壓力容器用鋼氧化物冶金技術(shù)研究

王 勇/唐山鋼鐵國(guó)際工程技術(shù)股份有限公司

壓力容器用鋼氧化物冶金技術(shù)研究

王 勇/唐山鋼鐵國(guó)際工程技術(shù)股份有限公司

壓力容器在工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，工業(yè)應(yīng)用對(duì)壓力容器的質(zhì)量及性能有較高的要求，高強(qiáng)度及高韌性是確保壓力容器適應(yīng)安全的保障。針對(duì)壓力容器在焊接過(guò)程個(gè)容易出現(xiàn)晶體粗化、焊接裂紋等問(wèn)題，氧化物冶金技術(shù)由于具有抑制粗化及減少裂紋的優(yōu)點(diǎn)而成為目前壓力容器生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用較為重要的一項(xiàng)技術(shù)手段。本文就壓力容器用鋼氧化物冶金技術(shù)的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了探討，旨在促進(jìn)壓力容器用鋼整體質(zhì)量及性能的提高，確保使用安全。

壓力容器；鋼材料；氧化物冶金技術(shù)

前言

壓力容器在工業(yè)領(lǐng)域有著非常廣泛的引用，隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，對(duì)壓力容器用鋼的質(zhì)量及性能也提出了更高的要求。雖然說(shuō)隨著工業(yè)及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，焊接技術(shù)也得到大幅的提升，但是傳統(tǒng)焊接技術(shù)下，在焊接過(guò)程中非常容易出現(xiàn)晶體粗化及裂紋的問(wèn)題，從而降低壓力容器的整體性能。氧化物冶金技術(shù)是一種新型的焊接技術(shù)，相比于其他焊接技術(shù)，其具有抑制晶體粗化及防止焊接裂紋產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，因此加強(qiáng)對(duì)氧化物冶金技術(shù)的研究并推廣其在壓力容器制造中的應(yīng)用意義重大。

一、氧化物冶金技術(shù)概述

在煉鋼過(guò)程中，鋼材料中的非金屬雜物對(duì)鋼材料的整體質(zhì)量及性能有很大的影響，如果不采取有效的方法進(jìn)行有效的控制，將會(huì)對(duì)在很大程度上降低由鋼材料制成的產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，從而難以確保鋼材料制品使用的安全與穩(wěn)定性。但是隨著科學(xué)技術(shù)的不打斷發(fā)展，科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)鋼材料中的非金屬雜質(zhì)進(jìn)行合理的控制，也能將其轉(zhuǎn)變成有利于制品整體質(zhì)量與性能提升的一面，因此，從這方面看，鋼材料中的非金屬雜質(zhì)是不能完全以壞處論之的，在這種情況下，氧化物冶金技術(shù)被提出并得到廣泛的推廣應(yīng)用。

氧化物冶金技術(shù)在煉鋼過(guò)程中的應(yīng)用，主要是過(guò)程對(duì)鋼材料中比較小的雜質(zhì)進(jìn)行合理處理，使其在大小和分布方面能夠滿足一定的要求而達(dá)到提升鋼材料的硬度和強(qiáng)度的目的。鋼材料中的氧化物有大有小，大小的不同其在鋼材料中的作用也截然不同。一般情況下，比較大的氧化物會(huì)對(duì)鋼材料的各方面性能造成影響，被視作雜物；而對(duì)于比較細(xì)小的氧化物，當(dāng)其尺寸足夠小，并且呈彌散分布，就能夠作為鋼材料中晶體內(nèi)針狀鐵素體形核核心，這種情況下，細(xì)小雜質(zhì)不僅不會(huì)影響鋼材料的質(zhì)量，而且還具有提升鋼材料基本性能的作用。

氧化物冶金技術(shù)提升鋼材料自制品基本性能優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮是以鋼材料中雜質(zhì)促進(jìn)壓力容器用鋼的晶體針狀內(nèi)鐵素體的形核為前提的，但是由于并不是所有的非金屬夾雜物都能夠形成形核，目前發(fā)現(xiàn)只有Ti2O3、ZrO2、Al2O3等是有效的非金屬氧化物，除此之外，硫化物及氮化物在氧化物上的析出也會(huì)給壓力容器用鋼的質(zhì)量和性能產(chǎn)生影響。因此，在氧化物冶金技術(shù)的運(yùn)用過(guò)程中，不僅要高度注意合金元素氧化物對(duì)晶內(nèi)鐵素體形成的影響，而且還要加強(qiáng)對(duì)非金屬元素在氧化物上的析出，只有滿足這兩方面的條件，才能實(shí)現(xiàn)利用氧化物冶金技術(shù)來(lái)提升壓力容器用鋼質(zhì)量及性能的目的。

二、壓力容器用鋼成分設(shè)計(jì)

（一）壓力容器用鋼合金元素分析

在壓力容器用鋼的成分設(shè)計(jì)中，由于不同的合金元素在壓力容器用鋼中發(fā)揮的作用是不同的，因此了解每一種合金元素在壓力容器用鋼中的作用是進(jìn)行成分設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。C、Si、Mn、Nb、Mo、V 等是壓力容器用鋼中常見的合金元素，這些合金元素在其中發(fā)揮的作用是不一樣的，例如 C在壓力容器用鋼中的主要作用主要體現(xiàn)在強(qiáng)度、韌度及焊接性三個(gè)方面，通過(guò)在壓力容器用鋼中合理的加入一些C合金元素就可以有效提升壓力容器用鋼的強(qiáng)度、韌度及焊接性。而其他合金元素在壓力容器用鋼中的作用有體現(xiàn)在不同的方面，因此，全面掌握才能更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)利用。在壓力容器用鋼中使用各種合金元素，合理控制地對(duì)各種合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行控制是關(guān)鍵。

