CN110106321A - 一种改善低温性能的加氢筒体用sa336f11 cl3钢及其热处理工艺 - Google Patents

Abstract

一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢及其热处理工艺，对SA336F11 CL3钢中多种元素的含量进行合理控制，并在SA336F11 CL3钢中添加了Al、Ni、Nb等有益元素，使SA336F11 CL3钢在温度低至零度以下等低温工作情况下的性能得到提升，能够有效避免SA336F11 CL3钢在低温时出现低温冲击及韧性指标偏低的问题，并且还提供了能够保证SA336F11 CL3钢低温性能的热处理工艺，能够提升加氢筒体锻件的性能，消除加氢筒体寿命降低等隐患，利于推广运用。

Description

一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢及其热处理 工艺

技术领域

本发明涉及加氢筒体用合金钢领域，尤其涉及一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢及其热处理工艺。

背景技术

随着国内外压力容器向超大规格、超大壁厚市场的发展，加氢筒体等压力容器的主体材料机械性能指标要求也在不断提高，不仅要求具有高的强度，还逐渐提高了对低温性能指标的要求；SA336F11 CL3钢属于低碳合金钢，指的是符合ASEM SA-336/SA-336M《高温承压件用合金钢锻件》标准中的3类合金钢，已在加氢筒体等压力容器中得到广泛应用，但是SA336F11 CL3钢所制成的加氢筒体的使用过程中，在温度低至零度以下等低温工作的情况下，容易出现低温冲击及韧性指标偏低的现象，影响加氢筒体锻件的性能，并且会造成加氢筒体寿命降低等多种隐患。

发明内容

为解决现有的SA336F11 CL3钢低温性能不足的问题，本发明提供了一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢及其热处理工艺。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢，所述的SA336F11 CL3钢的化学成分按重量百分比包括：0.13-0.15%的C，0.50-0.60%的Si，0.60-0.68%的Mn，1.40-1.50%的Cr，0.15-0.20%的Ni，0.55-0.65%的Mo，0.030-0.040%的Nb，0.015-0.025%的Al，≤0.025%的P，并控制以下元素的含量：S≤0.025%，As≤0.010%，Sn≤0.010%，Sb≤0.003%，Cu≤0.20%，H≤0.0002%，O≤0.0020%，N≤0.008%，余量为Fe及杂质。

优选的，所述的SA336F11 CL3钢的化学成分按重量百分比包括：0.14%的C，0.56%的Si，0.62%的Mn，1.44%的Cr，0.16%的Ni，0.58%的Mo，0.038%的Nb，0.025%的Al，0.0047%的P，0.0008%的S，0.0069%的As，0.0019%的Sn，0.0024%的Sb，0.037%的Cu，0.00017%的H，0.0017%的O，0.0064%的N，余量为Fe及杂质。

优选的，所述的SA336F11 CL3钢的化学成分按重量百分比包括：0.14%的C，0.54%的Si，0.60%的Mn，1.46%的Cr，0.16%的Ni，0.58%的Mo，0.042%的Nb，0.022%的Al，0.0052%的P，0.001%的S，0.0075%的As，0.0013%的Sn，0.0020%的Sb，0.035%的Cu，0.00012%的H，0.0015%的O，0.0060%的N，余量为Fe及杂质。

