CN101161406A - 煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法，首先，采用电炉+钢包真空精炼+真空碳脱氧浇注方式冶炼2.25Cr1Mo0.25V钢的钢锭；采用镦粗+宽砧强压法出锻坯；采用较小的锻造余量，使锻件尺寸尽可能接近成品零件的尺寸；采用一次正火，二次过冷，一次回火的方式进行锻后热处理；最后，采用组合热处理的方式，即调质前加一次正火的方式进行性能热处理。本发明工艺参数操作性强，产品的合格率高，大幅度降低了制造成本，缩短了制造周期。

Description

煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法。

背景技术

目前国内外加氢反应器的制造技术发展很快。随着设计参数的提高，特别是当加氢反应器的设计温度≥454℃时，原来大量采用的2.25Cr1Mo钢因强度问题已不再适用。而2.25Cr1Mo0.25V钢由于其在454℃以上仍具有较高的抗拉强度而被广泛采用，而且即使设计温度≤454℃，2.25Cr1Mo0.25V钢的抗拉强度也比2.25Cr1Mo钢高10％以上，具有极大的优越性。因此煤制油加氢反应器锻件材料不再使用原来在压力容器中大量采用的2.25Cr1Mo钢，而使用2.25Cr1Mo0.25V钢。

大型厚壁筒节是煤制油设备中的重要零件，以2000吨级加氢反应器为代表，最大单件筒节重达150吨，筒节外径超过5.5米，壁厚350毫米，锻件重250吨，钢锭重量更是达到450吨以上。现有技术中采用的浇注工艺、锻压工艺、锻后热处理和性能热处理工艺只能控制≤250毫米壁厚的筒节。随着煤制油设备吨位的不断升级，这种制造方法制造的筒节存在许多不足之处，如按现有脱硫、脱磷工艺和微量元素的加入量制造的钢锭的硫、磷和氢等有害元素和夹杂物含量较高，无法满足回火脆化系数，锻件容易产生各向异性。特别是2.25Cr1Mo钢中加V(钒)后会降低淬透性和焊接性，特厚筒节激冷技术不过关等，现有制造方法容易造成产品报废，增加制造成本，经济效益低下的后果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺参数操作性强，产品合格率高，成本低，制造周期短的煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明的煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法包括如下步骤：

首先，采用电炉+钢包真空精炼+真空碳脱氧浇注方式生产2.25Cr1Mo0.25V钢的钢锭；

采用镦粗+宽砧强压法出锻坯；

采用较小的锻造余量，使锻件尺寸尽可能接近成品零件的尺寸；

采用一次正火，二次过冷，一次回火的方式进行锻后热处理；

最后，采用组合热处理的方式，即调质前加一次正火的方式进行性能热处理。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

冶炼-优化的脱硫、脱磷工艺，使硫≤0.003％(现有技术最好0.005％～0.006％)、磷≤0.005％(现有技术最好0.007％～0.008％)。

锻造-锻件的内外直径锻造余量控制在单面15～25mm(现有技术30～50mm)。

工艺参数操作性强，产品的合格率高，大幅度降低了制造成本，缩短了制造周期。对我国减少能源进口和确保国家能源安全都具有重大意义。

具体实施方式

本发明的煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法，包括以下步骤：

首先，采用电炉+钢包真空精炼+真空碳脱氧浇注方式，生产2.25Cr1Mo0.25V钢的钢锭。电炉采用优质精废钢(钢锭的边角料)，尽可能减少外来杂质，冶炼初期在电炉(40吨)上采用大渣量(钢水量的3％～5％)、矿氧结合大幅度去磷(电炉中的磷≤0.002％)，三次换渣操作，使磷控制在≤0.005％。同时在电炉(40吨)还原过程中采用新型钙质脱氧剂(造电石渣)，强力除硫(电炉中的硫≤0.008％)，在钢包精炼过程中，控制好：硅≤0.07％、铝≤0.010％，并采用真空方法，控制氩气流量在80～120L/min。使钢渣反应充分，使硫≤0.003％以下，采用真空碳脱氧浇注工艺。利用真空条件下C(碳)-O(氧)反应的平衡关系， $\left[O\right]=\sqrt{\frac{{\mathrm{KP}}_{{\mathrm{co}}_2}}{\left[c\right]}}$ 进一步通过碳进行脱氧，以降低氧化杂质，同时利用C(碳)-O(氧)反应的产物细化钢液以降低钢中氢含量及有利于夹杂物的上浮，并控制好锰含量(0.5％～0.58％)、硼(B≤0.0005)、锡(Sn≤0.005)、氢含量(H₂≤1.5ppm)、氧含量(O₂≤20ppm)和氮含量(N₂≤80ppm)等元素，最终得到低硫、磷，高纯净的钢锭，确保因2.25Cr1Mo钢中加V(钒)后降低淬透性和焊接性，使材料的淬透性和焊接性达到2.25Cr1Mo钢的水平。

