锅炉压力容器用钢

发布时间：2024-11-21

锅炉压力容器用钢的开发主要在以下方面：

1.大型储油（气）罐用钢板：12MnNiVR，A537CL2

2.大型球罐用高强度钢板：07MnCrMoVR，07MnNiMoVDR

3.临氢设备用Cr-Mo钢板

4.抗HIC腐蚀用钢板

5.低温超低温用钢板

6.核容器用钢板

7.超高压锅炉用钢板

临氢设备用Cr-Mo钢主要有Mo、Cr-Mo、Cr-Mo-V三大类。使用温度范围一般在

400-475℃之间。工程上大多根据介质的温度和氢分压按Nelson曲线选择抗氢钢种。

必须具有高温高压和氢环境下正常工作的能力，防止产生甲烷，在晶界处产生气泡

使钢材严重变脆。

Mo钢：主要有0.3Mo和0.5Mo两类。

Cr-Mo钢：合金元素含量最低的为0.5Cr-0.5Mo钢。常用的有1.0Cr-0.5Mo

（A387Gr.12），1.25Cr-0.5Mo（A387Gr.11）及2.25Cr-1.0Mo（A387Gr.22）。

Cr-Mo-V钢：在Cr-Mo钢基础上加V能显著提高钢材持久温度。

HIC应力开裂机理

氢诱导裂纹（HIC）

硫化物应力腐蚀（SCC）

应力导向氢诱导裂纹（SOHIC）

提高钢的抗氢诱导裂纹（HIC）的主要措施有：

1.抑制氢的侵入和聚集

尽可能减少氢含量。

用弥散细小的Ti碳氮化物可减少氢聚集在HIC起始点。

2.减少夹杂物或使其球化

钢中硫减至0.004-0.002%以下，用Ca或REM处理。

3.减少偏析

钢中磷减至0.015-0.010%以下，控制铸造条件，采用均匀化热处理。

国外抗HIC钢板

日本钢厂的工艺路线——加Ca处理

欧美钢厂的工艺路线——低S、P洁净钢

国外对抗HIC材料的要求

1.内部加不锈钢衬层

2.抗HIC钢

3.一般钢材提出抗HIC附加要求

国外抗HIC钢板的实物质量（迪林根）

牌号SA516-65+Z35

低温超低温用钢板，在容器工作温度下具有足够的抗裂纹扩展能力，根据使用温度选择Ni含量，3.5Ni-（6Ni）-9Ni。

舞阳在上述品种方面已取得显著进展

1.临氢设备用Cr-Mo钢板，厚度150mm、12Cr2Mo1R（H）钢板已通过评审，并实现批量供货，现正试制198mm厚钢板，目前可供成品钢板的最大单重可达33～35吨。

2.抗硫化氢腐蚀用钢板主要品种有SA516Gr.70(HIC)、SA516Gr.65(HIC)系列、16MnR(HIC)/Q345R(HIC)系列及20R(HIC)系列等。165mm厚SA516Gr(HIC)已完成工业试制，并通过评审。

3.超低温用钢SA203E（3.5Ni），用于

-101℃，最大厚度为100mm，已批量供应市场，正研制用于-196℃的9Ni钢。

4.大厚度锅炉汽包钢板13MnNiMo5-4（BHW35）厚度达145mm。30万千瓦及以上电站机组锅炉汽包用板基本上实现了国产化。

GB 713-2008《锅炉和压力容器用钢板》

钢号：共有9个钢号，分为碳素钢和低合金钢。

碳素钢：Q245R (1个钢号)

低合金钢：Q345R，Q370R，

18MnMoNbR ，13MnNiMoR，15CrMoR 14Cr1MoR ，12Cr2Mo1R ，12Cr1MoVR

(8个)

GB713和GB6654的几个变化

Q245R、Q345R、Q370R等三个牌号的P、S含量由分别小于0.030%和0.020%下降为分别小于0.025%和0.015%。

Q245R、Q345R的0℃冲击由≥27和≥31修改为≥31J和≥34J；

Q345R的强度进行了修订：

低合金钢 15MnNbR

化学成分（熔炼成分）

C Mn Si S P Nb

≤ 1.20 0.20 ≤ ≤ 0.010

0.18 ~ 1.60 ~0.55 0.015 0.025 ~0.040

力学性能、工艺性能

交货状态钢板厚度抗拉强度屈服强度伸长率

mm Rm MPa ReL MPa A %

正火 6~16 530~650 ≥370 ≥20 >16~36 530~650 ≥360 ≥20

>36~60 520~640 ≥350 ≥20 力学性能、工艺性能

冲击试验（J）冷弯试验

温度℃ 横向V型冲击功AKV b=2a 1800

-20 ≥ 34 d=3a

15MnNbR的应用

技术要求和检验规则与16MnR基本相同。

钢板的适用范围和要求与16MnR基本相同。

15MnNbR钢板已在球形储罐，特别是液化石油气球形储罐中得到推广使用，典型产品为公称容积为2000m的液化石油气球罐，该球罐按照GB12337进行常规设计，球壳板厚度为44mm。采用该钢板还建造了按照JB4732-95《钢制压力容器——分析设计标准》进行设计制造的2000m的液化石油气球罐，球壳板厚度为38mm。

