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　　作者 | 一聞，鋼鐵行業(yè)研究人員

　　相信很多人都看過(guò)“高速公路收費(fèi)站因運(yùn)輸龐然大物而被拆”或“×××驚現(xiàn)200多個(gè)車(chē)輪的超級(jí)貨車(chē)”的新聞，而且對(duì)這些新聞的主角充滿(mǎn)了好奇。在這些大家伙中，石化行業(yè)中的“大國(guó)重器”——加氫反應(yīng)器是常見(jiàn)的一種。

　?。ㄖ袊?guó)生產(chǎn)的全球最重的2400噸加氫反應(yīng)器在運(yùn)輸中）

　　這種動(dòng)輒高達(dá)數(shù)十米、重達(dá)千噸以上的裝備，是石油煉制工業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，其使用條件苛刻，長(zhǎng)期處于高溫、高壓及臨氫工況下，因此對(duì)制作材料的要求極為嚴(yán)格，而具有優(yōu)異抗氫腐蝕性和良好高溫性能的臨氫鉻鉬鋼（Cr-Mo鋼）成為制作這類(lèi)裝備的不二之選。

　　目前，中國(guó)已經(jīng)能夠生產(chǎn)最大厚度200mm、最大寬度5200mm的臨氫鉻鉬鋼，并成功用于中國(guó)各大煉化基地加氫反應(yīng)器及其核心管路等關(guān)鍵設(shè)備制造。

　　今天我們就來(lái)講講臨氫鉻鉬鋼這種材料。

　　（一）臨氫鉻鉬鋼：石化行業(yè)離不開(kāi)的材料

　　石化行業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備是容器和管道，這些容器和管道里都是含氫的介質(zhì)，在高溫高壓下完成合成或裂解等化學(xué)反應(yīng)，這些設(shè)備就是臨氫設(shè)備，加氫反應(yīng)器是其中最為關(guān)鍵的一種，常用于石油工業(yè)中最難利用的重質(zhì)部分——渣油加氫環(huán)節(jié)，使其轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油，從而生產(chǎn)出汽油、柴油等。

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　　由于在高溫、高壓條件下, 金屬材料容易因吸收氫而導(dǎo)致塑性降低、性能惡化，造成多種形式的材料失效，如氫鼓泡、氫致脆性開(kāi)裂、高溫氫腐蝕等，臨氫設(shè)備所用鋼材除了要滿(mǎn)足基本的力學(xué)性能之外，還要滿(mǎn)足高溫下強(qiáng)度、抗回火脆化及氫腐蝕的要求，并具有良好成形性能、焊接性和焊接工藝適應(yīng)性等。

　　臨氫鉻鉬鋼由于具有優(yōu)異的抗氫腐蝕性能和耐高溫氧化能力，成為石化裝備制造離不開(kāi)的關(guān)鍵材料。

　　鉻鉬鋼中的鉬是提供高溫強(qiáng)度的最重要元素，而鉻可以改善鋼的抗氧化和耐氫腐蝕能力，顯著提高鋼的高溫性能。當(dāng)利用鉻、鉬復(fù)合強(qiáng)化時(shí)，由于鉻對(duì)不同類(lèi)型碳化物組成及分布的復(fù)雜影響，當(dāng)鉻、鉬含量維持在彼此相互作用的最佳值時(shí)，就能收到最佳的強(qiáng)化效果。

　?。ㄣt與鉬）

　　常用的鉻鉬鋼有1Cr0.5Mo、1.25Cr0.5MoSi、2.25CrlMo、2.25Cr1MoV、3Cr1Mo、3Cr1MoO.25V等，在世界范圍內(nèi)，有一些組合的鋼經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐而成分始終未加調(diào)整，比如1Cr0.5Mo、2.25Cr1Mo，其中2.25CrlMo型鋼板在制造加氫反應(yīng)器等臨氫設(shè)備中最為常用。

