1前言

　　伴随石化行业的迅猛发展，球罐需求的大型化（高压力、高容积）给球罐设计、制造、安装提出了更高的要求。较一般压力容器而言，球罐因其现场组装，组装时对口多、再变形大、相应局部应力大；球罐野外施焊、焊接条件苛刻，相应焊接性能保证难度大等特点，要求球罐设计特别是选材要充分考虑。

　　2选材原则

　　球罐用材要求在满足强度条件下，具有良好的焊接性能、耐蚀性能、成型性能及经济性能，同时还要考虑其配套的锻件。

　　2.1足够的强度指标

　　强度指标主要指屈服强度。抗拉强度，它们决定着球罐受力状况和造价。目前用作球罐的材料有高强钢、中强钢，在低压大型球罐中还有低强钢。

　　高强钢因其强度高、球壳壁薄、有时不需热处理而越来越多应用在盛装丙烯、乙烯这类压力较高的大中型球罐中。而中强钢以其性能稳定、生产技术、制造、安装技术成熟，且对所盛介质要求不甚苛刻而广泛应用在中压球罐中，如液化石油气球罐。

　　2.2充足的韧性储备

　　韧性是衡量材料抗开裂能力和止裂能力的重要性能参数。韧性与材料的化学成份、冶炼工艺、使用状态及本身厚度、热处理状态等因素有关。

　　2.3良好的焊接性能

　　焊接性能是指是否易于焊接在一起并能保证焊缝质量的性能。常用焊接处出现各种缺陷的倾向来衡量。化学成份中C含量是影响焊接性能的主要元素，通常判别焊接性能指标有：碳当量Ceq、裂纹敏感性指数Pc、裂纹敏感性组成Pcm，Pcm≤0.20的钢通常称为焊接无裂纹钢。

　　为保证材料的焊接性能，主要控制C含量。但在焊接过程中，还可以采取诸如焊前预热、焊后消氢、控制焊接电流、线能量、层间温度等手段来改善焊接性能，提高焊接质量。采用整体热处理则用来消除焊接过程中产生的焊接残余应力。

　　2.4优良的抗H2S应力腐蚀性能

　　材料的耐蚀性能是指材料抵抗各种介质的侵蚀能力。对球罐而言，主要指其H2S应力腐蚀能力。球罐耐H2S腐蚀能力与其用的材料强度、钢质纯净程度以及球罐的应力水平有关，高强钢耐腐蚀能力比中强钢弱。高强钢应用到球罐上应严格控制H2S含量，据有关资料报道：H2S≤50ppm，而中、低强度钢没有这方面要求。

　　2.5易成形不须预热

　　因热成形破坏调质钢板机械性能，设备复杂、劳动复杂、劳动强度大，能量消耗大、加工减薄量较大，且成型难以保证球罐瓜片的几何尺寸，目前大型球罐的制造都采用冷成型方法。这种方法相应要求钢板具有良好的塑性及经过塑性变形后还能保持较完善的综合力学性能。

　　2.6经济性好

　　球罐本身造价高，其投资在项目中占相当大的比例，因此除满足上述性能指标外，还应具有较好的经济性，即造价最低。若有多种材料可供选择，应选择韧性值高、造价合理的材料，做到使用性、安全性、经济性三方面和谐统一。

　　2.7有配套的锻件和焊材

　　球罐的锻件主要用于人孔颈、人孔盲板、法兰及接管，人孔规格通常为DN500，相应锻件毛坯达Ф1000mm以上，为保证球罐的整体质量，配置相应的锻件至关重要。应考虑到：一是锻件要有良好的综合机械性能及焊接性能；二是锻件级别要达到应有的要求；三是锻件要和采用的钢板匹配、不同钢板配置不同的锻件。

