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（台州龙江化工机械科技有限公司）

卷焊压力容器因具有制造简单、对工艺装备要求不高、 加工周期短及设备制造成本低等优点，故普遍应用于中、低压和小直径高压容器的生产中。薄壁圆筒受力分析的理论依据是无力矩理论，被认为用于制造薄壁圆筒的钢板其物理性能是均匀的， 薄壁圆筒在承受内部气压状态下，其环向应力是经向应力的2 倍。

生产压力容器用钢板的原料通常为钢锭或连铸坯［1］。 钢锭缺陷较多，原料消耗较大，生产出来的钢板质量较差，一般只在生产特厚板时采用钢锭作为原料；而连铸坯的原料消耗较小，生产钢板的成材率较高［2］，是目前生产钢板普遍使用的原料。 钢坯在高温下延伸变形时，非金属夹杂物也沿着晶粒变形的方向被拉长， 形成纤维组织，可能导致钢板的横向力学性能比纵向力学性能低。 因此，有的压力容器标准［3］和专业教材［4，5］规定，用于制造筒体受压元件时，筒体的卷制方向应与钢板的轧制方向相同。

1 我国钢板轧制装备与技术的发展

20 世纪60 年代开始，我国中厚板的轧机以2 500mm 轧机为主流， 轧机的技术水平较低，轧机刚度较低、轧制的钢板幅面较窄、厚度较薄，无控制冷却和热处理的手段。 1973 年，我国引进技术建设了1 700mm 轧机工程，轧制1 700mm 热轧薄板，用连铸坯取代模铸坯，至1978 年投产。 20世纪末，我国一方面大力进行中厚板轧机的改造，另一方面消化吸收引进技术，进行自主开发，自行设计、建造了大型高刚度、高精度的3 500mm 中厚板轧机，开发了厚度自动控制、加速冷却技术、控轧控冷技术，于2004 年投产。 2013 年，我国南钢投产了5 000mm 具有厚度控制、 板形控制、平面形状控制的超强力中厚板轧机［6］。

鞍钢等国内钢铁企业集成开发的中薄板坯连铸连轧技术，形成了一套高效、节能、规模化、品种齐全的工业化热轧钢生产工艺流程。 宝钢的5 000mm 宽厚板轧机和热处理线集成了国内技术、引进关键技术和装备，采用联合设计、制造和国内设计、制造的方式，可轧制钢板的厚度为5～400mm，宽度为900～4 800mm。 目前，我国的薄板连铸连轧数量、 产能和轧机的装备水平位居世界前列，热轧机组的轧制能力、板形控制技术、板厚控制技术、温度控制精度、层流冷却线的控制能力和控制水平达到了国际新水平［7］。

中厚板的轧制过程分粗轧和精轧， 粗轧使钢板横向展宽和纵向延伸，精轧控制钢板厚度、板形、性能和表面质量。 钢板粗轧的常见轧制方法有纵轧、横轧、横轧+纵轧。 纵轧法是使钢板沿钢坯或钢锭的纵向延伸， 容易造成钢板组织和力学性能的各向异性，横向冲击韧性较低。 横轧法是使钢板沿钢坯或钢锭的横向延伸， 可以减少钢板组织和力学性能的各向异性。 横轧+纵轧法是先使钢板沿钢坯或钢锭的横向延伸， 再将板坯旋转90°进行轧制，能提高钢板的横向力学性能，适用于以连铸坯为原料生产钢板，是目前广泛应用的中厚板生产工艺［8］。我国钢铁轧机装备和技术水平的进步，为减少钢板各向差异，提高和稳定钢板质量提供了可靠的装备保障和技术保障， 使我国锅炉和压力容器用钢板的质量显著提高。

2 钢板力学性能试验的取样规定

常用压力容器钢板的现行标准有GB/T 713—2014 《锅 炉 和 压 力 容 器 用 钢 板》［1］、GB/T 3531—2014 《低 温 压 力 容 器 用 钢 板》［9］、GB/T 3274—2017《碳素结构钢和低合金结构钢热轧钢板和钢带》［10］、GB/T 24511—2017《承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带》［1］，文献［1，9］规定了钢板力学性能试验的取样方向为横向，即试样的轴线方向与钢板的轧制方向垂直； 文献［10，11］只规定了钢板力学性能试验的取样方法按GB/T 2975—2018《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》［12］的规定，但文献［12］却规定试样轴线的方向与产品加工主方向的关系应在相应的产品标准或合同中注明。

3 压力容器常用钢板的力学性能对比试验

为了掌握如今我国在轧钢装备和技术水平都处于世界前列的形势下，压力容器常用钢板横向与纵向力学性能的差异，随机抽取了3 家钢厂（A、B、C）生产的Q345R、Q245R 钢板，分别进行横向、纵向力学性能试验，试验的钢板厚度为6、8、10、12、14mm，试验结果见表1。

表1 Q345R、Q245R 钢板横向和纵向的力学性能试验结果

从表1 可以看出，3 家钢厂生产的Q345R、Q245R 钢板，在试验条件下，除C 厂生产的14mm厚Q245R 钢板纵向冲击吸收能量比横向冲击吸收能量的最大值大104%外， 其余钢板的横向力学性能与纵向力学性能试验结果差异均较小，所有测试项目的试验值均高于标准规定的指标。

杨景红等用Q345R 热连轧钢板进行横向、纵向拉伸试验，试验结果均满足GB/T 713—2014《锅炉和压力容器用钢板》的要求，横向、纵向的力学性能无明显差异［13］。 宋立秋采用攀钢生产的厚度3mm 的连铸热连轧HP295 焊接气瓶用热轧钢板进行横向、纵向力学性能试验，发现两向力学性能差异很小，没有明显的各向异性［14］。 王元清等采用坯料厚度为250、300mm 的钢板进行纵向和横向力学性能试验，试验结果表明钢板的屈服强度、抗拉强度的试验数值差异非常小， 断后伸长率的试验结果相差也很小， 纵向和横向的冲击吸收能量在厚度方向上呈无明显规律变化， 单一厚度处的纵向和横向冲击吸收能量差异较大［15］。

本次采用不同钢厂生产的6～14mm 压力容器用Q345R、Q245R 钢板进行纵向、 横向力学性能试验，相同试验条件下钢板的纵向和横向的抗拉强度、断后伸长率和冲击吸收能量没有明显差异，试验结论与其他研究人员的试验结论基本一致。

4 结束语

几十年前，由于我国的轧钢装备和技术水平比较落后， 生产的钢板各向力学性能差异较大，存在横向力学性能严重低于纵向力学性能的情况，因此，压力容器制造标准根据圆筒受气压时环向应力是经向应力的2 倍的特点，要求卷制筒体时，应使钢板的轧制方向与钢板的卷制方向一致，以克服钢板横向力学性能不足的缺点。 随着轧钢装备和技术水平的进步，当今我国的轧钢装备、技术水平已位居世界前列，有能力保障轧制钢板的质量。 试验证明，如今我国轧制钢板各向力学性能的差异非常小，且均超过标准规定的技术指标，为方便压力容器卷焊圆筒的备料、排料和加工，提高加工灵活性，对于厚度较薄的中低压压力容器卷焊圆筒， 不必限制钢板的卷制方向，完全能够满足薄壁压力容器的安全要求。