CN104630443B - 一种大型筒节热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种大型筒节热处理方法，用于对大型筒节轧后热处理，包括如下步骤：大型筒节轧后空，将其放入加热炉中；控制加热炉功率，升温并保温；控制加热炉功率，升温并保温；将工件出炉空冷；将其放入加热炉内，出炉空冷至室温。一种大型筒节热处理方法，用于大型筒节性能热处理，包括如下步骤：将工件放入加热炉内，控制加热炉功率；升温并保温；将工件出炉，浸入水槽中；将其放入加热炉内；控制加热炉功率；将工件出炉空冷至室温。本发明消除轧制成形后筒节心部的粗晶和混晶组织，降低能源消耗，提高热处理效率，缩短生产周期。
Description
技术领域本发明属于一种热处理方法。
背景技术2.25Cr-1Mo-0.25V钢大型筒节(外径达8000mm，宽度达2000～3000mm，壁厚大于300mm)是石化装备关键部件加氢反应器的重要组成部分，工作在高温、高压和腐蚀的恶劣环境中，其综合机械性能要求极高。大型筒节一般采用自由锻工艺生产，其生产效率低下，目前较为高效的大型筒节生产方法是轧制成形，生产工艺是：下料→加热→自由锻制坯→加热→轧制→轧后热处理→粗加工→无损探伤检测→性能热处理→性能检验。2.25Cr-1Mo-0.25V钢大型筒节热轧过程压下率较低，心部应变率低于10％，因此轧制后大型筒节心部的粗晶和混晶组织严重。为了消除筒节心部的粗晶和混晶组织，现有的热处理工艺采用两次奥氏体区等温式正火，这种热处理工艺虽然能够使筒节心部的粗大晶粒细化，但它的不足之处为：变形后筒节心部的粗晶和混晶组织依旧较为严重，热处理能源消耗大，效率低，生产周期长。
发明内容本发明的目的是提供一种消除轧制成形后筒节心部的粗晶和混晶组织，降低能源消耗，提高热处理效率，缩短生产周期的大型筒节热处理方法。本发明技术方案：
1.一种大型筒节热处理方法，用于对材料为2.25Cr-1Mo-0.25V钢，外径达8000mm，宽度达2000～3000mm，壁厚大于300mm的大型筒节轧后热处理，包括如下步骤：
(1)大型筒节轧后空冷至250℃；将其放入加热炉内，炉腔温度为450℃，保温8h；
(2)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至800℃～880℃，最好保温温度是880℃，保温2.5h～4h，最好保温时间为4h；
(3)控制加热炉功率，使其以≤150℃/h的速度升温至940℃，保温2.5h～4h，最好保温时间4h；
(4)将工件出炉空冷至250℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为600℃，保温12h；
(5)将工件炉冷至≤100℃，出炉空冷至室温。
2.一种大型筒节热处理方法，用于对材料为2.25Cr-1Mo-0.25V钢，外径达8000mm，宽度达2000～3000mm，壁厚大于300mm的大型筒节性能热处理，包括如下步骤：
(1)将工件放入加热炉内，控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至450℃，保温8h；
(2)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至800℃～880℃，最好保温温度是880℃，保温2.5h～4h，最好保温时间为4h；
(3)控制加热炉功率，使其以≤150℃/h的速度升温至940℃，保温2.5h～4h，最好保温时间为4h；
(4)将工件出炉，浸入水槽中冷却至≤100℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为300℃，保温8h；
(5)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至650℃，保温12h；
(6)将工件出炉空冷至室温。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明在大型筒节轧后热处理和性能热处理过程中分别采用了台阶式正火工艺，将临界区高温侧设定为第一个台阶，保温过程中可使奥氏体在碳化物与基体相界处均匀形核，球状奥氏体均匀长大，使原粗大奥氏体晶粒得到细化和均匀化，有利于消除混晶组织；继续升温到奥氏体区设定为第二个台阶，保温过程中奥氏体充分形核，使晶粒整体得到细化。采用两次台阶式临界区正火热处理不仅消除轧制成形后筒节心部的粗晶和混晶组织，降低能源消耗，提高热处理效率，缩短生产周期。
附图说明
图1是现有技术大型筒节锻后热处理和性能热处理方法示意图(等温式正火热处理)；
图2是本发明大型筒节轧后热处理和性能热处理方法示意图(两次台阶式临界区正火热处理)；
图3是工件经本发明两次台阶式临界区正火和现有技术等温式正火热处理后的晶粒对比图；
图4是工件经本发明两次台阶式临界区正火和现有技术等温式正火热处理后的组织对比图。
具体实施方式
实施例一：
一种大型筒节热处理方法，用于对材料为2.25Cr-1Mo-0.25V钢，外径达8000mm，宽度达2000～3000mm，壁厚大于300mm的大型筒节轧后热处理和性能热处理，包括如下步骤：
(1)大型筒节轧后空冷至250℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为450℃，保温8h；
(2)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至800℃，保温2.5h；
(3)控制加热炉功率，使其以≤150℃/h的速度升温至940℃，保温2.5h；
(4)将工件出炉空冷至250℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为600℃，保温12h；
(5)将工件炉冷至≤100℃，出炉空冷至室温；
(6)将工件放入加热炉内，控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至450℃，保温8h；
(7)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至800℃，保温2.5h；
(8)控制加热炉功率，使其以≤150℃/h的速度升温至940℃，保温2.5h；
(9)将工件出炉，浸入水槽中冷却至≤100℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为300℃，保温8h；
(10)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至650℃，保温12h；
(11)将工件出炉空冷至室温。
取工件心部区域进行组织和力学性能测试，其晶粒和组织如图3(a)和图4(a)所示，其力学性能如表1所示。
表1台阶式正火热处理后材料的力学性能
实施例二：
