CN105458625A - 压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板生产工艺，涉及到S30403不锈钢板和大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR和14Cr1MoR爆炸焊接复合板工艺。本发明工艺包括（1）采用分段式温升热处理工艺，在保证基板受热均匀、晶粒细化的前提下，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；（2）采用复合板出炉即入水槽的快速冷却工艺，之后的缓冷过程则相当于回火工艺，避免了由于回火温度处于奥氏体不锈钢晶间腐蚀区域而无法对复合板进行回火处理的难题。经爆炸焊接和热处理后的大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR或14Cr1MoR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临氢压力容器用材的严格技术要求。

Description

压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板生产工艺
技术领域
本发明属于爆炸焊接金属复合板制造领域，本发明涉及的是一种压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板生产工艺。
背景技术
Cr、Mo钢是目前世界上广泛使用的热强钢和抗氢钢。由于在低碳钢中加入了Cr、Mo等合金元素，使钢具有了良好的高温力学性能、高温抗氧化性能、抗腐蚀性能等，故被广泛应用于制造石油化工、煤化工、核电、汽轮机缸体、火电等使用条件苛刻的大型设备。
Cr、Mo钢爆炸焊接复合板作为一种新型材料，既保证了Cr、Mo钢的固有热强、抗氢等特性，又兼具了覆板的耐腐蚀、耐氧化等优良性能，而且还节约了大量的经济成本。在石油石化行业、化工设备制造行业、电站建设、锅炉和压力容器制造等企业逐渐得到应用。尤其适合制造使用温度不大于500℃的中温压力容器和大型耐腐蚀临氢设备。由于目前生产的Cr、Mo钢爆炸焊接复合板整体工艺不是太成熟，关键部件产品质量还达不到设计要求。因此Cr、Mo钢爆炸焊接复合板有着巨大的市场和经济前景。在此情况下进行Cr、Mo钢爆炸焊接复合板项目的试验研发，有着重要意义。
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、成本低且产品力学性能能够满足设计要求的压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板生产工艺。
本发明的技术方案是这样实现的：一种压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板，其生产工艺包括：
步骤S01：基、复板处理；
步骤S02：爆炸焊接；所述的爆炸焊接包括：基、复板配装及爆炸焊接，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专用低爆速炸药；（3）引爆：把雷管放置到已铺设炸药的中心位置，雷管下面铺设30-40g的黑索金高爆速炸药，引爆雷管后，低爆速炸药按预定的速度驱使复层不锈钢板S30403碰撞基层Cr、Mo临氢钢板15CrMoR或14Cr1MoR复合板，使其两者强固而冶金的结合在一起；
步骤S03：热处理工艺，包括：
（1）、加热：将大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板在室温下入炉，在480℃以下时，升温速度为≤80℃/h；480-870℃范围升温速度为≥200℃/h；870-950℃之间时升温速度为≤80℃/h。这样既能使大厚度Cr、Mo临氢钢受热均匀，充分细化其晶粒、均匀其内部组织，保证其力学性能，又避免了复层不锈钢板在480-870℃之间停留时间过长而引起的敏化缺陷；
（2）、保温：保温时间设计为1.6min/mm，大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR或14Cr1MoR复合板总厚度为50-100mm，也即保温总时间为80-160min，以确保整个大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR或14Cr1MoR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，并立即放入深度为3米的室温水中，用红外线测温仪测试复合板表面温度，冷却到500℃时出水，进入缓冷阶段、冷却速度为≤80℃/h。
基板采用大厚度Cr、Mo临氢钢如15CrMoR或14Cr1MoR复合板，其厚度为50-100mm；复板采用不锈钢类S30403，其厚度为3-4mm。
所述步骤S01中的基、复板处理包括：基板处理：（1）校平：保证钢板平度，板面纵横向平度≤6mm；（2）待结合面处理：使用机械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：（1）拼焊：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；（2）校平：保证不锈钢板的平度，板面纵横向平度≤4mm；（3）抛光：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中的基、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8-10mm，复板外表面涂刷机油，以防止复板在爆轰波作用下过烧。
该生产工艺还包括成型工艺：（1）、校平：使用矫直机或油压机，对爆炸焊接的大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR或14Cr1MoR复合板按技术数据要求校平；（2）、切边：按工艺尺寸要求，切除四周边缘；（3）、包装：按设计工艺要求，包装产品。
