CN105364294A - 大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超低温压力容器用爆炸焊接大厚度金属复合板以及生产工艺，涉及到S31603和S30403不锈钢板和大厚度超低温压力容器用09MnNiDR钢板的爆炸焊接复合板工艺。本发明提供了一种简便、经济、实用的方法:即在复板上按设计药高铺设配制的低爆速炸药，铺设炸药完成后，沿长边边部铺设一条宽度为30mm、深度等同设计高度的高爆速炸药，以控制低爆速炸药爆轰波运动方向接近于基板的轧制方向，使复合板结合界面的波纹沿基板轧制方向分布，增强复合板结合界面的结合强度;使用装炉预加热和分段喷淋快速冷却工艺解决爆炸焊接大厚度金属复合板心部力学性能不能满足设计要求的难题，满足了深冷装备制造业对大厚度超低温金属复合板的需求。

Description

大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板生产工艺
技术领域
本发明属于爆炸焊接金属复合板制造领域，特别涉及一种大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板生产工艺。
背景技术
近年来，随着石油、化工、煤化工、深冷制药、核电等行业的深度发展，用于制造深冷设备、满足高腐蚀介质需求的大型化工设备用爆炸焊接金属复合板得到迅猛发展，市场对大厚度、超低温压力容器用爆炸焊接金属复合板的需求也越来越大。由于这些大型压力容器所处的特殊环境以及介质腐蚀情况的复杂多变性，低温压力容器用爆炸焊接金属复合板的各项性能指标要求越来越严苛，由于爆炸焊接大厚度复合板的淬透性较差，通过正火细化心部晶粒的能力有限，一般难以保证其心部的力学性能满足设计要求。目前国内大型关键低温压力容器用金属复合板基本上还依赖进口。因此，研究开发大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板，满足深冷装备制造业对大厚度超低温金属复合板的需求，势在必行。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足提供一种工艺参数设计合理、生产效率高、成本低，且具有优良的低温冲击性能的大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板生产工艺。
本发明的技术方案是这样实现的：一种大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板生产工艺，该生产工艺如下：
步骤S01：基、复板处理；
步骤S02：爆炸焊接工艺，包括基、复板配装、爆炸焊接及引爆；所述爆炸焊接包括：（1）药框：根据设计装药高度，在复板四周安放药框，药框材质为硬板纸或纤维板，并沿复板外边缘用胶带密封，以防炸药滴漏至基板表面；（2）铺药：在复板上按设计药高铺设配制的低爆速炸药，铺设炸药完成后，沿长边边部铺设一条宽度为30mm、深度等同设计高度的高爆速炸药，以控制低爆速炸药爆轰波运动方向接近于基板的轧制方向，使复合板结合界面的波纹沿基板轧制方向分布，增强复合板结合界面的结合强度；
步骤S03：热处理工艺：（1）加热：将超低温钢09MnNiDR复合板在炉温达到450±15℃时入炉，870℃以下升温速度为≥200℃/h、870-930℃之间时升温速度为≤80℃/h，（2）保温：保温时间设计为1.5min/mm，超低温钢09MnNiDR复合板总厚度为64-84mm，也即保温总时间为96-126min；（3）冷却：达到设计保温时间后出炉，超低温钢09MnNiDR复合板四周使用水雾风机喷雾冷却，中心部位使用5％的低浓度盐水喷淋，使中部降温速度与周边接近，在500℃以上时，降温速度保持在150-200℃/h之间，冷却到500℃以下时停止喷雾喷水，进入自然冷却阶段。
所述步骤S01中基板处理包括：退火、校平及待结合面处理，消除钢板的残余应力，提高其塑性，以避免在爆轰波作用下断裂，保证钢板平度，板面纵横向平度≤6mm，使用机械或化学方法去除待结合面氧化层，露出新鲜金属表面，保证待结合表面粗糙度Ra≤1.6um；复板处理包括：拼焊、校平及抛光，按规定工艺尺寸拼接复板，拼接完成后锤击焊缝，以消除板面由于拼接焊缝引起的焊接应力，避免在爆轰波作用下焊缝开裂，保证不锈钢板的平度，板面纵横向平度≤4mm，千叶轮或砂带抛光去除待结合表面氧化层，使其待结合表面粗糙度Ra≤1.6um。