一种大型筒节热处理方法，用于对材料为2.25Cr-1Mo-0.25V钢，外径达8000mm，宽度达2000～3000mm，壁厚大于300mm的大型筒节轧后热处理和性能热处理，包括如下步骤：
(1)大型筒节轧后空冷至250℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为450℃，保温8h；
(2)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至840℃，保温4h；
(3)控制加热炉功率，使其以≤150℃/h的速度升温至940℃，保温4h；
(4)将工件出炉空冷至250℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为600℃，保温12h；
(5)将工件炉冷至≤100℃，出炉空冷至室温；
(6)将工件放入加热炉内，控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至450℃，保温8h；
(7)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至840℃，保温4h；
(8)控制加热炉功率，使其以≤150℃/h的速度升温至940℃，保温4h；
(9)将工件出炉，浸入水槽中冷却至≤100℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为300℃，保温8h；
(10)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至650℃，保温12h；
(11)将工件出炉空冷至室温。
取工件心部区域进行组织和力学性能测试，其晶粒和组织如图3(b)和图4(b)所示，其力学性能如表2所示。
表2台阶式正火热处理后材料的力学性能
实施例三：
一种大型筒节热处理方法，用于对材料为2.25Cr-1Mo-0.25V钢，外径达8000mm，宽度达2000～3000mm，壁厚大于300mm的大型筒节轧后热处理和性能热处理，包括如下步骤：
(1)大型筒节轧后空冷至250℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为450℃，保温8h；
(2)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至880℃，保温4h；
(3)控制加热炉功率，使其以≤150℃/h的速度升温至940℃，保温4h；
(4)将工件出炉空冷至250℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为600℃，保温12h；
(5)将工件炉冷至≤100℃，出炉空冷至室温；
(6)将工件放入加热炉内，控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至450℃，保温8h；
(7)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至880℃，保温4h；
(8)控制加热炉功率，使其以≤150℃/h的速度升温至940℃，保温4h；
(9)将工件出炉，浸入水槽中冷却至≤100℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为300℃，保温8h；
(10)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至650℃，保温12h；
(11)将工件出炉空冷至室温。
取工件心部区域进行组织和力学性能测试，其晶粒和组织如图3(c)和4(c)所示，其力学性能如表3所示。
表3台阶式正火热处理后材料的力学性能
采用传统的等温式正火热处理方法(图1)，同样取工件心部区域进行组织和力学性能测试，其晶粒和组织如图3(d)和4(d)所示，其力学性能如表4所示。
表4等温式正火热处理后材料的力学性能
图3(a)～3(d)分别为两次台阶式正火和等温式正火热处理后试样的晶粒对比图。对比图3(a)～3(c)可知，随着台阶式临界区正火温度的升高和保温时间的延长，热处理后试样的混晶度不断降低，晶粒尺寸减小，如图3(c)所示，热处理后平均晶粒尺寸为18um，而经等温式正火热处理后试样的混晶组织较明显，如图3(d)所示，热处理后平均晶粒尺寸为23um。图4(a)～4(d)分别为两次台阶式正火和等温式正火热处理后试样的组织对比图。对比图4(a)～4(c)可知，随着台阶式临界区正火温度的升高和保温时间的延长，热处理后基体中渗碳体的球化和均匀化效果变好，对比图4(c)和4(d)可知，经两次台阶式临界区高温侧正火保温4h后的组织渗碳体球化和均匀化效果明显好于经等温式正火热处理后的效果。
分别对比表1、表2和表3可知，随着台阶式临界区正火温度的升高和保温时间的延长，热处理后材料的综合力学性能提高，对比表3和表4可知，经两次台阶式临界区高温侧正火保温4h后，筒节心部组织的综合力学性能优于等温式正火热处理后材料的综合力学性能，正火保温时间明显缩短。
与现有的大型筒节等温式正火热处理方法进行对比可以看出，本发明提出的大型筒节台阶式正火热处理方法可以有效的消除大型筒节热轧后心部的混晶和粗晶组织，可将热处理正火保温时间缩短50％，降低热处理能源消耗。
Claims (1)
1.一种大型筒节热处理方法，用于对材料为2.25Cr-1Mo-0.25V钢，外径达8000mm，宽度达2000～3000mm，壁厚大于300mm的大型筒节轧后热处理和性能热处理，其特征在于，包括如下步骤：
(1)大型筒节轧后空冷至250℃；将其放入加热炉内，炉腔温度为450℃，保温8h；
(2)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至880℃，保温4h；
(3)控制加热炉功率，使其以≤150℃/h的速度升温至940℃，保温4h；
(4)将工件出炉空冷至250℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为600℃，保温12h；
(5)将工件炉冷至≤100℃，出炉空冷至室温；
(6)将工件放入加热炉内，控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至450℃，保温8h；
(7)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至880℃，保温4h；
(8)控制加热炉功率，使其以≤150℃/h的速度升温至940℃，保温4h；
(9)将工件出炉，浸入水槽中冷却至≤100℃，将其放入加热炉内，炉腔温度为300℃，保温8h；
(10)控制加热炉功率，使其以≤50℃/h的速度升温至650℃，保温12h；
(11)将工件出炉空冷至室温。
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