曹冬冬，李二興，王天先

(青島蘭石重型機械設(shè)備有限公司，山東 青島 266426)

目前國內(nèi)外市場使用的抗硫化氫腐蝕鋼板主要是SA516Gr(60～70)(HIC)鋼，這種鋼板廣泛應(yīng)用于石油、化工、鍋爐等特種設(shè)備行業(yè)，可制造反應(yīng)器、換熱器、煤氣罐等承壓和臨氫與硫化氫環(huán)境[1-2]。其中用于冷熱高壓反應(yīng)器的SA516Gr70(HIC)要求具有在高含量硫和氫油氣環(huán)境下的抗裂耐腐能力，并且具有抗沖擊性能和焊接性能好、抗硫化氫能力強、使用壽命長等特點。

長期以來，市場上銷售的大厚度、大單重、高性能高質(zhì)量抗硫化氫腐蝕專用鋼板均為進口產(chǎn)品，進口產(chǎn)品在交貨周期、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本等方面給國內(nèi)壓力容器生產(chǎn)廠家?guī)砗芏嗖槐鉡3]。為打破國外壟斷技術(shù)給國內(nèi)應(yīng)用帶來的不利書面，在厚度≤150 mm國產(chǎn)SA516Gr70(HIC)鋼已經(jīng)成功應(yīng)用于國內(nèi)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)抗硫化氫鋼板生產(chǎn)廠家與壓力容器廠家聯(lián)合開發(fā)200 mm大厚度國產(chǎn)化SA516Gr70(HIC)鋼板，并成功應(yīng)用于實際壓力容器產(chǎn)品制造中。

1 項目介紹

蘭石重裝為中石化某分公司潤滑油質(zhì)量升級措施加工制造高壓加氫裝置中循環(huán)氫脫硫塔及冷高壓分離器各一臺。其中冷高壓分離器筒體壁厚達200 mm，材質(zhì)為SA516Gr70(HIC)。由于此種厚度該鋼板為國內(nèi)首臺，因此在產(chǎn)品加工制造過程中要嚴(yán)格控制各個環(huán)節(jié)，從鋼板冶煉到焊接接頭、焊縫等性能滿足技術(shù)條件要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

2 SA516Gr70(HIC)冷高壓分離器制造流程

冷高壓分離器制造流程復(fù)雜，工序繁多，現(xiàn)簡略如下：

其中在制造廠中封頭沖壓、筒體卷制、焊接成型及承壓試驗為主要控制節(jié)點。

3 鋼板冶煉控制

SA516Gr70(HIC)鋼符合ASME B&PV code Section Ⅱ A中SA516-Gr70的相關(guān)要求。采用電爐+LF/VD真空精煉工藝冶煉，極度脫硫，為本質(zhì)細晶粒鎮(zhèn)靜鋼，其實際晶粒度為6級或更細，在冶煉過程中進行了噴鈣處理，以改善其夾雜物形狀。鋼板化學(xué)成分如表1所示。力學(xué)性能如表2所示。

表1 SA516Gr70(HIC)鋼化學(xué)成分指標(biāo)

表2 SA516Gr70(HIC)鋼板主要力學(xué)性能檢測

根據(jù)計算，C含量為0.02%，碳當(dāng)量CE約為0.46，說明該種材料的焊接性能尚可，存在一定程度的淬硬傾向。分析表1中數(shù)據(jù)，該鋼板主體元素均在要求范圍內(nèi)，雜質(zhì)元素S、P含量則遠遠小于規(guī)定上限，Mo含量超標(biāo)0.002%，少量Mo能提高鋼的熱強性，細化晶粒，并抑制回火脆化傾向，對材料基本無不利影響[4]。從表2可以看出，鋼板在原始態(tài)、Min.PWHT和Max.PWHT狀態(tài)下抗拉強度及屈服強度變化均在合格范圍內(nèi)，且其-30℃沖擊KV2均相較技術(shù)條件要求，有較大富裕量。從鋼板的主要力學(xué)性能來看，國產(chǎn)鋼板已完全達到國外同類鋼板的性能要求。

正火+回火狀態(tài)鋼板經(jīng)不同熱處理后的組織如圖1所示。從圖中可以看出，正火加回火(N+T)狀態(tài)后鋼板T/2處組織均以珠光體+鐵素體為主，其中鐵素體晶粒度在10級以上，較為細小，且形態(tài)分布較為均勻，而經(jīng)過在(610±10)℃環(huán)境下分別保持4h的Min.PWHT和10h的Max.PWHT后，其T/2處組織基本未發(fā)生明顯變化。結(jié)合力學(xué)性能檢測分析可知，鋼板生產(chǎn)廠家采用N+T工藝生產(chǎn)的SA516Gr70(HIC)鋼板是合適的。但是從鐵素體形態(tài)上來看，并非最佳，原始態(tài)及Min.PWHT后鐵素體及珠光體多呈條狀，受力時容易應(yīng)力集中在條形尖端部位，Max.PWHT后各組織尖端圓滑，避免了應(yīng)力集中，在一定程度上提高了材料的塑韌性。因此如果將在滿足力學(xué)性能的條件下，將回火溫度略微升高，對改善組織形態(tài)減少應(yīng)力集中有幫助。

