1概述
石油、化工、煤炭等行业中采用的临氢设备或容器(以下称临氢设备)用于含氢的气态或液态介质在高温高压下完成碳氢化合物的合成或裂解等。制造临氢设备的厚钢板中，使用数量最多的是2.25CrlMo钢板，即我国标准12Cr2M01R。根据临氢设备容量、温度等的不同，所选用的钢板厚度和制造方式有所不同，通常壁厚在150mm及其以上时，主要采用锻压厚钢板(也称为锻件)，壁厚在150mm以下时，采用轧制厚钢板。
尽管国内舞阳钢铁公司等企业于20世纪90年代前期开始了2.25CrlMo型厚钢板的研发工作，并生产和供应了少量厚钢板，但临氢设备用钢一直以来主要依赖进口，国外供应商主要有德国的迪林根公司、日本的神户制钢公司和法国阿赛诺下属的industeel公司等。
2007年9月，宝山钢铁股份有限公司厚板线生产的12Cr2M01R厚钢板通过了全国锅炉压力容器标准化技术委员会组织的专家技术评审，即具备了生产临氢设备用2.25CrlMo型厚钢板的资格。在该钢板的研发过程中，发现该钢板的稳定和批量工业化生产，与制造工艺和装备等密切相关。本文从以轧制方式生产临氢设备用2.25CrlMo型厚钢板所需的装备、成分设计和工艺人手，分析了冶炼、浇铸、轧制、热处理四大工序，以找出与国外钢厂的差距和技术关键点，为实现该厚钢板的全面稳定国产化提供依据。
2临氢设备用2.25CrlMo型厚钢板的技术关键点和生产工艺流程
因标准体系不同，2.25CrlMo型厚钢板的牌号和要求有所差异，国内外使用最多的标准是美国ASME(ASTM)SA387Gr22C12或C11，有时也采用欧盟EN 10028—2中-10CrM09—10或12CrM09—10，以及日本JIS G 4110中的SC—MQ4E。我国将2.25CrlMo型厚钢板命名为12Cr2M01R，其要求列于GBl50—1998附录H中，2007年4月新修订的GB713(送审稿)也将12Cr2MolR纳入其中。上述标准仅规定了2.25CrlMo型厚钢板的基本要求，实际上，临氢设备设计者或制造商通常会根据每个临氢设备使用条件的差异向钢铁厂家提出附加的技术条件，其中评价厚钢板脆化指标的J系数和vTr54+2.5ΔvTr 54值通常是必不可少的，当厚钢板焊补时，所堆敷的焊接部位金属成分还应满足X系数的要求。
生产临氢设备用厚钢板的技术关键主要有3点：一是控制钢中的P、S、Sn、Sb、As等杂质元素含量(特别是控制P含量)和合理设计Si、Mn等元素的目标范围;二是实现和控制厚钢板1/2厚度处所要求的各种性能;三是根据已定的设计成分，通过生产工艺的合理设计和运用，实现特定的金相组织，以达到所要求的综合力学性能、优良的焊接性能以及可靠的使用性能。
2.25CrlMo型厚钢板通用的生产工艺流程为：转炉(或电炉)炼钢→炉外精炼→浇铸→(开、锻坯)→板坯检查、清理→加热→轧制→表面检查、修磨→探伤→热处理→切割、取样→性能检查→成品入库。
2.1冶炼工艺
早期工业上使用的2.25CrlMo型厚钢板由电炉冶炼，但随着转炉冶炼技术的进步，特别是钢包二次精炼技术的发展，采用转炉冶炼的厂家也越来越多，如日本的JFE、新日铁、神户等钢铁厂，德国迪林根(Dillinger)公司，中国宝钢均采用转炉冶炼。没有转炉的钢铁厂，如法国阿赛诺(Arcelor)属下的industeel公司和中国舞钢仍然采用电炉生产。不管是电炉冶炼还是转炉冶炼，重要的是控制P、S、Sn、SbiAs等杂质元素含量和主要合金元素成分的精确命中率。迪林根公司可保证钢板上系数和X系数分别小于100和9，且P、Sn、Sb、As含量分别控制在0.007%、0.005%、0.001%、0.007%以下。相对而言，电炉冶炼大量使用回收废钢，在杂质元素(Sn、Sb、As)控制上不具备优势，导致电炉冶炼的X系数、J系数通常要高于转炉冶炼;但是，通常情况下电炉冶炼的钢水P含量可以控制得相对较低，稳定性也比较好。
2.2浇铸工艺