3 典型压力容器产品为公称容积为2000m的丙烯和液化石油气混装球罐。球罐采

用10支柱、3带混合式结构。钢板的尺寸为：厚度为54mm，宽度为3100mm，长度为9900mm，单板重量为13吨。采用15MnNbR钢板建造的液化气球罐的最大容积为3500m。最近我院采用鞍山钢铁股份公司生产的15MnNbR钢板，采用分析设计方法正在为重庆燃气集团公司建造4台10000m的天然气球罐，设计厚度为38mm，正好避免进行现场的焊后整体热处理。目前按照国内的能力是没有办法对10000m3的球罐进行现场整体热处理。

GB 3531-1996

《低温压力容器用低合金钢钢板》

钢号：共有3个钢号。

低温-40 ℃ 用钢 16MnDR

低温-45 ℃ 用钢 15MnNiDR

低温-70 ℃ 用钢 09MnNiDR

GB19189-2003

《压力容器用调质高强度钢板》

GB19189-2003《压力容器用调质高强度钢板》有3个钢号，分别为07MnCrMoR、07MnNiCrMoVDR、12MnNiVR。

07MnMoVR武汉钢铁公司联合合肥通用机械研究所等单位在20世纪80年代初期开始研制σs≥490MPa的低焊接裂纹敏感性钢板07MnCrMoR。该钢板在具有较高强度的同时，还具有优良的焊接性能（Pcm≤0.20%）和高的韧性，是高参数球形储罐的一个较理想的钢号。迄今世界上只有日本和我国有这种钢。经过多年的推广应用，07MnCrMoR钢板已经成为我国氧气、氮气、天然气和丙烯球罐的主要用钢。

07MnNiCrMoDR

07MnNiCrMoDR是在07MnCrMoR的基础上通过加入更多的Ni，改善其低温冲击韧性，使其达到低温-40℃用钢的要求。主要解决低温乙烯球罐用钢板问题。典型的产品为公称容积为1500m3的低温乙烯球罐，该球罐设计压力为2.2MPa，设计温度为-40℃，壁厚为44mm。正是由于国内能够生产07MnNiCrMoDR钢板，实现了低温乙烯球罐的国产化。 12MnNiVR

大线能量焊接技术的采用，给传统的HSLA钢带来了新的课题，即焊接热影响区的强度和韧性的恶化。80年代初，日本的几家钢铁厂公布了各自研制成功的大线能量焊接用钢，并用于工程实际。长期以来，我国100000m3大型原油储罐所用的钢板一直依赖从国外进口，为了实现大型原油储罐的国产化，武汉钢铁公司联合合肥通用机械研究所等单位，研制成功了抗拉强度大于等于610MPa级大线能量用钢WH610D2（国家标准牌号为12MnNiVR），该钢板经100KJ/cm焊接线能量的气电立焊后，焊接接头的强度和热影响区的-10℃冲击功均能满足原油储罐的技术要求。

3 压力容器用钢板的最新成果

15MnNiNbDR钢板 3333

为了增加- 50℃的低温压力容器用钢板，由武汉钢铁公司联合合肥通用机械研究院等单位研制的- 50℃级低温用钢。该钢板的拉伸性能指标与15MnNbR钢板相同，- 50℃ AKV≥34J。我院采用该钢板为茂名石化公司的100万吨/年乙烯工程中建造了一台2000m3的乙烯球罐，设计温度为- 45℃，设计厚度44mm。该球罐已经于2006年的9月12日投入使用。该球罐已经于2007年年底进行了开罐检查，情况良好。

该项目获得2008年安徽省科技进步一等奖。院新产品与核心技术一等奖。

依托该项技术承担了下列工程项目：

九江石化1台低温液氨球罐依托该技术，合同额894万元；

盘锦华锦石化公司5台乙烯、3台丙烯球罐依托该技术，合同额6167万元；

天津石化12台乙烯、6台丙烯球罐依托该技术，合同额17261.4万元。

12Cr2Mo1V(H)钢板

该钢板名义成分为2.25Cr-1.0Mo-0.25V，用于加氢反应器、对钢材抗回火脆化性能有特殊要求的设备。中国第一重型机械集团已用该锻件大批制造锻焊结构加氢反应器。舞阳钢铁公司目前已经生产该钢板，用于板焊结构加氢反应器的制造，钢板厚度为120mm。 -50℃的要求07MnNiMoDR

国际和国内的都将乙烯装置中的乙烯的储存温度由-40℃降低到-50℃，因此乙烯球罐的设计温度取成-50℃，宝山钢铁股份有限公司开展了-50℃用调质钢的研制，实物和标准水平超过日本JFE公司的JFE-HITEN610U2L,钢板已经通过技术评审，企业牌号为B610CF-L2。天津乙烯工程中的2台2000立方米的乙烯球罐和6台 2000立方米的丙烯球罐采用该钢板。

