浅析GB150—2011中的新增钢板

赵斐 李介普

摘要：着重分析了新版《压力容器》（GB 150—2011）中一些新引入钢板的特性，从合金元素及含量的角度给出了钢板特性及钢板的应用情况，有助于压力容器设计人员对新版《压力容器》部分变更内容的理解与掌握，从而帮助设计者合理、经济选材。

关键词：压力容器;材料选择;合金元素

0    引言

GB 150是我国钢制压力容器设计、制造、检验的核心基础标准，及时关注新GB 150—2011的变更内容，正确认识压力容器用钢中的钢材成分、特点以及牌号等信息，不仅可以使设计人员充分认识到元素在合金钢中的重要性，还可以提高压力容器设计的安全性与经济性，提升设计人员的整体设计水平。

近年来，石油化工领域的设备都有大型化、集中化的趋势，设备也要求更轻、更安全，这就对压力容器提出了新的要求，需要压力容器产品既能满足苛刻的工艺条件，又能保证良好的安全性和经济性，节省材料。GB 150—2011是我国针对压力容器这种特种设备颁布的标准，多数内容要求强制执行。在工业领域积累了多年经验与实际案例之后，在对材料有了更深刻的了解的基础上，此版本相对于前一个版本GB 150—1998有了多处改动，其中一个明显的修改就是新增加的7种低合金钢板以及6种高合金钢板[1]，引入的这一系列钢板多数为低温条件下使用的钢板，这就将压力容器的设计温度范围扩大到了-196～575 ℃[2]。本文将着重探究新标准中这几种钢材的性能特点、用途等。

1    7种低合金钢板

在GB 150—2011第二部分材料中，第4章关于钢板的选择，新介绍了7种低合金钢板，分别是12Cr1MoVR、12Cr2Mo1VR、12MnNiVR、15MnNiNbDR、07MnNiMoDR、08Ni3DR和06Ni9-

DR，下面介绍它们的具体特性。

1.1    12Cr1MoVR和12Cr2Mo1VR

这两种钢板的合金元素都为钼（Mo）、镍（Ni）、钒（V），热加工条件都为正火加回火，调质。属于中高温用钢板，随着合金元素中这三种元素的增加，钢板所能适应的设计温度也会增加，这两种钢材都属于制造中高温抗氢用钢。

12Cr1MoVR中化学成分大致为：C：0.08%～0.15%;Si：0.17%～0.37%;Mn：0.30%～0.60%;Cr：0.90%～1.20%;Mo：0.25%～0.35%;V：0.15%～0.30%。

12Cr2Mo1VR中化学成分大致为：C：0.08%～0.15%;Si：0.17%～0.37%;Mn：0.30%～0.60%;Cr：2.00%～2.50%;Mo：0.90%～1.10%;V：0.15%～0.30%。

两种钢材的区别在铬元素与钼元素的含量上，通过GB 150—2011中的表格中可以看出，室温条件下，两种合金元素含量较高的钢材强度指标更大，其中12Cr2Mo1VR是强度级别最高的Cr-Mo钢。

1.2    12MnNiVR

这种钢板属于中常温用钢板，添加的元素为锰（Mn）、镍（Ni）、钒（V）。这三种元素的引入，除了镍和钒可以增强钢材的强度和硬度，最重要的就是锰元素显著提高了其韧性与可焊性[3]。这种钢板规定的厚度在10～60 mm，最低使用温度为-20 ℃，一般用于大型储油罐。

1.3    15MnNiNbDR和07MnNiMoDR

这两种钢板都属于低温用钢板，牌号中的D代表低温条件下使用，读作“低”。

15MnNiNbDR厚度规定在10～60 mm，最低使用温度为-50 ℃，其中各个化学元素的质量分数要求为：C：0.16%～0.18%;Si：0.15%～0.50%;Mn：1.20%～1.60%;P≤0.020%;S≤0.010%;Ni：0.30%～0.70%;Nb：0.01%～0.04%;镍（Ni）与微量铌（Nb）的添加都能增强钢材的强度，锰（Mn）的添加又能保证其韧性，故15MnNiNbDR常用于高参数的球形储罐与单层卷焊容器。

