对GB 150.2-2011中碳素钢和低合金钢钢板部分的几点认识*

江慧丰

(合肥通用机械研究院国家压力容器与管道安全工程技术研究中心)

近年来，随着我国经济迅速发展和技术不断进步，压力容器设计制造在数量和质量上均取得了巨大提升。与之对应，我国也建立了较为全面的规范和标准体系，有力保障了压力容器的安全生产和服役。新版GB 150《压力容器》系列标准(包含4个部分)于2011年11月21日发布，2012年3月1日实施[1]，规定了压力容器建造的基本要求、对压力容器用钢材的要求、典型受压元件的设计计算方法和制造、检验与验收的要求，是我国压力容器标准体系中最为核心的基础标准，在行业领域内影响巨大[2]。

GB 150.2-2011《压力容器 第2部分：材料》作为独立的材料部分标准，规定了压力容器受压元件允许使用的钢材牌号及其产品标准，钢材的附加技术要求，钢材的使用范围(温度和压力)以及许用应力等内容。根据钢材化学成分和所含合金元素的不同，该标准分别从碳素钢和低合金钢、高合金钢这个两个方面对压力容器受压元件用钢材(包括钢板、钢管、钢锻件和螺柱(含螺栓)用钢棒)进行了说明。笔者主要针对GB 150.2-2011中碳素钢和低合金钢钢板部分进行总结和探讨。

1 适用范围

GB 150.2-2011中共收录碳素钢和低合金钢钢板牌号20个，包括[3]：

a． GB 713-2008《锅炉和压力容器用钢板》[4]中的9个牌号(Q245R、Q345R、Q370R、18MnMoNbR、13MnNiMoR、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR)，钢由氧气转炉或电炉冶炼；

b． GB 3531-2008《低温压力容器用低合金钢钢板》[5]中的3个牌号(16MnDR、15MnNiDR、09MnNiDR)，钢由氧气转炉或电炉冶炼，并采用炉外精炼工艺；

c． GB 19189-2011《压力容器用调质高强度钢板》[6]中的4个牌号(07MnMoVR、07MnNiVDR、07MnNiMoDR、12MnNiVR)，钢由氧气转炉或电炉冶炼，并应经过真空处理；

d． GB 150.2-2011附录A中的尚未列入材料标准(国家标准或行业标准)的4个牌号(12Cr2Mo1VR、15MnNiNbDR、08Ni3DR、06Ni9DR)。

根据GB150.2-2011，碳素钢和低合金钢钢板的使用温度上限(相应受压元件的最高设计温度)可由各牌号钢板许用应力(GB150.2-2011表2)所对应的最高温度确定，使用温度下限则直接在标准(GB150.2-2011表4)中给出。因此，可确定出这20个碳素钢和低合金钢牌号钢板所覆盖的设计温度范围为-196(06Ni9DR钢板)～575℃(12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR钢板)；此外，按钢板的适用温度，可参照GB 150.2-2011表4将钢板划分为3类，即为中常温用钢板、低温用钢板和中高温用钢板，具体见表1。

表1 碳素钢和低合金钢钢板适用温度范围

需要指出的是，在GB 150.2-2011表4中仅给出了15个牌号碳素钢和低合金钢钢板的使用温度下限，并未给出另外5个牌号的Cr-Mo钢(15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR和12Cr2Mo1VR)钢板的使用温度下限。这主要是因为Cr-Mo钢一般用于中高温临氢环境，不会用于低温条件，因此其使用温度下限取为室温20℃。

与GB 150-1998相比，GB 150.2-2011中新增了7个低合金钢钢板牌号(12Cr1MoVR、12Cr2Mo1VR、12MnNiVR、15MnNiNbDR、07MnNiMoDR、08Ni3DR和06Ni9DR)，扩大了标准规定的材料选择范围，设计温度覆盖范围更广，较好地适应了我国压力容器设计边界拓展和服役环境苛刻化的趋势[7]。