（二）壓力容器用鋼成分設(shè)計(jì)基本原則

壓力容器永剛成分設(shè)計(jì)需要遵循一定的原則：一是要根據(jù)壓力容器用鋼的承受能力分析進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒑辖鸹幚?。在充分分析壓力容器用鋼承受能力的基礎(chǔ)上，對(duì)合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行合理的控制，使合金元素具備高強(qiáng)度和高韌性的基本特質(zhì)，在氧化物冶金技術(shù)的應(yīng)用下形成高熔點(diǎn)第二相粒子以抑制奧氏體晶體粗化的現(xiàn)象，從而提升壓力容器用鋼的質(zhì)量和性能。二是要對(duì)熱處理工藝技術(shù)的合理采用。，在壓力容器用鋼冶煉結(jié)束以后，要根據(jù)壓力容器用鋼的實(shí)際情況進(jìn)行鍛造參數(shù)和軋制參數(shù)的設(shè)置，以合理的控制析出相的析出和鋼板組織。

三、壓力容器用鋼的制備過(guò)程

（一）壓力容器用鋼的冶煉和澆鑄

壓力容器用鋼的冶煉工藝應(yīng)用主要包括純鐵熔化、脫氧、合金化及真空澆鑄等流程。

（二）壓力容器用鋼的鍛造和軋制

對(duì)于壓力容器用鋼的鍛造與軋制過(guò)程要注意以下幾方面：一是對(duì)鍛造溫度的控制，一般來(lái)說(shuō)，鍛造加熱溫度為1200℃，終鍛溫度要在950℃以上；二是軋制過(guò)程中控軋控冷技術(shù)的合理應(yīng)用，在進(jìn)行壓力容器用鋼熱軋的過(guò)程中必須運(yùn)用控軋空冷技術(shù)對(duì)加熱溫度和軋制溫度進(jìn)行控制，以確保軋制的質(zhì)量。而由于軋制冷卻的速度對(duì)壓力容器用鋼中晶粒粗化的現(xiàn)象有很大影響，適當(dāng)提升不僅可以抑制晶粒粗化的現(xiàn)象，而且還能提升壓力容器用鋼的韌性和強(qiáng)度，，加快超細(xì)鐵素體組織在壓力容器用鋼中的形成速度，因此，要在熱軋的基礎(chǔ)上應(yīng)用控冷技術(shù)。

四、脫氧工藝對(duì)壓力容器用鋼相關(guān)性能的影響

由于壓力容器用鋼的質(zhì)量和性能直接受夾雜物在壓力容器用鋼中的尺寸和分布的影響，因此在運(yùn)用氧化物冶金技術(shù)進(jìn)行壓力容器用鋼的煉化前對(duì)夾雜物金相進(jìn)行系統(tǒng)的分析是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)壓力容器用鋼中的夾雜物金相進(jìn)行分析，才能在準(zhǔn)確解夾雜物尺寸及分布情況的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行更加準(zhǔn)確的細(xì)化和合理分布。另外，合金元素在壓力容器用鋼煉制過(guò)程中產(chǎn)生的析出相也會(huì)影響壓力容器用鋼的強(qiáng)度和韌性，因此，加強(qiáng)對(duì)這些析出相的控制也非常重要。只有充分考慮這兩方面，才能充分利用氧化物冶金技術(shù)來(lái)提升壓力容器用鋼的質(zhì)量及性能。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，氧化物冶金技術(shù)在壓力容器用鋼制造中有著突出的優(yōu)點(diǎn)，合理應(yīng)用可以有效抑制晶體粗化及裂紋的出現(xiàn)，對(duì)于壓力容器用鋼質(zhì)量及性能的提升有積極作用，因此應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)氧化工藝對(duì)壓力容器用鋼中夾雜物、析出相及鋼組織等方面對(duì)性能影響的研究，以不斷提升氧化物冶金技術(shù)應(yīng)用水平。出于該目的，上文在充分結(jié)合筆者對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)研究以及自己多年工作實(shí)踐基礎(chǔ)上主要對(duì)壓力容器用鋼氧化物冶金技術(shù)進(jìn)行淺探，以供相關(guān)從業(yè)人員參考。

[1] 熊智慧. 壓力容器用鋼中含鈦氧化物對(duì)性能的影響研究[D].北京科技大學(xué), 2016.

[2] 魏星，車飛，張華勇，萬(wàn)恩廣.壓力容器用鋼氧化物冶金技術(shù)研究[J].煤礦現(xiàn)代化，2017.01.

[3] 趙鑫淼. 壓力容器用鋼氧化物冶金技術(shù)研究[D]. 東北大學(xué),2011.

[4] 吳曉燕, 朱立光, 梅國(guó)宏,等. 氧化物冶金技術(shù)及其發(fā)展展望[J]. 鑄造技術(shù), 2017(4):741-745.

[5] 潘偉. 氧化物冶金技術(shù)及應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)科技信息,2016(21):30-31.