低温高韧性压力容器用钢板的生产工艺和技术保证措施

摘 要：我国的石油化学工业近几年来呈现出迅猛发展趋势，气体的液化、分离及生产液化气体等现在都比较普遍。为了更好地适应我国石油化工的发展，舞钢从上世纪90年代以来就成功生产了多种低温压力容器用钢板，为我国大型工程低温设备国产化贡献了积极的力量。本文将重点分析探讨下低温高韧性压力容器用钢板的生产工艺及技术保证措施，为石油化工实际生产提供更多技术支持。

关键词：压力容器；用钢板；生产工艺；技术保证措施

舞钢研发出的一系列低温高韧性压力容器用钢板在实践应用中效果很好，用钢板生产使用的工艺技术使得其钢质纯净、夹杂物含量也较低，具有优良的性能，完全达到了标准要求，甚至高出了标准要求在某些特性方面。

1 低温高韧性压力容器用钢板的生产工艺

1.1 低温高韧性压力容器生产标准及使用温度

要想生产出具有低温高韧性特点的压力容器，就必须遵循一些生产及使用温度标准，其标准内容详情如表1所示。

表1 低温高韧性压力容器生产及使用温度标准

[钢种＼&执行标准＼&最低使用温度（℃）＼&钢板厚度（mm）＼&16MnR

15MnNbR

16MnDR

15MnNiDR

09MnNiDR

A516

A662

A203＼&GB6654

GB6654

GB6654

GB3531

GB3531

ASTM

ASTM

ASTM＼&―20

―20

―40

―45

―70

―50

―60

―100＼&6―120

10―60

6―100

6―60

6―60

≤205

≤50

≤150＼&]

1.2 设计低温高韧性压力容器用钢板应遵循的原则

具有低温高韧性的压力容器用钢板属于专用钢板，具有特殊用途，广泛应用于制作低温压力容器等关键部位，所制作钢板承受力应好，因此需要有很高的安全可靠性及寿命，低温高韧性压力容器用钢板研制、设计时应遵守下述原则：具有较高的强度与韧性，能够达到标准要求；内部质量良好[1]；焊接性能及加工性能良好。

2 低温高韧性压力容器用钢板的技术保证措施

2.1 控制钢的化学成分

制作这种用钢板时一定要确保其具有低温韧性这种特点，进行晶粒细化在实际生产钢板过程中，提升钢的纯净度以此提升钢的韧性，这个需要对钢内化学成分进行控制才能实现。设计化学成分时应遵循两个原则：化学组织是单一的铁素体+珠光体组织，多次焊接、SR处理钢板后等具有稳定组织；借助钢中Ni原本有的固溶强化作用，提高钢的强度及韧性。钢的强度及韧性提高需要充分细化原始奥氏体晶粒，这里还涉及利用强碳化物形成的元素Nb及V形成碳氧化物的弥散析出相。Nb及V属于微合金元素，也是强烈碳氧化物形成元素，能够与炭氮反应生成非常稳定的Nb、V化合物，其化合物粒子在奥氏体晶界周围呈现弥散分布，这样会阻碍晶粒长大，也会提高原始奥氏体晶粒的粗化温度，铁素体晶粒进行细化后，钢的强度及低温韧性也会有显著改善[2]。钢中如果没有碳，并且存在固溶形式的Nb时，先共析铁素体会推迟出现，奥氏体分解为珠光体时间也会因此强烈延迟，但是这并不影响奥氏体向贝氏体的转变，贝氏体在钢板中出现几率也随之增大，由此会劣化钢板的冲击韧性。因此设计化学成分时，Nb加入量要控制好，尽量促进钢中弥散析出的Nb以化合物形式存在。

另外一种化学成分Ni也需要控制好，它属于纯固溶元素在钢中，具有降低冷脆转折温度作用，并能与铁互溶存于铁相中，这种物质中存在晶粒能促使铁素体晶粒细化通过吸附作用，钢板的冲击韧性由此也能得到显著提升。奥氏体元素的扩大体也可以是化学成分Ni，这种物质能使奥氏体转变温度降低，这样碳与合金元素扩散速度就受到影响，并进一步阻碍奥氏体向珠光体的转变，钢的临界冷却速度也随之降低，钢板淬透性能得到显著提升，也更容易析出贝氏体及马氏体，因此应控制Ni含量在合理合适范围内，促使钢板中的铁素体+珠光体保持单一性。

2.2 钢的冶炼技术保证措施

低温高韧性压力容器用钢板的技术保证措施第二大项是钢的冶炼技术措施，下面将具体阐述分析下：首先是原料的控制，原料应精挑细选，钢中尽量少带夹杂的外来物质，外来夹杂物质可能含有有害塑性及韧性。其次是纯净度的控制，工艺操作应进一步强化，将P、S等一些有害的杂质物质合理控制在一定范围内，钢液使用VD炉进行真空处理，确保钢具有较高的纯净度。钢经过冶炼之后，能够分别生产出小于等于0.010%、小于等于0.005%的P与S，还能生产出其他物质：[N]、[O]、[H]，其含量分别是≤70×10-6、≤15×10-6及≤2×10-6，也会生产出钢中夹杂物总量≤20×10-6的高纯净度钢水，这样压力容器的安全可靠性就得到了显著提高[3] 。最后是控制夹杂物，将Ca、Mg等一些脱硫的金属物质添加到钢中，加快硫化物向较短或球状硫氧复合夹杂物转变从原来的长条状，进一步改善其分布及形态，降低硫化物危害，并在不降低强度基础上显著提升钢的塑性及冲击韧性，同时显著改善钢才的各向异性。

2.3 轧制钢板及其热处理

最后一项技术保证措施是钢板的轧制及热处理，钢中如果含有Ni，经过热处理后会有钢质较粘现象出现，此时的氧化铁皮也不能去除掉，应严格控制钢锭及钢坯加热温度及时间，减少氧化铁皮数量的生成。钢板轧制，不仅要采取控制轧制工艺，还要借助立辊实施挤边工作，这些工作都有较好作用，此外钢板进行热处理后，也能消除部分的轧制应力，有效提升了钢板塑韧性在保持强度不降低或少许降低基础上。对于那些含有Nb、V的钢种，应使用正火，析出其内的微合金碳氮化合物，这样能增加沉淀强化效果。

3 结语

石油化工产业近几年来飞速发展，其产品广泛地应用于多个行业中，其中石油产品深度加工越来越受到重视，低温高韧性用钢材具有广阔的市场，我国相关产业在这方面也具有技术及设备优势，取得了较好的成果。为了进一步促进石油化工产业的进一步发展，需要深入探讨下低温高韧性压力容器用钢板的生产工艺和技术保证措施，这里从设计、生产标准原则及具体技术控制方面分别进行了探讨。

参考文献：

[1]王超.压力容器用高强度钢板组织性能研究[D].东北大学，2010.

[2]张朋彦.大热输入焊接用钢的制造工艺及其产业化技术研究[D].东北大学，2011.

[3]卢杰.战略石油储罐钢板的DQ-T生产新工艺研究[D].东北大学，2011.