2.25CrlMo型厚钢板可以通过模铸或连铸工艺生产。当钢板单重超过35t，以及连铸坯无法满足特厚钢板所要求的压缩比时[1]，通常采用模铸工艺。根据凝同组织的不同，钢锭又可分为普通扁锭和定向凝固锭，其优缺点见表1[2]。模铸工艺主要需控制钢锭的凝固过程，减少偏析;而连铸工艺应通过轻压下、电磁搅拌等手段来减轻板坯中心的偏析。总之，浇铸工艺的重点是实现板坯(钢锭)单重、厚度与钢板单重、厚度相匹配，以及控制板坯或钢锭的中心偏析。
2.3轧制工艺
轧制(成形)后，2.25CrlMo型厚钢板芯部是否致密(包括铸态晶粒破碎程度)对其成品的冲击性能影响较大。对钢锭而言，初轧开坯、锻压机锻压[3]开坯和直接将钢锭轧制成厚钢板[4]这三种成形工艺中，锻压最易使坯或锭的芯部实现充分变形，有利于提高成品厚钢板芯部的性能;初轧次之.车L制工艺分常规轧制和超低速大压下轧制[5]，后者由于压下量大和变形速度低，使变形更易深入到板坯的芯部，改善厚钢板芯部的性能。临氢设备用厚钢板的轧制(成形)关键是使钢板芯部得到充分变形。
2.4热处理工艺
针对临氢设备制造商制造工艺的不同和临氢设备性能要求的不同，钢板的交货状态通常有热轧、退火(或回火)、正火+回火、调质等状态。即使钢板以热轧状态、退火状态交货，钢厂提供钢板力学性能时，其试样也必须模拟钢板实际加工过程的热循环过程，进行有关性能的测试;后续要进行冷成形的钢板，一般应以正火+回火双重热处理状态交货;对冷成形困难的特厚钢板筒体和封头部分，由于需要加热至较高温度下进行成形，故需以回火或去应力退火状态交货。
在化学成分和成形工艺一定的情况下，决定临氢设备用2.25CrlMo型厚钢板使用性能的关键是其金相组织。由于贝氏体组织强韧性好、组织稳定、耐热疲劳性好，因此，开发和生产临氢设备用2.25CrlMo型厚钢板时，要尽可能保证全板厚得到贝氏体组织。而这主要取决于钢板的厚度和冷却方式，厚度较薄时，在空气中自然冷却即可实现;厚度增大时，需通过鼓风冷却、喷水雾冷却等强制冷却方式来达到;钢板厚度进一步增大时，需采用水冷方式才可实现，水冷设备有喷淋装置、层流冷却装置、淬火机等。
空冷时，若钢板超过一定厚度，芯部会因冷却速度太慢而得不到贝氏体组织，难以达到临氢设备的要求。淬火时，若冷却速度太快，会使全板厚得到马氏体组织或者表面为马氏体、芯部为贝氏体的组织，前者因硬度太高，用户成型困难;后者因板厚方向的组织不均匀，对钢板的使用性能不利。因此，应根据钢板厚度的不同，确定相应的冷却方式，使钢板全板厚得到贝氏体组织是2.25CrlMo型厚钢板热处理工序的关键。
3 宝钢工业试制成功2.25CrlMo型12Cr2MolR厚钢板
宝钢根据临氢设备用厚钢板的性能特点以及宝钢厚板生产线的实际状况，进行了厚100mm的12Cr2M01R钢板的工业试制，结果表明，P、S、Sn，Sb、As等杂质元素含量较低，J系数为45.9，X系数为7.92。通过正火+加速冷却工艺，全板厚得到均匀的贝氏体组织，钢板芯部一30℃冲击功达3QQJ，经过最小焊后模拟热处理+步冷试验后，回火脆性倾向敏感性指标vTr 54+2.5AvTr54值为一97℃，远低于标准要求的10℃。实际使用情况证明，宝钢试制的12Cr2MolR钢板完全能满足临氢设备用厚钢板的技术要求。
4结语
宝钢开发临氢设备用钢的经验表明，实现稳定和批量工业化生产的关键是全面掌握该钢的性能特点和制造工艺，并具备必要的装备。冶炼、浇铸、轧制、热处理是其关键工序。经过一定时期的摸索和实践，我国一定能具备大规模生产临氢设备用2.25CrlMo型厚钢板的能力，替代进口，满足石化等行业的需求。
参考文献：
[1]胡林，李春福，孟祥利.厚板用35t巨型扁钢锭的研制[J].轧钢，2003。20(6)：1—3.
[2]胡德志，周碧珊，赵文忠，等.定向凝固大型铸锭研究[J].宽厚板，1995，1(1)：11—16.
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