JFE-HITEN 610U2L是日本JFE公司在JFE-HITEN 610U2常温钢基础上发展的新钢种,属于-50℃低温压力容器用钢,主要用于大型低温球罐的 建造。该钢板主要采用低C低Pcm值的微量合金化技术和控制较低温加热-低温轧制DQ+T( 直接淬火+回火)工艺,从而获得细小的低C贝氏体和高强度及低温韧性。该钢于2003年首次应用于扬子石化-巴斯夫有限责任公司设计温度为-48℃的2500m3丙烯球罐。通常球罐在定期检验中,可能发现各种类型的超标缺陷,国内通常采用CVDA—1 984《压力容器缺陷评定规范》对其进行安全评定,而该规范是以断裂力学为基础而制定的。为此,国内有关单位按该规范的要求,对50mm厚JFE-HITEN 610U2L钢焊接接头分别在焊态和经两次SR处理状态下进行了低温断裂韧性试验,本文着重介 绍其试验过程,为其投用后的检验及安全评定提供借鉴。1试验材料1·1钢板表1,2为试验用 钢板化学成分、力学性能的技术要求及质量证明书的数据。1·2焊条试验用LB-62L焊条为 日本神户制钢所焊接公司茨木工厂生产。其熔敷金属化学成分、SR处理性能的技术要求等分别见表3,4。2试板焊接为摸拟球罐实际状况,焊接接头低温断裂韧性试验用试板是采用50mm厚JFE-HITEN610U2L钢板不对称X型坡口横向对接焊。为了较准确地测定焊接热 影响区的低温断裂韧性,特制作了部分对称K型坡口横向对接焊试板(仅限SR处理状态)。焊条分别采用Φ3·2mm(打底焊)及Φ4·0 mm LB-62L焊条,该焊条经400℃×1 h烘干。焊前预热温度≥100℃,层间温度控制在100~160℃范围内,焊接线能量控制在24·5~30·0 kJ/cm之间。表1试验用JFE-HITEN 610U2L钢板的化学成分(熔炼分析)(%)项目C Si Mn P S Ni Cr Mo V NbPcmCeq技术要求≤0·09 0·15~0·40 1·20~1·60≤0·015≤0·005 0·30~0·60≤0·30≤0·30 0·20~0·06≤0·03≤0·20≤0·450497KG168-10·06 0·22 1·32 0·007 0·001 0·41 0·26 0·16 0·05 0·022 0·18 0·39注:Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo /15+V/10+5B(%);Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+ Mo/4+V/14(%);Cu≤0·30%,实际Cu含量为0·26%。表2试验用NK-HITEN610U2L钢板的性能项目状态取样方向及部位拉伸试验冲击试验Rm(MPa)ReL(MPa )A(%)试验温度(℃)AKV(J)平均值单个值冷弯试验技术要求调质横向,1/4t≥490610~710≥20-50≥100≥70d=3a,180°0497KG168-1调质横向,1/4t584 670 29*-50 316 317 315调质+580℃×4 h,SR处理横向,1/4t599 679 29*-50 250 247 222合格注:JIS Z№·4试样。表3 LB-62L焊条熔敷金属的化学成分(%)化学成分C Si Mn P S Ni Mo Ti B技术要求≤0·10≤0·60 1·00~1·60≤0·020≤0·015 2·00~2·75 0·13~0·25≤0·03≤0·0025A321S(炉批号)0·08 0·30 0·88 0·009 0·004 2·37 0·11 0·022 0·0012表4 LB-62L焊条熔敷金属的力学性能项目试样状态拉伸试验冲击试验技术要求经580℃×4 hRm(MPa)ReL(MPa)A**(%)试验温度(℃)冲击功AKV(J)平均值单个值≥490 610~710≥20-60≥47≥33A321S*605℃×1 h 535 630 30**-60 98 93 119注:(1)焊接参数:电流种类为AC,焊接电流为170 A,电弧电压为20 V;(2)JIS Z№·A1试样。3试板焊后热处理考虑到球罐设计技术条件规定:受压元件与球壳板组焊后分别在制造厂和安装现场进行两次SR处理,故本试验采用试板焊后经580±15℃×2 h两次SR处理,其400℃以上的加热、冷却速度均为50℃/h。4焊接接头断裂韧性测定分别 采用了裂纹尖端张开位移(CTOD)和延性断裂韧度JIC(J积分)方法进行断裂韧性试验。CTOD及J积分试验均采用三点弯曲试样,其试样的尺寸、制取、加工及试验分别按GB/T2358—1994《金属材料裂纹尖端张开位移试验方法》和GB/T2038—1991《金属材料延性断裂韧度JIC试验方法》的有关规定进行。分别采用全板厚试样(40 mm×40 mm×200mm)和标准试样(20 mm×40 mm×200 mm)进行试验。