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首页 > 服务项目 > 压力容器许可证咨询 > 低温压力容器用钢板开发现状和发展趋势生产许可证：低温压力容器用钢板开发现状和发展趋势
随着石油化工、能源、航空航天工业的发展，新工艺、新技术、新设备不断涌现。新技术和新设备的开发促进了低温压力容器用钢的发展，同时随着国内冶炼、轧制和热处理技术的不断进步，低温压力容器用钢在品种系列和实物水平上均得到大幅提高。本文叙述了我国中低温压力容器用钢的开发现状，客观地评价了钢板的实物质量，并提出今后的发展趋势。
低温C-Mn钢在各国承压设备中用量较大，使用时间长，制造工艺成熟稳定。典型钢种有国标GB3531中的16MnDR、15MnNiDR、15MnNiNbDR，美标中的ASTM A662/A662M、ASTM A516/516M、ASTM A612/612M，欧标EN10028-3中的P275NL1/NL2、P355NL1/NL2、P460NL1/NL2，EN10028-5中的P355ML1/NL2、P420ML1/NL2、P460ML1/NL2等，目前国内各大钢厂都具备生产低温C-Mn钢的能力，但是特厚板生产方面河钢舞钢、兴澄特钢的实物质量优良并且工程业绩较多，同时国产品种实物质量已经达到了国外钢厂同类品种的实物水平。国内钢厂典型低温C-Mn钢实物质量见表1。.png)
2 低温调质高强钢
我国的低温压力容器用调质高强钢于20世纪80年代初期开始研制。当时主要参照日本低焊接裂纹敏感性高强钢（CF钢）技术路线， 在C-Si-Mn低合金钢基础上添加微量合金元素，经调质热处理得到调质高强钢板，在球罐和储罐等压力容器产品制造中替代进口钢板，并成功应用于多个重大工程项目建设，较好地满足了我国大型压力容器产品的制造需求。典型钢种有国标GB19189中的07MnNiVDR、07MnNiMoDR、日标JISG3115中的12MnNiVR，国产品种实物质量已经达到了国外钢厂同类品种的实物水平（表2）。
3 Ni系低温钢
随着我国经济的高速发展， 国内石油、化工等能源行业需要大量低温用钢来制造各种液化石油气、液氨、液氧、液氮的生产及存储设备。目前能源行业-70~-196℃条件下使用的材料多为Ni系低温钢， Ni含量在0.5%-9%之间。
1 减量化
Ni的合金化成本占Ni系低温钢成本的比重很大， 而且Ni价波动很大， 因此 通过合理的化学成分设计和先进的控轧控冷工艺， 在不降低性能的前提下， 实现减Ni化钢板的开发是低温压力容器用钢的一个重要发展方向。
日本率先采用7%Ni钢及合适的TMCP工艺相结合来实现要求的残余奥氏体含量并细化组织， 使7%Ni钢板的韧性和耐低温断裂性能达到9%Ni的水平，可替代9%Ni钢用于LNG储罐，日本已率先实现工程应用，建造了大型LNG储罐，牌号也纳入JIS和ASME标准。
国内南钢率先开展7%Ni钢的研发工作，并于2019年3月通过了全国锅炉压力容器标准化委员会评审 ，南钢成功开发的7Ni钢综合性能已达到9%Ni钢水平，并可用于建造低温压力容器，但还没有工程应用，同时河钢舞钢、兴澄特钢都相继开展了7%Ni钢的研发工作。
2 系列化高强化
欧标EN10028-6中有适用于使用温度-40℃/-60℃的不同强度级别的低温调质高强钢，但是国标中仅有屈服强度490MPa级低温压力容器用钢，随大型高参数氧气球罐、天然气球罐等压力容器产品的需求与日俱增， 对压力容器用低合金调质高强度钢板也提出了更高强度、更优综合性能的技术要求。合肥通用机械研究院联合武汉钢铁集团公司、湘潭钢铁集团有限公司等单位开展了690MPa级低合金调质高强钢的研发工作，采用微合金化处理技术，成功开发出高强度高韧性WDL690D/CF690钢板，为10000m3天然气球罐等压力容器产品的国产化和轻量化奠定了基础，但到目前为止一直未纳入标准。
