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石油储罐工程用高强度钢研究和应用进展

一：石油储罐工程用高强度钢特点

我国已使用日本不同钢铁企业生产的610MPa高强度钢板建设了10~15万m3不同容积石油储罐，使得国内

油罐设计和施工企业对应用日本钢种性能、加工、焊接等积累了较丰富的经验。国内武汉钢铁集团公司生

产的WH610D2大线能量焊接高强度钢板，并进行了较深入的理论研究，仅在北京燕山石化建造了4台10万

m3储罐，积累的设计、施工、应用经验还较少。舞阳钢铁公司虽生产了WY610D钢板，但无应用业绩。

目前，我国大规模建造的10~15万m3的储罐，主要选用屈服强度490MPa，抗拉强度610MPa的大线能量焊

接高强度调质板。610MPa级可以建造的储罐容积最大为17.5万m3。在不远的将来，我国将建造20或30

万m3石油储罐，610MPa钢已不能满足要求，需要强度级别更高690MPa或780MPa的大线能量焊接高强度

调质板。日本已经开发成功此类钢，并有应用实例，目前我国仍未开展此类钢种的开发，需及早开始研制。

为了降低材料成本，油罐用钢量主要采用高强度调质板。如用屈服强度490MPa的大线能量焊接钢替代屈服

强度350MPa的16MnR制造储罐，壁厚可以减薄25%~30%。为了降低制造成本，主要通过提高焊接效率，如

底板焊接时在焊缝中添加铁粉或碎焊丝，壁板施工中主要采用大线能量的气电立焊和埋弧焊横焊工艺。因

此，石油储罐用高强度钢应满足：

（1）满足力学性能指标要求（高屈服和抗拉强度、高韧性、高均匀性和稳定性等），一般采用调质钢。

（2）必须适应大线能量焊接，采用10kJ/mm的大线能量焊接后，其HAZ塑韧性不明显降低，接头的力学

性能达到与母材相同要求。因此，石油储罐用钢又称为大线能量焊接钢。

（3）为了适合现场焊接，焊接前不需要预热，焊后不产生焊接冷裂纹。此类钢又称为低裂纹敏感性系数钢。

由此可知，石油储罐用钢主要特点就是在满足力学性能要求前提下，具有适应大线能量焊接和低裂纹敏感

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的特性石油储罐用钢不同于制造球罐用CF钢。石油储罐用钢必须适应大线能量焊接要求，且储罐通常不

需要进行焊后整体热处理（有时仅进行局部焊后热处理）；CF钢虽然具有低裂纹敏感性，但通常不能适合

大线能量焊接。用于制造球罐时，需要满足焊后整体热处理的要求，即无SR再热裂纹倾向

二:石油储罐用钢的成分设计和生产工艺特点

1合金成分设计特点

为了满足力学性能要求，并保证组织、性能的均匀性和稳定性，通常石油储罐用高强度钢为调质状

态交货。一般采用不同的合金元素，利用固溶、相变和少量析出相等不同强化机制满足高强度要求。主要

采用合理的成分设计、组织细化技术、强韧匹配等满足高韧性要求。利用调质热处理达到组织和性能的均

匀化。主要是通过合理的成分设计，尤其是碳当量控制、微量元素添加、冶炼成分控制和组织控制达到焊

接性要求，实现大线能量焊接和低焊接裂纹敏感性满足大线能量焊接主要采用冶炼和高温形成的铝、钛、

钒、铌氮化物相，阻止焊接热影响区的晶粒长大和防止M-A组元的形成。低裂纹敏感性主要采用控制碳当

量和降低裂纹敏感系数

综上，石油储罐合金系统的设计需要考虑的因素有：降低成本、满足力学性能要求、适应冶炼、轧

制和热处理工艺、焊接性等。表2为日本JFE生产的610MPa强度级别的调质板的化学成分。适合建造石

油储罐的钢是JFE-HITEN610E大线能量焊接钢其不同于普通JFE-HITEN610高强度调质钢之处，在于明显

降低了碳含量（由0.16%降低到0.009%）和裂纹敏感系数(由0.26降到0.20以下)；与焊接性好可低温使

用高强度钢JFE-HITEN610U1、U2、U2L相比，主合金元素无明显差异，但实物中的微量元素有差异，在产

品标准中通常体现不出来，属于企业的技术秘密

2大线能量焊接钢的生产工艺

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