大型儲(chǔ)罐罐體用高強(qiáng)度鋼板的技術(shù)分析

趙永福 張兆生 姜力 劉路遙 (新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院 新疆 834000）

1、大型儲(chǔ)罐壁板用材的基本要求

大型儲(chǔ)罐壁板用材的基本要求是強(qiáng)度、可焊性和沖擊韌性。

1.1 強(qiáng)度

鋼板的強(qiáng)度包括抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。由于外浮頂儲(chǔ)罐的操作溫度在90℃以下，因此其壁板用材強(qiáng)度大多是常溫下的強(qiáng)度。鋼板的強(qiáng)度是決定罐壁厚度大小的力學(xué)性能指標(biāo)。儲(chǔ)罐特別是大型儲(chǔ)罐是消耗鋼材較多的設(shè)備，而罐壁的重量在儲(chǔ)罐總重量中占的比重較大（約50%～60%），采用高強(qiáng)度鋼在適當(dāng)高徑比要求下能節(jié)約投資。正火鋼熱處理方法簡(jiǎn)單，材質(zhì)均勻；調(diào)質(zhì)鋼熱處理工藝較復(fù)雜，但強(qiáng)度比正火鋼高，V型缺口沖擊功也較高，能使罐壁減薄，反之又能改善焊接性能。

1.2 可焊性

鋼板的可焊性一般用兩個(gè)指標(biāo)來(lái)控制，一是碳含量或碳當(dāng)量，二是熱影響區(qū)的硬度。第一個(gè)指標(biāo)取決于鋼材的化學(xué)成分。一般碳鋼以碳含量，低合金鋼以碳含量或碳當(dāng)量Ceq把鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼淬硬性的影響折算成碳的影響來(lái)估價(jià)可焊性。當(dāng)碳鋼、低合金鋼的碳含量＜0.25%，應(yīng)限定其Ceq＜0.45%，可焊性良好。當(dāng)碳鋼的含碳量＞0.4%，低合金鋼的含碳量＞0.38%，淬裂傾向性大，可焊性不好。所謂淬裂傾向性大是指鋼材焊接時(shí)，焊接熱影響區(qū)被加熱至Ac3以上，快速冷卻（如空冷）后會(huì)被淬硬，鋼材含碳量或碳當(dāng)量越高，焊接熱影響區(qū)的硬化與脆化傾向越大，在焊接應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生裂紋的傾向性越大。

1.3 沖擊韌性

大型儲(chǔ)罐破壞造成災(zāi)難性后果的往往是罐體的脆性破壞。沖擊功Akv是防止大型儲(chǔ)罐脆性破壞的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。鋼材的韌性與材料的強(qiáng)度、鋼板的厚度以及使用溫度等有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，材料的強(qiáng)度等級(jí)越高，需提供的韌性指標(biāo)越高。溫度越低，材料能夠提供的韌性指標(biāo)越低。板材厚度的增加促使產(chǎn)生脆性斷裂。

世界各國(guó)對(duì)罐壁用鋼板沖擊韌性的要求大致相同，美國(guó)API650采用鋼種分類圖示法，日本JIS B8501采用列表法，限制不同鋼種在不同厚度下的使用溫度。英國(guó)油罐規(guī)范BS 2654根據(jù)強(qiáng)度等級(jí)將材料分三類，根據(jù)材料不同的強(qiáng)度等級(jí)，按厚度來(lái)確定沖擊功值。

2、大型儲(chǔ)罐壁板最大厚度限制

大型儲(chǔ)罐壁板最大厚度的限制是由下面兩個(gè)因素引起的。目前對(duì)儲(chǔ)罐大型化還沒(méi)解決熱處理的問(wèn)題，鋼材強(qiáng)度的增加往往會(huì)影響到鋼材的可焊性和容易產(chǎn)生脆性破壞。為此只有限制壁板的厚度以確保儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行，最大板厚的限制是各國(guó)按其生產(chǎn)的鋼材和施工經(jīng)驗(yàn)提出來(lái)的。

美國(guó)規(guī)范API650-1998，規(guī)定壁板的最大允許厚度為1.75英寸 （約45mm）；日本規(guī)范JIS B8501-1995規(guī)定高強(qiáng)度鋼為45mm。API650-1998罐壁用鋼板最大屈服強(qiáng)度為60000磅/平方英寸（約合420MPa），日本油罐使用的高強(qiáng)度鋼最大屈服強(qiáng)度為490MPa。

GB50341-2003規(guī)定罐壁鋼板的使用厚度不得大于45mm，與美國(guó)、日本規(guī)范的要求一致。但國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)鋼WH610D2（12MnNiVR），GB50341規(guī)定其最大使用厚度不超過(guò)34mm，當(dāng)通過(guò)論證及嚴(yán)格的工藝評(píng)定后，再適當(dāng)提高。

3、國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)鋼板

國(guó)產(chǎn)大型儲(chǔ)罐用高強(qiáng)度鋼板研發(fā)和使用情況

自從80年代初引進(jìn)日本10×104 m3原油儲(chǔ)罐技術(shù)以來(lái)，我國(guó)大型油罐用鋼板及焊接施工技術(shù)基本上是沿用日本的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，致使近20年大型油罐用高強(qiáng)度鋼板基本上采用日本鋼板。

隨著我國(guó)石油儲(chǔ)備基地項(xiàng)目的實(shí)施，高強(qiáng)度鋼板大量需求，國(guó)內(nèi)幾家鋼廠也相繼開發(fā)研制了原油儲(chǔ)罐用抗拉強(qiáng)度610MPa級(jí)大線能量焊接用高強(qiáng)度鋼。目前國(guó)內(nèi)研發(fā)的大型油罐用高強(qiáng)度鋼板品種有08MnNiVR、12MnNiVR、08MnNiMoVR。

我國(guó)自主生產(chǎn)的可用于石油原油儲(chǔ)罐的大線能量焊接用高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板，可以滿足大型儲(chǔ)罐的使用要求。自2005年以來(lái)已經(jīng)有大部分10×104 m3原油儲(chǔ)罐開始使用國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板。

4、結(jié)語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板的力學(xué)性能和可焊性能已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)、建造要求，主要技術(shù)性能優(yōu)于日本SPV490Q高強(qiáng)度鋼板，可以應(yīng)用到大型儲(chǔ)罐建造。P、S含量和沖擊試驗(yàn)溫度低于日本的板材，尤其是08MnNiVR板材的P、S含量更低，低溫沖擊功是其他板材的2.13倍，板材質(zhì)量?jī)?yōu)于其它板材。

[1]武漢鋼鐵(集團(tuán))公司主編.GB 19189-2003《壓力容器用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板》.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003

[2]美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) API650.《Weldel steel Tanks for Oil Storage》.北京：兵器工業(yè)出版社，2003

[3]日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS B 8501.《焊接的鋼制石油貯罐》，1995