所述步骤S02中基、复板配装包括：将基板水平放置于沙土之上，基复板之间间隙为10-12mm，复板外表面涂刷机油，以防止复板在爆轰波作用下过烧。
所述步骤S02中引爆包括：把雷管放置到已铺设高爆速炸药的中段上引爆，在炸药爆轰波的作用下，超低温钢09MnNiDR钢板就能和S31603或S30403等不锈钢强固的冶金结合在一起。
该生产工艺还包括成型工艺，包括：校平，使用矫直机或油压机，对超低温钢09MnNiDR复合板按技术数据要求校平；切边，按工艺尺寸要求，切除四周边缘；包装，按设计工艺要求，包装产品。
该生产工艺采用超低温钢09MnNiDR作为基板，厚度60~80mm；复合板采用不锈钢类如S31603或S30403，厚度4mm。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：一、采用长边部布置线状高爆速炸药的工艺，改变炸药爆轰波走向，使爆炸焊接的超低温09MnNiDR钢复合板结合界面波纹沿基板轧制方向有规律的分布，大大提高超低温09MnNiDR钢复合板的界面结合强度，以保证其在超低温、高腐蚀生产环境下的安全。二，采用高温升和低温升（指的是870度以下高温升，870度以上低温升）的热处理工艺，在保证基板受热均匀，完全奥氏体化的前提下，使奥氏体不锈钢复板迅速通过其敏化温度区间，避免复板耐蚀性能的降低。三，采用周边水雾风冷和中间低浓度盐水速冷的差异冷却法，确保整板冷却速度的一致性，保证大厚板心部晶粒的细化以及力学性能满足要求，其后的自然冷却过程是为了避免冷却速度过快而引起的屈服和抗拉强度过高而影响复合板的后续加工和使用性能。经爆炸焊接和热处理后的超低温09MnNiDR钢复合板产品，不仅具备很高的界面结合强度，而且复层和基层的物理、化学性能均能满足制造超低温压力容器用材的严格要求。在后续的卷板、封头压制、火焰开孔、焊接等加工中，不会出现界面开裂或分层现象。
具体实施方式
实施例一
大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR钢复合板，其生产工艺为：
步骤S01：基、复板板处理；1、基板处理：
（1）、选用基板材料为09MnNiDR超低温钢板，厚度60mm、宽度2040mm、长度11040mm；
（2）、对选用的09MnNiDR超低温钢板进行退火处理，以消除内应力，提高其塑性。退火温度为590±10℃，保温时间为120min；
（3）、对基板进行校平，保证基板板面纵横向平度≤6mm；
（4）、使用机械或化学方法去除待结合面氧化层，露出新鲜金属表面，保证待结合表面粗糙度Ra≤1.6um；
2、复板处理：
（1）、选用复板材料为奥氏体不锈钢S31603板，厚度4mm、拼接成宽度2080mm、长度11080mm；
（2）、对拼接的复板进行低温去应力处理，退火温度540±10℃；
（3）、复板校平，保证复板板面纵横向平度≤4mm；
（4）、对复板待结合面使用布轮抛光，使其待结合面粗糙度Ra≤1.6um，保证板面不残留氧化物和任何油污；
步骤S02：爆炸焊接工艺：
（1）、将基板水平放置于沙土地基上，复板S31603放置于基板之上；基复板之间的间隙为10-12mm。
（2）、使用机油涂刷复板表面，以防复板表面在爆轰波作用下过烧；
（3）、使用硬板纸沿复板四周边缘布置药框，然后使用胶带沿复板四周边粘贴密封硬板纸，以防药框内边缘炸药滴漏至基板表面；
（4）、在药框内按设计药高铺设配制的低爆速炸药，铺设炸药完成后，沿长边边部铺设一条宽度为30mm、深度等同设计高度的高爆速炸药，以控制低爆速炸药爆轰波运动方向接近于基板的轧制方向，使复合板结合界面的波纹沿基板轧制方向分布，增强复合板结合界面的结合强度。
（5）、引爆：把雷管放置到已铺设高爆速炸药的中段上引爆，在炸药爆轰波的作用下，超低温钢09MnNiDR钢板就能和S31603不锈钢强固的冶金结合在一起。
步骤S03：热处理工艺；
（1）、加热：将爆炸焊接后的超低温钢09MnNiDR复合板在炉温达到450±15℃时入炉，870℃以下升温速度为≥200℃/h、870-930℃之间时升温速度为≤80℃/h。；