　　根據(jù)臨氫設(shè)備容量、使用溫度等的不同，所選用的鋼板厚度和制造方式也有所不同。通常情況下，壁厚在150mm及以上時(shí)，主要使用鍛壓厚鋼板（也稱(chēng)為鍛件），壁厚在150mm以下時(shí)，使用軋制厚鋼板。

　?。ㄅR氫鉻鉬鋼板）

　　（二）臨氫鉻鉬鋼生產(chǎn)：粗獷與細(xì)膩的完美結(jié)合

　　隨著石化裝置的日趨大型化，對(duì)所需鉻鉬鋼的單重、厚度和性能均勻性等都提出了更為苛刻的要求。大厚度、大單重的鋼板，是鋼鐵粗獷形象的最好展示，但石化裝置所需的鉻鉬鋼要求的不是簡(jiǎn)單地外形巨大，鋼材還需要具備均勻、致密、性能高等特點(diǎn)，生產(chǎn)難度非常大。

　?。ㄅR氫鉻鉬鋼板一般具有“厚重”的外形）

　　臨氫鉻鉬鋼生產(chǎn)的技術(shù)關(guān)鍵主要有三點(diǎn)：首先是嚴(yán)格控制鋼中雜質(zhì)元素含量，合理設(shè)計(jì)Si、Mn等元素的目標(biāo)范圍；其次，要保證鋼板芯部的組織和性能，實(shí)現(xiàn)鋼板1／2厚度處也就是最中間所要求的各種性能；最后，要結(jié)合自身工藝和裝備條件，根據(jù)已定的設(shè)計(jì)成分，量身定制合理的工藝路徑。

　　下面是兩家鋼廠生產(chǎn)臨氫鉻鉬鋼的不同工藝流程：

　?。?）高爐-鐵水預(yù)處理一本廠廢鋼一轉(zhuǎn)爐冶煉一扒渣-爐外精煉-真空處理-鑄錠-軋制-熱處理

　　（2）高爐-鐵水預(yù)處理一精制廢鋼-轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹-扒渣-真空處理-澆鑄-板坯-板坯表面修磨-軋制-熱處理-表面修磨和檢查-材料試驗(yàn)-出廠

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　　作為控制鋼水中硫、磷、砷、銻、錫等雜質(zhì)元素的最關(guān)鍵工序，冶煉工序使用電爐或轉(zhuǎn)爐均可，不過(guò)由于冶煉效率和能耗等因素影響，以轉(zhuǎn)爐冶煉的生產(chǎn)廠家居多。

　　無(wú)論是用電爐還是轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，鋼廠為了保證鋼水質(zhì)量，都要對(duì)鐵水進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)加入的廢鋼進(jìn)行嚴(yán)格管理，并在冶煉之后進(jìn)行二次精煉或真空處理，以控制雜質(zhì)元素含量。

　?。ú煌燃?jí)的廢鋼對(duì)鋼水的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生不同影響）

　　煉鋼之后的鑄坯生產(chǎn)，根據(jù)成品厚度和其它工藝條件的差異，可以采用連鑄或模鑄工藝。

　　為了保證大厚度鋼板芯部的致密性，對(duì)于模鑄板坯，需要通過(guò)控制凝固過(guò)程及切頭、尾去除偏析嚴(yán)重部分，保證板坯內(nèi)在質(zhì)量；對(duì)于連鑄板坯，則需要通過(guò)輕壓下、電磁攪拌等手段來(lái)使厚鋼板的芯部經(jīng)充分變形后更加致密，減輕板坯中心的偏析。

　　大厚度、大單重鋼板的生產(chǎn)一般采用模鑄工藝更適合。

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　　（三）臨氫鉻鉬鋼國(guó)產(chǎn)化：20年時(shí)間，從依賴(lài)進(jìn)口到全球領(lǐng)先

　　早在20世紀(jì)70年代，以新日鐵、神戶(hù)制鋼為代表的日本鋼鐵企業(yè)就制造出了用于石油精煉等化學(xué)反應(yīng)容器的鉻鉬鋼板，并建立了特厚板質(zhì)量保證體系，德國(guó)迪林根、法國(guó)Industeel也都是當(dāng)時(shí)世界上生產(chǎn)臨氫鉻鉬鋼的知名企業(yè)。到上世紀(jì)80年代末，中國(guó)使用的臨氫鉻鉬鋼仍全部依賴(lài)進(jìn)口。

