CN103343212B - 压力容器拼焊式超大型管板锻件的锻后热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于大锻件热处理工艺技术，涉及压力容器拼焊式超大型管板锻件的锻后热处理工艺。将超大型管板分为三块，分别进行锻造成型；减小了钢锭尺寸，增大锻造比，提高锻透性，避免夹杂性裂纹等常见内部缺陷；分块锻件的锻后热处理采用正火+正火+高温回火工艺流程，与传统的1次正火+回火工艺相比，其优点是进一步细化和均匀晶粒，最大程度地提高晶粒度,并为后序的调质处理准备良好的组织条件。

Description

压力容器拼焊式超大型管板锻件的锻后热处理工艺

技术领域

本发明涉及石化装置压力容器超大型管板热处理工艺，尤其涉及压力容器拼焊式超大型管板锻件的锻后热处理工艺，属于大锻件热处理工艺技术领域。

背景技术

压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。反应器、换热器、分离器和贮运器等均属压力容器。压力容器在工艺中有着极其广泛的应用，各种规格的压力容器广泛应用于石油、天然气、石油化工和化工等。

目前许多高温、高压、氢腐蚀、超高压关键设备如核压力壳、大型加氢反应器、EO/EG装置反应器等压力容器，都采用锻焊式。如大型乙烯反应器采用超大型固定管板式厚壁换热器，管板是在反应器内，用于支撑壳体和管子的零件。

超大型管板的制造特点为成本高、性能要求高、生产难度大。需要通过合理的热处理工艺提高管板锻件的各项性能指标,满足用户使用要求。传统的管板锻件制造中，大型管板通常采用整体式制造，易造成晶粒粗大和夹杂性裂纹等缺陷，导致废品率较高，容易造成巨大经济损失。如何提高大型管板的内部质量，提高产品合格率，一直是影响大型压力容器国产化的难题之一。

热处理是将金属工件加热到一定的温度，并在该温度下保温一定时间后，放入油或水中以不同速度冷却，通过改变金属材料表明或内部组织来控制其性能的一种工艺。

传统的热处理工艺不足之处为：

（1）大型管板通常采用整体锻造，易造成晶粒粗大和夹杂性裂纹等缺陷，导致废品率较高。

（2）锻后热处理工艺，大多采用正火+回火，在100倍下观察金相组织仍与正火的相似，为块状铁素体和珠光体，只是高倍下观察,珠光体已大部分球化。对细化晶粒不够充分。对于较厚的管板锻件，由于冶炼条件、偏析严重，内部晶粒相对粗大，则需增加一次正火和一次过冷，使基体组织更加细化和均匀，为后续热处理及机械加工做好组织准备。

大型锻件往往存在晶粒粗大且不均匀、较多的气体和夹杂物、较大的锻造应力等，需制定合理的热处理工艺参数以修复缺陷。20MnMoNb低合金高强度钢锻件锻造后，如果锻后热处理工艺不当，不能很好地改善材料的机械性能，组织晶粒粗大，容易造成后续焊接过程中形成应力集中现象。

发明内容

本发明涉及压力容器拼焊式超大型管板锻件的锻后热处理工艺。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

（1）管板分块：

将超大型管板分为三块，即圆弧形块Ⅰ、矩形块和圆弧形块Ⅱ；圆弧形块Ⅰ、矩形块和圆弧形块Ⅱ分别进行锻造成型；

（2）锻后热处理：

分块锻件的锻后热处理工艺为正火+正火+高温回火：

第一次正火温度为930±20℃；第二次正火温度为880±20℃；高温回火温度为640±20℃，完成分块锻件的锻后热处理；大型锻件由于结晶缓慢、偏析严重，再结晶晶粒粗大而且不均匀，内外温度差，所以容易造成奥氏体晶粒粗大、不均匀。分块锻件的锻后热处理，采用正火+正火+高温回火工艺流程，与传统的1次正火+回火工艺相比，其优点是进一步细化晶粒，最大程度地提高晶粒度。细化晶粒度不仅可以减少夹杂性裂纹的产生，并为后序的热处理准备良好的组织条件，有利于提高锻件的机械性能。

