随着工程机械向大型化、轻量化发展，高强钢被广泛应用于工程机械结构件的制造^[1]。国外先进钢铁企业如JFE、新日铁住金、SSAB、蒂森克虏伯和安赛乐米塔尔开发的工程机械用高强钢品种全、质量好，具有高强度、高韧性、 优良的焊接性和成形性等特点。国内工程机械用高强钢的开发起步较晚，强度级别和品种质量都与国外存在一定的差距^[2]。广泛用于石油、化工、气体分离和贮运气体的压力容器使用条件苛刻，多数容器内装有易燃易爆气体，并具有一定压力，容易发生爆炸事故。因此，要求压力容器钢具有较好的韧性。此外，压力容器绝大多数由钢板拼焊而成。在制造过程中钢板要经受冷热加工和焊接，所以要求压力容器钢具有良好的工艺性能^[3]。

对于我国这样一个人口资源大国，压力容器钢板是关系到国计民生的特殊材料，是冶金行业的短线产品。近年来，我国锅炉、压力容器用钢板不仅在产量上具备了一定规模，而且部分企业在实物质量上也逐步接近发达国家锅炉、压力容器用钢板的水平。到目前为止，我国已形成了具有一定生产规模、规格日渐增多、质量逐步提高的锅炉和压力容器用钢板的生产体系。目前，世界各国均将压力容器列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。随着压力容器的应用范围不断扩大（如应用于海洋工程及寒冷地区），对压力容器用钢也不断提出了更高的强韧性要求。如何在保证其高强要求的前提下，保证其较好的韧性及工艺性能，仍然是高强钢进一步发展、完善的所要解决的首要问题。

为满足压力容器的最低强度要求，通常需要在普通碳素钢的基础上添加少量Mn、Si，低合金高强钢以Mn为主加元素符合我国的资源特点，所以C-Mn系低合金高强钢是压力容器一种较常使用的钢材，Mn系贝氏体钢便是其中之一。20世纪70年代方鸿生教授等人研究发现^[4、5]：Mn元素在钢的冷却过程中，在γ、α两相中浓度并无较大差别，但在γ/α界面富集程度很大。Mn在相界面的浓度的浓度峰势必对界面迁移产生拖曳作用，使得铁素体生长显著延迟。另外Mn在界面富集也降低了相界面附近奥氏体基体内碳的活度及活度梯度，导致碳在奥氏体中的扩散速度降低，进一步抑制了铁素体生长。此拖曳作用还显著降低贝氏体相变驱动力及贝氏体相变温度，细化贝氏体尺寸。同时Mn还具有一定的脱氧、脱硫效果，可改善钢材热加工性能。最基本的便有我国的GB3531中的16MnDR，这类钢产量高使用面广，在承压设备中用量较大，使用时间长，制造工艺比较成熟^[6]。

不过由于Mn、C、Si含量必须控制在一定范围内，否则导致钢的韧性下降，且产生氢致裂纹的倾向增大，所以仅仅添加Mn、Si无法满足强度要求更高的结构件。方鸿升、徐光平、冯春等人对此作了进一步研究^[7、8]，通过控制Mn含量在一定范围内，通过降低C含量并添加Cr、Ni进一步得到C-Mn-Si-Ni/C-Mn-Si-Cr合金系的无碳化物贝氏体/马氏体（CFB/M）复相高强钢，可消除碳化物的不良影响，由残余奥氏体代替碳化物减少裂纹源，同时引入氢陷阱，减小延迟裂纹（氢致裂纹）的影响；此外还有仿晶界铁素体/粒状贝氏体（FGBA/BG）高强钢，仿晶界铁素体可以使裂纹尖端钝化，防止裂纹迅速扩展。

