国产200mmSA516Gr70(HIC)钢制压力容器的生产制造

曹冬冬，李二兴，王天先

(青岛兰石重型机械设备有限公司，山东 青岛 266426)

目前国内外市场使用的抗硫化氢腐蚀钢板主要是SA516Gr(60～70)(HIC)钢，这种钢板广泛应用于石油、化工、锅炉等特种设备行业，可制造反应器、换热器、煤气罐等承压和临氢与硫化氢环境[1-2]。其中用于冷热高压反应器的SA516Gr70(HIC)要求具有在高含量硫和氢油气环境下的抗裂耐腐能力，并且具有抗冲击性能和焊接性能好、抗硫化氢能力强、使用寿命长等特点。

长期以来，市场上销售的大厚度、大单重、高性能高质量抗硫化氢腐蚀专用钢板均为进口产品，进口产品在交货周期、产品质量、生产成本等方面给国内压力容器生产厂家带来很多不便[3]。为打破国外垄断技术给国内应用带来的不利书面，在厚度≤150 mm国产SA516Gr70(HIC)钢已经成功应用于国内生产的基础上，国内抗硫化氢钢板生产厂家与压力容器厂家联合开发200 mm大厚度国产化SA516Gr70(HIC)钢板，并成功应用于实际压力容器产品制造中。

1 项目介绍

兰石重装为中石化某分公司润滑油质量升级措施加工制造高压加氢装置中循环氢脱硫塔及冷高压分离器各一台。其中冷高压分离器筒体壁厚达200 mm，材质为SA516Gr70(HIC)。由于此种厚度该钢板为国内首台，因此在产品加工制造过程中要严格控制各个环节，从钢板冶炼到焊接接头、焊缝等性能满足技术条件要求，保证产品质量。

2 SA516Gr70(HIC)冷高压分离器制造流程

冷高压分离器制造流程复杂，工序繁多，现简略如下：

其中在制造厂中封头冲压、筒体卷制、焊接成型及承压试验为主要控制节点。

3 钢板冶炼控制

SA516Gr70(HIC)钢符合ASME B&PV code Section Ⅱ A中SA516-Gr70的相关要求。采用电炉+LF/VD真空精炼工艺冶炼，极度脱硫，为本质细晶粒镇静钢，其实际晶粒度为6级或更细，在冶炼过程中进行了喷钙处理，以改善其夹杂物形状。钢板化学成分如表1所示。力学性能如表2所示。

表1 SA516Gr70(HIC)钢化学成分指标

表2 SA516Gr70(HIC)钢板主要力学性能检测

根据计算，C含量为0.02%，碳当量CE约为0.46，说明该种材料的焊接性能尚可，存在一定程度的淬硬倾向。分析表1中数据，该钢板主体元素均在要求范围内，杂质元素S、P含量则远远小于规定上限，Mo含量超标0.002%，少量Mo能提高钢的热强性，细化晶粒，并抑制回火脆化倾向，对材料基本无不利影响[4]。从表2可以看出，钢板在原始态、Min.PWHT和Max.PWHT状态下抗拉强度及屈服强度变化均在合格范围内，且其-30℃冲击KV2均相较技术条件要求，有较大富裕量。从钢板的主要力学性能来看，国产钢板已完全达到国外同类钢板的性能要求。

正火+回火状态钢板经不同热处理后的组织如图1所示。从图中可以看出，正火加回火(N+T)状态后钢板T/2处组织均以珠光体+铁素体为主，其中铁素体晶粒度在10级以上，较为细小，且形态分布较为均匀，而经过在(610±10)℃环境下分别保持4h的Min.PWHT和10h的Max.PWHT后，其T/2处组织基本未发生明显变化。结合力学性能检测分析可知，钢板生产厂家采用N+T工艺生产的SA516Gr70(HIC)钢板是合适的。但是从铁素体形态上来看，并非最佳，原始态及Min.PWHT后铁素体及珠光体多呈条状，受力时容易应力集中在条形尖端部位，Max.PWHT后各组织尖端圆滑，避免了应力集中，在一定程度上提高了材料的塑韧性。因此如果将在满足力学性能的条件下，将回火温度略微升高，对改善组织形态减少应力集中有帮助。