分块锻件的锻后热处理具体步骤为：

①第一次正火

第一次正火前，锻件温度在600～650℃，保温7小时，然后进行升温开始第一次正火。第一次正火升温至930±20℃，保温6小时。吊下台车空冷至400～450℃。第一次正火目的是消除锻造过程中形成的应力，改善显微组织。

第一次正火，奥氏体化的温度较高，为Ac3+(50～100℃)，以割断锻件组织中粗大晶粒与新生晶粒之间的联系，但这时所得奥氏体晶粒仍较粗大，需进行二次正火进一步细化晶粒。20MnMoNb为压力容器锻造用钢，Ac3温度为840～860℃,所以选择正火温度930±20℃。

②第二次正火

入炉300±20℃，保温10小时,升温至670±10℃，保温7小时，因锻件尺寸较大、合金元素较多，其目的是减小锻件的内外温差和内应力。然后开始升温进行第二次正火。第二次正火升温至880±20℃，保温7小时。吊下台车空冷至400～450℃。第二次正火进行重结晶，目的是为了得到更细的晶粒，以便改善锻件的组织和性能。

第二次正火，奥氏体化的温度较低，通常为Ac3+(25～50℃)。20MnMoNb为压力容器锻造用钢，Ac3温度为840～860℃,所以选择第二次正火温度为880±20℃,低于或高于正火温度，不利于得到较细晶粒。奥氏体的晶粒度与加热条件有直接关系，晶粒尺寸随着加热温度升高或保温时间延长不断长大。如果加热温度明显高于临界温度时，使奥氏体晶粒长大，冷却后形成粗晶组织。所以正火温度不能过高。

针对大型锻件，采用两次正火通常是消除钢在冶炼过程中产生的晶粒粗大、成分偏析等缺陷，消除锻件在锻造过程中形成的应力，改善显微组织，最大程度地提高晶粒度。

③高温回火

第二次正火后冷却至400～450℃,入炉300±20℃保温12小时,继续加热进行高温回火。高温回火升温至640±20℃，保温50小时后冷却至低于150℃，出炉，完成分块锻件的锻后热处理工艺。20MnMoNb含较高的Mo，回火稳定性优良，经高温回火后得到回火索氏体，具有较高的韧性和强度。大锻件正火后，以高温回火可以消除内应力并改善组织和性能。正火后高温回火可以消除应力，细化晶粒，降低硬度。正火后塑性较低，通过高温回火塑性有较大提高。所以使得锻件具有一定强度和硬度，又具有塑性和韧性的良好综合力学性能。

本发明涉及一种压力容器拼焊式超大型管板锻件的锻后热处理工艺，将超大型管板分为形状不同的三块进行分别锻造成型，并经锻后热处理和后续调质处理，开坡口拼焊成超大型管板。采用分块制造其优点在于减小钢锭尺寸，降低单件锻件重量，增大锻造比，提高锻透性，避免夹杂性裂纹等常见内部缺陷，降低废品率。

分块锻件的锻后热处理，采用正火+正火+高温回火的工艺流程，与传统的1次正火+回火工艺相比，其优点是进一步细化和均匀晶粒，最大程度地提高晶粒度,并为后序的调质处理准备良好的组织条件。

附图说明

图1是实施例中超大型管板尺寸图。

图2是实施例中超大型管板分块示意图，图中虚线为分块锻件。

图中，1、圆弧形块Ⅰ，2、矩形块，3、圆弧形块Ⅱ。

具体实施方式

给出本发明实施例，对本发明加以说明，但不构成对本发明的任何限制。本发明所述的超大型管板锻件是指直径大于6米的管板，所述压力容器超大型管板采用20MnMoNb钢；

（1）管板分块

针对直径超过6米的超大型管板锻件，为了提高超大型管板的制造质量稳定性，将超大型管板分为三块即圆弧形块Ⅰ1、矩形块2和圆弧形块Ⅱ3，所述圆弧形块Ⅰ1和圆弧形块Ⅱ3与所述超大型管板锻件同心且半径相同，所述矩形块2的长度与所述超大型管板锻件的直径相同，所述矩形块2的长度方向的两个端面为圆弧形。所述圆弧形块Ⅰ1、矩形块2和圆弧形块Ⅱ3分别进行锻造成型。所述分块锻件的制造流程为：电炉冶炼→精炼→真空浇注→锻造→锻后热处理→粗加工→性能热处理→半精加工。

