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大型原油储罐用高强度钢板的研制

马朝晖  
【摘要】:根据国家石油战略储备基地建设对大型原油储罐用高强度钢板的需求,结合宝钢国产化攻关项目进行了产品的研发、生产工艺优化及工业试制,并研究了工业试制钢板的焊接和腐蚀等使用技术。 通过分析国内外相关研究进展,根据大型原油储罐用高强度钢板的性能要求,基于各种强化机制建立了钢种的屈服强度、抗拉强度及延伸率等组织一性能关系模型。结合生产条件与焊接性能,首次利用该模型进行了基本成分设计与优化,获得的610MPa级大型原油储罐用高强度钢板的最佳成分体系为:(0.085~0.110)%C-(1.50~1.60)% Mn-0.25%Si-0.25%Ni-0.10%Mo-0.05%V-(0.010~0.015)%Ti。并将其牌号命名为08MnNiVR. 探讨了不同焊接热输入条件下,微合金化元素Nb在钢板焊接过程中的作用机理,即:在焊接热循环过程中NbC颗粒的溶解、Nb在奥氏体基体中的扩散以及固溶Nb的拖曳作用影响焊接热影响区(HAZ)的冲击性能。随着焊接热输入的提高,NbC颗粒溶解增强,降低了对奥氏体晶界的钉扎作用,导致HAZ的冲击性能下降;当焊接热输入达到80kJ/cm-100kJ/cm时,完全溶解的Nb在冷却过程中来不及重新析出,且由于其扩散能力有限,形成局部的富Nb区,使HAZ的冲击性能进一步下降;当焊接热输入达到120kJ/cm时,溶解的Nb在基体中分布趋于均匀,固溶Nb对晶界具有拖曳作用,可一定程度改善HAZ的韧性。因此,为适应100kJ/cm大热输入焊接,本文首次提出在大型原油储罐用高强度钢板的成分设计中不添加Nb。 通过比较工业生产淬火和模拟淬火的冷却规律,首次提出采用淬火温度至400℃的平均冷却速度表征钢板淬火过程的特征冷却速度。根据08MnNiVR钢的CCT曲线和末端淬火模拟实验结果,采用数值模拟技术,建立了材料硬度与冷却速度的关系模型。根据工业生产数据,对模型进行了修正,并将其应用于工业生产淬火过程的工艺控制。 焊接接头的性能试验和焊接断口金相分析表明HAZ熔合线(FL)+1mm处为大热输入焊接条件下08MnNiVR焊接接头低温冲击韧性的最薄弱部位,其低温冲击吸收功可作为大热输入焊接接头的性能评价指标。 基于上述研究,工业试制的08MnNiVR钢板通过了全国锅炉压力容器标准化技术委员会组织的技术评审和施工现场焊接工艺评定,并成功应用于国家镇海石油储备基地等10万m3大型原油储罐的建造。


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