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浅析压力容器用钢的发展
压力容器用钢是压力容器制定与制造的基础。本文从钢材质量的提升、高强度低合金钢的发展、奥氏体不锈钢新技术的采纳和新材料的引入等方面阐述了我国压力容器用钢的发展和压力容器用钢标准的技术进步。
压力容器广泛应用于化工、能源、冶金、航天等领域，在国民经济中发挥着重要作用。材料是压力容器的基础，是制定和制造的先决条件。伴随着我国压力容器行业的发展，材料技术在质量、强度和性能等方面都取得了很大的提升，对推动设备的大型化、轻型化，实现能源的节能降耗起到了关键作用。

新修订的一系列压力容器标准均对材料质量提出了更为严格的要求，具体体现在以下几个方面。
1.1.熔炼方法。钢板的制造工艺是决定钢板质量的主要因素。TSG R0004-2021《固定式压力容器安全监察规程》〔以下简称《固容规》〕指出：压力容器受压元件用钢应当是氧气转炉或者电炉冶炼的冷静钢，关于高参数钢材还应当采纳炉外精炼工艺。经过初炼加精炼的炉外精炼技术可使钢水温度和成分均匀化、严格控制钢材的化学成分、去除有害物质，从而大大提升钢材质量。GB3531、GB19189和GB24511等压力容器钢板标准中均已要求钢材制造须采纳转炉或电炉加炉外精炼的冶金技术。
1.2.化学成分。S的"热脆性'和P的"冷脆性'是影响钢材质量的主要因素。从承压设备用钢标准的发展趋势来看，钢中S、P含量限制的越来越严格。《固容规》中严格规定了焊接用钢以及压力容器专用钢中碳素钢和低合金钢的S、P含量。相应的压力容器用钢板标准中所规定的S、P含量指标与欧洲标准处于同一水平、优于美国标准指标，在某些标准中甚至优于欧洲标准。
1.3.力学性能。冲击功体现了材料抵抗冲击韧性的能力。为预防碳素钢和低合金钢制压力容器发生脆性破坏，规定了碳素钢和低合金钢的冲击功最低值。《固容规》和GB150.2-2021中均提升了钢板的冲击功指标并且对钢材标准抗拉强度下限值的分档细化，为降低安全系数、减薄壁厚、实现成本节约提供了可能。

随着我国工业投资项目的增加和项目规模的不断扩大，化工装备在逐渐朝着大型化方向发展。设备的大型化会带来土地的节约、外围管线和仪表的减少，但也必定会导致钢板厚度的增加。钢板过厚不仅会影响焊接质量，还会带来过多的焊接残余应力，造成安全隐患。通过提升钢材强度来降低钢板厚度是实现装置大型化的关键因素。随着冶金水平的提升, 压力容器用低合金钢在沿着低强度到高强度、超高强度的方向发展。新修订的一系列压力容器用钢标准较之替代标准均有了较大改变。GB713-2021中的Q345R作为一种低合金高强度钢在压力容器中得到广泛应用，相比替代版本，其厚度范围由6mm~150mm扩大至3mm~200mm，且提升了不同厚度钢板的屈服强度ReL和抗拉强度Rm，新版GB3531和GB19189中均有相应变化。

与低合金钢相比，奥氏体不锈钢具有优越的耐蚀性能和抗高温性能，但价格却昂贵的多，在使用过程中应该尽量减少不锈钢材料的使用。应变强化技术是利用奥氏体不锈钢合格的延展性，在保持材料本身特性的同时，通过特别工艺提升奥氏体不锈钢的屈服强度，从而达到减薄壁厚、节约耗材的效果。GB150.2-2021中高合金螺柱用钢引进了固溶加应变强化处理的S30408螺柱用钢，相比只经过固溶处理的螺柱，应变强化螺柱Rm和Rp0.2都有显著提升；近几年，合肥通用机械研究所、浙江大学等单位将应变强化工艺成功运用到深冷储运设备中，大幅度减薄容器内胆壁厚，实现了材料的节约。

压力容器用复合钢板是通过爆炸焊接工艺在低合金钢单面或双面贴合一层不锈钢或其他材料的复合板。贴合率和剪切强度是衡量复合钢板质量的重要指标。NB/T47002-2021《压力容器用爆炸焊接复合钢板》相比替代版本增加了基材和复材钢材牌号、提升了复合界面的剪切强度指标，引进了技术要求更高、未结合率为0%的BI级复合板。在钢板种类上增加了钛-钢复合板和铜-钢复合板，使得复合钢板的应用领域更加广泛。

GB150.2-2021附录中引入了12Cr2Mo1VR、15MnNiNbDR、08Ni3DR、06Ni9DR四种特别用途钢板。12Cr2Mo1VR应用于厚壁加氢反应器，相比标准中的12Cr2Mo1R，提升了强度、抗高温氢腐蚀性能、抗氢脆性能和抗回火脆化性能。15MnNiNbDR、08Ni3DR、06Ni9DR为低温压力容器用低合金钢板。15MnNiNbDR最低使用温度为-50℃，08Ni3DR为-100℃，06Ni9DR最低使用温度可达-196℃。这四种钢板已在化工领域取得成功经验，并在性能上处于国际先进水平。

钢材的质量直接决定压力容器的质量，是保证压力容器的安全性、实现化工装置稳定运行的关键因素。压力容器标准对压力容器用钢的性能指标要求日趋严格，使得钢板在提升质量的同时，向更高强度、高性能方向发展，为实现压力容器的发展提供了有利条件。