壓力容器用鋼是壓力容器設(shè)計(jì)與制造的基礎(chǔ)。本文從鋼材質(zhì)量的提高、高強(qiáng)度低合金鋼的發(fā)展、奧氏體不銹鋼新技術(shù)的采用和新材料的引入等方面闡述了我國(guó)壓力容器用鋼的發(fā)展和壓力容器用鋼標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)進(jìn)步。
    壓力容器廣泛應(yīng)用于化工、能源、冶金、航天等領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。材料是壓力容器的基礎(chǔ)，是設(shè)計(jì)和制造的先決條件。伴隨著我國(guó)壓力容器行業(yè)的發(fā)展，材料技術(shù)在質(zhì)量、強(qiáng)度和性能等方面都取得了很大的提高，對(duì)推動(dòng)設(shè)備的大型化、輕型化，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)能降耗起到了關(guān)鍵作用。
    1.鋼材質(zhì)量
    新修訂的一系列壓力容器標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)材料質(zhì)量提出了更為嚴(yán)格的要求，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
    1.1.熔煉方法。鋼板的制造工藝是決定鋼板質(zhì)量的主要因素。TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《固容規(guī)》）指出：壓力容器受壓元件用鋼應(yīng)當(dāng)是氧氣轉(zhuǎn)爐或者電爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼，對(duì)于高參數(shù)鋼材還應(yīng)當(dāng)采用爐外精煉工藝。經(jīng)過初煉加精煉的爐外精煉技術(shù)可使鋼水溫度和成分均勻化、嚴(yán)格控制鋼材的化學(xué)成分、去除有害物質(zhì)，從而大大提高鋼材質(zhì)量。GB3531、GB19189和GB24511等壓力容器鋼板標(biāo)準(zhǔn)中均已要求鋼材制造須采用轉(zhuǎn)爐或電爐加爐外精煉的冶金技術(shù)。
    1.2.化學(xué)成分。S的“熱脆性”和P的“冷脆性”是影響鋼材質(zhì)量的主要因素。從承壓設(shè)備用鋼標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)來看，鋼中S、P含量限制的越來越嚴(yán)格?！豆倘菀?guī)》中嚴(yán)格規(guī)定了焊接用鋼以及壓力容器專用鋼中碳素鋼和低合金鋼的S、P含量。相應(yīng)的壓力容器用鋼板標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的S、P含量指標(biāo)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)處于同一水平、優(yōu)于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，在某些標(biāo)準(zhǔn)中甚至優(yōu)于歐洲標(biāo)準(zhǔn)。
    1.3.力學(xué)性能。沖擊功體現(xiàn)了材料抵抗沖擊韌性的能力。為預(yù)防碳素鋼和低合金鋼制壓力容器發(fā)生脆性破壞，規(guī)定了碳素鋼和低合金鋼的沖擊功最低值?！豆倘菀?guī)》和GB150.2-2011中均提高了鋼板的沖擊功指標(biāo)并且對(duì)鋼材標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值的分檔細(xì)化，為降低安全系數(shù)、減薄壁厚、實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約提供了可能。
    2.低合金鋼
    隨著我國(guó)工業(yè)投資項(xiàng)目的增加和項(xiàng)目規(guī)模的不斷擴(kuò)大，化工裝備在逐漸朝著大型化方向發(fā)展。設(shè)備的大型化會(huì)帶來土地的節(jié)約、外圍管線和儀表的減少，但也必然會(huì)導(dǎo)致鋼板厚度的增加。鋼板過厚不僅會(huì)影響焊接質(zhì)量，還會(huì)帶來過多的焊接殘余應(yīng)力，造成安全隱患。通過提高鋼材強(qiáng)度來降低鋼板厚度是實(shí)現(xiàn)裝置大型化的關(guān)鍵因素。隨著冶金水平的提高, 壓力容器用低合金鋼在沿著低強(qiáng)度到高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度的方向發(fā)展。新修訂的一系列壓力容器用鋼標(biāo)準(zhǔn)較之替代標(biāo)準(zhǔn)均有了較大改變。GB713-2008中的Q345R作為一種低合金高強(qiáng)度鋼在壓力容器中得到廣泛應(yīng)用，相比替代版本，其厚度范圍由6mm~150mm擴(kuò)大至3mm~200mm，且提高了不同厚度鋼板的屈服強(qiáng)度ReL和抗拉強(qiáng)度Rm，新版GB3531和GB19189中均有相應(yīng)變化。
    3.高合金鋼
    與低合金鋼相比，奧氏體不銹鋼具有優(yōu)越的耐蝕性能和抗高溫性能，但價(jià)格卻昂貴的多，在使用過程中應(yīng)該盡量減少不銹鋼材料的使用。應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)是利用奧氏體不銹鋼優(yōu)良的延展性，在保持材料本身特性的同時(shí)，通過特殊工藝提高奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度，從而達(dá)到減薄壁厚、節(jié)約耗材的效果。GB150.2-2011中高合金螺柱用鋼引進(jìn)了固溶加應(yīng)變強(qiáng)化處理的S30408螺柱用鋼，相比只經(jīng)過固溶處理的螺柱，應(yīng)變強(qiáng)化螺柱Rm和Rp0.2都有顯著提高；近幾年，合肥通用機(jī)械研究所、浙江大學(xué)等單位將應(yīng)變強(qiáng)化工藝成功運(yùn)用到深冷儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備中，大幅度減薄容器內(nèi)膽壁厚，實(shí)現(xiàn)了材料的節(jié)約。
    4.復(fù)合鋼板
    壓力容器用復(fù)合鋼板是通過爆炸焊接工藝在低合金鋼單面或雙面貼合一層不銹鋼或其他材料的復(fù)合板。貼合率和剪切強(qiáng)度是衡量復(fù)合鋼板質(zhì)量的重要指標(biāo)。NB/T47002-2009《壓力容器用爆炸焊接復(fù)合鋼板》相比替代版本增加了基材和復(fù)材鋼材牌號(hào)、提高了復(fù)合界面的剪切強(qiáng)度指標(biāo)，引進(jìn)了技術(shù)要求更高、未結(jié)合率為0%的BI級(jí)復(fù)合板。在鋼板種類上增加了鈦-鋼復(fù)合板和銅-鋼復(fù)合板，使得復(fù)合鋼板的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。
    5.新材料
    GB150.2-2011附錄中引入了12Cr2Mo1VR、15MnNiNbDR、08Ni3DR、06Ni9DR四種特殊用途鋼板。12Cr2Mo1VR應(yīng)用于厚壁加氫反應(yīng)器，相比標(biāo)準(zhǔn)中的12Cr2Mo1R，提高了強(qiáng)度、抗高溫氫腐蝕性能、抗氫脆性能和抗回火脆化性能。15MnNiNbDR、08Ni3DR、06Ni9DR為低溫壓力容器用低合金鋼板。15MnNiNbDR最低使用溫度為-50℃，08Ni3DR為-100℃，06Ni9DR最低使用溫度可達(dá)-196℃。這四種鋼板已在化工領(lǐng)域取得成功經(jīng)驗(yàn)，并在性能上處于國(guó)際先進(jìn)水平。
    6.結(jié)語
    鋼材的質(zhì)量直接決定壓力容器的質(zhì)量，是保證壓力容器的安全性、實(shí)現(xiàn)化工裝置穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。壓力容器標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壓力容器用鋼的性能指標(biāo)要求日趨嚴(yán)格，使得鋼板在提高質(zhì)量的同時(shí)，向更高強(qiáng)度、高性能方向發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)壓力容器的發(fā)展提供了有利條件。