低溫高韌性壓力容器用鋼板的生產工藝和技術保證措施

彭飛

摘 要：我國的石油化學工業近幾年來呈現出迅猛發展趨勢，氣體的液化、分離及生產液化氣體等現在都比較普遍。為了更好地適應我國石油化工的發展，舞鋼從上世紀90年代以來就成功生產了多種低溫壓力容器用鋼板，為我國大型工程低溫設備國產化貢獻了積極的力量。本文將重點分析探討下低溫高韌性壓力容器用鋼板的生產工藝及技術保證措施，為石油化工實際生產提供更多技術支持。

關鍵詞：壓力容器；用鋼板；生產工藝；技術保證措施

舞鋼研發出的一系列低溫高韌性壓力容器用鋼板在實踐應用中效果很好，用鋼板生產使用的工藝技術使得其鋼質純凈、夾雜物含量也較低，具有優良的性能，完全達到了標準要求，甚至高出了標準要求在某些特性方面。

1 低溫高韌性壓力容器用鋼板的生產工藝

1.1 低溫高韌性壓力容器生產標準及使用溫度

要想生產出具有低溫高韌性特點的壓力容器，就必須遵循一些生產及使用溫度標準，其標準內容詳情如表1所示。

表1 低溫高韌性壓力容器生產及使用溫度標準

[鋼種＼&執行標準＼&最低使用溫度（℃）＼&鋼板厚度（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 設計低溫高韌性壓力容器用鋼板應遵循的原則

具有低溫高韌性的壓力容器用鋼板屬于專用鋼板，具有特殊用途，廣泛應用于制作低溫壓力容器等關鍵部位，所制作鋼板承受力應好，因此需要有很高的安全可靠性及壽命，低溫高韌性壓力容器用鋼板研制、設計時應遵守下述原則：具有較高的強度與韌性，能夠達到標準要求；內部質量良好[1]；焊接性能及加工性能良好。

2 低溫高韌性壓力容器用鋼板的技術保證措施

2.1 控制鋼的化學成分

制作這種用鋼板時一定要確保其具有低溫韌性這種特點，進行晶粒細化在實際生產鋼板過程中，提升鋼的純凈度以此提升鋼的韌性，這個需要對鋼內化學成分進行控制才能實現。設計化學成分時應遵循兩個原則：化學組織是單一的鐵素體+珠光體組織，多次焊接、SR處理鋼板后等具有穩定組織；借助鋼中Ni原本有的固溶強化作用，提高鋼的強度及韌性。鋼的強度及韌性提高需要充分細化原始奧氏體晶粒，這里還涉及利用強碳化物形成的元素Nb及V形成碳氧化物的彌散析出相。Nb及V屬于微合金元素，也是強烈碳氧化物形成元素，能夠與炭氮反應生成非常穩定的Nb、V化合物，其化合物粒子在奧氏體晶界周圍呈現彌散分布，這樣會阻礙晶粒長大，也會提高原始奧氏體晶粒的粗化溫度，鐵素體晶粒進行細化后，鋼的強度及低溫韌性也會有顯著改善[2]。鋼中如果沒有碳，并且存在固溶形式的Nb時，先共析鐵素體會推遲出現，奧氏體分解為珠光體時間也會因此強烈延遲，但是這并不影響奧氏體向貝氏體的轉變，貝氏體在鋼板中出現幾率也隨之增大，由此會劣化鋼板的沖擊韌性。因此設計化學成分時，Nb加入量要控制好，盡量促進鋼中彌散析出的Nb以化合物形式存在。

另外一種化學成分Ni也需要控制好，它屬于純固溶元素在鋼中，具有降低冷脆轉折溫度作用，并能與鐵互溶存于鐵相中，這種物質中存在晶粒能促使鐵素體晶粒細化通過吸附作用，鋼板的沖擊韌性由此也能得到顯著提升。奧氏體元素的擴大體也可以是化學成分Ni，這種物質能使奧氏體轉變溫度降低，這樣碳與合金元素擴散速度就受到影響，并進一步阻礙奧氏體向珠光體的轉變，鋼的臨界冷卻速度也隨之降低，鋼板淬透性能得到顯著提升，也更容易析出貝氏體及馬氏體，因此應控制Ni含量在合理合適范圍內，促使鋼板中的鐵素體+珠光體保持單一性。

2.2 鋼的冶煉技術保證措施

低溫高韌性壓力容器用鋼板的技術保證措施第二大項是鋼的冶煉技術措施，下面將具體闡述分析下：首先是原料的控制，原料應精挑細選，鋼中盡量少帶夾雜的外來物質，外來夾雜物質可能含有有害塑性及韌性。其次是純凈度的控制，工藝操作應進一步強化，將P、S等一些有害的雜質物質合理控制在一定范圍內，鋼液使用VD爐進行真空處理，確保鋼具有較高的純凈度。鋼經過冶煉之后，能夠分別生產出小于等于0.010%、小于等于0.005%的P與S，還能生產出其他物質：[N]、[O]、[H]，其含量分別是≤70×10-6、≤15×10-6及≤2×10-6，也會生產出鋼中夾雜物總量≤20×10-6的高純凈度鋼水，這樣壓力容器的安全可靠性就得到了顯著提高[3] 。最后是控制夾雜物，將Ca、Mg等一些脫硫的金屬物質添加到鋼中，加快硫化物向較短或球狀硫氧復合夾雜物轉變從原來的長條狀，進一步改善其分布及形態，降低硫化物危害，并在不降低強度基礎上顯著提升鋼的塑性及沖擊韌性，同時顯著改善鋼才的各向異性。

2.3 軋制鋼板及其熱處理

最后一項技術保證措施是鋼板的軋制及熱處理，鋼中如果含有Ni，經過熱處理后會有鋼質較粘現象出現，此時的氧化鐵皮也不能去除掉，應嚴格控制鋼錠及鋼坯加熱溫度及時間，減少氧化鐵皮數量的生成。鋼板軋制，不僅要采取控制軋制工藝，還要借助立輥實施擠邊工作，這些工作都有較好作用，此外鋼板進行熱處理后，也能消除部分的軋制應力，有效提升了鋼板塑韌性在保持強度不降低或少許降低基礎上。對于那些含有Nb、V的鋼種，應使用正火，析出其內的微合金碳氮化合物，這樣能增加沉淀強化效果。

3 結語

石油化工產業近幾年來飛速發展，其產品廣泛地應用于多個行業中，其中石油產品深度加工越來越受到重視，低溫高韌性用鋼材具有廣闊的市場，我國相關產業在這方面也具有技術及設備優勢，取得了較好的成果。為了進一步促進石油化工產業的進一步發展，需要深入探討下低溫高韌性壓力容器用鋼板的生產工藝和技術保證措施，這里從設計、生產標準原則及具體技術控制方面分別進行了探討。

參考文獻：

[1]王超.壓力容器用高強度鋼板組織性能研究[D].東北大學，2010.

[2]張朋彥.大熱輸入焊接用鋼的制造工藝及其產業化技術研究[D].東北大學，2011.

[3]盧杰.戰略石油儲罐鋼板的DQ-T生產新工藝研究[D].東北大學，2011.