2 标准新进展

2011年9月28日，国家标准化管理委员会下达了2011年第一批国家标准制修订计划(国标委综合[2011]57号文)，其中要求对GB 713-2008和GB 3531-2008进行修订[8]。历时两年多，上述两个标准已完成修订，正处于报批公示阶段。

2.1 GB 713-2008的修订

GB 713-2008的修订主要是因为欧洲标准EN 10028-2009提高了锅炉及压力容器用钢的技术要求，特别是EN 10028.2-2009和EN 10028.3-2009中大大降低钢中S、P元素含量，提高冲击功要求；在国内，锅炉容器行业的设计院、制造和使用单位对钢板的成分控制和性能水平要求越来越高。随着国内钢厂冶金装备水平和产品开发实力的不断提高，新产品不断出现，在不同领域、关键设备等实现了应用，并取得了良好的效果，实现了以产顶进，有的达到了国际先进水平。同时降低钢中杂质元素含量，提高钢板性能要求，可进一步提高承压设备的安全可靠性。因此，对GB 713-2008进行修改势在必行。在该标准的修订稿中，将增加Q420R、12Cr2Mo1VR和07Cr2AlMoR 3个新牌号，所收录牌号钢板将由9个增加至12个；降低了标准收录钢板中S、P元素的含量，提高了各钢种的冲击功指标，规定了大单重钢板组批原则，增加了钢锭、电渣重熔披压缩比要求等。

2.2 GB 3531-2008的修订

GB 3531-2008的修订主要内容仍以GB 3531-2008为基础，同时参照了国际标准ISO 9328和国外先进标准EN 10028。

在GB 3531-2008标准的修订稿中，为与GB150.2-2011有效衔接，将增加15MnNiNbDR、08Ni3DR和06Ni9DR 3个牌号钢种，所收录牌号钢板将由3个增加至6个，标准名称相应修改为《低温压力容器用钢板》；同时，也充分考虑了国内企业的生产工艺，并结合国内冶炼和轧钢技术进步，降低了S、P等有害元素含量，提高钢的纯净度和性能指标。

3 各牌号钢板简介

参照GB 150.2-2011表4，可将碳素钢和低合金钢钢板根据其使用温度划分为3类，即为中常温用钢板(7个牌号)、低温用钢板(8个牌号)、中高温用钢板(5个牌号)，下面对各类钢板用途进行简介。

3.1 中常温用钢板

3.1.1Q245R

Q245R即为原来的20g(GB 713-1997[9])、20R(GB 6654-1996[10])，在GB150.2-2011(GB 713-2008)中厚度范围由6～100mm扩大至3～150mm，热轧、控轧、正火态使用，广泛用于制造各类压力容器。

3.1.2 Q345R

Q345R即为原来的16Mng(GB 713-1997)、19Mng(GB 713-1997)、16MnR(GB 6654-1996)，新标准中厚度范围由6～150mm扩大至3～200mm，热轧、控轧、正火态使用，是压力容器中应用范围最广且使用量最大的一个钢号，广泛用于制造单层卷焊容器、多层包扎容器、整体多层夹紧容器、热套容器和球形容器。

3.1.3 Q370R

Q370R即为原来的15MnNbR(GB 6654-1996第1号修改单)，厚度范围10～60mm，正火态使用，主要用于制造球形容器。

3.1.4 18MnMoNbR

18MnMoNbR，厚度范围30～100mm，正火加回火态使用，主要用于制造氨合成塔及尿素合成塔等厚壁容器。

3.1.5 13MnNiMoR

13MnNiMoR即为原来的13MnNiCrMoNbg(GB 713-1997)、13MnNiMoNbR(GB 6654-1996)，新标准中厚度范围由不大于120mm扩大至30～150mm，正火加回火态使用，主要用于制造单层卷焊厚壁压力容器。

3.1.6 07MnMoVR

07MnMoVR即为原来的07MnCrMoVR(GB 19189-2003[11])，新标准中厚度范围由12～60mm扩大至10～60mm，调质态使用，主要用于制造氧气球罐、丙烯球罐等压力容器。

