壓力容器用鋼氧化物冶金技術研究

王勇

【摘 要】壓力容器在工業中有著廣泛的應用，工業應用對壓力容器的質量及性能有較高的要求，高強度及高韌性是確保壓力容器適應安全的保障。針對壓力容器在焊接過程個容易出現晶體粗化、焊接裂紋等問題，氧化物冶金技術由于具有抑制粗化及減少裂紋的優點而成為目前壓力容器生產過程中應用較為重要的一項技術手段。本文就壓力容器用鋼氧化物冶金技術的有關內容進行了探討，旨在促進壓力容器用鋼整體質量及性能的提高，確保使用安全。

【關鍵詞】壓力容器；鋼材料；氧化物冶金技術

前言

壓力容器在工業領域有著非常廣泛的引用，隨著我國工業化進程的不斷加快，對壓力容器用鋼的質量及性能也提出了更高的要求。雖然說隨著工業及科學技術的快速發展，焊接技術也得到大幅的提升，但是傳統焊接技術下，在焊接過程中非常容易出現晶體粗化及裂紋的問題，從而降低壓力容器的整體性能。氧化物冶金技術是一種新型的焊接技術，相比于其他焊接技術，其具有抑制晶體粗化及防止焊接裂紋產生等優點，因此加強對氧化物冶金技術的研究并推廣其在壓力容器制造中的應用意義重大。

一、氧化物冶金技術概述

在煉鋼過程中，鋼材料中的非金屬雜物對鋼材料的整體質量及性能有很大的影響，如果不采取有效的方法進行有效的控制，將會對在很大程度上降低由鋼材料制成的產品的質量和性能，從而難以確保鋼材料制品使用的安全與穩定性。但是隨著科學技術的不打斷發展，科學研究發現，通過對鋼材料中的非金屬雜質進行合理的控制，也能將其轉變成有利于制品整體質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是不能完全以壞處論之的，在這種情況下，氧化物冶金技術被提出并得到廣泛的推廣應用。

氧化物冶金技術在煉鋼過程中的應用，主要是過程對鋼材料中比較小的雜質進行合理處理，使其在大小和分布方面能夠滿足一定的要求而達到提升鋼材料的硬度和強度的目的。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，比較大的氧化物會對鋼材料的各方面性能造成影響，被視作雜物；而對于比較細小的氧化物，當其尺寸足夠小，并且呈彌散分布，就能夠作為鋼材料中晶體內針狀鐵素體形核核心，這種情況下，細小雜質不僅不會影響鋼材料的質量，而且還具有提升鋼材料基本性能的作用。

氧化物冶金技術提升鋼材料自制品基本性能優勢的發揮是以鋼材料中雜質促進壓力容器用鋼的晶體針狀內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，目前發現只有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給壓力容器用鋼的質量和性能產生影響。因此，在氧化物冶金技術的運用過程中，不僅要高度注意合金元素氧化物對晶內鐵素體形成的影響，而且還要加強對非金屬元素在氧化物上的析出，只有滿足這兩方面的條件，才能實現利用氧化物冶金技術來提升壓力容器用鋼質量及性能的目的。

二、壓力容器用鋼成分設計

（一）壓力容器用鋼合金元素分析

在壓力容器用鋼的成分設計中，由于不同的合金元素在壓力容器用鋼中發揮的作用是不同的，因此了解每一種合金元素在壓力容器用鋼中的作用是進行成分設計的關鍵。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在強度、韌度及焊接性三個方面，通過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在不同的方面，因此，全面掌握才能更好地進行設計利用。在壓力容器用鋼中使用各種合金元素，合理控制地對各種合金元素的質量分數進行控制是關鍵。

（二）壓力容器用鋼成分設計基本原則

壓力容器永剛成分設計需要遵循一定的原則：一是要根據壓力容器用鋼的承受能力分析進行適當的微合金化處理。在充分分析壓力容器用鋼承受能力的基礎上，對合金元素的質量分數進行合理的控制，使合金元素具備高強度和高韌性的基本特質，在氧化物冶金技術的應用下形成高熔點第二相粒子以抑制奧氏體晶體粗化的現象，從而提升壓力容器用鋼的質量和性能。二是要對熱處理工藝技術的合理采用。，在壓力容器用鋼冶煉結束以后，要根據壓力容器用鋼的實際情況進行鍛造參數和軋制參數的設置，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

對于壓力容器用鋼的鍛造與軋制過程要注意以下幾方面：一是對鍛造溫度的控制，一般來說，鍛造加熱溫度為1200℃，終鍛溫度要在950℃以上；二是軋制過程中控軋控冷技術的合理應用，在進行壓力容器用鋼熱軋的過程中必須運用控軋空冷技術對加熱溫度和軋制溫度進行控制，以確保軋制的質量。而由于軋制冷卻的速度對壓力容器用鋼中晶粒粗化的現象有很大影響，適當提升不僅可以抑制晶粒粗化的現象，而且還能提升壓力容器用鋼的韌性和強度，，加快超細鐵素體組織在壓力容器用鋼中的形成速度，因此，要在熱軋的基礎上應用控冷技術。

四、脫氧工藝對壓力容器用鋼相關性能的影響

由于壓力容器用鋼的質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，因此在運用氧化物冶金技術進行壓力容器用鋼的煉化前對夾雜物金相進行系統的分析是一個重要的環節。通過對壓力容器用鋼中的夾雜物金相進行分析，才能在準確解夾雜物尺寸及分布情況的基礎上對其進行更加準確的細化和合理分布。另外，合金元素在壓力容器用鋼煉制過程中產生的析出相也會影響壓力容器用鋼的強度和韌性，因此，加強對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來提升壓力容器用鋼的質量及性能。

五、結束語

綜上所述，氧化物冶金技術在壓力容器用鋼制造中有著突出的優點，合理應用可以有效抑制晶體粗化及裂紋的出現，對于壓力容器用鋼質量及性能的提升有積極作用，因此應進一步加強對氧化工藝對壓力容器用鋼中夾雜物、析出相及鋼組織等方面對性能影響的研究，以不斷提升氧化物冶金技術應用水平。出于該目的，上文在充分結合筆者對相關文獻研究以及自己多年工作實踐基礎上主要對壓力容器用鋼氧化物冶金技術進行淺探，以供相關從業人員參考。

參考文獻：

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

[2] 魏星，車飛，張華勇，萬恩廣.壓力容器用鋼氧化物冶金技術研究[J].煤礦現代化，2017.01.

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

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

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