本发明是对爆炸焊接大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR或14Cr1MoR复合板采用基、复板处理、爆炸焊接、热处理、成型等四个工艺，一是通过配置的专用炸药，控制复层板碰撞基层板的速度和能量，实现复合板结合界面强度达到300MPa以上，超过了国家规定的210MPa，保证了大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR或14Cr1MoR复合板在后续的机械加工过程中不脱层、不开裂；二是通过调整热处理参数，在考虑基板受热和内部组织均匀化的同时，兼顾考虑奥氏体不锈钢复板在敏化温度区段（450-850℃）的快速通过以及使用水槽快速冷却的工艺，实现基板晶粒度细小，力学性能满足设计技术要求，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100mm厚15CrMoR和14Cr1MoR复合板，经最大模拟焊后处理，其抗拉强度分别达到Rm=510MPa和Rm=590MPa；屈服强度分别为Rel=350MPa和Rel=390MPa；1/2处取样在20℃时的冲击平均值分别为86J和92J；界面结合剪切强度均达到300MPa以上，完全满足制造高腐蚀介质用Cr、Mo临氢钢压力容器所需的爆炸焊接金属复合板技术指标。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：一，采用配置的专用爆炸焊接炸药，控制复层板碰撞基层板的速度和能量，使爆炸焊接的大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR或14Cr1MoR复合板界面结合强度显著提高，以保证其在高温、高腐蚀生产环境下的安全；其二，采用分段式温升热处理工艺，在保证基板受热均匀、晶粒细化的前提下，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；其三，采用复合板出炉即入水槽的快速冷却工艺，之后的缓冷过程则相当于回火工艺，避免了由于回火温度处于奥氏体不锈钢晶间腐蚀区域而无法对复合板进行回火处理的难题。经爆炸焊接和热处理后的大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR或14Cr1MoR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临氢压力容器用材的严格技术要求。
具体实施方式
实施例一
压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR爆炸焊接复合板生产工艺，该生产工艺为：
步骤S01：基、复板处理，基板处理：
（1）、选用基板材料为15CrMoR大厚度Cr、Mo临氢钢板，厚度50mm、宽度2140mm、长度10040mm；
（2）、对基板进行校平，保证基板板面纵横向平度≤6mm；
（3）、使用机械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：
（1）、选用复板材料为奥氏体不锈钢S30403板，厚度3mm、拼接成宽度2180mm、长度10080mm；
（2）、对拼接的复板焊缝进行锤击去应力处理，消除由于焊缝引起的焊接应力；
（3）、校平，保证复板板面纵横向平度≤4mm；
（4）、抛光：用千叶轮或砂带抛光待结合面，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；包括：（1）基复板装配，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8-10mm；使用机油涂刷复板外表面，以防复板表面在爆轰波作用下过烧；使用纤维板或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；（2）爆炸焊接：在药框内按设计药高铺设配制的专用低爆速炸药，把雷管放置到已铺设炸药的中心位置，雷管下面铺设30-40g的黑索金高爆速炸药；引爆雷管后，低爆速炸药按预定的速度驱使复层不锈钢板S30403碰撞基层Cr、Mo临氢钢板15CrMoR，使其两者强固而冶金的结合在一起；
步骤S03：加热工艺：（1）加热：将大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR爆炸焊接复合板在室温下入炉，在480℃以下时，升温速度为≤80℃/h；480-870℃范围升温速度为≥200℃/h；870-950℃之间时升温速度为≤80℃/h。这样既能使大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR受热均匀，充分细化其晶粒、均匀其内部组织，保证其力学性能，又避免了复层不锈钢板在480-870℃之间停留时间过长而引起的敏化缺陷；（2）、保温：保温时间设计为1.6min/mm，也即保温总时间为85min，以确保整个大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR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，并立即放入深度为3米的室温水中，用红外线测温仪测试复合板表面温度，冷却到500℃时出水，进入缓冷阶段、冷却速度为≤80℃/h，最后的缓冷阶段可以缓解由于水冷而造成的力学性能过高，利于后续的机械加工过程；
步骤S04：校平、切边，使用矫直机或油压机，对大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR复合板按技术数据要求校平,复合板平度达到技术要求后，按2100×10000mm尺寸划线。使用等离子切割机沿线切割；抛光，使用叶轮或布轮抛光复板表面，达到设计要求的光洁度后用油纸包装入库。
实施例二