3.1.7 12MnNiVR

12MnNiVR，大线能量钢板，新标准中厚度范围由12～60mm扩大至10～60mm，调质态使用，主要用于制造大型原油储罐等压力容器。

3.2 低温用钢板

3.2.1 16MnDR

16MnDR，-40℃级钢板，新标准中厚度范围由6～100mm(GB 3531-1996[12,13])扩大至6～120mm，正火、正火加回火态使用，是低温压力容器中使用量最大的一个钢号，广泛用于制造单层卷焊容器、整体多层夹紧容器、多层包扎容器、热套容器和球形容器。

3.2.2 15MnNiDR

15MnNiDR，-45℃级钢板，厚度范围6～60mm，正火、正火加回火态使用，主要用于制造低温塔器和球形容器。

3.2.3 15MnNiNbDR

15MnNiNbDR，-50℃级钢板，新增牌号，厚度范围10～60mm，正火、正火加回火态使用，主要用于制造高参数球形储罐和单层卷焊容器。

3.2.4 09MnNiDR

09MnNiDR，-70℃级钢板[14]，新标准中厚度范围由6～60mm扩大至6～120mm，正火、正火加回火态使用，主要用于制造低温球形容器。

3.2.5 08Ni3DR

08Ni3DR，-100℃级钢板，新增牌号，厚度范围6～100mm，正火、正火加回火、调质态使用，主要用于制造-100℃级低温容器。

3.2.6 06Ni9DR

06Ni9DR，-196℃级钢板，新增牌号，厚度范围6～40mm，调质态使用，主要用于制造大型LNG储罐等低温容器。

3.2.7 07MnNiVDR

07MnNiVDR即为原来的07MnNiMoVDR(GB 19189-2003)，-40℃级钢板，新标准中厚度范围由12～60mm扩大至10～60mm，调质态使用，主要用于制造球形储罐等压力容器。

3.2.8 07MnNiMoDR

07MnNiMoDR，-50℃级钢板，在原来的07MnNiMoVDR钢板基础上进行成分设计而得，厚度范围10～50mm，调质态使用，主要用于制造高参数球形储罐等压力容器。

3.3 中高温用钢板

GB 150.2-2011中收录了5个牌号的Cr-Mo钢(15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1R、12Cr1MoVR、12Cr2Mo1VR)钢板，主要用于中高温临氢环境，如炼油行业的加氢精制、重整等反应器和换热器设备。随着钢中Cr、Mo元素合金含量的增加或V元素的添加，钢板所对应设备的设计参数(温度、压力)将逐步提高。

3.3.115CrMoR

15CrMoR即为原来的15CrMog(GB 713-1997)、15CrMoR (GB 6654-1996)，又称1Cr-0.5Mo钢，新标准中厚度范围由6～100mm扩大至6～150mm，正火加回火态使用，是使用量较大的中高温抗氢用钢。

3.3.2 14Cr1MoR

14Cr1MoR，又称1.25Cr-0.5Mo钢，厚度范围由6～120mm(GB 150-1998[15])扩大至6～150mm(GB 150.2-2011)，正火加回火态使用，较15CrMoR强度级别有所提高，是炼油和化肥装置中使用量较大的一个中高温抗氢用钢。

3.3.3 12Cr2Mo1R

12Cr2Mo1R，又称2.25Cr-1Mo钢，新标准中厚度范围由6～120mm扩大至6～150mm，正火加回火态使用，较14Cr1MoR的设计温度有所提高，是用于高设计参数(温度、压力)的中高温抗氢钢。

3.3.4 12Cr1MoVR

12Cr1MoVR，新增牌号，厚度范围6～100mm，正火加回火态使用，较15CrMoR的设计温度有所提高，是用于较高设计温度的中高温抗氢钢。

3.3.5 12Cr2Mo1VR

12Cr2Mo1VR，新增牌号，又称2.25Cr-1Mo-0.25V钢，厚度范围30～120mm，正火加回火态使用，是强度级别最高的Cr-Mo钢，主要用于制造厚壁加氢反应器。