　　3球罐选材

　　3.1国内外球罐常用材料

　　国外球罐用材：发展较早，以日本、西德、美国为代表的国家在六、七十年代就能生产出性能稳定、规格齐全的中、高强度钢。如我国引进的SPV355（日）WEL—TEN62CF（日）等。国内球罐用材：八十年代未以前，大型高参数球罐用材基本上以进口为主（少量自产，且用在小型球罐上），八十年代末以后，开始研制、开发，应用自己的材料，目前以能生产满足大型球罐使用、制造、安装要求的各种钢材，且其价格远低于进口材料的价格，如武钢和通用所共同研制的20R（WH400）、16MnR（WH510）、15MnNbR（WH530）及07MnCrMoVR（CF-62），这些材料与国外同强度级别材料相比，强度、韧性、焊接性能都接近，甚至超过国外材料，使我国球罐用材从强度级别上达到系列化3。

　　3.2盛装常用介质的球罐用材

　　这里主要介绍盛装液化石油气、丙烯、液化气丙烯“混装”三种情况。

　　盛装液化石油气：介质为含C3、C4的液态烃类混和物，且含有一定量的H2S，宜选用中强钢，尤以其中的高韧性值钢种最理想，如16MnR（WH510）。

　　盛装丙烯：丙烯纯度较高，几乎不含H2S，宜选用高强钢，既满足使用要求，又减少了壁厚，降低了整体选价。

　　“混装”：高强钢装丙烯有性能、价格优势，但满足不了装液化石油气耐H2S应力腐蚀要求。中强钢装液化石油气为较理想钢种，但用其装丙烯球罐壁太厚，给制造、安装带来困难，因而两种钢材都有其局限性，只有选用一种既具有足够的强度、又有良好的耐H2S腐蚀性能材料方能解决问题，武钢新近研制的低合金钢15MnNbR（WH530），是用在这种工况下的理想材料。

　　4制造、安装要求

　　球罐的制造包含瓜片的压制、极带上开口锻件的焊接，上支柱与瓜片的组焊以及焊缝局部热处理。球罐的安装包含球罐壳现场组对，现场焊接以及有关的试验，检验内容，其中与材料有关的主要要求如下：

　　4.1原材料质量要求

　　球罐用钢必须严格按照选材有关标准生产，并在制造、安装之前按照球罐标准及图样要求进行相关参数的复验。

　　4.2焊接质量要求

　　为确保焊接质量，焊接过程中应控制的重要参数有：焊接材料、焊接线能量、焊前预热、焊后消氢以及整体热处理。

　　焊接材料：要求焊接材料能保证焊缝具有母体同等的韧性和强度值，不同母体材料应选用相应的焊接材料，一般选用超低氢型焊条（手工焊时）以减少氢的危害，保管焊条时，注意焊条的烘干、保温。

　　焊接线能量：其值与焊接电流、电压及焊接

　　速度有关，它直接影响焊缝和熔敷金属的强度、韧性、塑性等参数。不同材料的线能量值不等。
　　
　　焊前预热和消氢（焊后）：焊前预热是降低焊后冷却速度的有效措施，有利于氢的逸出，可以减少焊接应力，防止冷裂纹的产生，其值取决于母材及焊接材料成份、球壳厚度、环境温度。焊后消氢也叫后热处理，其作用与焊前预热相同。对于球罐应在焊后立即进行消氢处理。一般消氢处理与焊前预热配合使用，效果更好。焊后消氢温度与材料、球壳厚度有关。

　　热处理：球罐的热处理目的是改善焊缝及热影响区的性能，降低焊接过程中产生的残余应力。在制造厂进行的是局部热处理。通常采用电阻丝加热，现场安装之后进行的是整体热处理，一般采用喷咀燃油加热。不同材料热处理温同，但对同一材料也应控制好热处理保温温度和时间，因为保温温度过高或时间过长，反而造成机械性能、韧性值的下降，保温温度过低或时间过短则达不到热处理的效果。

　　无损检测：球罐制造完毕，为了检测焊缝质量，要对焊缝进行无损检测。检测方法有射线、超声波及磁粉、着色检测，方法的选用要考虑球罐的用材和球罐的检测比例。目前球罐的无损检测多以100%的射线及磁粉为主，并辅以一定比例的超声波检。