壓力容器用高性能系列鋼板技術
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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1、為了滿足能源領域需求，JFE（公司）開發了高性能（即韌性、強度和焊接施工性能優良的）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，還開發了采用鍛造加軋制工藝和高質量連鑄板坯生產超厚鋼板的技術，在壓力容器用SQV2B鋼板和200mm厚度級的超厚板生產中，實現了內質優良的完善性目標，且產品都有了較多應用實績。
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量連鑄板坯生產特厚壓力容器用鋼板的技術。
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焊接性、610UL具有極優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；盡可能減少雜質含量；控制基體的顯微組織。
這類開發鋼都以滿足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，優化了鋼的強度－韌性平衡。
以上述610U2板為基礎開發的610U2L板，是兼具低到－50℃的低溫用高韌性產品。在DQ－T工藝中采用了材質設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）的大型石油貯罐側板用途，開發的能提高焊縫強度和HA2（即焊接熱影響區）韌性的610E鋼，除具備610U2板的特點之外，其成分設計能避免在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，即利用抑制硬質島狀馬氏體（M－A）的產生來使鋼板實現HA2高韌性化。而且，為了確保焊縫強度，進行了微合金元素應用的最佳化，以減少HA2軟化區硬度的上升和軟化區寬度，還同時獲得了優良的施工性。
（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形焊接裂紋試驗結果也表明，無論是厚38或75mm板，在0℃不預熱焊接也不會產生焊接裂紋。
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格要求的焊縫強度和焊接部韌性，即其焊縫性能優良。
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格要求的焊縫強度和焊接部韌性，即其焊縫性能優良。
（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氣體保護電焊）焊縫性能可知，其值都能充分滿足JISSPV490規格的要求；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℃
均優良（WM的為56～69J、EL的為129～159J、HA2的為248～254J）。因此，開發鋼板能充分滿足用作大型原油貯罐側板的性能要求。
開發系列鋼板已取得了日本焊接協會（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》所規定的該規格鋼種認定。
另外，在近年經濟高速發展的中國，開發鋼板已在大型貯罐及高壓輸水管的建設中獲得了廣泛應用；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部質量，從而改善板厚中心位置的力學特性。
以此工藝生產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鍋爐及壓力容器規范2002附錄SA－20/SA－20M壓力容器鋼板制造的一般條件規定中被正式認定。
連鑄板坯的鍛造操作要領，是利用較小的壓縮比確保在板坯中心部位產生壓縮方向的較大塑性應變量，以焊合其中心疏松而改善鋼板特性。為此，開發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厚度板坯生產出厚度240mm（壓縮率1.29）、內部質量優良的超厚鋼板。
隨著鍋爐及壓力容器的大型化，要求鋼板也越來越厚，鋼板內部質量的完善程度對由其構成的設備安全性影響也越來越大。下面簡介兩種超厚鋼板的相關情況。
（1）JISG3120SQV2B鋼板
這是一種低溫韌性優良的原子能反應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，還對鋼板進行了預應 變－時效處理－PWHT（焊接熱處理）后的沖擊試驗和落錘試驗，結果表明其韌性水平與無預應變時相同，且其脆性轉變溫度（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.曲線上的數值。
（2）200mm超厚鋼板
被稱作HT610的開發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）的抗拉試驗結果數據TS和RA（面縮率）都與一般軋制方向的抗拉數據相當，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 結語
這些高性能鋼板融合了應用微合金化元素的材質設計技術，以及Super－OLAC和高質量板坯鍛造－厚板軋制等高效的鋼板生產技術，從而獲得了性能優良的各類產品。