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压力容器用高性能系列钢板技术
  • 发布:更新:2015-08-27 08:08:13
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1 为了满足能源领域需求,JFE(公司)开发了高性能(即韧性、强度和焊接施工性能优良的)610MPa级高强度系列钢板,包括高施工性能的JFE-HITEN610U2、低温贮罐用JFE-HITEN610U2L和大热量输入焊接用JFE-HITEN610E(以下分别简称为610U2、610U2L和610E)。此系列产品的特点是低C、低Pcm(焊接裂纹敏感性成分)和不加B(硼)。由于采用了微合金化(microa-llying)技术和超级在线快速冷却(super-on
  lineacceleratedcooling简称Super-OLAC)的直接淬火-回火工艺,获得了优良的母材及焊缝性能。另外,为满足市场对高可靠性超厚钢板的需求,还开发了采用锻造加轧制工艺和高质量连铸板坯生产超厚钢板的技术,在压力容器用SQV2B钢板和200mm厚度级的超厚板生产中,实现了内质优良的完善性目标,且产品都有了较多应用实绩。
  以下概要介绍610MPa级系列钢板的特点及性能,以及利用锻造加轧制工艺和高质量连铸板坯生产特厚压力容器用钢板的技术。
  2 高性能610MPa级高强度系列钢板
  此系列钢板的特点分别为6~75mm厚度的610U2板具有高韧性和极优焊接性、610UL具有极优的焊接性和高的低温韧性、610E具有高的焊接性和高热量输入焊接特性;其成分设计方案为抑制C含量〔C〕≤0.09%、Pcm≤0.20%和低Ceq(C当量);进行微合金化与成分的最佳化;尽可能减少杂质含量;控制基体的显微组织。
  这类开发钢都以满足JISG3115压力容器用钢板SPV490要求为前提而具有以下特点:(1)因控制低〔C〕和Pcm且不加B,故可应用具有当今世界最高冷速和温控性的在线快冷工艺Super-OLAC,从而可降低焊接预热温度和焊接部位硬度;(2)将采用Super-OLAC直接淬火-回火(DQ-T)工艺与微合金化工艺相结合,利用相变强化及回火时的微细析出强化,抑制了C、N化物的析出和显微组织,优化了钢的强度-韧性平衡。
  以上述610U2板为基础开发的610U2L板,是兼具低到-50℃的低温用高韧性产品。在DQ-T工艺中采用了材质设计方案并控制了制造条件,从而细化了钢的显微组织,同时获得了高的焊接施工性及-50℃低温韧性。
  另外,针对在高效率、大热量输入CO2气体保护电焊(EQW)的大型石油贮罐侧板用途,开发的能提高焊缝强度和HA2(即焊接热影响区)韧性的610E钢,除具备610U2板的特点之外,其成分设计能避免在550~600℃生成上贝氏体组织,使之不能劣化在大热量输入焊接时的HA2韧性,即利用抑制硬质岛状马氏体(M-A)的产生来使钢板实现HA2高韧性化。而且,为了确保焊缝强度,进行了微合金元素应用的最佳化,以减少HA2软化区硬度的上升和软化区宽度,还同时获得了优良的施工性。
  (1)贮罐和高压输水管用610U2钢板
  此钢板母材具有能充分满足JISSPV490规格要求的强度和韧性,如TS=621~637MPa。
  另外,无论在何种焊接条件下,都能获得维氏硬度(HV10)<300点的HA2低硬度,较之一般钢,大幅度降低了焊接部的硬化性。这样一来,既可抑制焊接部的低温裂纹,又能降低焊接部耐S(硫)化物应力腐蚀裂纹敏感性,即具有比原来钢更好的耐SSC特性。即使用Y形焊接裂纹试验结果也表明,无论是厚38或75mm板,在0℃不预热焊接也不会产生焊接裂纹。
  而且,从SAW(埋弧焊)的焊缝性能可知,此钢板能充分满足母材规格要求的焊缝强度和焊接部韧性,即其焊缝性能优良。
  (2)低温贮罐用610U2L钢板