随着石油工业的发展，石油产品的深度加工日益受到重视，原料油经过加热、裂化、焦化、裂解、加氢等反应，把裂化、裂解气中的烯烃分离出来，用于合成各种化工产品，而裂解产物的分离法中“深冷分离”应用广泛，因此在设备中，聚乙烯装置中所用低温钢温度区间-45～-120℃，大部分正是5%Ni钢使用温度范围，目前低温压力容器钢国标中没有5%Ni，国外的ASME、ASTM、JIS、EN等均有从低Ni到高Ni的全系列标准，同时众多船级社标准中均有相对应的钢种如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，而国内低温压力容器标准中Ni系钢只有0.5%Ni/3.5Ni%和9%Ni钢的国家标准，标准的缺失限制了国产Ni系低温钢的发展与应用，应尽快对国内外低温压力容器用材料进行比较研究， 依据使用温度和含Ni量的不同， 尽快实现Ni系低温钢品种系列化。
3 低成本化
研究表明，高锰奥氏体低温钢的低温韧性、耐疲劳性、耐腐蚀性等性能与目前广泛应用的9%Ni钢相当，但其塑性远优于9%Ni钢（约为9%Ni 钢的3倍），这对于提高LNG设施安全性具有重要意义。另外金属锰的价格仅为镍价格的1/10左右，采用高锰钢可大幅降低材料制造成本。目前高锰奥氏体低温压力容器钢标准和规范有韩国标准KS D3031-2014、美国标准ASTM A1106-2017，国内钢企河钢舞钢、首钢和东北大学先后在中国标准化研究院备案了压力容器用高锰奥氏体低温钢标准。
4 安全化
目前日本JFE采用超级在线加速冷却系统生产的9%Ni钢， 其常规力学性能与传统9%Ni钢 （轧制后淬火-回火工艺） 相当， 但抑制裂纹扩展性却得到显著提高， JFE新开发的9%Ni钢在最低使用温度-196℃时仍具有良好的止裂性能， 可满足对安全性的更高要求。
5 超低温化
超低温液化储氢就是利用低温将氢气冷凝成液体，其储氢密度约为70g/L，大幅高于高压压缩气体储氢密度（约为39g/L，70MPa）。因此，超低温液化储氢的体积密度远高于高压储氢。但多级压缩冷却能耗巨大。另外，对储罐的绝热性能要求苛刻，因此，低温储氢罐的设计制造及材料的选择一直存在成本高昂的难题。目前韩国浦项、河钢舞钢和中船第725所均开展了低温储氢用钢的研究工作。
典型低温压力容器用钢板开发现状
1 低温C-Mn钢低温C-Mn钢在各国承压设备中用量较大，使用时间长，制造工艺成熟稳定。典型钢种有国标GB3531中的16MnDR、15MnNiDR、15MnNiNbDR，美标中的ASTM A662/A662M、ASTM A516/516M、ASTM A612/612M，欧标EN10028-3中的P275NL1/NL2、P355NL1/NL2、P460NL1/NL2，EN10028-5中的P355ML1/NL2、P420ML1/NL2、P460ML1/NL2等，目前国内各大钢厂都具备生产低温C-Mn钢的能力，但是特厚板生产方面河钢舞钢、兴澄特钢的实物质量优良并且工程业绩较多，同时国产品种实物质量已经达到了国外钢厂同类品种的实物水平。国内钢厂典型低温C-Mn钢实物质量见表1。
我国的低温压力容器用调质高强钢于20世纪80年代初期开始研制。当时主要参照日本低焊接裂纹敏感性高强钢（CF钢）技术路线， 在C-Si-Mn低合金钢基础上添加微量合金元素，经调质热处理得到调质高强钢板，在球罐和储罐等压力容器产品制造中替代进口钢板，并成功应用于多个重大工程项目建设，较好地满足了我国大型压力容器产品的制造需求。典型钢种有国标GB19189中的07MnNiVDR、07MnNiMoDR、日标JISG3115中的12MnNiVR，国产品种实物质量已经达到了国外钢厂同类品种的实物水平（表2）。
随着我国经济的高速发展， 国内石油、化工等能源行业需要大量低温用钢来制造各种液化石油气、液氨、液氧、液氮的生产及存储设备。目前能源行业-70~-196℃条件下使用的材料多为Ni系低温钢， Ni含量在0.5%-9%之间。
我国低温压力容器用钢今后的发展趋势
随着全球范围内能源及资源需求的日益增长， 对于低温压力容器用钢而言，实现钢材的减量化、低成本化和系列化、通过使钢板具有特定的性能， 使其在服役条件下的安全性能得到提高成为钢铁行业的重要发展方向。同时，适用于更低温度压力容器用钢的开发也是一个重要的发展方向。1 减量化