07MnNiMoDR厚度规定在10～50 mm，最低使用温度为-50 ℃，使用状态要求为调质。这种新加入钢材与先前已有的07MnNiVDR相比，把合金元素V换为了Mo，钼（Mo）的存在增强了钢材的低温性能，提高了其强度与韧性，故新引入的07MnNiMoDR的最低使用温度比07MnNiVDR更低，微量合金对钢材性质的影响由此可见一斑[4]。

1.4    08Ni3DR和06Ni9DR

这两种钢材都属于低温用钢，添加的合金元素都只有镍（Ni），这两种钢材的存在，极大地增强了压力容器钢材对低温环境的适应性。

08Ni3DR中C的质量分数要小于0.15%，常规元素（如Si、Mn、S、P等）与优质低合金钢的含量类似。由上述分析我们可以发现，镍在增强钢材抗腐蚀能力及低温下力学性能方面有着极大的作用。08Ni3DR中镍（Ni）元素的含量为3.25%～3.75%，镍使得此种钢材的最低使用温度扩大到了-100 ℃，此种钢材主要用于-100 ℃级的低温容器。

06Ni9DR俗称“9镍钢”，与08Ni3DR相比，碳含量有了轻微的降低，但是镍（Ni）含量提升至8.5%～10%，这使得此种钢材的最低使用温度低至-196 ℃，具有良好的耐低温冲击性能和极低的受热形变系数，从而被广泛应用于液化天然气船舶和液化天然气储运工程。

2    6种高合金钢板

在GB 150—2011第二部分材料中，第4章关于钢板的选择，还介绍了6种高合金钢板，它们分别是S11972、S30409、S31008、S39042、S22253和S22053。下面將介绍它们的具体组成成分及特性。

S11972高合金钢板在GB 24511—2009中的新牌号为019Cr19Mo2NbTi，具体每种合金元素的含量在牌号中有所体现。S30409高合金钢板在GB 24511—2009中的新牌号为07Cr19Ni10，属于奥氏体耐热钢。S31008高合金钢板在GB 24511—2009中的新牌号为06Cr25Ni20，属于奥氏体耐热钢。S39042高合金钢板在GB 24511—2009中的新牌号为015Cr21Ni26Mo5Cu2，属于奥氏体不锈钢。S22253高合金钢板在GB 24511—2009中的新牌号为022Cr22Ni5Mo3N，属于奥氏体-铁素体不锈钢。S22053高合金钢板在GB 24511—2009中的新牌号为022Cr23Ni5Mo3N，属于奥氏体-铁素体不锈钢。

由对钢材牌号的探究可知，新添加的高合金钢板，不论是耐热钢还是不锈钢，其中铬（Cr）元素都为主要的合金元素，含量都在19%以上，保证了钢材的强度与耐腐蚀性能;二号元素为镍（Ni）元素，它可以与铬（Cr）元素相辅相成，更大程度上提高钢材的强度与耐腐蚀性，另外，镍还可以提高钢材的韧性并保证塑性，对于压力容器对材料的使用要求符合得较好。添加钼（Mo）元素时钢材中产生了稳定的新相组织，对钢材综合性能的提升大有益处。其余元素比如氮（N）、铜（Cu）的加入，分别保证了钢材的硬度与韧性要求，使得这些钢材可以满足压力容器用钢的要求。

3    结语

GB 150—2011新引入的7种低合金钢板和6种高合金钢板，科学利用了合金元素性能，增大了压力容器钢板的设计厚度与设计温度范围，实现了部分压力容器轻量化。了解这些钢材的性能，有助于设计人员实现设计的安全性与经济性。

[参考文献]

[1] 压力容器：GB 150—2011[S].

[2] 江慧丰.对GB 150.2—2011中碳素钢和低合金钢钢板部分的几点认识[J].化工机械，2014，41（4）：405-408.

[3] 刘硕.微合金元素对低合金高强钢焊缝及热影响区组织性能的影响[J].世界鋼铁，2014，14（1）：64-72.

[4] 马鸣，张亚奇，李春光.低温钢制压力容器焊接工艺综述[J].机械制造文摘（焊接分册），2011（6）：28-32.

收稿日期：2020-02-24

作者简介：赵斐（1993—），男，河南郑州人，助理工程师，研究方向：压力容器、压力管道安装与设计。