4 结论和展望

经过数十年的科技攻关和研发投入，我国压力容器用碳素钢和低合金钢钢板技术水平不断进步、性能持续提高，具体表现为：扩大了钢板厚度、宽度范围，提高了钢板材料纯净度(降低了材料的S、P含量)，提高了钢板的V型冲击功指标等，钢板整体处于国际领先水平(部分牌号已经达到国际先进水平)，为众多关键压力容器的国产化和轻量化提供了重要保障。如合肥通用机械研究院联合浙江大学、华东理工大学、中国第一重型机械集团等单位，依托承担的“863”重点项目(2009AA044800)成果，成功实现了(07MnNiMoDR制)大型低温乙烯球罐、(06Ni9DR制)大型深冷LNG储罐胶及(12MnNiVR制)超大容积原油储罐等极端条件下重大承压设备的国产化和轻量化。此外，随着行业不断推广应用07MnMoVR、07MnNiVDR等低焊裂纹敏感性钢和12Cr2MolVR、12Cr2MolV、12Cr3Mo1V等Cr-Mo钢，我国也实现了大型低温球罐、大型加氢反应器等重要压力容器的轻量化。

与之相应，新版标准GB 150.2-2011紧密结合行业需求和工程实际，与时俱进地吸纳了我国压力容器用钢的技术进展成果，所收录碳素钢和低合金钢牌号层次分明、覆盖全面，较好满足了我国压力容器用钢需求，标志着我国压力容器用钢标准化水平达到了一个全新的高度。

近年来，随着经济发展和工艺技术进步，全球石油、化工就及能源等行业过程装置呈现出大型化/重型化、服役环境极端化以及服役长周期化等趋势，压力容器产品的高参数化、绿色化/轻量化、信息化/智能化需求迫切。作为压力容器用钢的核心标准，GB 150.2一方面仍需积极关注(强度级别高、韧性和焊接性能优良的)新牌号低合金钢钢板的研发和应用成果，另一方面也需持续积累和更新相关牌号钢板的力学(尤其是长时高温性能)试验数据，跟踪借鉴国际先进标准技术内容，为规范我国压力容器制造业的发展进步做出更大贡献。

参考文献

[1] GB 150-2011，压力容器[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2011．

[2] 寿比南，杨国义，徐锋，等．GB 150-2011《压力容器》标准释义[M]．北京：新华出版社，2012.

[3] 章小浒，顾先山．GB 150.2-2011《压力容器 第2部分：材料》简介[J]. 压力容器, 2012, 29(4): 42～52.

[4] GB 713-2008，锅炉和压力容器用钢板[S]. 北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008．

[5] GB 3531-2008，低温压力容器用低合金钢钢板[S]. 北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008．

[6] GB 19189-2011，压力容器用调质高强度钢板[S]. 北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2011．

[7] 陈学东，崔军，范志超，等．我国高参数压力容器的设计、制造与维护[C]. 压力容器先进技术——第八届全国压力容器学术会议论文集．合肥：中国机械工程学会压力容器分会，2013.

[8] 秦晓钟．压力容器用材料标准的制修订近况[R].合肥：合肥通用机械研究院，2013.

[9] GB 713-1997，锅炉用钢板[S]. 北京：国家质量技术监督局，1997．

[10] GB 6654-1996，压力容器用钢板[S]. 北京：国家质量技术监督局，1996．

[11] GB 19189-2003，压力容器用调质高强度钢板[S]. 北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2003．

[12] GB 3531-1996，低温压力容器用低合金钢钢板[S]. 北京：国家质量技术监督局，1996．

[13] 秦晓钟．GB 3531-1996《低温压力容器用低合金钢钢板》标准简介[J]. 压力容器, 1997, 14(2): 91～93，74.

[14] 秦晓钟，杨应龙．-70℃低温压力容器用钢[J]. 压力容器, 2000, 17(1): 34～37.

[15] GB 150-1998，钢制压力容器[S]. 北京：国家标准化管理委员会，1998