大型储罐罐体用高强度钢板的技术分析

赵永福 张兆生 姜力 刘路遥 (新疆石油勘察设计研究院 新疆 834000）

1、大型储罐壁板用材的基本要求

大型储罐壁板用材的基本要求是强度、可焊性和冲击韧性。

1.1 强度

钢板的强度包括抗拉强度和屈服强度。由于外浮顶储罐的操作温度在90℃以下，因此其壁板用材强度大多是常温下的强度。钢板的强度是决定罐壁厚度大小的力学性能指标。储罐特别是大型储罐是消耗钢材较多的设备，而罐壁的重量在储罐总重量中占的比重较大（约50%～60%），采用高强度钢在适当高径比要求下能节约投资。正火钢热处理方法简单，材质均匀；调质钢热处理工艺较复杂，但强度比正火钢高，V型缺口冲击功也较高，能使罐壁减薄，反之又能改善焊接性能。

1.2 可焊性

钢板的可焊性一般用两个指标来控制，一是碳含量或碳当量，二是热影响区的硬度。第一个指标取决于钢材的化学成分。一般碳钢以碳含量，低合金钢以碳含量或碳当量Ceq把钢的化学成分对钢淬硬性的影响折算成碳的影响来估价可焊性。当碳钢、低合金钢的碳含量＜0.25%，应限定其Ceq＜0.45%，可焊性良好。当碳钢的含碳量＞0.4%，低合金钢的含碳量＞0.38%，淬裂倾向性大，可焊性不好。所谓淬裂倾向性大是指钢材焊接时，焊接热影响区被加热至Ac3以上，快速冷却（如空冷）后会被淬硬，钢材含碳量或碳当量越高，焊接热影响区的硬化与脆化倾向越大，在焊接应力作用下容易产生裂纹的倾向性越大。

1.3 冲击韧性

大型储罐破坏造成灾难性后果的往往是罐体的脆性破坏。冲击功Akv是防止大型储罐脆性破坏的一个重要数据。钢材的韧性与材料的强度、钢板的厚度以及使用温度等有关。一般来说，材料的强度等级越高，需提供的韧性指标越高。温度越低，材料能够提供的韧性指标越低。板材厚度的增加促使产生脆性断裂。

世界各国对罐壁用钢板冲击韧性的要求大致相同，美国API650采用钢种分类图示法，日本JIS B8501采用列表法，限制不同钢种在不同厚度下的使用温度。英国油罐规范BS 2654根据强度等级将材料分三类，根据材料不同的强度等级，按厚度来确定冲击功值。

2、大型储罐壁板最大厚度限制

大型储罐壁板最大厚度的限制是由下面两个因素引起的。目前对储罐大型化还没解决热处理的问题，钢材强度的增加往往会影响到钢材的可焊性和容易产生脆性破坏。为此只有限制壁板的厚度以确保储罐的安全运行，最大板厚的限制是各国按其生产的钢材和施工经验提出来的。

美国规范API650-1998，规定壁板的最大允许厚度为1.75英寸 （约45mm）；日本规范JIS B8501-1995规定高强度钢为45mm。API650-1998罐壁用钢板最大屈服强度为60000磅/平方英寸（约合420MPa），日本油罐使用的高强度钢最大屈服强度为490MPa。

GB50341-2003规定罐壁钢板的使用厚度不得大于45mm，与美国、日本规范的要求一致。但国产高强钢WH610D2（12MnNiVR），GB50341规定其最大使用厚度不超过34mm，当通过论证及严格的工艺评定后，再适当提高。

3、国内外高强钢板

国产大型储罐用高强度钢板研发和使用情况

自从80年代初引进日本10×104 m3原油储罐技术以来，我国大型油罐用钢板及焊接施工技术基本上是沿用日本的技术标准，致使近20年大型油罐用高强度钢板基本上采用日本钢板。

随着我国石油储备基地项目的实施，高强度钢板大量需求，国内几家钢厂也相继开发研制了原油储罐用抗拉强度610MPa级大线能量焊接用高强度钢。目前国内研发的大型油罐用高强度钢板品种有08MnNiVR、12MnNiVR、08MnNiMoVR。

我国自主生产的可用于石油原油储罐的大线能量焊接用高强度调质钢板，可以满足大型储罐的使用要求。自2005年以来已经有大部分10×104 m3原油储罐开始使用国产高强度钢板。

4、结语

国产高强度钢板的力学性能和可焊性能已经达到了设计、建造要求，主要技术性能优于日本SPV490Q高强度钢板，可以应用到大型储罐建造。P、S含量和冲击试验温度低于日本的板材，尤其是08MnNiVR板材的P、S含量更低，低温冲击功是其他板材的2.13倍，板材质量优于其它板材。

[1]武汉钢铁(集团)公司主编.GB 19189-2003《压力容器用调质高强度钢板》.北京：中国标准出版社，2003

[2]美国石油协会标准 API650.《Weldel steel Tanks for Oil Storage》.北京：兵器工业出版社，2003

[3]日本工业标准JIS B 8501.《焊接的钢制石油贮罐》，1995