石油储罐用B610E厚钢板的TMCP制造工艺

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摘要：本文介绍了大线能量焊接石油储罐用b610e厚钢板的标准要求、生产流程及宝钢采用tmcp工艺代替传统的调质工艺的试制情况，通过TMCP工艺生产的B610E厚钢板具有良好的抗拉强度、冲击韧性及焊接性能。

关键词：石油储罐 厚钢板 TMCP

1 概述

能源是工业发展的基础，中国的发展离不开对能源的需求。石油是目前使用的重要能源，随着国家启动新一轮的石油战略储备项目，石油储罐用厚钢板的需求越来越大。为节省工程的投资，提高储存效率，石油储罐容量也越来越大，从10万m3逐步向15万m3、20万m3发展，同时对罐壁钢板B610E（我国国标GB19189，牌号为12MnNiVR，日本标准为JIS G 3115，牌号为SPV490）也提出了越来越高的要求，在要求高强度的同时，还需要有良好的低温韧性以及良好的焊接性能，同时罐壁钢板厚度也要求越来越厚。

尽管宝钢于2005年成功利用离线调质技术开发出石油储罐用厚钢板B610E，并顺利通过容标委认证，结束了国内石油储罐用钢依赖进口的历史，但随着钢板厚度的不断增加，传统的调质工艺对钢板芯部越来越难以淬透。近年来，随着现代冶金工业技术不断进步，特别是微合金成分设计技术、TMCP轧制技术的发展，TMCP工艺在钢铁企业得到了越来越多的应用，使TMCP+回火工艺生产石油储罐用厚钢板已成为可能。TMCP又称在线控制轧制控制冷却技术，是指从加热开始就控制奥氏体的晶粒尺寸，利用再结晶温度区变形奥氏体的再结晶进一步细化晶粒，然后在奥氏体未再结晶温度区的晶粒饼形化和累计一定的变形能，使得相变后的组织细化，再通过利用钢板轧后余热直接进行加速冷却，进一步细化晶粒并得到理想的金相组织。通过控制轧制及控制冷却两次工艺的强化，使钢板强度大大提高，同时均匀细小的晶粒也保证了钢板良好的韧性。

2 钢板的主要技术要求

目前石油储罐用厚钢板主要有国标、日本标准、宝钢企标三个牌号，各标准对钢板要求基本相同，具体如下：

3 生产关键技术点及工艺流程

利用TMCP+回火工艺生产石油储罐用厚钢板的技术关键主要有4点：一是合理设计C、Si、Mn及微合金元素的成分范围并保持合理的碳当量，保证钢板的焊接性能；二是严格控制钢水中S、P、B等杂质元素含量；三是充分发挥宝钢轧机的大轧制力优势，对钢板实现大压下轧制，使变形充分深入到钢板芯部，以确保厚度方向组织均匀性；四是在线控制冷却时保持较高的开冷温度，主要通过大压下轧制来减少轧制道次，有效的缩短轧制时间来实现。

B610E厚钢板生产流程为：转炉炼钢炉外精炼连铸板坯检查、清理加热控制轧制控制冷却热矫直冷却探伤回火取样、定尺性能检查成品入库。

3.1 炼钢工艺

由于加入废钢带来的成分不确定性，B610E钢的冶炼优先采用顶底复吹转炉炼钢，废钢比例不宜过高，控制在10%左右。冶炼过程中重点控制S、P、B、As、Pb、Sn、Sb、Bi等杂质元素含量，同时保证各合金元素的精确命中率。宝钢目前的装备工艺水平及严格的内控要求可以达到P≤0.008%、S≤0.001%，B及常规“五害”元素趋近于0的水平，并且各炉次之间保持较小的成分波动。钢水浇铸前，应控制合理的过热度温度范围，并减小各炉次间过热度波动值，并且通过轻压下、电磁搅拌等手段减轻钢水凝固过程中产生的中心偏析，同时根据成品钢板厚度，板坯厚度应该保证足够的压缩比。

3.2 控制轧制及控制冷却

轧制过程主要分为两个阶段，第一阶段轧制在奥氏体再结晶温度以上进行，发挥宝钢厚板轧机大轧制力优势，对钢板实现全程大压下轧制，使变形充分深入到钢板芯部，保证钢板厚度方向上的奥氏体充分再结晶，使钢板内部晶粒均匀细小；第二阶段轧制在奥氏体再结晶温度以下、Ar3温度以上进行，在该温度下进行的轧制过程对钢板强度有明显提高，同时钢中添加的微量Nb、V、Ti合金元素通过固溶、析出作用，更能起到细化晶粒，提高强度、韧性的作用。同时，为了保证后阶段控制冷却有较高的开冷温度，第二阶段轧制应实现快速大压下，减少轧制时间，轧后快速通过辊道至冷却机组。

控制冷却的主要目的是得到均匀的低碳贝氏体组织，保持较高的开冷温度同时，也需要15℃/s以上的冷却速率，将钢板冷却至贝氏体转变结束温度以下。

3.3 回火工艺

回火的主要目的是将贝氏体组织转变为回火索氏体，同时消除钢板内部因冷却、矫直等工艺带来的残余内应力，回火索氏体组织具有良好的强度和低温韧性，且组织稳定、耐热疲劳性好，因此得到回火索氏体组织是回火工艺的主要目的。根据钢板的厚度制定不同的回火保温温度和保温时间是回火工艺的关键所在，保温温度偏高或时间偏长易会导致强度明显下降；温度偏低或时间偏短会导致钢板内部残余应力消除不彻底，焊后裂纹倾向明显。宝钢试制过程中采用了高温回火工艺，为减小高温回火对钢板强度造成的影响，通过添加Nb、V、Ti等微量合金元素在回火过程中产生的析出强化作用，有效的减轻了高温回火对钢板强度的影响。

4 宝钢采用TMCP工艺成功试制B610E厚钢板

宝钢根据石油储罐用钢特点、关键工艺控制点以及厚板产线自身设备特点，进行了厚度27mm、32mm、44mmB610E钢板的工业试制，结果表明钢板具有良好的内质，JB 4730.3 I级超声波探伤全部合格。通过高温回火后得到了全厚度均匀的索氏体组织，各项性能均满足各标准要求并具有一定富余量。钢板各个位置性能均匀，抗拉强度均控制在640～670MPa之间，-20℃低温冲击达到了250J以上，-60℃低温冲击也能保证100J以上。钢板焊接后焊缝、熔合线以及热影响区各位置冲击性能也完全满足用户使用要求。

5 结论

宝钢开发TMCP工艺生产石油储罐用钢的经验表明，实现稳定和批量化生产的关键是全面掌握该钢种的性能特点和制造工艺，炼钢、TMCP、回火是其关键工序。宝钢在生产中也发现，控制冷却时钢板板型控制是一大难点，钢板容易在宽度方向上出现翘曲，该问题需要在后面的试验中进一步解决。经过一定时期的摸索和实践，TMCP工艺有能力替代调质工艺来生产石油储罐用钢。

参考文献

[1]张汉谦，江来珠。大型原油储罐用B610E（ 08MnNiVR）高强度调质钢板研制，上海，宝钢技术，2006.

[2]李伟 TMCP（ 热机轧制） 在中厚板工程中的应用，南京，现代冶金出版社，2010.