全板厚试样(每组3个试样)用于测定焊接接头-50,-60℃的δC(脆性启裂CTOD值,即稳定裂纹扩展量Δa≤0·2 mm脆性失稳断裂点或突进点所对应的CTOD值);标准试样用于多试样法(每组7~8个试样) 测定焊接接头-50℃的CTOD及J积分阻力曲线。上述全部试样的线切割加预制疲劳裂纹约为20mm。断裂韧性试验在INSTRON 1251材料试验机上进行,试验时加载跨距均为160 mm。4·1焊接接头低温cδ的测定采用全板厚试样分别在-50,-60℃测定的焊态和两次S R处理焊接接头的δc见表5~7。4·2焊接接头低温断裂韧性阻力曲线测定采用标准试样按GB/T2358—1994及GB/T2038—1991规定的多试样阻力曲线法,在-50℃测定焊态 和经两次SR处理钢材焊接接头的断裂韧性,试验数据采用三参数曲线拟合后的CTOD(δR— Δa)阻力曲线和采用最小二乘法线性回归J积分(JR—Δa)阻力曲线。表5焊缝金属的δc 值状态试验温度(℃)试样编号B(mm)W(mm)a(mm)P(kN)δC(mm)焊态-50WM-139·99 40·14 19·04 104·90 0·068WM-2 40·22 40·11 19·44 87·90 0·050WM-5 39·95 40·12 18·97 125·40 0·096-60WM-6 39·96 40·12 19·78 88·80 0·055WM-8 40·02 40·14 19·63 97·10 0·064WM-9 39·98 40·12 19·69 98·40 0·066经580±15℃×2 h,两次SR处理-50SM-1 40·20 40·14 19·41 111·30 0·080SM-3 40·06 40·11 19·49 111·30 0·082SM-6 40·19 40·16 19·46 98·40 0·063-60SM-7 40·15 40·12 19·51 104·30 0·072SM-8 40·10 40·10 19·71 101·40 0·070SM-10 39·97 40·08 19·77 93·80 0·061表6不对称X型坡口试板焊接热影响区的δc值状态试验温度(℃)试样编号B(mm)W(mm)a(mm)P(kN)δC(mm)焊态-50WH-1 40·12 40·25 19·78 89·50 0·054WH-2 40·20 40·19 18·65 118·90 0·081WH-3 40·27 40·20 19·66 91·70 0·056-60WH-4 40·18 40·16 19·12 102·50 0·065WH-5 40·22 40·16 19·22 108·70 0·074WH-6 40·18 40·29 19·09 99·00 0·059经580±15℃×2 h,两次SR处理-50SH-1 40·09 40·02 19·39 113·40 0·084SH-2 40·07 40·03 20·68 84·70 0·058SH-3 40·01 40·01 20·48 89·50 0·063-60SH-4 40·04 39·97 19·63 94·10 0·061SH-5 40·05 40·13 19·89 91·70 0·059SH-6 40·11 40·03 19·77 95·20 0·063表7对称K型坡口试板焊接热影响区两次SR处理的δc值状态试验温度(℃)试样编号B(mm)W(mm)a(mm)P(kN)δC(mm)经580±15℃×2 h,两次SR处理-50KH-1 39·93 39·99 19·44 102·50 0·070KH-2 39·95 39·95 19·12 109·60 0·076KH-3 40·04 40·03 20·68 82·90 0·055-60KH-4 39·97 40·06 19·39 87·30 0·050KH-5 39·84 40·02 19·67 88·40 0·054KH-6 39·99 39·97 19·31 92·40 0·0565结语按CVDA—1984的有关要求,对试验用50 mm厚NK-HITEN 610U2L钢板及其焊接接头进行了低温断裂韧性(CTOD及J积分)试验,可为该类丙烯球罐 建造投用后的检验及安全评定提供技术参数和技术依据。JFE-HITEN610U2L钢焊接接头断裂韧性试验@宋宏林$天津大学化工学院!天津300072
@王军$天津大学化工学院!天津300072
@雷强$中国石油兰州石化公司!甘肃兰州730060JFE-HITEN 610U2L属于-50℃低温压力容器用钢,介绍了对50 mm厚JFE-HITEN610U2L钢焊接
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