压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢14Cr1MoR爆炸焊接复合板生产工艺，该生产工艺为：步骤S01：基、复板处理：（1）基板处理：选用基板材料为14Cr1MoR大厚度Cr、Mo临氢钢板，厚度100mm、宽度1840mm、长度10040mm；对基板进行校平，保证基板板面纵横向平度≤6mm；使用机械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1880mm、长度10080mm；（2）、对拼接的复板焊缝进行锤击去应力处理，消除由于焊缝引起的焊接应力；（3）、校平，保证复板板面纵横向平度≤4mm；（4）、抛光：用千叶轮或砂带抛光待结合面，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；包括：（1）基复板装配: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；使用机油涂刷复板外表面，以防复板表面在爆轰波作用下过烧；使用纤维板或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；（2）爆炸焊接：在药框内按设计药高铺设配制的专用低爆速炸药，把雷管放置到已铺设炸药的中心位置，雷管下面铺设30-40g的黑索金高爆速炸药；引爆雷管后，低爆速炸药按预定的速度驱使复层不锈钢板S30403碰撞基层Cr、Mo临氢钢板14Cr1MoR，使其两者强固而冶金的结合在一起；
步骤S03：热处理工艺：（1）加热：将大厚度Cr、Mo临氢钢14Cr1MoR爆炸焊接复合板在室温下入炉，在480℃以下时，升温速度为≤80℃/h；480-870℃范围升温速度为≥200℃/h；870-950℃之间时升温速度为≤80℃/h。这样既能使大厚度Cr、Mo临氢钢14Cr1MoR受热均匀，充分细化其晶粒、均匀其内部组织，保证其力学性能，又避免了复层不锈钢板在480-870℃之间停留时间过长而引起的敏化缺陷；（2）、保温：保温时间设计为1.6min/mm，也即保温总时间为165min，以确保整个大厚度Cr、Mo临氢钢14Cr1MoR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，并立即放入深度为3米的室温水中，用红外线测温仪测试复合板表面温度，冷却到500℃时出水，进入缓冷阶段、冷却速度为≤80℃/h。最后的缓冷阶段可以缓解由于水冷而造成的力学性能过高，利于后续的机械加工过程。
步骤S04：校平、切边，使用矫直机或油压机，对大厚度Cr、Mo临氢钢14Cr1MoR复合板按技术数据要求校平,复合板平度达到技术要求后，按1800×10000mm尺寸划线。使用等离子切割机沿线切割；抛光，使用叶轮或布轮抛光复板表面，达到设计要求的光洁度后用油纸包装入库。

Claims (5)

1.一种压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板生产工艺，其特征在于：其生产工艺包括：
步骤S01：基、复板处理；
步骤S02：爆炸焊接；所述的爆炸焊接包括：基、复板配装及爆炸焊接，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专用低爆速炸药；（3）引爆：把雷管放置到已铺设炸药的中心位置，雷管下面铺设30-40g的黑索金高爆速炸药，引爆雷管后，低爆速炸药按预定的速度驱使复层不锈钢板S30403碰撞基层Cr、Mo临氢钢板15CrMoR或14Cr1MoR复合板，使其两者强固而冶金的结合在一起；
步骤S03：热处理工艺，包括：
（1）、加热：将大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板在室温下入炉，在480℃以下时，升温速度为≤80℃/h；480-870℃范围升温速度为≥200℃/h；870-950℃之间时升温速度为≤80℃/h；这样既能使大厚度Cr、Mo临氢钢受热均匀，充分细化其晶粒、均匀其内部组织，保证其力学性能，又避免了复层不锈钢板在480-870℃之间停留时间过长而引起的敏化缺陷；
（2）、保温：保温时间设计为1.6min/mm，大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR或14Cr1MoR复合板总厚度为50-100mm，也即保温总时间为80-160min，以确保整个大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR或14Cr1MoR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，并立即放入深度为3米的室温水中，用红外线测温仪测试复合板表面温度，冷却到500℃时出水，进入缓冷阶段、冷却速度为≤80℃/h。
2.根据权利要求1所述的压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板生产工艺，其特征在于：基板采用大厚度Cr、Mo临氢钢如15CrMoR或14Cr1MoR复合板，其厚度为50-100mm；复板采用不锈钢类S30403，其厚度为3-4mm。
3.根据权利要求1所述的压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板生产工艺，其特征在于：所述步骤S01中的基、复板处理包括：基板处理：（1）校平：保证钢板平度，板面纵横向平度≤6mm；（2）待结合面处理：使用机械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：（1）拼焊：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；（2）校平：保证不锈钢板的平度，板面纵横向平度≤4mm；（3）抛光：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。
4.根据权利要求1所述的压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板生产工艺，其特征在于：所述步骤S02中的基、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8-10mm，复板外表面涂刷机油，以防止复板在爆轰波作用下过烧。
5.根据权利要求1所述的压力容器用大厚度Cr、Mo临氢钢爆炸焊接复合板生产工艺，其特征在于：该生产工艺还包括成型工艺：（1）、校平：对爆炸焊接的大厚度Cr、Mo临氢钢15CrMoR或14Cr1MoR复合板按技术数据要求校平；（2）、切边：按工艺尺寸要求，切除四周边缘；（3）、包装：按设计工艺要求，包装产品。
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