- GB 50341-2014 立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范
- 中國石油天然氣管道工程有限公司主編
- 4887字
- 2022-07-12 16:48:52
4.2 鋼板
4.2.1 鋼板的標準及使用范圍應符合表4.2.1的規定
表4.2.1 鋼板使用范圍

續表4.2.1

本條規定了油罐用鋼板的標準及使用范圍,本條中表4.2.1對油罐用鋼板的鋼號、標準、許用溫度及許用最大厚度進行了具體規定。
因現行國家標準《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB 713—2008是在國家標準《鍋爐用鋼板》GB 713—1997和《壓力容器用鋼板》GB 6654(2003年報批稿)基礎上制訂的新標準,從而代替了國家標準《鍋爐用鋼板》GB 713—1997和《壓力容器用鋼板》GB 6654—1996。故本條表4.2.1中引用的壓力容器用鋼板標準取消了《壓力容器用鋼板》GB 6654—1996,采用了現行國家標準《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB 713。
原規范表4.2.1中油罐用碳素鋼和低合金鋼鋼板列有12個鋼號。根據美國標準《焊接石油儲罐》API 650中第4.1.1.2款關于油罐用鋼不允許使用沸騰鋼或半鎮靜鋼的有關規定,同時考慮到鋼板的應用業績、許用應力、供應情況及性能要求等方面的因素,取消了Q235-A.F、Q235-A、07MnNiCrMoVDR、Q345-B和Q345-C 等5個鋼號。按現行國家標準《碳素結構鋼》GB/T 700—2006的規定,將Q235-B及Q235-C鋼號分別改名為Q235B和Q235C;按現行國家標準《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB 713—2008的規定,將20R、16MnR和15MnNbR等3個鋼號分別改名為Q245R、Q345R和Q370R。本次修訂后本章共列有Q235B、Q235C、Q245R、Q345R、Q370R、16MnDR和12MnNiVR等7個鋼號。
鋼板的“許用溫度”應包括許用溫度的上限溫度和下限溫度,本條表4.2.1中的許用溫度為許用溫度的下限值。現行國家標準《壓力容器 第2部分:材料》GB 150.2—2011中已明確規定Q245R、Q345R、Q370R和12MnNiVR等鋼號的使用溫度下限為-20℃,因此本條將上述4個鋼號的許用溫度均由“>-20℃”修訂為“≥-20℃”。同時也將16MnDR鋼板的許用溫度由“>-40℃”修訂為“≥-40℃”。此外,考慮到Q235B和Q235C鋼板的許用溫度已有多年的工程使用經驗,故仍維持原規范中的規定。
原規范中鋼板的“許用最大厚度”2003版是參照國家標準《鋼制壓力容器》GB 150—1998第10章“制造、檢驗與驗收”及附錄C(標準的附錄)的規定:對于碳素鋼厚度大于32mm(如焊前預熱100℃以上時,厚度大于38mm)、16MnR厚度大于30mm(如焊前預熱100℃以上時,厚度大于34mm)以及鋼板厚度大于16mm的碳素鋼和低合金鋼制低溫壓力容器或受壓元件應進行焊后熱處理,故在原規范表4.2.1中將20R、16MnR、15MnNbR及12MnNiVR鋼板的許用最大厚度規定為34mm,而將16MnDR鋼板許用最大厚度規定為16mm。本條依據現行國家標準《壓力容器 第4部分:制造、檢驗和驗收》GB 150.4—2011中表5“需進行焊后熱處理的焊接接頭厚度”的規定:焊接接頭厚度大于32mm(若焊前預熱100℃以上時,焊接接頭厚度大于38mm)的Q245R、Q345R、Q370R和12MnNiVR鋼制壓力容器以及焊接接頭厚度大于25mm的16MnDR鋼制低溫壓力容器應進行焊后熱處理,并與本規范第4.2.2條表4.2.2“鋼板許用應力值”中規定的鋼板厚度統一,將本條表4.2.1中Q245R、Q345R和Q370R鋼板許用最大厚度均由34mm修訂為36mm。
