SNT和SPWHT對SA516Gr70N組織及性能的影響研究

秦 亞，席靜靜

(江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司，江蘇 張家港215625)

SA516Gr70屬于中溫、低溫壓力容器用碳鋼板，執(zhí)行美國ASME標(biāo)準(zhǔn)，類似于國標(biāo)中的Q345R(牌號后加N，表明其交貨狀態(tài)為正火)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電站、鍋爐等行業(yè)，用于制作各類壓力容器。壓力容器的大型化、使用環(huán)境惡劣化，使用戶對鋼板的要求越來越苛刻[1-4]。

近年來，壓力容器設(shè)計和制造單位對壓力容器用鋼板的要求越來越高，除了交貨態(tài)性能之外，還要求鋼廠提供模擬焊后熱處理(SPWHT)后的性能，對于封頭用板要求模擬成形、正火及焊后熱處理(SNT)后的性能[5-6]。

1 試驗材料

試驗材料為345級別的正火低合金鋼余材板，其成分見表1。除4#鋼的碳當(dāng)量比技術(shù)協(xié)議要求高之外，其余均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗鋼的顯微組織如圖1所示，均為鐵素體+珠光體組織。性能如表2所示，其拉伸性能和冷彎性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 試驗鋼的力學(xué)性能

圖1 試驗鋼1/4厚度處的組織

表1 試驗鋼的化學(xué)成分(wt%)

2 試驗方法、結(jié)果及分析

按照技術(shù)協(xié)議規(guī)定的模擬成型加熱、成型后正火熱處理和模擬焊后熱處理，對選取的試驗鋼進(jìn)行熱處理，具體見表3。

表3 試驗鋼熱處理

不同熱處理狀態(tài)下試驗鋼厚度1/4處的顯微組織均為鐵素體+珠光體組織。不同成分的鋼板經(jīng)第一道模擬成型正火后，與成品板相比晶粒尺寸均明顯變大；再經(jīng)一次正火熱處理及模擬焊后熱處理后，晶粒尺寸沒有明顯變化；鋼板只經(jīng)過一次模擬焊后熱處理后，晶粒尺寸與成品板相比沒有明顯變化。圖2為3#試驗鋼的顯微組織。

圖2 3#試驗鋼的顯微組織

不同熱處理狀態(tài)下試驗鋼的力學(xué)性能見表4所示。不同狀態(tài)下，試驗鋼的沖擊韌性變化不大。強度較成品板相比，均有所降低，其中，1SNT#、4SNT#、4SPWHT#試驗鋼抗拉強度低于標(biāo)準(zhǔn)下限要求；2#和3#試驗鋼在不同狀態(tài)下的力學(xué)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 試驗鋼的力學(xué)性能

對不同狀態(tài)下試驗鋼與成品鋼板的強度差值進(jìn)行計算，得出S(模擬成形)、SN(模擬成形、正火)、SNT(模擬成形、正火及焊后熱處理)和SPWHT(模擬焊后熱處理)四種狀態(tài)下鋼板強度降幅的變化情況，如圖3所示。

圖3 試驗鋼不同狀態(tài)下強度降幅的變化情況

可以看出，不同狀態(tài)下的強度降幅隨碳當(dāng)量增加逐步減少，即：碳當(dāng)量低的試驗鋼，強度降幅較大；碳當(dāng)量高的試驗鋼，強度降幅較小。

對于殼體用鋼板，后續(xù)只經(jīng)過SPWHT工序時，預(yù)留的強度余量需≥35MPa；對于封頭用板，要求模擬成形、正火及焊后熱處理(SNT)后的性能時，預(yù)留的強度余量需≥40MPa。

所以，生產(chǎn)此批合同時，不能采用低碳當(dāng)量的1#成分，因強度降幅較大；不能采用碳當(dāng)量較高的4#成分，因碳當(dāng)量大于技術(shù)協(xié)議要求；采用2#與3#成分較合適，且現(xiàn)場生產(chǎn)時，需控制強度余量≥40MPa。

3 結(jié)論

(1)不同狀態(tài)下的強度降幅隨碳當(dāng)量增加逐步減少，即：碳當(dāng)量低的試驗鋼，強度降幅較大；碳當(dāng)量高的試驗鋼，強度降幅較小。(2)對于殼體用鋼板，后續(xù)只經(jīng)過SPWHT工序時，預(yù)留的強度余量需≥35MPa；對于封頭用板，要求模擬成形、正火及焊后熱處理(SNT)后的性能時，預(yù)留的強度余量需≥40MPa。(3)采用3#成分進(jìn)行批量生產(chǎn)，強度余量為40-65MPa。