隨著石油化工、能源、航空航天工業(yè)的發(fā)展，新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)。新技術(shù)和新設(shè)備的開(kāi)發(fā)促進(jìn)了低溫壓力容器用鋼的發(fā)展，同時(shí)隨著國(guó)內(nèi)冶煉、軋制和熱處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，低溫壓力容器用鋼在品種系列和實(shí)物水平上均得到大幅提高。本文敘述了我國(guó)中低溫壓力容器用鋼的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，客觀地評(píng)價(jià)了鋼板的實(shí)物質(zhì)量，并提出今后的發(fā)展趨勢(shì)。

典型低溫壓力容器用鋼板開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

1、低溫C-Mn鋼低溫C-Mn鋼在各國(guó)承壓設(shè)備中用量較大，使用時(shí)間長(zhǎng)，制造工藝成熟穩(wěn)定。典型鋼種有國(guó)標(biāo)GB3531中的16MnDR、15MnNiDR、15MnNiNbDR，美標(biāo)中的ASTM A662/A662M、ASTM A516/516M、ASTM A612/612M，歐標(biāo)EN10028-3中的P275NL1/NL2、P355NL1/NL2、P460NL1/NL2，EN10028-5中的P355ML1/NL2、P420ML1/NL2、P460ML1/NL2等，目前國(guó)內(nèi)各大鋼廠都具備生產(chǎn)低溫C-Mn鋼的能力，但是特厚板生產(chǎn)方面河鋼舞鋼、興澄特鋼的實(shí)物質(zhì)量?jī)?yōu)良并且工程業(yè)績(jī)較多，同時(shí)國(guó)產(chǎn)品種實(shí)物質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到了國(guó)外鋼廠同類品種的實(shí)物水平。

2、低溫調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼我國(guó)的低溫壓力容器用調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼于20世紀(jì)80年代初期開(kāi)始研制。當(dāng)時(shí)主要參照日本低焊接裂紋敏感性高強(qiáng)鋼（CF鋼）技術(shù)路線， 在C-Si-Mn低合金鋼基礎(chǔ)上添加微量合金元素，經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理得到調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼板，在球罐和儲(chǔ)罐等壓力容器產(chǎn)品制造中替代進(jìn)口鋼板，并成功應(yīng)用于多個(gè)重大工程項(xiàng)目建設(shè)，較好地滿足了我國(guó)大型壓力容器產(chǎn)品的制造需求。典型鋼種有國(guó)標(biāo)GB19189中的07MnNiVDR、07MnNiMoDR、日標(biāo)JISG3115中的12MnNiVR，國(guó)產(chǎn)品種實(shí)物質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到了國(guó)外鋼廠同類品種的實(shí)物水平。

3、Ni系低溫鋼隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展， 國(guó)內(nèi)石油、化工等能源行業(yè)需要大量低溫用鋼來(lái)制造各種液化石油氣、液氨、液氧、液氮的生產(chǎn)及存儲(chǔ)設(shè)備。目前能源行業(yè)-70~-196℃條件下使用的材料多為Ni系低溫鋼， Ni含量在0.5%-9%之間。我國(guó)低溫壓力容器用鋼今后的發(fā)展趨勢(shì)隨著全球范圍內(nèi)能源及資源需求的日益增長(zhǎng)， 對(duì)于低溫壓力容器用鋼而言，實(shí)現(xiàn)鋼材的減量化、低成本化和系列化、通過(guò)使鋼板具有特定的性能， 使其在服役條件下的安全性能得到提高成為鋼鐵行業(yè)的重要發(fā)展方向。同時(shí)，適用于更低溫度壓力容器用鋼的開(kāi)發(fā)也是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

1、減量化Ni的合金化成本占Ni系低溫鋼成本的比重很大， 而且Ni價(jià)波動(dòng)很大， 因此 通過(guò)合理的化學(xué)成分設(shè)計(jì)和先進(jìn)的控軋控冷工藝， 在不降低性能的前提下， 實(shí)現(xiàn)減Ni化鋼板的開(kāi)發(fā)是低溫壓力容器用鋼的一個(gè)重要發(fā)展方向。日本采用7%Ni鋼及合適的TMCP工藝相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)要求的殘余奧氏體含量并細(xì)化組織， 使7%Ni鋼板的韌性和耐低溫?cái)嗔研阅苓_(dá)到9%Ni的水平，可替代9%Ni鋼用于LNG儲(chǔ)罐，日本已實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，建造了大型LNG儲(chǔ)罐，牌號(hào)也納入JIS和ASME標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)南鋼開(kāi)展7%Ni鋼的研發(fā)工作，并于2019年3月通過(guò)了全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)評(píng)審 ，南鋼成功開(kāi)發(fā)的7Ni鋼綜合性能已達(dá)到9%Ni鋼水平，并可用于建造低溫壓力容器，但還沒(méi)有工程應(yīng)用，同時(shí)河鋼舞鋼、興澄特鋼都相繼開(kāi)展了7%Ni鋼的研發(fā)工作。

