既耐高温高压又抗氢腐蚀，石化行业离不开这种材料

　　出品 | 网易新闻

　　作者 | 一闻，钢铁行业研究人员

　　相信很多人都看过“高速公路收费站因运输庞然大物而被拆”或“×××惊现200多个车轮的超级货车”的新闻，而且对这些新闻的主角充满了好奇。在这些大家伙中，石化行业中的“大国重器”——加氢反应器是常见的一种。

　　（中国生产的全球最重的2400吨加氢反应器在运输中）

　　这种动辄高达数十米、重达千吨以上的装备，是石油炼制工业的关键设备，其使用条件苛刻，长期处于高温、高压及临氢工况下，因此对制作材料的要求极为严格，而具有优异抗氢腐蚀性和良好高温性能的临氢铬钼钢（Cr-Mo钢）成为制作这类装备的不二之选。

　　目前，中国已经能够生产最大厚度200mm、最大宽度5200mm的临氢铬钼钢，并成功用于中国各大炼化基地加氢反应器及其核心管路等关键设备制造。

　　今天我们就来讲讲临氢铬钼钢这种材料。

　　（一）临氢铬钼钢：石化行业离不开的材料

　　石化行业的主要生产设备是容器和管道，这些容器和管道里都是含氢的介质，在高温高压下完成合成或裂解等化学反应，这些设备就是临氢设备，加氢反应器是其中最为关键的一种，常用于石油工业中最难利用的重质部分——渣油加氢环节，使其转化为轻质油，从而生产出汽油、柴油等。

　　（加氢裂化工艺流程）

　　由于在高温、高压条件下, 金属材料容易因吸收氢而导致塑性降低、性能恶化，造成多种形式的材料失效，如氢鼓泡、氢致脆性开裂、高温氢腐蚀等，临氢设备所用钢材除了要满足基本的力学性能之外，还要满足高温下强度、抗回火脆化及氢腐蚀的要求，并具有良好成形性能、焊接性和焊接工艺适应性等。

　　临氢铬钼钢由于具有优异的抗氢腐蚀性能和耐高温氧化能力，成为石化装备制造离不开的关键材料。

　　铬钼钢中的钼是提供高温强度的最重要元素，而铬可以改善钢的抗氧化和耐氢腐蚀能力，显著提高钢的高温性能。当利用铬、钼复合强化时，由于铬对不同类型碳化物组成及分布的复杂影响，当铬、钼含量维持在彼此相互作用的最佳值时，就能收到最佳的强化效果。

　　（铬与钼）

　　常用的铬钼钢有1Cr0.5Mo、1.25Cr0.5MoSi、2.25CrlMo、2.25Cr1MoV、3Cr1Mo、3Cr1MoO.25V等，在世界范围内，有一些组合的钢经过多年实践而成分始终未加调整，比如1Cr0.5Mo、2.25Cr1Mo，其中2.25CrlMo型钢板在制造加氢反应器等临氢设备中最为常用。

　　根据临氢设备容量、使用温度等的不同，所选用的钢板厚度和制造方式也有所不同。通常情况下，壁厚在150mm及以上时，主要使用锻压厚钢板（也称为锻件），壁厚在150mm以下时，使用轧制厚钢板。

　　（临氢铬钼钢板）

　　（二）临氢铬钼钢生产：粗犷与细腻的完美结合

　　随着石化装置的日趋大型化，对所需铬钼钢的单重、厚度和性能均匀性等都提出了更为苛刻的要求。大厚度、大单重的钢板，是钢铁粗犷形象的最好展示，但石化装置所需的铬钼钢要求的不是简单地外形巨大，钢材还需要具备均匀、致密、性能高等特点，生产难度非常大。

　　（临氢铬钼钢板一般具有“厚重”的外形）

　　临氢铬钼钢生产的技术关键主要有三点：首先是严格控制钢中杂质元素含量，合理设计Si、Mn等元素的目标范围；其次，要保证钢板芯部的组织和性能，实现钢板1／2厚度处也就是最中间所要求的各种性能；最后，要结合自身工艺和装备条件，根据已定的设计成分，量身定制合理的工艺路径。