（2）锻后热处理

分块锻件的锻后热处理，采用正火+正火+高温回火的工艺流程。与传统的1次正火+回火的锻后热处理工艺相比，可以进一步细化晶粒，最大程度地提高晶粒度级别，为后序的机械性能热处理提供好的条件，有利于提高锻件的机械性能。所述分块锻件的锻后热处理具体步骤为：

①第一次正火

第一次正火前，锻件温度保持在600～650℃，7小时，然后升温开始第一次正火。第一次正火升温至930±20℃，保温6小时。吊下台车空冷至400～450℃。第一次正火目的是消除锻造过程中形成的应力，改善显微组织。第一次正火，奥氏体化的温度较高，为Ac3+(50～100℃)，以割断锻件组织中粗大晶粒与新生晶粒之间的联系，但这时所得奥氏体晶粒仍较粗大，需进行二次正火进一步细化晶粒。20MnMoNb为压力容器锻造用钢，Ac3温度为840～860℃,所以选择正火温度930±20℃.

②第二次正火

入炉300±20℃,升温至670±10℃，保温7小时，然后继续升温开始第二次正火。第二次正火升温至880±20℃，保温7小时,吊下台车空冷至400～450℃。第二次正火，奥氏体化的温度较低，通常为Ac3+(25～50℃)，选择正火温度为880±20℃，其目的是为了得到更细的晶粒。低于或高于正火温度，不利于获得较细晶粒。

③高温回火

第二次正火后冷却至400～450℃,入炉300±20℃保温12小时后,继续加热进行高温回火。高温回火温度为640±20℃，保温50小时后冷却至低于150℃，出炉，完成分块锻件的锻后热处理工艺。20MnMoNb含较高的Mo，回火稳定性优良，经高温回火后得到回火索氏体，具有较高的韧性和强度。大锻件正火后，以高温回火可以消除内应力并改善组织和性能。正火后高温回火可以消除应力，细化晶粒，降低硬度。正火后塑性较低，通过高温回火塑性有较大提高。所以使得锻件具有一定硬度和强度，又具有良好塑性和韧性的综合力学性能。

Claims (1)

1.一种压力容器拼焊式超大型管板锻件的锻后热处理工艺，所述压力容器拼焊式超大型管板采用20MnMoNb钢；其特征在于：

将超大型管板分为三块，即圆弧形块Ⅰ（1）、矩形块（2）和圆弧形块Ⅱ（3），圆弧形块Ⅰ（1）、矩形块（2）和圆弧形块Ⅱ（3）分别进行锻造成型；

分块锻件的锻后热处理工艺为正火+正火+高温回火：

第一次正火温度为930±20℃；第二次正火温度为880±20℃；高温回火温度为640±20℃，完成分块锻件的锻后热处理；采用两次正火+回火的锻后热处理工艺，可以细化晶粒，最大程度地提高晶粒度级别,并为后序的热处理准备良好的组织条件，有利于提高锻件的机械性能；

分块锻件的锻后热处理具体步骤为：

①第一次正火

第一次正火前，锻件温度在600～650℃，保温7小时，然后进行升温开始第一次正火；第一次正火升温至930±20℃，保温6小时；吊下台车空冷至400～450℃；

②第二次正火

入炉300±20℃，保温10小时,升温至670±10℃，保温7小时，然后开始升温进行第二次正火；第二次正火升温至880±20℃，保温7小时；吊下台车空冷至400～450℃；

③高温回火

第二次正火后冷却至400～450℃,入炉300±20℃保温12小时,继续加热进行高温回火；高温回火升温至640±20℃，保温50小时后冷却至低于150℃，出炉，完成分块锻件的锻后热处理工艺。