國產200mmSA516Gr70(HIC)鋼制壓力容器的生產制造

曹冬冬，李二興，王天先

(青島蘭石重型機械設備有限公司，山東 青島 266426)

目前國內外市場使用的抗硫化氫腐蝕鋼板主要是SA516Gr(60～70)(HIC)鋼，這種鋼板廣泛應用于石油、化工、鍋爐等特種設備行業，可制造反應器、換熱器、煤氣罐等承壓和臨氫與硫化氫環境[1-2]。其中用于冷熱高壓反應器的SA516Gr70(HIC)要求具有在高含量硫和氫油氣環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、高性能高質量抗硫化氫腐蝕專用鋼板均為進口產品，進口產品在交貨周期、產品質量、生產成本等方面給國內壓力容器生產廠家帶來很多不便[3]。為打破國外壟斷技術給國內應用帶來的不利書面，在厚度≤150 mm國產SA516Gr70(HIC)鋼已經成功應用于國內生產的基礎上，國內抗硫化氫鋼板生產廠家與壓力容器廠家聯合開發200 mm大厚度國產化SA516Gr70(HIC)鋼板，并成功應用于實際壓力容器產品制造中。

1 項目介紹

蘭石重裝為中石化某分公司潤滑油質量升級措施加工制造高壓加氫裝置中循環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，材質為SA516Gr70(HIC)。由于此種厚度該鋼板為國內首臺，因此在產品加工制造過程中要嚴格控制各個環節，從鋼板冶煉到焊接接頭、焊縫等性能滿足技術條件要求，保證產品質量。

2 SA516Gr70(HIC)冷高壓分離器制造流程

冷高壓分離器制造流程復雜，工序繁多，現簡略如下：

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的相關要求。采用電爐+LF/VD真空精煉工藝冶煉，極度脫硫，為本質細晶粒鎮靜鋼，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。鋼板化學成分如表1所示。力學性能如表2所示。

表1 SA516Gr70(HIC)鋼化學成分指標

表2 SA516Gr70(HIC)鋼板主要力學性能檢測

根據計算，C含量為0.02%，碳當量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中數據，該鋼板主體元素均在要求范圍內，雜質元素S、P含量則遠遠小于規定上限，Mo含量超標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、Min.PWHT和Max.PWHT狀態下抗拉強度及屈服強度變化均在合格范圍內，且其-30℃沖擊KV2均相較技術條件要求，有較大富裕量。從鋼板的主要力學性能來看，國產鋼板已完全達到國外同類鋼板的性能要求。

正火+回火狀態鋼板經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，且形態分布較為均勻，而經過在(610±10)℃環境下分別保持4h的Min.PWHT和10h的Max.PWHT后，其T/2處組織基本未發生明顯變化。結合力學性能檢測分析可知，鋼板生產廠家采用N+T工藝生產的SA516Gr70(HIC)鋼板是合適的。但是從鐵素體形態上來看，并非最佳，原始態及Min.PWHT后鐵素體及珠光體多呈條狀，受力時容易應力集中在條形尖端部位，Max.PWHT后各組織尖端圓滑，避免了應力集中，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性能的條件下，將回火溫度略微升高，對改善組織形態減少應力集中有幫助。

圖1 SA516Gr70(HIC)鋼板經不同熱處理后組織 ×500)

4 焊接過程控制

封頭由鋼板經930℃熱沖壓成型，后正火+回火。筒體用鋼板為正火+回火態，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。根據青島蘭石多年壓力容器生產焊接經驗，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，在試樣經無損檢測PT、UT、MT、RT合格后，經化學成分和力學性能表明，焊縫化學成分完全符合要求，抗拉強度、屈服強度、低溫沖擊韌性均高于技術條件要求值，且有一定富裕量，如表3所示；焊縫區、熱影響區及母材區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后焊縫區組織無明顯變化，均為連續先共析網狀鐵素體包圍珠光體組織，珠光體內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；熔合區熔深較淺，但是相互滲入，結合良好，熱影響區HAZ焊條電弧焊存在，晶粒沒有明顯長大現象，整體組織均勻，與力學性能檢測相互結合可知，該焊縫組織良好，性能合格。

5 結語

(1)國內鋼板生產廠家與壓力容器制造廠家聯合，已經完全具有國產化200mm厚SA516Gr70(HIC)鋼制壓力容器的生產能力，其鋼板和焊縫理化性能分析已經達到技術條件設計要求，可與進口鋼板制壓力容器各項性能指標相比。

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

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

34J，具有良好的低溫沖擊韌性。

(4)焊接性能良好，經國內壓力容器專業生產廠家焊接過程控制，焊縫組織及力學性能均符合技術條件要求，且力學性能具有相當大富裕量，保證產品在使用過程的中的質量和安全。

[1]尹青鋒.國產SA516Gr65(HIC)厚鋼板的開發及應用[J].石油化工設備技術,2011,32(3):52-55,58.

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

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

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

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