圖1 SA516Gr70(HIC)鋼板經(jīng)不同熱處理后組織 ×500)

4 焊接過程控制

封頭由鋼板經(jīng)930℃熱沖壓成型，后正火+回火。筒體用鋼板為正火+回火態(tài)，UT檢測合格后中溫600℃熱卷成型。主體材料焊材選用北鋼院生產(chǎn)的J507HIC焊條、H08Mn(HIC)焊絲和SJ613HIC焊劑，分別焊條電弧對和焊埋弧焊進行了測定。根據(jù)青島蘭石多年壓力容器生產(chǎn)焊接經(jīng)驗，對200 mm厚鋼板進行焊接，并對焊接試板進行與母材鋼板同樣的(610±10)℃×4 h和(610±10)℃×14 h的Min.PWHT及Max.PWHT，在試樣經(jīng)無損檢測PT、UT、MT、RT合格后，經(jīng)化學(xué)成分和力學(xué)性能表明，焊縫化學(xué)成分完全符合要求，抗拉強度、屈服強度、低溫沖擊韌性均高于技術(shù)條件要求值，且有一定富裕量，如表3所示；焊縫區(qū)、熱影響區(qū)及母材區(qū)的顯微組織分別如圖2和圖3中Min.PWHT和Max.PWHT的a)～b)所示。

表3 焊縫主要力學(xué)性能檢測

圖2 Min.PWHT和Max.PWHT后的焊條電弧焊焊縫(×100)

圖3 Min.PWHT和Max.PWHT后埋弧焊焊縫(×100)

從焊縫組織圖中可以看出，無論是Min.PWHT還是Max.PWHT后焊縫區(qū)組織無明顯變化，均為連續(xù)先共析網(wǎng)狀鐵素體包圍珠光體組織，珠光體內(nèi)部有少量貝氏體組織，保證焊縫在具有較高強度的同時保持較佳的韌性；熔合區(qū)熔深較淺，但是相互滲入，結(jié)合良好，熱影響區(qū)HAZ焊條電弧焊存在，晶粒沒有明顯長大現(xiàn)象，整體組織均勻，與力學(xué)性能檢測相互結(jié)合可知，該焊縫組織良好，性能合格。

5 結(jié)語

(1)國內(nèi)鋼板生產(chǎn)廠家與壓力容器制造廠家聯(lián)合，已經(jīng)完全具有國產(chǎn)化200mm厚SA516Gr70(HIC)鋼制壓力容器的生產(chǎn)能力，其鋼板和焊縫理化性能分析已經(jīng)達到技術(shù)條件設(shè)計要求，可與進口鋼板制壓力容器各項性能指標(biāo)相比。

(2)鋼板在N+T狀態(tài)下，組織中原始態(tài)及Min.PWHT后鐵素體及珠光體多呈條狀，受力時容易應(yīng)力集中在條形尖端部位，Max.PWHT后各組織尖端圓滑，避免了應(yīng)力集中。因此如果將在滿足力學(xué)性能的條件下，將回火溫度略微升高，對改善組織形態(tài)減少應(yīng)力集中有幫助。

(3)國產(chǎn)SA516Gr70(HIC)鋼板在正火+回火狀態(tài)具有較高的抗拉強度，在150℃和200℃經(jīng)過Min.PWHT和Max.PWHT其抗拉強度均高于460MPa，高溫力學(xué)性能良好。且-30℃KV2均在100～130J之間，遠高于產(chǎn)品技術(shù)條件要求的

34J，具有良好的低溫沖擊韌性。

(4)焊接性能良好，經(jīng)國內(nèi)壓力容器專業(yè)生產(chǎn)廠家焊接過程控制，焊縫組織及力學(xué)性能均符合技術(shù)條件要求，且力學(xué)性能具有相當(dāng)大富裕量，保證產(chǎn)品在使用過程的中的質(zhì)量和安全。

[1]尹青鋒.國產(chǎn)SA516Gr65(HIC)厚鋼板的開發(fā)及應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備技術(shù),2011,32(3):52-55,58.

[2]張國信.國產(chǎn)加氫設(shè)備用12Cr2Mo1R(H)厚鋼板的研制及開發(fā)[J].石油化工設(shè)備技術(shù),2009,30(5):28-33.

[3]梁永昌,李經(jīng)濤,莫德敏.舞鋼大厚度抗硫化氫腐蝕鋼的開發(fā)[J].寬厚板,2009,13(5):9-15.

[4]楊光起.加氫反應(yīng)器用鉻鉬鋼回火脆性[J].石油化工設(shè)備,2001,30(5):53-57.

(本文文獻格式：曹冬冬，李二興，王天先.國產(chǎn)200mmSA516Gr70(HIC)鋼制壓力容器的生產(chǎn)制造[J].山東化工,2018,47(7):84-86,89.)