制药装备中压力容器钢材选取要点解析

朱相武 孟凡刚

（1.杭州创普节能设备有限公司，杭州 310000；2.浙江成汉思创化工设备有限公司，湖州 313219）

制药企业在选取压力容器钢材的过程中，选取的压力容器钢材应满足强度、韧性、可加工性、耐腐性以及使用性等要求。制药企业可以根据钢材选取要求和制药标准挑选不同的压力容器钢材。现阶段用于制造压力容器的钢材种类较多，制药企业应遵循选取原则、要求以及相关标准选取性价比较高的钢材。这样不仅可有效增加压力容器的使用寿命，而且能降低设备制造成本，从而提升制药企业的制药水平。

1 制药装备中压力容器用钢的基本要求

1.1 强度

制药压力容器在生产药品的过程中会受到药品施加的荷载，所以压力容器应具备较高的强度，以便承受较高的荷载[1]。制药企业在测试压力容器的强度时，会将压力容器的壁厚作为参考依据。通常压力容器的壁厚代表钢材的强度，但是钢材的强度与钢材自身的力学性能也存在密切的关系。如果钢材自身的强度较低，要提高压力容器的强度，需增加钢材的用量以增加容器壁厚，从而使得压力容器具备制药时所需的强度。除强度要求外，制药企业选取压力容器钢材时还应综合考虑生产成本，避免过度增加压力容器厚度而增加制药生产成本。

1.2 韧性

制造压力容器时，它的表面会出现许多圆角。圆角的出现主要与制造工艺有关。当压力容器出现圆角时，受到内部压强的作用，钢材形态会发生变化。因此，钢材需要具备良好的韧性，使得压力容器的整体形态控制在合理的范围内。使用焊接技术焊接钢材时，在焊接位置会出现圆角。如果焊接工艺未能达到标准，那么圆角位置会存在许多质量问题，同时压力容器内部的压强也会集中作用在圆角区域。所以，钢材要具有良好的韧性，以减少压强对圆角产生的冲击。

1.3 可加工性

压力容器钢材应具备良好的可加工性能，包括焊接性能和冷、热加工性能[2]。制药装备中的压力容器，在制造过程会使用较多的生产工艺，包括冷热卷加工工艺、热冲压成型加工工艺以及焊接工艺。因为使用的加工工艺较多，所以钢材应具有良好的可加工性能，以适应不同加工工艺的生产要求。具备良好加工性的钢材可减少制造过程中的断裂情况，也能保证产品质量，使制造的压力容器满足使用标准。

1.4 耐腐蚀性

在药品生产过程中，部分药品中含有腐蚀性物质，这要求选用的钢材应具备良好的耐腐蚀性。如果选用碳钢材料，在设备受到长时间腐蚀作用后，压力容器会出现裂缝，将严重缩短压力容器的使用寿命。制造压力容器选用的钢材通常为合金，如高合金钢材料、有色金属材料等。

2 压力容器常用钢材简介

2.1 壳体常用材料

我国针对制药装备中压力容器钢材选取制订了明确的标准。根据GB 150.1～150.4—2011《压力容器》要求，选用不同的钢材需要选用配套的加工工艺。其中，常用的钢材料类型有碳素结构钢、压力容器用碳素钢、低合金钢以及不锈钢等。

2.1.1 碳素结构钢钢板

选用碳素结构钢材料作为压力容器的钢板时，要求生产企业掌握碳素结构钢的牌号。牌号代表碳素结构钢的屈服强度。碳素结构钢的屈服强度与含硫量和含磷量有关。在牌号中会使用Q表示屈服点，单位为MPa。碳素结构钢一般用于制造非压力容器。非压力容器承受的强度有限，应用范围较小。现阶段碳素结构钢分为两种，一种是型号Q235B的碳素钢，另一种是型号为Q235C的碳素钢。

2.1.2 压力容器用碳素钢和低合金钢板

多数压力容器的制药标准较高，且压力容器内部要承受较大的压强。为提升压力容器的抗压能力，选用碳素钢和低合金钢制造压力容器。碳素钢和低合金钢板能制造出专用的压力容器。在使用低合金钢板时，应充分发挥低合金钢板的优势，以提升压力容器的强度、韧性以及耐腐蚀性等。这些优势全部来自低合金钢板中添加的其他金属，如锰、硅以及镍等。

2.1.3 低温压力容器用低合金钢板

许多药品在生产过程中要求药品处于低温环境，以保证药性不发生改变。一般将-20℃的环境设定为低温环境。在低温环境下生产药品时，要求使用的压力容器具备较强的抗低温能力。为满足低温生产要求，提高抗低温能力，通常选用低合金钢板制造压力容器。选用的低合金钢板还应具备较强的韧性和抗压能力，避免受到低温的影响而导致选用的钢材出现脆断现象。

2.1.4 不锈钢钢板

不锈钢钢板的全称为不锈耐酸钢，因钢板中含有铬，因此具备耐锈蚀和耐酸性等特点。在制造不锈钢钢板时，钢板中的铬含量在总量的12%～30%。如果铬含量在12%～17%，则该不锈钢钢板常用于生产腐蚀性较低的药品。如果铬含量在17%～30%，则该不锈钢钢板用于生产腐蚀性较强的药品。

2.2 接管与换热管常用材料

制药装备中压力容器会与多种制药装备连接。连接时会使用较多的钢管，如连接列管式换热设备时会使用换热钢管。在连接中常采用无缝焊接技术，以提升连接钢管的承压能力[3]。现阶段使用无缝焊接技术接管时，通常使用碳素钢、低合金钢、低合金耐热钢以及高合金钢等钢管。

2.3 螺栓与螺母常用材料

在制药装备中，通常使用不同类型的螺栓和螺母作为基础材料。使用螺栓和螺母连接压力容器时，会在连接位置承受较大的应力。因为要长时间受到应力负荷的作用，所以需要螺栓和螺母具备良好的机械性能。机械性能包括塑性性能、韧性性能以及加工性能。此外，螺栓和螺母会长时间处于高温或低温环境，因此要求制造螺栓和螺母的钢材具备抗低温、抗高温、低缺口敏感性以及抗松弛性等性能。制备的螺栓和螺母也应具有良好的可匹配性，且强度和硬度应高于压力容器钢材的强度和硬度。

3 制药装备中压力容器钢材的选用原则

制药装备中压力容器常用钢材料的选用需遵循3个原则。第一，以压力容器的工作条件为选择标准。工作条件包括设计压力、介质特性以及设计温度等，还应综合考虑其他条件，包括焊接性能、热处理性能、容器结构以及冷、热加工性能等。第二，满足经济合理性原则。根据药品生产要求，压力容器的各项指标应满足生产标准，保证质量的同时选择价位较低的材料，从而有效控制生产成本。第三，符合我国的相关标准原则。在选用钢材料制造压力容器时，如果选用的钢材料不符合标准，会使整个生产过程处于不稳定状态，导致生产的药品质量不合格，甚至引发安全事故。

4 结语

选用合适的钢材料制造压力容器时，应综合考虑钢材料的性能，并按照制药装备中压力容器钢材的选用原则选用合适的钢材料。制造中应遵循钢材料的相关要点，使压力容器中的钢材料满足制药设备的生产要求，提升药品的生产质量，保证压力容器能够安全稳定地工作。