采用带钳把镦粗(后续拔长的预备工序，以增加拔长比，改善锻件的横向力学性能)+宽砧强压法(在万吨水压机上用宽砧高温大压下量锻造，始锻温度1240_-20 ⁺⁰℃，当砧宽比为0.6～0.8时，压下量为20～25％时最为合理，拔长时两次压缩中间应有10％砧宽的搭接量)出锻坯，解决锻件内部的质量问题，便特厚锻件的中心均匀压实，确保产品锻造比。

采用较小(锻件的内外直径锻造余量控制在单面15～25mm)的锻造余量，使锻件尺寸尽可能接近(锻件的内外直径加工余量控制在单面20～30mm)成品零件的尺寸，减少加工余量，缩短制造周期。

锻后热处理，控制好正火的温度(970±10℃)和时间(1.5h～1.8h/100mm)，使奥氏体组织尽快地完成转变，进一步降低氢的含量并使其尽可能均匀分布，为性能热处理作准备。

采用组合热处理方式(正火+调质)，即调质前加一次正火(950±10℃)进行性能热处理，解决锻件的粗晶问题，确保产品的晶粒度。淬火采用激冷技术，在8m*8m的水槽中淬火，为了加速冷却采用补充冷水大致为1000吨/小时，使特厚筒节锻件淬透，确保筒节1/2处不析出影响力学性能的先共析铁素体，淬火和回火保温期间的温度偏差不超过±10℃，回火的加热温度应≥675℃，以满足锻件的性能要求。

由上可知，本发明的煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法，工艺参数操作性强，产品合格率高，大幅降低了制造成本，缩短了制造周期。

Claims (6)

1.一种煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、采用电炉+钢包真空精炼+真空碳脱氧浇注方式冶炼2.25CrlMoO.25V钢的钢锭；

步骤二、采用镦粗+宽砧强压法出锻坯；

步骤三、采用较小的锻造余量，使锻件尺寸尽可能接近成品零件的尺寸；

步骤四、采用一次正火，二次过冷，一次回火的方式进行锻后热处理；

步骤五、采用组合热处理的方式，即调质前加一次正火的方式进行性能热处理。

2.根据权利要求1所述的煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法，其特征在于：步骤一所述的浇注，电炉采用优质精废钢，冶炼初期在电炉上采用占钢水量的3％～5％的渣量，矿氧结合去磷，使电炉中的磷≤0.002％，三次换渣操作，使磷控制在≤0.005％；同时在电炉还原过程中采用造电石渣，使电炉中的硫≤0.008％；

在钢包精炼过程中，使硅≤0.07％、铝≤0.010％，并采用真空方法，控制氩气流量在80～120L/min；进行冶炼时硫≤0.003％、磷≤0.005％。

3.根据权利要求1所述的煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法，其特征在于：步骤二所述的采用镦粗+宽砧强压法出锻坯是指，采用带钳把镦粗，在万吨水压机上用宽砧高温大压下量锻造，始锻温度1240_-20 ⁺⁰℃，当砧宽比为0.6～0.8时，压下量为20～25％，拔长时两次压缩中间应有10％砧宽的搭接量。

4.根据权利要求1所述的煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法，其特征在于：步骤三所述的采用较小的锻造余量是指，锻件的内外直径锻造余量控制在单面15～25mm；所述使锻件尺寸尽可能接近成品零件的尺寸是指，锻件的内外直径加工余量控制在单面20～30mm。

5.根据权利要求1所述的煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法，其特征在于：步骤四所述的锻后热处理时，正火的温度为970±10℃，时间为1.5h～1.8h/100mm。

6.根据权利要求1所述的煤制油加氢反应器厚壁筒节钢锻件的制造方法，其特征在于：步骤五所述的组合热处理，即调质前加一次正火，温度为940～960℃，淬火和回火保温期间的温度偏差不超过±10℃，淬火时补充冷水大致为1000吨/小时，回火的加热温度≥675℃。