Ni的合金化成本占Ni系低温钢成本的比重很大， 而且Ni价波动很大， 因此 通过合理的化学成分设计和先进的控轧控冷工艺， 在不降低性能的前提下， 实现减Ni化钢板的开发是低温压力容器用钢的一个重要发展方向。
日本率先采用7%Ni钢及合适的TMCP工艺相结合来实现要求的残余奥氏体含量并细化组织， 使7%Ni钢板的韧性和耐低温断裂性能达到9%Ni的水平，可替代9%Ni钢用于LNG储罐，日本已率先实现工程应用，建造了大型LNG储罐，牌号也纳入JIS和ASME标准。
国内南钢率先开展7%Ni钢的研发工作，并于2019年3月通过了全国锅炉压力容器标准化委员会评审 ，南钢成功开发的7Ni钢综合性能已达到9%Ni钢水平，并可用于建造低温压力容器，但还没有工程应用，同时河钢舞钢、兴澄特钢都相继开展了7%Ni钢的研发工作。
2 系列化高强化
欧标EN10028-6中有适用于使用温度-40℃/-60℃的不同强度级别的低温调质高强钢，但是国标中仅有屈服强度490MPa级低温压力容器用钢，随大型高参数氧气球罐、天然气球罐等压力容器产品的需求与日俱增， 对压力容器用低合金调质高强度钢板也提出了更高强度、更优综合性能的技术要求。合肥通用机械研究院联合武汉钢铁集团公司、湘潭钢铁集团有限公司等单位开展了690MPa级低合金调质高强钢的研发工作，采用微合金化处理技术，成功开发出高强度高韧性WDL690D/CF690钢板，为10000m3天然气球罐等压力容器产品的国产化和轻量化奠定了基础，但到目前为止一直未纳入标准。
随着石油工业的发展，石油产品的深度加工日益受到重视，原料油经过加热、裂化、焦化、裂解、加氢等反应，把裂化、裂解气中的烯烃分离出来，用于合成各种化工产品，而裂解产物的分离法中“深冷分离”应用广泛，因此在设备中，聚乙烯装置中所用低温钢温度区间-45～-120℃，大部分正是5%Ni钢使用温度范围，目前低温压力容器钢国标中没有5%Ni，国外的ASME、ASTM、JIS、EN等均有从低Ni到高Ni的全系列标准，同时众多船级社标准中均有相对应的钢种如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，而国内低温压力容器标准中Ni系钢只有0.5%Ni/3.5Ni%和9%Ni钢的国家标准，标准的缺失限制了国产Ni系低温钢的发展与应用，应尽快对国内外低温压力容器用材料进行比较研究， 依据使用温度和含Ni量的不同， 尽快实现Ni系低温钢品种系列化。
3 低成本化
研究表明，高锰奥氏体低温钢的低温韧性、耐疲劳性、耐腐蚀性等性能与目前广泛应用的9%Ni钢相当，但其塑性远优于9%Ni钢（约为9%Ni 钢的3倍），这对于提高LNG设施安全性具有重要意义。另外金属锰的价格仅为镍价格的1/10左右，采用高锰钢可大幅降低材料制造成本。目前高锰奥氏体低温压力容器钢标准和规范有韩国标准KS D3031-2014、美国标准ASTM A1106-2017，国内钢企河钢舞钢、首钢和东北大学先后在中国标准化研究院备案了压力容器用高锰奥氏体低温钢标准。
4 安全化
目前日本JFE采用超级在线加速冷却系统生产的9%Ni钢， 其常规力学性能与传统9%Ni钢 （轧制后淬火-回火工艺） 相当， 但抑制裂纹扩展性却得到显著提高， JFE新开发的9%Ni钢在最低使用温度-196℃时仍具有良好的止裂性能， 可满足对安全性的更高要求。
5 超低温化
超低温液化储氢就是利用低温将氢气冷凝成液体，其储氢密度约为70g/L，大幅高于高压压缩气体储氢密度（约为39g/L，70MPa）。因此，超低温液化储氢的体积密度远高于高压储氢。但多级压缩冷却能耗巨大。另外，对储罐的绝热性能要求苛刻，因此，低温储氢罐的设计制造及材料的选择一直存在成本高昂的难题。目前韩国浦项、河钢舞钢和中船第725所均开展了低温储氢用钢的研究工作。
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