为 开 发 大 线 能 量 用 钢 的技 术 基 础 。 大 线 能 量 焊 接 时 焊 接 热 影 响 区 脆 化 的 主要 原 因
评 审 ， 在 推 广 应 用 。 目前 ， 钢 集 团上 海 浦 东 钢 铁 正 宝 公 司 也 正 在 开 发 储 罐 用 １Ｍｎ ｉＲ钢 板 。 ２ ＮＶ
２ 大 焊 接 线 能 量 用 钢 开 发 的 技 术 要 求
ＨＴ Ｎ １Ｅ 、 ＩＥ Ｃ ６ ０ Ｎ 等 。 对 于 如 何 防 止 ＩＥ ６ ０ ２ ＲＶ Ｒ Ａ Ｅ １Ａ 采用 大线 能 量 焊 接 时 Ｈ Ｚ韧 性 恶 化 的 难 题 ， 验 了 Ａ 试 各种 添 加 元 素 对 金 相 组 织 和结 晶颗 粒 的 影 响 。结 果 表 明 ： 据 钢 中的 Ｎ含 量 ， 当 添 加 Ｔ， 成 ＴＮ细 根 适 ｉ形 ｉ 粒状 弥 散 分 布 的粒 子 以减 轻 大线 能 量 焊 接 热 影 响 区 脆化 的效 果 最 好 ， 用 ＴＮ 的 沉 淀 物 可 以抑 制 焊 接 利 ｉ