大型原油储罐用钢试制实践

527 大型原油储罐用钢试制实践 摘 要 本文介绍了鄂钢 4300mm 宽厚板厂采用先进的轧钢设备 辐射管加热氮气保护气氛无氧化辊底式热处理炉和辊 压式淬火机试制 12MnNiVR 钢板的过程 通过控制轧制和调质处理 钢板金相组织为回火索氏体 各项指标均满足 GB19189 2003 的要求 外形 尺寸均满足 GB709 2006 关键词 12MnNiVR 试制 调质 1 前言 大型原油储罐用钢 12MnNiVR 系以 C Mn 钢为基础 适量添加合金化元素且抗拉强度不低于 610MPa 的 低合金高强度钢板 能承受大线能量焊接 主要用于制作 10m3大型石油储蓄罐 1 2 其安全可靠性要求 很高 在选材方面要综合考虑钢板的强度 韧性 焊接性及压力容器选用的安全系数等 12MnNiVR 钢属 于大型原油储罐用钢中的大线能量焊接钢板 通过调质热处理使合金化元素充分固溶 析出 可以满足 高强度 高韧性 低屈强比的性能要求 目前 国内生产 12MnNiVR 钢主要通过在线淬火 高温回火和离线淬火 高温回火两种模式 本文介绍 鄂钢 4300mm 宽厚板厂采用控制轧制技术 结合辐射管加热氮气保护气氛无氧化辊底式热处理炉和辊压式 淬火机 进行 12MnNiVR 试制 2 主要工艺技术及装备 鄂钢 4300mm 宽厚板厂广泛采用当今宽厚板领域最新技术及装备 包括双排布料步进式加热炉 高精 度轧制技术 厚度自动控制技术 AGC SmartCrown 技术 及高刚性四辊可逆式精轧机 TMCP 技术及钢板快 速冷却装置 MULPIC 矫直自动化控制技术及四重 9 辊全液压可逆式热矫直机 自动化剪切技术及滚切式 剪切机 在线自动化探伤技术 无氧化热处理技术及辐射管加热氮气保护气氛无氧化辊底式热处理炉和 辊压式淬火机 自动标记等 以满足用户对高等级宽厚钢板的高尺寸精度 高性能的要求 3 试制工艺 先后对 12MnNiVR 进行 3 轮小批量试制 经检验性能合格率为 100 板型良好 按照 JB T4730 3 要 求探伤 合格等级为一级 合格率为 100 3 13 1 试制规格及工艺流程 为熟悉新设备的功能和技术参数 摸索出适合鄂钢 4300mm 宽厚板厂设备的生产工艺 试制钢板规 格按照目前通行的 10 万 m3 15 万 m3大型原油储蓄罐用钢板的尺寸 见表 1 生产工艺流程为 板坯验收 板坯加热 高压水除磷 轧制 冷却 矫直 探伤 淬火 回火 精整 检验入库 表 1 12MnNiVR 试制板坯及产品规格 坯料钢板 厚度 mm 宽度 mm 长度 mm 厚度 mm 宽度 mm 长度 mm 2501550307040300010000 2501550312032244012860 3 23 2 化学成分 大型原油储罐用钢板以低 C Mn 钢为基础 低硫低磷 合金化 钢质纯净 3 为使该钢种保持较高的 强度 韧性以及良好的焊接性能 在化学成分设计时对添加的各元素含量也进行了控制 限制碳当量 Ceq 0 42 和焊接裂纹敏感性组成 Pcm 0 22 具体化学成分见表 2 表 2 12MnNiVR 化学成分 质量分数 化学元素 CSiMnPSNiCrMoVPcmCeq 12MnNiVR 0 1 5 0 15 0 4 1 2 1 6 0 0 15 0 0 07 0 15 0 4 0 3 0 3 0 02 0 0 6 0 2 4 0 44 3 33 3 加热工艺 12MnNiVR 含有 Ni V 等合金元素 因此对加热温度和加热时间进行了合理设计 保证合金元素充分 528 图 1 12MnNiVR 表面金相组织 淬火态 图 2 12MnNiVR 板厚 1 4 处金相组织 淬火态 固溶到奥氏体基体中 为控轧控冷提供合适的轧制温度 3 43 4 控制轧制和控制冷却 采用控制轧制技术 用横轧展宽 纵轧到底的方式 同时对钢板的轧制温度 压下量都进行了控制 轧制分为两阶段 其中 阶段轧制终轧温度控制在 Tnr 以上 轧制道次为 