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345R(HIC)與SA516化學(xué)成分，力學(xué)性能分析        

  在壓力容器的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中，材料的選擇和使用是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，我國(guó)壓力容器設(shè)計(jì)和制造中普遍使用Q345R 鋼板,但在按ASME 規(guī)范設(shè)計(jì)、制造的壓力容器中大多使用SA516 鋼板。近年來(lái),在石化行業(yè)中常常由于H2 S 的存在而引起設(shè)備發(fā)生損壞或破裂事故,許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究[1～9 ] 。與此同時(shí),具有一定抗氫誘導(dǎo)開(kāi)裂( Hy2drogen Included Cracking ,HIC) 能力的鋼材被冶煉出來(lái)用于制造濕H2 S 環(huán)境下使用的設(shè)備。國(guó)產(chǎn)Q345R ( HIC) 鋼就是其中之一。文中通過(guò)對(duì)Q345R( HIC) 鋼和SA516 鋼化學(xué)成分和力學(xué)性能的比較,說(shuō)明Q345R( HIC) 鋼完全適合在濕H2 S 腐蝕環(huán)境中的使用。

1 抗氫誘導(dǎo)開(kāi)裂( HIC) 鋼簡(jiǎn)介

在濕硫化氫環(huán)境中引起的壓力容器與管道開(kāi)裂事故的逐年增多和用戶(hù)對(duì)成品油質(zhì)的要求不斷提高,石油化工行業(yè)對(duì)低溫腐蝕環(huán)境下使用的材料提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求,并且隨著設(shè)備規(guī)格的日益大型化,國(guó)際上對(duì)大厚度、大單重抗硫化氫腐蝕鋼板的需求量也在逐年上升。但目前只有極少數(shù)國(guó)外廠(chǎng)家能生產(chǎn)大厚度、大單重、高性能抗硫化氫腐蝕專(zhuān)用鋼板,且產(chǎn)量有限,交貨期偏長(zhǎng),價(jià)格也過(guò)高。國(guó)外生產(chǎn)的抗氫誘導(dǎo)裂紋用鋼主要是SA516Gr (60～70) ( H) 鋼,并已得到較廣泛的應(yīng)用。

      舞陽(yáng)鋼鐵公司自上世紀(jì)90 年代以來(lái)在20R、Q345R 和SA516Gr70 的基礎(chǔ)上, 相繼開(kāi)發(fā)出Q345R( HIC) 鋼、20R( HIC) 鋼和SA516Gr70 ( HIC)鋼,并在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用。但因裝備條件的限制,在大厚度(不小于120 mm) HIC 鋼的研制方面沒(méi)有大的突破,因此大厚度、大單重抗?jié)窳蚧瘹涓g鋼板長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口。近年來(lái),隨著設(shè)備的不斷更新和造舞鋼在2006 年開(kāi)發(fā)了大厚度高性能抗硫化氫腐蝕鋼。    2007 年為四川普光項(xiàng)目等工程提供厚度在110～132 mm 的SA516Gr70 ( HIC) 和Q345R( HIC) 鋼板6 427 t 。結(jié)合天津藍(lán)星冷高壓分離器設(shè)備的制造需要,依照用戶(hù)提出的技術(shù)要求,試制了厚度為165 mm 的SA516Gr65 ( HIC) 特厚板,其質(zhì)量達(dá)到了法國(guó)阿塞羅同類(lèi)產(chǎn)品的水平。國(guó)產(chǎn)Q345R ( HIC) 鋼并不是新鋼種,而是在Q345R 鋼板規(guī)定的范圍內(nèi)增加了一些附加要求冶煉的具有一定《大量現(xiàn)貨庫(kù)存詳情百度搜舞陽(yáng)鋼鐵李妍》抗159*氫誘03*63導(dǎo)開(kāi)537*9*裂能力的鋼材。Q345R( HIC) 鋼采用電爐+ L F/ VD 真空精煉工藝冶煉,冶煉過(guò)程中進(jìn)行鈣處理,以控制其夾雜物形狀。該鋼為本質(zhì)細(xì)晶粒鎮(zhèn)靜鋼,其實(shí)際晶粒度為5 級(jí)或5 級(jí)以上。     Q345R 鋼在苛刻的H2 和濕H2 S 環(huán)境條件下因應(yīng)力腐蝕裂紋和氫致裂紋會(huì)迅速開(kāi)裂。研究表明,氫致裂紋的敏感性與鋼中S 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及帶狀組織有密切關(guān)系,S 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及帶狀組織減少則敏感性也降低。通過(guò)特殊方法冶煉的Q345R( HIC) 鋼中的S 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)已降低到0. 004 %的超低水平,不僅具有抗氫致開(kāi)裂的能力,而且提高了抗H2 S 應(yīng)力腐蝕能力。近年來(lái),Q345R ( HIC) 鋼制壓力容器的應(yīng)用越來(lái)越多, 在煉油化工行業(yè)中,Q345R( HIC) 鋼有取代Q345R 鋼的趨勢(shì)。    

SA516 鋼板分55級(jí)、60 級(jí)、65 級(jí)、70 級(jí)4 個(gè)強(qiáng)度。Q345R( HIC) 不分級(jí)。

力學(xué)性能

     SA516 鋼板和Q345R ( HIC) 鋼板的力學(xué)性能。

(1) SA516 鋼板的Rm 、ReL 值隨強(qiáng)度等級(jí)的不同而不同,強(qiáng)度級(jí)別越高其值越高,同一級(jí)別鋼板的Rm 、ReL 不隨板厚變化。Q345R ( HIC) 的Rm 、ReL 值隨板厚的不同而不同,厚度增加時(shí)Rm 、ReL 值降低。   

 (2) 隨著強(qiáng)度等級(jí)的增高,SA2516 鋼板的伸長(zhǎng)率下降,而Q345R( HIC) 的伸長(zhǎng)率標(biāo)準(zhǔn)值不隨板厚變化。Q345R( HIC) 進(jìn)行厚度方向拉伸試驗(yàn),其斷面收縮率Z ≥35 % 。

(3) SA516 鋼板在- 29～ - 50 ℃的范圍內(nèi)有低溫沖擊韌性要求, 可用于相適宜的低溫工況,Q345R( HIC) 適宜- 20～ - 30 ℃的工況。

(4) Q345R( HIC) 鋼板夏比V 型缺口試樣的取樣方向?yàn)闄M向,而SA516 試樣的取樣方向是縱向，橫向表示V 型缺口的軸向與鋼板軋制的方向一致,其鋼板纖維與V 型缺口的軸向平行,而縱向與之相反,表示鋼板纖維與V 型缺口的軸向垂直,相比兩種取樣方法而言, 橫向取樣比縱向取樣得到的沖擊功更低一些，因此橫向取樣更為苛刻一些。