參照美國標準《焊接石油儲罐》API 650中關于A516 Gr.70和A662 Gr.C鋼板的許用最大板厚均為40mm(1.5in.)的有關規定,考慮到A516 Gr.70和A662 Gr.C與16MnDR鋼板的強度指標及沖擊試驗溫度(-40℃或-50℃)相當,且16MnDR鋼板的沖擊功指標還高于上述兩個鋼號,故將16MnDR鋼板許用最大厚度由16mm修訂為36mm,以解決在我國寒冷地區建造5×104m3原油儲罐的需求。
考慮到現行國家標準《碳素結構鋼》GB/T 700—2006中規定Q235B和Q235C鋼板的沖擊試樣為縱向取樣且對其未規定超聲檢測要求,故將原規范中規定的Q235B和Q235C鋼板許用溫度下限為0℃時的許用最大厚度24mm和30mm分別修訂為20mm和24mm。
目前采用12MnNiVR鋼板大量建造10×104m3雙盤式浮頂原油儲罐的最大罐壁板(底圈罐壁板)厚度為32mm,12.5×104m3雙盤式浮頂原油儲罐的最厚罐壁板(底圈罐壁板)厚度為37mm,15×104m3雙盤式浮頂原油儲罐的最厚罐壁板(底圈罐壁板)厚度為40mm;國外同類鋼板SPV490在國內建造15×104m3雙盤式浮頂原油儲罐的最厚罐壁板(底圈罐壁板)厚度為42mm,在國外建造20×104m3雙盤式浮頂原油儲罐的最厚罐壁板(底圈罐壁板)厚度為45mm,且已安全運行多年。而我國在已完成的20×104m3儲罐設計技術研究成果中底圈罐壁板厚度為45mm的12MnNiVR已達到國產化技術要求,同時考慮到現場焊接質量的保證等因素,故將12MnNiVR鋼板許用最大厚度定為45mm。
本條對原規范表4.2.1中的鋼號、鋼板標準及使用范圍進行了修訂,其中現行國家標準《碳素結構鋼》GB/T 700—2006中規定的Q235系列鋼號的鋼板標準應按現行國家標準《碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋厚鋼板和鋼帶》GB/T 3274—2007的規定,故在標準欄中取消了GB/T 700。因取消了Q235-A.F鋼號,從而取消了原規范表4.2.1中注1,同時因Q370R的許用最低溫度為-20℃,如降低至-25℃不太合適,故取消了原規范表4.2.1中注2,同時取消了表中備注欄。
4.2.2 鋼板的許用應力值選取應符合表4.2.2的規定。
表4.2.2 鋼板許用應力值

續表4.2.2

注:中間溫度的許用應力值可采用線性內插法計算。
4.2.3 未列入本規范表4.2.2中的鋼板的許用應力值應符合下列規定:
1 當選取符合本規范要求的碳素鋼和標準屈服強度下限值小于或等于390MPa的低合金鋼鋼板時,應取設計溫度下2/3標準屈服強度下限值;
2 當選取符合本規范要求的標準屈服強度下限值大于390MPa的低合金鋼鋼板時,應取設計溫度下60%標準屈服強度下限值。
本條是將原規范第4.2.2條拆分為兩條,而成為新增條款。本條規定了表4.2.2中未列入的鋼板的許用應力值的選取原則。
原規范第4.2.2條中僅規定了碳素鋼和低合金鋼鋼板的許用應力值“應取設計溫度下2/3倍標準規定的最低屈服強度”,且鋼板設計溫度下的屈服強度下限值均按國家標準《鋼制壓力容器》GB 150—1998附錄F(提示的附錄)“鋼材高溫性能”選取,而碳素鋼和低合金鋼的鋼管、鍛件及螺栓鋼號的許用應力值則均參照國家標準《鋼制壓力容器》GB 150—1998第4章“材料”中相應鋼號的規定進行選取。因此,鋼板許用應力的選取是本規范征求意見時反映最為突出的問題,經送審稿研討會中專家反復討論后確定鋼板許用應力的選取原則如下:
(1)鑒于多年來原油儲罐工程應用實踐經驗,對于符合本規范要求的碳素鋼和標準屈服強度下限值小于或等于390MPa的低合金鋼鋼板的許用應力值取設計溫度下2/3標準屈服強度下限值是合適的。
