低溫高韌性壓力容器用鋼板的生產(chǎn)工藝和技術(shù)保證措施

彭飛

摘 要：我國的石油化學(xué)工業(yè)近幾年來呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展趨勢，氣體的液化、分離及生產(chǎn)液化氣體等現(xiàn)在都比較普遍。為了更好地適應(yīng)我國石油化工的發(fā)展，舞鋼從上世紀(jì)90年代以來就成功生產(chǎn)了多種低溫壓力容器用鋼板，為我國大型工程低溫設(shè)備國產(chǎn)化貢獻(xiàn)了積極的力量。本文將重點(diǎn)分析探討下低溫高韌性壓力容器用鋼板的生產(chǎn)工藝及技術(shù)保證措施，為石油化工實(shí)際生產(chǎn)提供更多技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：壓力容器；用鋼板；生產(chǎn)工藝；技術(shù)保證措施

舞鋼研發(fā)出的一系列低溫高韌性壓力容器用鋼板在實(shí)踐應(yīng)用中效果很好，用鋼板生產(chǎn)使用的工藝技術(shù)使得其鋼質(zhì)純凈、夾雜物含量也較低，具有優(yōu)良的性能，完全達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，甚至高出了標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)工藝

1.1 低溫高韌性壓力容器生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)及使用溫度

要想生產(chǎn)出具有低溫高韌性特點(diǎn)的壓力容器，就必須遵循一些生產(chǎn)及使用溫度標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容詳情如表1所示。

表1 低溫高韌性壓力容器生產(chǎn)及使用溫度標(biāo)準(zhǔn)

[鋼種＼&執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)＼&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(shè)計(jì)低溫高韌性壓力容器用鋼板應(yīng)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(yīng)用于制作低溫壓力容器等關(guān)鍵部位，所制作鋼板承受力應(yīng)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵守下述原則：具有較高的強(qiáng)度與韌性，能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；內(nèi)部質(zhì)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(shù)保證措施

2.1 控制鋼的化學(xué)成分

制作這種用鋼板時(shí)一定要確保其具有低溫韌性這種特點(diǎn)，進(jìn)行晶粒細(xì)化在實(shí)際生產(chǎn)鋼板過程中，提升鋼的純凈度以此提升鋼的韌性，這個(gè)需要對鋼內(nèi)化學(xué)成分進(jìn)行控制才能實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)化學(xué)成分時(shí)應(yīng)遵循兩個(gè)原則：化學(xué)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(wěn)定組織；借助鋼中Ni原本有的固溶強(qiáng)化作用，提高鋼的強(qiáng)度及韌性。鋼的強(qiáng)度及韌性提高需要充分細(xì)化原始奧氏體晶粒，這里還涉及利用強(qiáng)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(qiáng)烈碳氧化物形成元素，能夠與炭氮反應(yīng)生成非常穩(wěn)定的Nb、V化合物，其化合物粒子在奧氏體晶界周圍呈現(xiàn)彌散分布，這樣會(huì)阻礙晶粒長大，也會(huì)提高原始奧氏體晶粒的粗化溫度，鐵素體晶粒進(jìn)行細(xì)化后，鋼的強(qiáng)度及低溫韌性也會(huì)有顯著改善[2]。鋼中如果沒有碳，并且存在固溶形式的Nb時(shí)，先共析鐵素體會(huì)推遲出現(xiàn)，奧氏體分解為珠光體時(shí)間也會(huì)因此強(qiáng)烈延遲，但是這并不影響奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變，貝氏體在鋼板中出現(xiàn)幾率也隨之增大，由此會(huì)劣化鋼板的沖擊韌性。因此設(shè)計(jì)化學(xué)成分時(shí)，Nb加入量要控制好，盡量促進(jìn)鋼中彌散析出的Nb以化合物形式存在。

另外一種化學(xué)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(zhuǎn)折溫度作用，并能與鐵互溶存于鐵相中，這種物質(zhì)中存在晶粒能促使鐵素體晶粒細(xì)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(kuò)大體也可以是化學(xué)成分Ni，這種物質(zhì)能使奧氏體轉(zhuǎn)變溫度降低，這樣碳與合金元素?cái)U(kuò)散速度就受到影響，并進(jìn)一步阻礙奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)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(yīng)控制Ni含量在合理合適范圍內(nèi)，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(shù)保證措施

低溫高韌性壓力容器用鋼板的技術(shù)保證措施第二大項(xiàng)是鋼的冶煉技術(shù)措施，下面將具體闡述分析下：首先是原料的控制，原料應(yīng)精挑細(xì)選，鋼中盡量少帶夾雜的外來物質(zhì)，外來夾雜物質(zhì)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(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化，將P、S等一些有害的雜質(zhì)物質(zhì)合理控制在一定范圍內(nèi)，鋼液使用VD爐進(jìn)行真空處理，確保鋼具有較高的純凈度。鋼經(jīng)過冶煉之后，能夠分別生產(chǎn)出小于等于0.010%、小于等于0.005%的P與S，還能生產(chǎn)出其他物質(zhì)：[N]、[O]、[H]，其含量分別是≤70×10-6、≤15×10-6及≤2×10-6，也會(huì)生產(chǎn)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(zhì)添加到鋼中，加快硫化物向較短或球狀硫氧復(fù)合夾雜物轉(zhuǎn)變從原來的長條狀，進(jìn)一步改善其分布及形態(tài)，降低硫化物危害，并在不降低強(qiáng)度基礎(chǔ)上顯著提升鋼的塑性及沖擊韌性，同時(shí)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(xiàng)技術(shù)保證措施是鋼板的軋制及熱處理，鋼中如果含有Ni，經(jīng)過熱處理后會(huì)有鋼質(zhì)較粘現(xiàn)象出現(xiàn)，此時(shí)的氧化鐵皮也不能去除掉，應(yīng)嚴(yán)格控制鋼錠及鋼坯加熱溫度及時(shí)間，減少氧化鐵皮數(shù)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(shí)施擠邊工作，這些工作都有較好作用，此外鋼板進(jìn)行熱處理后，也能消除部分的軋制應(yīng)力，有效提升了鋼板塑韌性在保持強(qiáng)度不降低或少許降低基礎(chǔ)上。對于那些含有Nb、V的鋼種，應(yīng)使用正火，析出其內(nèi)的微合金碳氮化合物，這樣能增加沉淀強(qiáng)化效果。

3 結(jié)語

石油化工產(chǎn)業(yè)近幾年來飛速發(fā)展，其產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)中，其中石油產(chǎn)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(guān)產(chǎn)業(yè)在這方面也具有技術(shù)及設(shè)備優(yōu)勢，取得了較好的成果。為了進(jìn)一步促進(jìn)石油化工產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，需要深入探討下低溫高韌性壓力容器用鋼板的生產(chǎn)工藝和技術(shù)保證措施，這里從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)原則及具體技術(shù)控制方面分別進(jìn)行了探討。

參考文獻(xiàn)：

[1]王超.壓力容器用高強(qiáng)度鋼板組織性能研究[D].東北大學(xué)，2010.

[2]張朋彥.大熱輸入焊接用鋼的制造工藝及其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究[D].東北大學(xué)，2011.

[3]盧杰.戰(zhàn)略石油儲(chǔ)罐鋼板的DQ-T生產(chǎn)新工藝研究[D].東北大學(xué)，2011.