（2）、保温：保温时间设计为1.5min/mm，以确保整个超低温钢09MnNiDR复合板完全奥氏体化，内外温度均匀化；
（3）、冷却：达到设计保温时间后出炉，超低温钢09MnNiDR复合板四周使用水雾风机喷雾冷却，中心部位使用5％的低浓度盐水喷淋，使中部降温速度与周边接近，在500℃以上时，降温速度保持在150-200℃/h之间，冷却到500℃以下时停止喷雾喷水，进入自然冷却阶段。
步骤S04：成型工艺，包括：使用校平机对爆炸焊接后的超低温钢09MnNiDR复合板进行校平，复合板平度达到技术要求后，按2000×11000mm尺寸划线，使用等离子切割机沿线切割；抛光，使用叶轮和布轮分别对基板和复板抛光，抛光后使用机油对基复板面涂刷，然后用油纸包装。
实施例二
大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR钢复合板，其生产工艺为：
步骤S01：基、复板板处理；基板处理：
（1）、选用基板材料为09MnNiDR超低温钢板，厚度80mm、宽度2040mm、长度11040mm；
（2）、对选用的09MnNiDR超低温钢板进行退火处理，以消除内应力，提高其塑性，退火温度为590±10℃，保温时间为160min；
（3）、对基板进行校平，保证基板板面纵横向平度≤6mm；
（4）、使用机械或化学方法去除待结合面氧化层，露出新鲜金属表面，保证待结合表面粗糙度Ra≤1.6um。
2、复板处理：
（1）、选用复板材料为奥氏体不锈钢S30403板，厚度4mm、拼接成宽度2080mm、长度11080mm；
（2）、对拼接的复板进行低温去应力处理，退火温度540±10℃；
（3）、复板校平，保证复板板面纵横向平度≤4mm；
（4）、对复板待结合面使用布轮抛光，使其待结合面粗糙度Ra≤1.6um，保证板面不残留氧化物和任何油污；
步骤S02：爆炸焊接工艺：
（1）、将基板水平放置于沙土地基上，复板S30403放置于基板之上；基复板之间的间隙为10-12mm；
（2）、使用机油涂刷复板表面，以防复板表面在爆轰波作用下过烧；
（3）、使用硬板纸沿复板四周边缘布置药框，然后使用胶带沿复板四周边粘贴密封硬板纸，以防药框内边缘炸药滴漏至基板表面；
（4）、在药框内按设计药高铺设配制的低爆速炸药，铺设炸药完成后，沿长边边部铺设一条宽度为30mm、深度等同设计高度的高爆速炸药，以控制低爆速炸药爆轰波运动方向接近于基板的轧制方向，使复合板结合界面的波纹沿基板轧制方向分布，增强复合板结合界面的结合强度；
（5）、引爆：把雷管放置到已铺设高爆速炸药的中段上引爆，在炸药爆轰波的作用下，超低温钢09MnNiDR钢板就能和S30403等不锈钢强固的冶金结合在一起；
步骤S03：热处理工艺；
（1）、加热：将爆炸焊接后的超低温钢09MnNiDR复合板在炉温达到450±15℃时入炉，870℃以下升温速度为≥200℃/h、870-930℃之间时升温速度为≤80℃/h。；
（2）、保温：保温时间设计为1.5min/mm，以确保整个超低温钢09MnNiDR复合板完全奥氏体化，内外温度均匀化；
（3）、冷却：达到设计保温时间后出炉，超低温钢09MnNiDR复合板四周使用水雾风机喷雾冷却，中心部位使用5％的低浓度盐水喷淋，使中部降温速度与周边接近，在500℃以上时，降温速度保持在150-200℃/h之间，冷却到500℃以下时停止喷雾喷水，进入自然冷却阶段。
步骤S04：成型工艺，包括：使用校平机对将爆炸焊接后的超低温钢09MnNiDR复合板进行校平；复合板平度达到技术要求后，按2000×11000mm尺寸划线；使用等离子切割机沿线切割；抛光，使用叶轮和布轮分别对基板和复板抛光，抛光后使用机油对基复板面涂刷，然后用油纸包装。
本发明是对大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板采用基、复板处理、爆炸焊接、热处理、成型等四个工艺，一是通过控制炸药爆轰波的运动方向，实现复合板结合界面波纹与基板轧制方向一致，使09MnNiDR钢复合板的界面结合强度达到或超过280MPa，超过了国家规定的210MPa，保证了09MnNiDR复合板在后续的卷制或压制过程中不脱层、不开裂；二是通过调整热处理参数，在考虑基板受热均匀的同时，兼顾考虑奥氏体不锈钢复板在敏化温度区段的快速通过以及使用水雾和低浓度盐水喷淋冷却的工艺，实现基板晶粒度细小，板厚1/2处力学性能达标且和两端部1/2处差异较小，奥氏体不锈钢复板耐腐蚀性能不变的目标。通过本发明设计的工艺所生产的124mm厚09MnNiDR钢复合板，经最大模拟焊后处理，其抗拉强度达Rm=490MPa；屈服强度Rel=320MPa；1/2处取样在-70℃时的冲击值为110J；结合界面剪切强度达到300MPa，完全满足制造高腐蚀介质用超低温压力容器所需的爆炸焊接金属复合板技术指标。

