低温储罐焊接分析.DOC

低温储罐焊接技术分析 (陕西建工安装集团有限公司 西安市阎良区 710089 刘仲民) 摘 要： 本文针对低温储罐焊接，分析了储罐设计用钢的组织特点和焊接热循环中材料组织状态的转变以及对罐体低温冲击韧性的影响，正面提出了焊接要求和工艺原则，侧面从焊接理论角度，分析、论述，并深入到断裂力学，进一步研究了低温罐的焊接问题。 关键词： 大型低温储罐 低温用钢 焊接接头 断裂力学 0 概述 随着新能源结构的不断调整和变化，考虑到这些巨量能源开发后的储存和运输，势必会带来新的问题——原有物流仓储业的膨胀与发展。由于我国原有多以球罐群为主的高压力、较高的焊接应力和残余应力、高危险且属于小容量原料储存方式的实际国情，已相当的落后，这远远不能满足国家新型能源发展战略的实际需求，因此，必须兴建大型低温储库，以克服球形储罐盛装低温液体的不稳定性的弊端，并在日后逐步取代之。所谓低温储存就是将物料冷冻到其沸点以下，以液态常压形式保存物料。其突出的优点是安全、占地面积小、单位容量大、建造成本低。很明显，储罐安全，乃成为首要的问题。除从结构安全因素考虑外，其次，其材料的选择和焊接质量的控制等方面，也无疑是非常重要的环节。 本文就大型低温储罐的焊接，从材料、工艺、显微组织特征及焊接热循环诸方面做简要的探讨。 1 低温罐类型 国内大型低温储罐的建造主要依靠德国和英国，现在，随着低温罐技术国产化日趋成熟，大型低温储罐是低温储存系统的核心设备。目前国内大型低温储罐按储存介质，主要分为①液氨储罐；②液化石油气储罐；③丙烯储罐；④乙烯储罐；⑤液化天然气储罐等几种类型。 2 低温储罐用钢 低温钢基本上属于合金钢范畴。依靠德国技术，进口美国低温钢Ni9和Ni3.5等低温钢钢材，并采用德国（TGE燃气公司）、英国（康泰斯低温罐）设计技术，长期以来受到脱硫、磷水平的限制，国产低温钢焊后的低温性能极不稳定，相关的资料也比较少见。近年随着冶金技术的提高，低温钢获得了一定的发展。相继开发出了09MnNiDR、12MnNiVR、15MnNiDR、10Nil4、12Nil4及t3MnNi63等钢种。一些已列入了必威体育精装版国家标准中。其中，09MnNiDR已成功应用。 在我国，对于3.5Ni、5Ni、9Ni进口钢等，至今仍尚未建立相应的国家标准。而国外的低温储罐用钢已经形成系列化和标准化。其中，最具代表性及权威性的一直是英国和德国、美国等西方发达国家，独占市场。目前，大型低温储罐的设计和建造标准是：英国BS7777（低温工作条件下的立式平底圆筒形储罐）、美国APl620(美国石油协会标准)，这些国家，在设计建造低温罐当中，早就积极全面地引用了这些低温钢材料标准。 为了实现国际技术国产化，我国设计的低温罐使用石油行业标准《大型焊接低压储罐的设计与建设》（SYT0608-2006），其中，使用了具有良好低温力学性能、耐腐蚀、耐酸等优势的不锈钢：304L/304奥氏体不锈钢，如，常压乙烯储罐、LNG罐。根据使用温度的不同（设计上，可满足-196℃苛刻的恶劣工况，而LNG低温罐实际使用服役工况，往往却在-169—153℃左右），也经常被设计在低温罐方面。逐渐实现了建造低温罐技术国产化，主要是降低进口钢材和焊材的巨大费用。 2．1 低温钢的组织和性能 了解低温钢的组织和性能，有助于制定最合理的焊接工艺措施。任何钢种，其组织与性能都取决于化学成分和热处理状态。钢的组织状态的变化，一般应用其连续冷却转变图分析，不同的冷却速度将获得不同组织结构。在低温钢中，Mn和Ni为固溶强化元素，同时有稳定奥氏体γ相的作用，Mn和Ni的增加，将促进马氏体的转变。Ni是强烈改善低温韧性的元素，在与焊接材料的匹配中，溶敷金属含有一定的Ni是非常重要的。Mo和Cr显著提高钢的强度，倾向于促进贝氏体的形成，Mo同时有很强的细化晶粒的能力，改善钢的综合性能。V和Nb是弥散分布碳化物和氮化物的形成元素，以另一种形式细化晶粒并提高钢的强度。实践证明，微量的V可显著改善焊缝热影响区的低温韧性。奥氏体晶粒度的大小直接影响珠光体的转变，提高奥氏体化的温度有利晶粒变细，减慢珠光体的转变。因此，在淬火或正火处理时，加热温度一般比Ac3高出30～50℃，以获得较细的晶粒度。 在焊接条件下，热影响区最高加热温度可达1250～1400℃，晶粒将显著变粗，冲击韧性下降，分析焊接热循环对性能的影响意义重大。从显微组织来看，低碳(≤0．20％)回火马氏体具有最佳的综合性能，其次就是贝氏体组织。它们强度好、冲击韧性高。钢板的调质目的就是获得这样的组织结构。有所不同是，一100℃以下使用的低温钢，基本上依靠合金元素来获得优良的低温性能。但其热处理的条件也更加苛刻，如俗称的三级调质(中间加700℃回火