大型儲罐罐體用高強度鋼板的技術分析

趙永福 張兆生 姜力 劉路遙 (新疆石油勘察設計研究院 新疆 834000）

1、大型儲罐壁板用材的基本要求

大型儲罐壁板用材的基本要求是強度、可焊性和沖擊韌性。

1.1 強度

鋼板的強度包括抗拉強度和屈服強度。由于外浮頂儲罐的操作溫度在90℃以下，因此其壁板用材強度大多是常溫下的強度。鋼板的強度是決定罐壁厚度大小的力學性能指標。儲罐特別是大型儲罐是消耗鋼材較多的設備，而罐壁的重量在儲罐總重量中占的比重較大（約50%～60%），采用高強度鋼在適當高徑比要求下能節約投資。正火鋼熱處理方法簡單，材質均勻；調質鋼熱處理工藝較復雜，但強度比正火鋼高，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指標來控制，一是碳含量或碳當量，二是熱影響區的硬度。第一個指標取決于鋼材的化學成分。一般碳鋼以碳含量，低合金鋼以碳含量或碳當量Ceq把鋼的化學成分對鋼淬硬性的影響折算成碳的影響來估價可焊性。當碳鋼、低合金鋼的碳含量＜0.25%，應限定其Ceq＜0.45%，可焊性良好。當碳鋼的含碳量＞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，焊接熱影響區被加熱至Ac3以上，快速冷卻（如空冷）后會被淬硬，鋼材含碳量或碳當量越高，焊接熱影響區的硬化與脆化傾向越大，在焊接應力作用下容易產生裂紋的傾向性越大。

1.3 沖擊韌性

大型儲罐破壞造成災難性后果的往往是罐體的脆性破壞。沖擊功Akv是防止大型儲罐脆性破壞的一個重要數據。鋼材的韌性與材料的強度、鋼板的厚度以及使用溫度等有關。一般來說，材料的強度等級越高，需提供的韌性指標越高。溫度越低，材料能夠提供的韌性指標越低。板材厚度的增加促使產生脆性斷裂。

世界各國對罐壁用鋼板沖擊韌性的要求大致相同，美國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。英國油罐規范BS 2654根據強度等級將材料分三類，根據材料不同的強度等級，按厚度來確定沖擊功值。

2、大型儲罐壁板最大厚度限制

大型儲罐壁板最大厚度的限制是由下面兩個因素引起的。目前對儲罐大型化還沒解決熱處理的問題，鋼材強度的增加往往會影響到鋼材的可焊性和容易產生脆性破壞。為此只有限制壁板的厚度以確保儲罐的安全運行，最大板厚的限制是各國按其生產的鋼材和施工經驗提出來的。

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

GB50341-2003規定罐壁鋼板的使用厚度不得大于45mm，與美國、日本規范的要求一致。但國產高強鋼WH610D2（12MnNiVR），GB50341規定其最大使用厚度不超過34mm，當通過論證及嚴格的工藝評定后，再適當提高。

3、國內外高強鋼板

國產大型儲罐用高強度鋼板研發和使用情況

自從80年代初引進日本10×104 m3原油儲罐技術以來，我國大型油罐用鋼板及焊接施工技術基本上是沿用日本的技術標準，致使近20年大型油罐用高強度鋼板基本上采用日本鋼板。

隨著我國石油儲備基地項目的實施，高強度鋼板大量需求，國內幾家鋼廠也相繼開發研制了原油儲罐用抗拉強度610MPa級大線能量焊接用高強度鋼。目前國內研發的大型油罐用高強度鋼板品種有08MnNiVR、12MnNiVR、08MnNiMoVR。

我國自主生產的可用于石油原油儲罐的大線能量焊接用高強度調質鋼板，可以滿足大型儲罐的使用要求。自2005年以來已經有大部分10×104 m3原油儲罐開始使用國產高強度鋼板。

4、結語

國產高強度鋼板的力學性能和可焊性能已經達到了設計、建造要求，主要技術性能優于日本SPV490Q高強度鋼板，可以應用到大型儲罐建造。P、S含量和沖擊試驗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，板材質量優于其它板材。

[1]武漢鋼鐵(集團)公司主編.GB 19189-2003《壓力容器用調質高強度鋼板》.北京：中國標準出版社，2003

[2]美國石油協會標準 API650.《Weldel steel Tanks for Oil Storage》.北京：兵器工業出版社，2003

[3]日本工業標準JIS B 8501.《焊接的鋼制石油貯罐》，1995