Claims (6)

1.一种大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板生产工艺，其特征在于：该生产工艺如下：
步骤S01：基、复板处理；
步骤S02：爆炸焊接工艺，包括基、复板配装、爆炸焊接及引爆；所述爆炸焊接包括：（1）药框：根据设计装药高度，在复板四周安放药框，药框材质为硬板纸或纤维板，并沿复板外边缘用胶带密封，以防炸药滴漏至基板表面；（2）铺药：在复板上按设计药高铺设配制的低爆速炸药，铺设炸药完成后，沿长边边部铺设一条宽度为30mm、深度等同设计高度的高爆速炸药，以控制低爆速炸药爆轰波运动方向接近于基板的轧制方向，使复合板结合界面的波纹沿基板轧制方向分布，增强复合板结合界面的结合强度；
步骤S03：热处理工艺：（1）加热：将超低温钢09MnNiDR复合板在炉温达到450±15℃时入炉，870℃以下升温速度为≥200℃/h、870-930℃之间时升温速度为≤80℃/h，（2）保温：保温时间设计为1.5min/mm，超低温钢09MnNiDR复合板总厚度为64-84mm，也即保温总时间为96-126min；（3）冷却：达到设计保温时间后出炉，超低温钢09MnNiDR复合板四周使用水雾风机喷雾冷却，中心部位使用5％的低浓度盐水喷淋，使中部降温速度与周边接近，在500℃以上时，降温速度保持在150-200℃/h之间，冷却到500℃以下时停止喷雾喷水，进入自然冷却阶段。
2.根据权利要求1所述的大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板生产工艺，其特征在于：所述步骤S01中基板处理包括：退火、校平及待结合面处理，消除钢板的残余应力，提高其塑性，以避免在爆轰波作用下断裂，保证钢板平度，板面纵横向平度≤6mm，使用机械或化学方法去除待结合面氧化层，露出新鲜金属表面，保证待结合表面粗糙度Ra≤1.6um；复板处理包括：拼焊、校平及抛光，按规定工艺尺寸拼接复板，拼接完成后锤击焊缝，以消除板面由于拼接焊缝引起的焊接应力，避免在爆轰波作用下焊缝开裂，保证不锈钢板的平度，板面纵横向平度≤4mm，千叶轮或砂带抛光去除待结合表面氧化层，使其待结合表面粗糙度Ra≤1.6um。
3.根据权利要求1所述的大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板生产工艺，其特征在于：所述步骤S02中基、复板配装包括：将基板水平放置于沙土之上，基复板之间间隙为10-12mm，复板外表面涂刷机油，以防止复板在爆轰波作用下过烧。
4.根据权利要求1所述的大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板生产工艺，其特征在于：所述步骤S02中引爆包括：把雷管放置到已铺设高爆速炸药的中段上引爆，在炸药爆轰波的作用下，超低温钢09MnNiDR钢板就能和S31603或S30403等不锈钢强固的冶金结合在一起。
5.根据权利要求1所述的大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板生产工艺，其特征在于：该生产工艺还包括成型工艺，包括：校平，使用矫直机或油压机，对超低温钢09MnNiDR复合板按技术数据要求校平；切边，按工艺尺寸要求，切除四周边缘；包装，按设计工艺要求，包装产品。
6.根据权利要求1所述的大厚度超低温压力容器用爆炸焊接09MnNiDR复合板生产工艺，其特征在于：该生产工艺采用超低温钢09MnNiDR作为基板，厚度60~80mm；复合板采用不锈钢类如S31603或S30403，厚度4mm。
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