　　1982年，中國(guó)開(kāi)始研究用鋼錠制造臨氫鉻鉬鋼（鍛件），1986年才取得成功，但是，對(duì)于臨氫設(shè)備用（鉻鉬）厚鋼板的研究則要落后鍛件10年左右。

　?。▏?guó)產(chǎn)臨氫鉻鉬鋼板）

　　1991年9月，“國(guó)產(chǎn)2.25CrlMo鋼板焊結(jié)構(gòu)臨氫重整反應(yīng)器的研制”科研攻關(guān)項(xiàng)目正式立項(xiàng)。1993年，中國(guó)鋼鐵企業(yè)首次試制成功60mm、92mm臨氫設(shè)備用厚鋼板，實(shí)現(xiàn)了零的突破，但是直到本世紀(jì)初，中國(guó)仍然只有一家鋼廠能夠生產(chǎn)鉻鉬鋼板，且產(chǎn)量和規(guī)格有限，主要依賴(lài)進(jìn)口的局面沒(méi)有得到根本改變。

　　國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也一直未能出臺(tái)，1998年頒布的“鋼制壓力容器”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，將臨氫設(shè)備用2.25CrlMo型鋼(國(guó)標(biāo)牌號(hào)12Cr2Mo1R)列于附錄H中，直到2008年3月頒布的新國(guó)標(biāo)“鍋爐和壓力容器用鋼”，才將12Cr2Mo1R正式列入標(biāo)準(zhǔn)正文。

　?。?018年，中國(guó)首次制定了臨氫設(shè)備用鉻鉬合金鋼鋼板國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）

　　隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，對(duì)能源的需求日益增加，為提高原油利用率、改善油品質(zhì)量、減少環(huán)境污染，中國(guó)開(kāi)始加速建設(shè)千萬(wàn)噸級(jí)的特大型石化企業(yè)，由此帶來(lái)了對(duì)臨氫鉻鉬鋼的需求，新規(guī)格、新品種開(kāi)發(fā)的速度大大加快。

　　137mm、146mm、168mm、174mm、177mm、180mm、200mm厚的鉻鉬鋼板相繼研發(fā)成功，并成功應(yīng)用于中國(guó)各大煉化基地，用于制作加氫反應(yīng)器、熱高壓分離器等核心裝備。

　　（國(guó)產(chǎn)臨氫鉻鉬鋼已大規(guī)模用于加氫反應(yīng)器制造）

　　在目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的煉化一體化項(xiàng)目——浙江石油化工有限公司年產(chǎn)4000萬(wàn)噸煉化一體化項(xiàng)目中，中國(guó)鋼鐵企業(yè)成功制造出寬度5200mm（正品寬度5030mm）的超寬規(guī)格臨氫鉻鉬鋼，達(dá)到國(guó)內(nèi)之最，超出了行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有的熱處理工藝生產(chǎn)設(shè)計(jì)能力，達(dá)到全球領(lǐng)先水平。

　　結(jié)語(yǔ)

　　（國(guó)內(nèi)鋼企建設(shè)的世界軋機(jī)之王——5500mm寬厚板軋機(jī)）

　　不同時(shí)期，鋼鐵企業(yè)的裝備水平不同，下游行業(yè)對(duì)臨氫設(shè)備用鋼的要求也不同，這在很大程度上決定了不同時(shí)期鋼材的質(zhì)量。

　　隨著中國(guó)石化行業(yè)的不斷發(fā)展，用戶(hù)對(duì)臨氫裝備制造所用材料的要求將不斷提高，已經(jīng)擁有世界最先進(jìn)鋼鐵生產(chǎn)裝備的中國(guó)鋼鐵企業(yè)，必將不斷奮進(jìn)，生產(chǎn)出具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的鋼材。