5 道次 利用四辊精轧机的 9000KN 轧制力使 阶段实现单道次高温大压下 阶段开轧温度控制在 Tnr 以下 轧制道次 6 道次 累 计压下量为 60 轧后利用快速冷却设备对钢板进行控制冷却 以得到良好的组织 缩短轧制后的冷却时间 提高轧 机产能 3 53 5 热处理 热处理制度对钢板组织和性能的影响很大 不同区域的淬火温度 在炉时间 冷却速度或回火温度 回火时间等对钢板组织和性能的影响规律不同 4 因此合理的热处理工艺对钢板的组织和性能有很大的 影响 鄂钢 4300mm 宽厚板厂 1 热处理炉长 63 米 分为加热段和保温段 其后设有辊压式淬火机 长 36 米 由高压段和低压段组成 调质工艺 1 淬火加热温度为 Ac3 30 50 在炉时间根据板厚进行控制 冷却方式为水冷 2 回火温度低于 Ar3 在炉时间也按照板厚进行控制 对 12MnNiVR 钢板先后进行了 3 轮调质实验 首轮实验利用德国 LOI 公司设计的淬火处方进行淬火 然后高温回火 分别取淬火态和调质态试样进行金相分析 力学性能检验 发现钢板表层淬火马氏体较 浅 力学性能虽符合 GB19189 2003 要求 但富裕量不大 随后对淬火水量进行调整 同时设定了不同的辊速 经过金相组织和力学性能检验后发现淬火时辊 速较慢的钢板淬火马氏体层较深 力学性能富裕量偏大 综合性能不理想 为了提高综合性能 节约成本 降低能耗 对淬火水量 回火温度进行了适当的缩减 实验结果表 明 适当的水量和合理的回火温度可以获得理想的综合性能 4 试制结果 4 14 1 板型 轧制过程采用 Smartcrown 板型控制技术和厚度自动控制技术 AGC 对钢板板型进行控制 轧制钢板的 尺寸 外形符合 GB709 2006 要求 钢板厚度同板差小于 0 2mm 调质处理采用辐射管加热氮气保护气氛 无氧化辊底式热处理炉和辊压式淬火机对试制钢板进行淬火 高温回火后由热处理矫直机对钢板进行进 一步矫正 经测量钢板横向不平度 3 1000mm 纵向不平度 5 1000mm 同时 钢板进热处理炉前先经 过抛丸机将其表面氧化铁皮清理干净 热处理加热过程在无氧化气氛中进行 调质处理后的钢板表面质 量较好 4 24 2 性能 4 2 1 金相组织 钢板淬火处理后 表面金相组织为板条马氏体 板厚 1 4 1 2 处金相组织为马氏体 贝氏体 少量的 铁素体 见图 1 图 2 图 3 上述组织表明 12MnNiVR 钢具有良好的淬透性 这正是钢板经高温回火后 具有高强度 高韧性的必要保证 529 钢板高温回火处理后 表面金相组织为回火索氏体 板厚 1 4 1 2 处金相组织为回火索氏体 贝氏 体 少量的铁素体 见图 4 图 5 图 6 4 2 2 力学性能 调质热处理能促进相变 并达到有效的钢板强韧化目的 5 12MnNiVR 经过调质后 性能符合 GB19189 2003 要求且有一定的富余量 屈强比 通过收集试制钢板性能 用正态分布图进行分析 钢板强度性能 塑韧性都比较稳定 检验值都分 布在平均值左右 具体见图 7 5 结论 图 3 12MnNiVR 板厚 1 2 处金相组织 淬火态 图 4 12MnNiVR 表面金相组织 调质态 图 5 12MnNiVR 板厚 1 4 处金相组织 调质态 图 6 12MnNiVR 板厚 1 2 处金相组织 调质态 图 7 12MnNiVR 钢板性能正态分布图 530 5 15 1 12MnNiVR 钢经过控制轧制 调质处理后可以得到回火索氏体 5 25 2 试制钢板力学性能符合 GB19189 2003 要求 并且具有一定的富余量 钢板外形 尺寸控制良好 满 足 GB T 709 2006 要求 5 35 3 试制工艺科学合理 符合鄂钢 4300mm 宽厚板厂生产设备 工艺布置特点 参考文献 1 习天辉 陈 晓 等 大线能量焊接用钢热影响区组织和性能的研究进展 J 特殊钢 2003 5 1 5 2 陈 晓 卜 勇 等 大线能量低焊接裂纹敏感性钢性能及组织