(2)考慮到標準屈服強度下限值大于390MPa的低合金鋼鋼板因屈強比較高(如12MnNiVR鋼板標準屈服強度下限值490MPa與抗拉強度下限值610MPa之比為0.803,實際鋼板的屈強比可達到0.90,少數鋼板的數值可能更高),影響原油儲罐的使用安全性,故對符合本規范要求的標準屈服強度下限值大于390MPa的低合金鋼鋼板的許用應力值,取設計溫度下60%的標準屈服強度下限值。
(3)對符合本規范要求的碳素鋼和低合金鋼鋼板在設計溫度下的屈服強度下限值參照美國標準《焊接石油儲罐》API 650中有關屈服強度降低系數的規定進行計算(詳見表5)。由表5采用線性內插法求得的100℃及250℃下屈服強度降低系數見表6。
表5 API 650規定的設計溫度下屈服強度降低系數

注:中間溫度的屈服強度降低系數可采用內插法計算。
表6 本規范規定的設計溫度下屈服強度降低系數

注:中間溫度的屈服強度降低系數可采用內插法計算。
另外,值得提出的是,現行國家標準《碳素結構鋼》GB/T 700規定,Q235系列鋼板的屈服強度采用的是上屈服強度ReH(試樣發生屈服而首次下降前的最高應力),而不是下屈服強度ReL(在屈服期間不計初始瞬時效應時的最低應力)。通常金屬材料的上屈服強度ReH應高于下屈服強度ReL,參照現行國家標準《壓力容器 第2部分:材料》GB 150.2—2011附錄D(規范性附錄)對Q235系列鋼板的使用規定,Q235系列鋼板的上屈服強度ReH比下屈服強度ReL高10MPa。因此,本條表4.2.2中對Q235B和Q235C鋼板不同厚度下的室溫屈服強度均采用了下屈服強度ReL,且比現行國家標準《碳素結構鋼》GB/T 700規定的上屈服強度ReH相應降低了10MPa。
本條表4.2.2中的鋼號及其許用應力值按上述進行了修訂。原規范表4.2.2中20R和16MnR鋼板的使用狀態因按《壓力容器用鋼板》GB 6654—1996印刷錯誤而寫成熱軋、正火、控軋式正火,現按現行國家標準《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB 713—2008的規定將Q245R及Q345R鋼板的使用狀態修訂為熱軋、控軋或正火。此外,根據現行國家標準《碳素結構鋼》GB/T 700—2006的規定將Q235系列鋼板的標準抗拉強度下限值由375MPa修訂為370MPa。同時為使鋼板厚度與表4.2.1相協調,將Q235B和Q235C鋼板的許用厚度由24mm和30mm 分別修訂為20mm和24mm。
4.2.4 罐壁鋼板的使用厚度應符合本規范的規定,且鋼板名義厚度不得大于45mm。
本條維持原規范的規定,僅將“且不得大于45mm”修改為“且鋼板名義厚度不得大于45mm”。本條制訂的依據是參照美國標準《焊接石油儲罐》API 650中第4.2.1.4款的相關規定。
4.2.5 油罐的設計溫度低于-10℃時,厚度大于20mm的Q245R鋼板和厚度大于30mm的Q345R鋼板應在正火狀態下使用。
原規范第4.2.4條規定“鋼板厚度大于30mm的20R、16MnR,應在正火或控軋式正火狀態下使用”的條文是按《鋼制壓力容器》GB 150—1998的相關要求編制的,而現行國家標準《壓力容器 第2部分:材料》GB 150.2—2011中規定:用于殼體的厚度大于36mm的Q245R、Q345R應在正火狀態下使用。為此,修改了原規范中第4.2.4條的規定。
本條依據現行國家標準GB 150.2—2011中表4“鋼板的使用溫度下限”的規定,將原規范中第4.2.4條修訂為:設計溫度低于-10度,厚度大于20mm的Q245R鋼板和厚度大于30mm的Q345R鋼板應在正火狀態下使用。
4.2.6 凡符合下列條件的鋼板,應逐批取樣進行夏比V型缺口沖擊試驗。沖擊試驗溫度應按現行國家標準《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB 713的規定進行-20℃沖擊試驗,并應在圖樣或有關技術文件中注明。
1 設計溫度低于-10℃時,厚度大于16mm的Q245R鋼板;