随着我国冶金设备的发展，以TMCP为代表的控冷工艺逐渐可以实现。同时BQamp;P工艺的引入使Mn系贝氏体钢不仅能够保证高强度，同时其塑性、韧性均较好，从而无须添加过多较为贵重的Ni，而采用廉价的Mn、Cr、Si即可，大大节省了生产成本，显著提高经济效益。不过，由于贝氏体组织的复杂性，现阶段运用数值模拟软件对部分Mn系贝氏体钢加热/冷却的组织转变进行精确计算仍存在较大困难，还需要研究者不断攻克。

除贝氏体高强钢外，调制高强钢是压力容器另一种常用的高强度钢，常见的调制高强钢包括07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR及12MnNiVR等。低合金钢通过淬火＋高温回火，室温组织以均匀分布的回火索氏体为主，为了保证强韧性匹配较好，通常低合金调制钢含碳量较低。

上海交通大学李传维、韩利战、刘庆冬等人对回火温度及回火时间对压力容器用钢（SA508Gr.3）的组织性能的影响进行了专门的研究。对回火时间的研究表明^[9]，SA508Gr.3 钢在650℃ 回火时，材料的硬度和强度逐渐下降，材料的冲击韧性随着回火时间的延长先上升，至5h 时，材料的冲击韧性达到峰值，随后材料的冲击韧性逐渐下降。回火过程中，材料中的M/A首先分解为铁素体和堆积的碳化物，脆性相的分解显著提高了材料的冲击韧性，随后马氏体中的细小板条首先合并，碳向铁素体基体扩散，至5h时，材料的组织最为均匀，没有明显降低冲击韧性的新相生成，此时冲击韧性达到最大值。继续延长回火时间，贝氏体铁素体板条发生合并再结晶，同时基体中均匀析出M2C

SA508Gr.3钢淬火后得到的组织为粒状贝氏体和少量下贝氏体的混合组织，在 5 8 0 -6 4 0 ℃ 区间回火5h，显微组织均为铁素体基体和在原M/A岛处堆积的Fe3C碳化物 ；在650℃回火5h后，M/A岛分解得到的细小板条发生合并和粗化，Fe3C碳化物转发生球化和长大，新形成的M2C碳化物弥散分布在铁素体基体中；当温度升高至660℃及更高，发生明显的铁素体再结晶，并在晶界处观察到新生成的M/A岛组织。随着回火温度的提高，材料的冲击吸收功首先从142J增加到 252J（650℃），随后降低至47J，而其抗拉强度呈现出相反的趋势。研究表明^[10]：除了基体组织的软化效应、铁素体再结晶，第二相的形貌和分布外，M/A岛的状态能够明显改变诱发裂纹萌生的临界断裂应力，是影响SA508Gr.3钢性能的一个关键因素。因此，对调制刚而言，回火时间、回火温度是影响钢材性能的重要因素，在实际生产中必须予以严格的控制。

对于用于低温环境的调制高强钢，从安全性考虑，大部分储罐选择了低温钢材并且丙烯和乙烯储罐的设计温度由20世纪80年代的-20~-35℃，降到当今的-30~-50℃，还出现了乙烯设计温度选用-104℃的先例。1985年前，我国压力容器调质高强度钢几乎全部依赖进口，特别是日本低裂纹敏感性调质高强度钢。GB150-1989 首先将国产低温压力容器用调质高强度钢列入，经过十余年的努力，完善了我国压力容器调质高强度钢标准。目前我国一些先进的企业生产的实物水平已经达到甚至超过国外同类产品^[11]。

为使上述基本的高强钢实现更好的强韧性匹配，可以加入微量Ti、Nb等合金元素，Nb一方面可以降低铁素体转变温度，抑制先共析铁素体形成，促进韧性较好的针状铁素体形成；另一方面不仅可以促进碳氮化物形成，还可以使奥氏体转变产物更加细小。微量Ti不仅能够改变钢中硫化物的形态，同时Ti2O3、TiO2还能成为奥氏体晶内铁素体晶粒生核的质点。利用位错强化、沉淀强化、细晶强化等强化机理实现强度的提高^[12-14]。