  由此钢板的母材性能及SMAW(气体保护金属极电弧焊)的焊缝性能可知,进行焊后热处理(PWHT)也未降低钢的强度,即母材和焊缝强度都能充分满足JISSPV490规格要求。
  另外,母材和焊接部位在-50℃低温下都具有高的冲击吸收能(WM的为133J、FL的为183J、MA2的为208J),可充分满足制作低温贮罐用材的性能要求。
  (3)大热量输入焊接用610E钢板
  由610E钢板母材及大热量输入EGW(CO2气体保护电焊)焊缝性能可知,其值都能充分满足JISSPV490规格的要求;无论是厚22或45mm板的母材TS都高达620~640MPa;其-15℃低温的焊接部位夏比冲击吸收能VE-15℃
  均优良(WM的为56~69J、EL的为129~159J、HA2的为248~254J)。因此,开发钢板能充分满足用作大型原油贮罐侧板的性能要求。
  开发系列钢板已取得了日本焊接协会(简称JWES)的WES3001-1996《焊接用高强度钢板》,WES3009-1998《焊接裂纹敏感性低的高强度钢板特性》以及WES3003-1995《低温用轧制钢板判定标准》所规定的该规格钢种认定。
  另外,在近年经济高速发展的中国,开发钢板已在大型贮罐及高压输水管的建设中获得了广泛应用;而且,3种钢板都取得了中国锅炉和压力容器标准化技术委员会的材料评定一般承认。
  3 连铸板坯的锻造加轧制工艺
  生产超厚钢板时,在将厚板坯轧制前先进行锻造,以闭锁并焊合其中心疏松(Centerporosity),使钢板具有完善的内部质量,从而改善板厚中心位置的力学特性。
  以此工艺生产的超厚钢板的多种实际用量已超过7.5万t;而且,其作为压缩率缓和的必须工艺之一,已在ASTM附录A20/A20M-02和ASME锅炉及压力容器规范2002附录SA-20/SA-20M压力容器钢板制造的一般条件规定中被正式认定。
  连铸板坯的锻造操作要领,是利用较小的压缩比确保在板坯中心部位产生压缩方向的较大塑性应变量,以焊合其中心疏松而改善钢板特性。为此,开发了将板坯分别先后进行宽度和厚度方向压缩的两向锻压法,从而可用310mm厚度板坯生产出厚度240mm(压缩率1.29)、内部质量优良的超厚钢板。
  随着锅炉及压力容器的大型化,要求钢板也越来越厚,钢板内部质量的完善程度对由其构成的设备安全性影响也越来越大。下面简介两种超厚钢板的相关情况。
  (1)JISG3120SQV2B钢板
  这是一种低温韧性优良的原子能反应堆和其它压力容器用钢板,且无论是长度或厚度方向的不同位置性能差异都很小,即质量、性能都十分均匀,并较大地超过了标准要求。另外,还对钢板进行了预应 变-时效处理-PWHT(焊接热处理)后的冲击试验和落锤试验,结果表明其韧性水平与无预应变时相同,且其脆性转变温度(NDT)低到-33~-38℃;同时,还对钢板进行了静断裂韧性(K.IC.)试验和裂纹传播停止断裂韧性(K.Ia.)试验,所获得的所有断裂韧性值都远远超过了在.ASME的K.IC.和K.Ia.曲线上的数值。
  (2)200mm超厚钢板
  被称作HT610的开发钢板还分别加入了适量(或微量)的Cu、Ni、Cr、Mo、V、Ca等合金元素。无论厚度为168或208mm的超厚钢板,也无论是抗拉试验或夏比冲击试验结果都表明,其拉伸性能和冲击性能都超过了标准要求;特别是板厚方向(即Z向)的抗拉试验结果数据TS和RA(面缩率)都与一般轧制方向的抗拉数据相当,充分证明钢板的不同方向和位置(尤其是板厚中心位置)的质量完善性和均匀性,从而确保了这种超厚钢板的良好特性。
  4 结语
  这些高性能钢板融合了应用微合金化元素的材质设计技术,以及Super-OLAC和高质量板坯锻造-厚板轧制等高效的钢板生产技术,从而获得了性能优良的各类产品。

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