2 設計溫度低于-10℃時,厚度大于25mm的Q345R鋼板。
原規范中第4.2.5條是參照《鋼制壓力容器》GB 150—1998的有關規定編制的。依據現行國家標準《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB 713和《壓力容器 第2部分:材料》GB 150.2的有關規定對其進行如下修訂:
(1)按現行國家標準《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB 713的規定,Q245R及Q345R鋼板應進行0℃下沖擊試驗,并根據需方要求,經供需雙方協議可進行-20℃沖擊試驗代替0℃沖擊試驗,其沖擊功值與0℃沖擊試驗的合格指標相同。為此,取消原規范中第4.2.5條第1款的規定(設計溫度低于0℃,厚度大于25mm的20R),并對第2款進行了修改,取消了第2款中15MnNbR(Q370R)鋼號。
(2)Q370R(15MnNbR)作為使用溫度下限為-20℃的壓力容器用鋼,在現行國家標準《鍋爐和壓力容器用鋼板》GB 713中已規定了每批進行-20℃夏比V型缺口沖擊試驗,如降低該鋼的許用溫度下限不合適,故取消了原規范第4.2.5條中“設計溫度低于或等于-20℃的15MnNbR鋼板,應每批取2張進行夏比V型缺口沖擊試驗。沖擊試驗溫度不應高于最低設計溫度,并橫向取樣”的內容。
(3)根據本規范第4.1.6條的條文說明,刪除了原規范第4.2.5條中表4.2.5“低溫夏比(V型缺口)沖擊試驗最低沖擊功規定值”。
(4)取消了“調質狀態供貨的鋼板,應逐張取樣進行拉伸和夏比V型缺口沖擊試驗”的內容,并將其原文修訂后新增為第4.2.7條。
4.2.7 調質狀態供貨的鋼板應逐熱處理張取樣進行拉伸和夏比V型缺口-20℃沖擊試驗。沖擊試樣的取樣部位和試樣方向應符合現行國家標準《壓力容器用調質高強度鋼板》GB 19189的有關規定。
本條是將原規范第4.2.5條拆分為兩條(如上所述)而成為新增條款。本條規定了調質狀態供貨的鋼板應逐熱處理張取樣進行拉伸和夏比V型缺口-20℃沖擊試驗,其中沖擊試樣的取樣部位和方向應符合現行國家標準《壓力容器用調質高強度鋼板》GB 19189的規定。所謂的“逐熱處理張”鋼板,即是每張熱處理后的鋼板被切割成數張時仍按1張考慮。
4.2.8 符合下列要求的罐壁和罐底邊緣板用鋼板應逐張進行超聲檢測。檢測方法和質量等級應符合國家現行標準《承壓設備無損檢測 第3部分:超聲檢測》JB 4730.3的有關規定。
1 厚度大于30mm的Q245R和Q345R鋼板,質量等級不應低于Ⅲ級;
2 厚度大于25mm的Q370R鋼板和厚度大于20mm的16MnDR鋼板,質量等級不應低于Ⅱ級;
3 調質狀態供貨的鋼板,質量等級應為Ⅰ級。
原規范第4.2.6條中規定的鋼板超聲檢測的技術要求是參照《鋼制壓力容器》GB 150—1998的有關規定編制的。本條依據現行國家標準《壓力容器 第2部分:材料》GB 150.2及《壓力容器用調質高強度鋼板》GB 19189的有關規定對鋼板超聲檢測的技術要求進行了修訂。
本條中“調質狀態供貨的鋼板,質量等級應為Ⅰ級”的要求,是依據現行國家標準《壓力容器用調質高強度鋼板》GB 19189—2011中第6.6條“鋼板應逐張進行超聲檢測,檢測方法按JB/T 4730.3或GB/T 2970執行,合格級別為Ⅰ級”的規定修訂的。由于《鋼制壓力容器》GB 150—1998編制時國家標準《壓力容器用調質高強度鋼板》GB 19189—2003還未發布,故《鋼制壓力容器》GB 150—1998規定:調質狀態供貨的鋼板,質量等級應不低于Ⅱ級。實際上,我國近年來油罐建造工程中,對調質狀態供貨的12MnNiVR鋼板均要求按國家現行標準《承壓設備無損檢測 第3部分:超聲檢測》JB 4730.3進行超聲檢測,其合格級別為Ⅰ級。
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