2、系列化高強(qiáng)化歐標(biāo)EN10028-6中有適用于使用溫度-40℃/-60℃的不同強(qiáng)度級(jí)別的低溫調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼，但是國(guó)標(biāo)中僅有屈服強(qiáng)度490MPa溫壓力容器用鋼，隨大型高參數(shù)氧氣球罐、天然氣球罐等壓力容器產(chǎn)品的需求與日俱增， 對(duì)壓力容器用低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板也提出了更高強(qiáng)度、更優(yōu)綜合性能的技術(shù)要求。合肥通用機(jī)械研究院聯(lián)合武漢鋼鐵集團(tuán)公司、湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司等單位開(kāi)展了690MPa低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼的研發(fā)工作，采用微合金化處理技術(shù)，成功開(kāi)發(fā)出高強(qiáng)度高韌性WDL690D/CF690鋼板，為10000m3天然氣球罐等壓力容器產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化和輕量化奠定了基礎(chǔ)，但到目前為止一直未納入標(biāo)準(zhǔn)。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，石油產(chǎn)品的深度加工日益受到重視，原料油經(jīng)過(guò)加熱、裂化、焦化、裂解、加氫等反應(yīng)，把裂化、裂解氣中的烯烴分離出來(lái)，用于合成各種化工產(chǎn)品，而裂解產(chǎn)物的分離法中“深冷分離"應(yīng)用廣泛，因此在設(shè)備中，聚乙烯裝置中所用低溫鋼溫度區(qū)間-45～-120℃，大部分正是5%Ni鋼使用溫度范圍，目前低溫壓力容器鋼國(guó)標(biāo)中沒(méi)有5%Ni，國(guó)外的ASME、ASTM、JIS、EN等均有從低Ni到高Ni的全系列標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)眾多船級(jí)社標(biāo)準(zhǔn)中均有相對(duì)應(yīng)的鋼種如ABS中A645/5%Ni、DNV中NV5Ni、CCS中的5%Ni、GL中的X2Ni5/5%Ni、LR中的5%Ni、BV中的5%Ni 等等，而國(guó)內(nèi)低溫壓力容器標(biāo)準(zhǔn)中Ni系鋼只有0.5%Ni/3.5Ni%和9%Ni鋼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的缺失限制了國(guó)產(chǎn)Ni系低溫鋼的發(fā)展與應(yīng)用，應(yīng)盡快對(duì)國(guó)內(nèi)外低溫壓力容器用材料進(jìn)行比較研究， 依據(jù)使用溫度和含Ni量的不同， 盡快實(shí)現(xiàn)Ni系低溫鋼品種系列化。

3、低成本化研究表明，高錳奧氏體低溫鋼的低溫韌性、耐疲勞性、耐腐蝕性等性能與目前廣泛應(yīng)用的9%Ni鋼相當(dāng)，但其塑性遠(yuǎn)優(yōu)于9%Ni鋼（約為9%Ni 鋼的3倍），這對(duì)于提高LNG設(shè)施安全性具有重要意義。另外金屬錳的價(jià)格僅為鎳價(jià)格的1/10左右，采用高錳鋼可大幅降低材料制造成本。目前高錳奧氏體低溫壓力容器鋼標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范有韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)KS D3031-2014、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM A1106-2017，國(guó)內(nèi)鋼企河鋼舞鋼、首鋼和東北大學(xué)先后在中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院備案了壓力容器用高錳奧氏體低溫鋼標(biāo)準(zhǔn)。

4、安全化目前日本JFE采用超級(jí)在線加速冷卻系統(tǒng)生產(chǎn)的9%Ni鋼， 其常規(guī)力學(xué)性能與傳統(tǒng)9%Ni鋼 （軋制后淬火-回火工藝） 相當(dāng)， 但抑制裂紋擴(kuò)展性卻得到顯著提高， JFE新開(kāi)發(fā)的9%Ni鋼在低使用溫度-196℃時(shí)仍具有良好的止裂性能， 可滿足對(duì)安全性的更高要求。

5、超低溫化超低溫液化儲(chǔ)氫就是利用低溫將氫氣冷凝成液體，其儲(chǔ)氫密度約為70g/L，大幅高于高壓壓縮氣體儲(chǔ)氫密度（約為39g/L，70MPa）。因此，超低溫液化儲(chǔ)氫的體積密度遠(yuǎn)高于高壓儲(chǔ)氫。但多級(jí)壓縮冷卻能耗巨大。另外，對(duì)儲(chǔ)罐的絕熱性能要求苛刻，因此，低溫儲(chǔ)氫罐的設(shè)計(jì)制造及材料的選擇一直存在成本高昂的難題。目前韓國(guó)浦項(xiàng)、河鋼舞鋼和中船第725所均開(kāi)展了低溫儲(chǔ)氫用鋼的研究工作。