　　下面是两家钢厂生产临氢铬钼钢的不同工艺流程：

　　（1）高炉-铁水预处理一本厂废钢一转炉冶炼一扒渣-炉外精炼-真空处理-铸锭-轧制-热处理

　　（2）高炉-铁水预处理一精制废钢-转炉顶底复吹-扒渣-真空处理-浇铸-板坯-板坯表面修磨-轧制-热处理-表面修磨和检查-材料试验-出厂

　　（厚钢板生产）

　　作为控制钢水中硫、磷、砷、锑、锡等杂质元素的最关键工序，冶炼工序使用电炉或转炉均可，不过由于冶炼效率和能耗等因素影响，以转炉冶炼的生产厂家居多。

　　无论是用电炉还是转炉生产，钢厂为了保证钢水质量，都要对铁水进行预处理，对加入的废钢进行严格管理，并在冶炼之后进行二次精炼或真空处理，以控制杂质元素含量。

　　（不同等级的废钢对钢水的质量会产生不同影响）

　　炼钢之后的铸坯生产，根据成品厚度和其它工艺条件的差异，可以采用连铸或模铸工艺。

　　为了保证大厚度钢板芯部的致密性，对于模铸板坯，需要通过控制凝固过程及切头、尾去除偏析严重部分，保证板坯内在质量；对于连铸板坯，则需要通过轻压下、电磁搅拌等手段来使厚钢板的芯部经充分变形后更加致密，减轻板坯中心的偏析。

　　大厚度、大单重钢板的生产一般采用模铸工艺更适合。

　　（轧辊正在轧制钢板）

　　（三）临氢铬钼钢国产化：20年时间，从依赖进口到全球领先

　　早在20世纪70年代，以新日铁、神户制钢为代表的日本钢铁企业就制造出了用于石油精炼等化学反应容器的铬钼钢板，并建立了特厚板质量保证体系，德国迪林根、法国Industeel也都是当时世界上生产临氢铬钼钢的知名企业。到上世纪80年代末，中国使用的临氢铬钼钢仍全部依赖进口。

　　1982年，中国开始研究用钢锭制造临氢铬钼钢（锻件），1986年才取得成功，但是，对于临氢设备用（铬钼）厚钢板的研究则要落后锻件10年左右。

　　（国产临氢铬钼钢板）

　　1991年9月，“国产2.25CrlMo钢板焊结构临氢重整反应器的研制”科研攻关项目正式立项。1993年，中国钢铁企业首次试制成功60mm、92mm临氢设备用厚钢板，实现了零的突破，但是直到本世纪初，中国仍然只有一家钢厂能够生产铬钼钢板，且产量和规格有限，主要依赖进口的局面没有得到根本改变。

　　国家和行业相关标准也一直未能出台，1998年颁布的“钢制压力容器”国家标准，将临氢设备用2.25CrlMo型钢(国标牌号12Cr2Mo1R)列于附录H中，直到2008年3月颁布的新国标“锅炉和压力容器用钢”，才将12Cr2Mo1R正式列入标准正文。

　　（2018年，中国首次制定了临氢设备用铬钼合金钢钢板国家标准）

　　随着中国经济持续高速发展，对能源的需求日益增加，为提高原油利用率、改善油品质量、减少环境污染，中国开始加速建设千万吨级的特大型石化企业，由此带来了对临氢铬钼钢的需求，新规格、新品种开发的速度大大加快。

　　137mm、146mm、168mm、174mm、177mm、180mm、200mm厚的铬钼钢板相继研发成功，并成功应用于中国各大炼化基地，用于制作加氢反应器、热高压分离器等核心装备。

　　（国产临氢铬钼钢已大规模用于加氢反应器制造）

　　在目前国内规模最大的炼化一体化项目——浙江石油化工有限公司年产4000万吨炼化一体化项目中，中国钢铁企业成功制造出宽度5200mm（正品宽度5030mm）的超宽规格临氢铬钼钢，达到国内之最，超出了行业内现有的热处理工艺生产设计能力，达到全球领先水平。

　　结语

　　（国内钢企建设的世界轧机之王——5500mm宽厚板轧机）

　　不同时期，钢铁企业的装备水平不同，下游行业对临氢设备用钢的要求也不同，这在很大程度上决定了不同时期钢材的质量。

　　随着中国石化行业的不断发展，用户对临氢装备制造所用材料的要求将不断提高，已经拥有世界最先进钢铁生产装备的中国钢铁企业，必将不断奋进，生产出具有全球竞争力的钢材。