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碳钢是储罐的主要用材,使用时应注意什么

文章出处:清远市鑫隆金属结构制造有限公司责任编辑:清远鑫隆储罐发表时间:2022-11-18浏览量:226

选择储罐用材应根据安全可靠、经济合理的原则,考虑储罐的设计压力和温度、贮存介质及其性质、使用部位,材料的机械性能、化学成分-焊接性能和抗腐蚀性能等因素。

除有腐蚀性的场合外,碳钢是储罐的主要用材。

碳钢储罐在试验研究和实用中出现的破坏大多属于脆性破裂,而产生脆性破裂的原因,主要是采用了冲击韧性较低的钢材,以及钢材本身有缺陷及有焊接缺陷。

对大型储罐,由于高强度钢的采用与罐壁较厚,对脆性破裂更加敏感。这是因为: 1)新储罐基础发生不均匀下沉时,储罐产生的应力大大超过水压试验时的应力;2)由于储罐的尺寸很大,不可能进行整体消除焊接残余应力的热处理;3)若建罐地区的最低日平均温度较低(如一20℃),碳钢或低合金钢使用温度可能低于脆性转变温度时,材料的韧性将急剧降低。

为了防止储罐发生脆性破裂,美国埃索石油公司进行过系统的研究,并在此基础上提出了防止脆性破裂的标准,即对不同亳料提出了冲击韧性的要求值,见表1-13。

表1-13 美国埃索石油公司对储罐用钢材夏比V形缺口冲击试验的要求

在15年中按这种要求建造的儿百个储罐,没有发生局部或严重的脆性破坏事故,而未按这种要求建造的储罐则不时发生脆性破坏。

荷兰壳牌石油公司提出,对于厚度木小于3/4in(19 mm)的低碳钢罐壁钢板,在最低温度下;V形缺口冲击韧性值不得低于20ft·lb(3.5kgf·m/cm2)。

该公司在欧罗巴港建造的十万立方米跟油罐,罐壁材料采用St52钢板,最小屈服点为36kgf/mrn2,抗拉强度为52~62kgf/mm2,最小伸长率为22%(l=5d),屈强比≤0.75,但5%的板材可到0.98,全部材料为镇静钢,而且经过正火处理,该公司对这种钢板要求在-10℃下沿纵向作三个V形缺口并击试验,要求其平均值不小于6.9 kgf·m/cm2,'任试验冲击值不小于5.2 kgf·m /cm2,英厨油罐标准BS-2664中对不同强度级别和不同厚度的钢材规定了缺口韧性的具体要求。

近年来,随着储罐的大型化,要求罐璧钢板越来越厚。受最大板厚限制,在最经济的罐高和罐径比的情况下,低碳钢油罐的最大容量只能达50000~60000 m3左右。因此,近年来储罐用高强度钢有了很大的发展。它可分为两类:1)细晶粒正火钢;2)调质钢(经淬火加回火)。这两种高强钢的共同特点是,由于碳当量超过一定值对缺口韧性及可焊性产生有害作用,这可以通过严格控制碳当量含量来改善现场的焊接性能。两类钢中碳都不应超过0.2%(正火钢的碳当量一般较调质钢略高一些)。通过严格控制夏比V形冲击韧性值,来保证厚板有足够的缺口韧性。目前西欧一些国家建造大型储罐多采用正火钢,如ST52Nb(此种钢的抗拉强度和屈服限与我国的16MnR钢相近)。采用ST52钢建造储罐,可比中碳钢降低造价约10%。日本建造大型储罐则多采用调质钢,如 WEL-TEN60钢,这种钢是以HW60钢为基础发展起来的;为了保证建造大型油罐用的钢材有较好的焊接性能和缺口韧性,日本东洋加热公司对此种钢提出了附加要求,而满足附加要求的HW-50 钢称为WEL-TEN60钢(新日铁牌号,抗拉强度70kgf/mm)。对于冲击值,试件尺寸按JIS4-号的规定,0℃时3个V形夏比试件的平均冲击值不得小于10 kgf·m,单个试件的最小冲击值不得低于4.8 kgf·m。但日本只许使用高强度钢板标准中抗拉强度最低值50~60 kgf/mm2左右的高强度钢,超过70 kgf/mm°的高强度钢不能使用,这是由于已经证实这些高强度钢受到一般硫化物腐蚀之后,产生应力腐蚀裂纹,并且也因为在罐壁和罐底的角焊缝处,由于贮液压力会产生应力应变,把该部位的设计应力提高到目前广泛采用的50~62 kgf/mm2高强度钢的强度之上,还没有把握。

目前国内储罐用钢材采用普通碳素钢(A8F、A3、A3R)和普通低合金钢(16Mn 16MnR15MnVR),为了合理地使用钢材,扩大其使用范围,我国石油部炼厂设计标准规定。钢板的最低设计温度与相应的许用最大板厚及要求的基本保证性能见表1-14。

表1-14 最低许用金属温度和相应的罐体用钢板许用最大板厚

钢板的机械性能见表1-15。

表1-15 钢板机械性能值表

考虑到普通低碳钢强度较低,钢板愈薄,韧性愈好,因此只有在建罐地区的最低日平均温度低于-20℃时,才对厚度在12 mm以上的钢板进行冲击韧性试验。

根据国内外建造大型储罐的工程实践:准储罐塞选材上,从制造及经济合理性考试,对于由强度计算决定的罐壁厚度,材料的屈服强度应不低于35kgf/mm2级。考虑到材料的强度越高,屈强比也随之升高,且缺口韧性较难保证,在设计和施工制造方面都带来不少问题,因此屈服强度目前可控制在50 kgf/mm°级较为适宜。对于屈服强度在85kgf/mm2以上的材料,不管其厚度如何,均应进行冲击韧性试验。

屈强比应尽量控制在0.75 以下,最大屈强比大于0.75时应慎重考虑,但无论如何不能超过0.8。

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