图1 SA516Gr70(HIC)钢板经不同热处理后组织 ×500)

4 焊接过程控制

封头由钢板经930℃热冲压成型，后正火+回火。筒体用钢板为正火+回火态，UT检测合格后中温600℃热卷成型。主体材料焊材选用北钢院生产的J507HIC焊条、H08Mn(HIC)焊丝和SJ613HIC焊剂，分别焊条电弧对和焊埋弧焊进行了测定。根据青岛兰石多年压力容器生产焊接经验，对200 mm厚钢板进行焊接，并对焊接试板进行与母材钢板同样的(610±10)℃×4 h和(610±10)℃×14 h的Min.PWHT及Max.PWHT，在试样经无损检测PT、UT、MT、RT合格后，经化学成分和力学性能表明，焊缝化学成分完全符合要求，抗拉强度、屈服强度、低温冲击韧性均高于技术条件要求值，且有一定富裕量，如表3所示；焊缝区、热影响区及母材区的显微组织分别如图2和图3中Min.PWHT和Max.PWHT的a)～b)所示。

表3 焊缝主要力学性能检测

图2 Min.PWHT和Max.PWHT后的焊条电弧焊焊缝(×100)

图3 Min.PWHT和Max.PWHT后埋弧焊焊缝(×100)

从焊缝组织图中可以看出，无论是Min.PWHT还是Max.PWHT后焊缝区组织无明显变化，均为连续先共析网状铁素体包围珠光体组织，珠光体内部有少量贝氏体组织，保证焊缝在具有较高强度的同时保持较佳的韧性；熔合区熔深较浅，但是相互渗入，结合良好，热影响区HAZ焊条电弧焊存在，晶粒没有明显长大现象，整体组织均匀，与力学性能检测相互结合可知，该焊缝组织良好，性能合格。

5 结语

(1)国内钢板生产厂家与压力容器制造厂家联合，已经完全具有国产化200mm厚SA516Gr70(HIC)钢制压力容器的生产能力，其钢板和焊缝理化性能分析已经达到技术条件设计要求，可与进口钢板制压力容器各项性能指标相比。

(2)钢板在N+T状态下，组织中原始态及Min.PWHT后铁素体及珠光体多呈条状，受力时容易应力集中在条形尖端部位，Max.PWHT后各组织尖端圆滑，避免了应力集中。因此如果将在满足力学性能的条件下，将回火温度略微升高，对改善组织形态减少应力集中有帮助。

(3)国产SA516Gr70(HIC)钢板在正火+回火状态具有较高的抗拉强度，在150℃和200℃经过Min.PWHT和Max.PWHT其抗拉强度均高于460MPa，高温力学性能良好。且-30℃KV2均在100～130J之间，远高于产品技术条件要求的

34J，具有良好的低温冲击韧性。

(4)焊接性能良好，经国内压力容器专业生产厂家焊接过程控制，焊缝组织及力学性能均符合技术条件要求，且力学性能具有相当大富裕量，保证产品在使用过程的中的质量和安全。

[1]尹青锋.国产SA516Gr65(HIC)厚钢板的开发及应用[J].石油化工设备技术,2011,32(3):52-55,58.

[2]张国信.国产加氢设备用12Cr2Mo1R(H)厚钢板的研制及开发[J].石油化工设备技术,2009,30(5):28-33.

[3]梁永昌,李经涛,莫德敏.舞钢大厚度抗硫化氢腐蚀钢的开发[J].宽厚板,2009,13(5):9-15.

[4]杨光起.加氢反应器用铬钼钢回火脆性[J].石油化工设备,2001,30(5):53-57.

(本文文献格式：曹冬冬，李二兴，王天先.国产200mmSA516Gr70(HIC)钢制压力容器的生产制造[J].山东化工,2018,47(7):84-86,89.)