镇海乙烯工程中的2台2000立方米的乙烯球罐和3台 2000立方米的丙烯球罐采用该钢板。合同金额4245万元。

9％Ni钢（06Ni9）

当天然气在大气压下冷却至-162℃时，天然气转变为液态，液化天然气无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/600，液化天然气的重量只有同体积水的45%左右。广东LNG项目一期设计能力为370万吨／年，已经于2006年6月28日建成。工程主要包括两个16万立方米LNG储罐（直径83m，高度32m）以及与其配套的、全长385公里的输气干线。LNG储罐内层采用9％Ni钢板。

山西太钢不锈钢股份有限公司开展了9%Ni钢的研制和生产，已经于2007年1月14日通过技术评审，钢板8实物水平达到国际先进水平。

目前用该钢板在广东东莞红梅镇建造了2台8万立方米的液化天然气储罐，业主单位为广东九丰能源储运公司。

中国石油在江苏如东、大连和河北的唐山着手建造16万立方米的液化天然气储罐，已经成立了项目部正在实施。

鞍山钢铁公司的9%Ni钢板也于2007年12月9日通过了技术评审。

下表给出了钢板的冲击性能。

钢板力学性能

原油储罐用钢12MnNiVR 我国10万立方米及以上大型油罐主体建造用钢板一直依赖进口，在国家发改委领导下，在中国石化集团公司协调组织下，联合国内诸多工程公司、钢铁公司、研究院所和施工企业共23家单位，从2004年起，开展原油储罐用钢板国产化研究。大型原油储罐的施工采用了高效大线能量焊接技术，必须采用与之相适应的大线能量焊接用钢板。由于大线能量焊接对传统的低合金钢焊接热影响区的强度和韧性造成了恶化，强度和韧性随焊接线能量的提高而大幅下降（特别是调质处理的高强度钢板），如何克服焊接过程中的焊接热影响区性能恶化成了开发大线能量用钢的关键。

经过两年的攻关，原油储罐用钢板的研究到目前已经取得了可喜的成果。现在石油储备基地建设用钢板国产化项目的成果已经大量用于国家石油储备基地的建设中，镇海基地的52台储罐中有28台是采用国产钢板，大连基地的30台储罐中有18台是采用国产钢板，黄岛基地的32台储罐中有20台是采用国产钢板，舟山基地的50台储罐中有38台是采用国产钢板，国家石油储备基地一期工程中的164台储罐中有104台是采用国产钢板，国产率达到63.4%。

正火型抗拉强度Rm ≥610 MPa 低合金高强度钢板17MnNiVNbDR，目前这一强度级

别的钢板都是通过调质工艺实现的，使钢板的适用性不强，对设备的要求高，钢板的生产工艺流程长，价格也相对较高。如果某个设备可以同时选用15MnNbR和07MnCrMoR，从经济的角度来看，选用15MnNbR会更经济。因为07MnCrMoR的强度只比15MnNbR高17%，但是目前的价格要高30%。所以如果有正火型的高强度钢板，其使用的经济性会很好，同时还可以大量应用于移动式罐车和罐式集装箱。目前移动式罐车和罐式集装箱多数使用16MnR钢板，迫切需要采用强度更高的钢板来减少车的自重。但是采用调质钢无法解决封头热旋压之后的再调质问题。

舞阳钢铁公司研制了该钢板，用于制造-40℃的罐式集装箱。

- 110℃级3.5Ni低温用钢板，用于

- 70℃ ～ - 110℃低温压力容器和乙烯的低温冷罐的制造。上个世纪八十年代我国曾经研制过- 101℃的3.5Ni钢，但是实际水平只相当于- 70℃用钢，现在研制3.5Ni钢就设计成- 110℃用钢，可以满足乙烯的低温冷储要求。乙烯冷却到- 104℃时为无压力的液态，可以进行常压储存。

4压力容器用钢板的发展方向

1、开展热机械轧制的16MnR钢板研究，按照GB150的规定，当厚度大于30mm时，16MnR只能在正火状态下使用。随着冶金技术提高，冶金设备的更新，完全可以采用控制轧制过程来达到钢板正火的目的，可以先在某钢铁公司、对一定的厚度以下的16MnR钢板采用TMCP工艺取代正火工艺的研究，然后逐渐扩大到整个行业。

2、抗拉强度Rm ≥690 MPa 低合金高强度调质钢板，用于大型天然气和氧气球形容器的建造。

3、Rm ≥780 MPa 低合金高强度调质钢板，用于大型氧气球罐和公称容器25000m3特大型天然气球罐的建造，日本有24400m3特大型天然气球罐，直径36m。

三、济钢板带生产主要工艺装备

45t转炉¡ª¡ª2500中板产线

120t转炉¡ª¡ª3500中厚板产线

210t转炉¡ª¡ª4300中厚板新产线

45t转炉¡ª¡ª2500中板产线

铁水预处理 4座45吨转炉 CAS-OB 3座LF炉 3台板坯连铸机

2500mm双机架中板轧机 ACC控冷（建设中）

生产钢板规格：厚度6-40mm 宽度1500-2300mm

年产量：160万吨

3座120吨顶底复吹转炉 3座LF 1座VD