本发明的SA336F11 CL3钢的各化学成分含量均符合ASEM SA-336/SA-336M《高温承压件用合金钢锻件》标准中所规定的含量，其中，Si元素会阻滞锻件内部组织的贝氏体转变，并且会与P元素配合作用而促进P在钢中的脆化，导致锻件的韧性下降，所以对Si的含量按照《高温承压件用合金钢锻件》标准中的下限进行控制；Ni元素具有提高钢的淬透性及提高钢的低温韧性的效应，所以控制钢中含有适量的Ni；Mo元素能提高钢的淬透性，并且能减轻钢的回火脆性，所以Mo的含量按照《高温承压件用合金钢锻件》标准中的上限进行控制；Nb元素对于C元素具有极高的亲和力，使钢中形成稳定的碳化物，起到细化晶粒提高韧性的作用，但如果Nb含量过高则会使钢加重偏析并产生较多液析碳化物，所以控制钢中含有适量的Nb； Al元素能细化钢的晶粒，提高钢的强度，并且，Al能够与钢中的N结合形成AlN并在钢中起到钉扎位错的作用，可有效的增强钢在低温时的韧性等性能；对于钢中的有害元素As、Sn、Sb、Cu，以及气体元素H、O、N，本发明均对其含量进行了限制，并且根据限制后钢中的N元素含量，控制Al元素的含量在适当的范围，从而既保证了Al元素和AlN对钢低温性能的增强作用，也避免了钢中N含量过高而影响钢的性能。

本发明还提供了一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢的热处理工艺，包括以下步骤：

一、预备热处理

步骤1、将SA336F11 CL3钢锻件加热至600-650℃，保温3-6h；

步骤2、将步骤1保温后的锻件以≤60℃/h的升温速率加热至900-940℃并保温，保温时间（h）=（1.5~2.5）×锻件壁厚（mm）/100；

步骤3、将步骤2保温后的锻件空冷至280-320℃，保温6-10h；

步骤4、将步骤3保温后的锻件以≤60℃/h的升温速率加热至840-900℃并保温，保温时间（h）=（3~4）×锻件壁厚（mm）/100，然后空冷至280℃以下；

步骤5、将步骤4空冷后的锻件以≤60℃/h的升温速率加热至640-660℃并保温12-18h，然后空冷至室温；

二、快速冷却式正火处理

对预备热处理后的SA336F11 CL3钢锻件进行加工以去除表面黑皮，然后将锻件加热至300-350℃并保温3-6h，再以≤80℃/h的升温速率加热至600-650℃并保温4-8h，再加热至900-940℃并保温6-10h，出炉水冷至表面温度低于60℃，水冷过程中控制水温不超过25℃，然后锻件出水并空冷至室温；

三、最终回火处理

将出水并空冷至室温的锻件加热至300-350℃并保温3-6h，再以≤50℃/h的升温速率加热至680-720℃并保温10-14h，空冷至室温，即完成SA336F11 CL3钢锻件的热处理。

本发明中先对SA336F11 CL3钢锻件进行预备热处理，具体为先对锻件进行预热，然后对锻件先后进行了两次正火+回火的组合处理，其中第一次正火将锻件加热至900-940℃，采用了较高的奥氏体化温度，目的是打断原始晶粒与新形核晶粒之间的相互关系，使锻件中重新结晶奥氏体均匀化；第二次正火将锻件加热至840-900℃，采用了较低的奥氏体化温度，目的是在锻件中获得较细的晶粒；再通过回火使锻件内部组织转变为相对稳定状态，降低硬度便于切削加工；然后本发明对锻件进行了快速冷却式正火处理，在对锻件进行正火后，通过水冷方式并控制水温不超过25℃，从而保证了对锻件进行水冷的速度，使锻件快速降温冷却，以防止锻件内在高温状态下析出铁素体，再对锻件进行最终回火处理，全面提升锻件的内部组织性能，即可获得改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢锻件。

根据上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢，通过对SA336F11 CL3钢中多种元素的含量进行合理控制，并在SA336F11 CL3钢中添加了Al、Ni、Nb等有益元素，使SA336F11 CL3钢在温度低至零度以下等低温工作情况下的性能得到提升，能够有效避免SA336F11 CL3钢在低温时出现低温冲击及韧性指标偏低的问题，并且还提供了能够保证SA336F11 CL3钢低温性能的热处理工艺，所以本发明能够提升加氢筒体锻件的性能，消除加氢筒体寿命降低等隐患，利于推广运用。

具体实施方式

实施例1：一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢，其化学成分按重量百分比包括：0.14%的C，0.56%的Si，0.62%的Mn，1.44%的Cr，0.16%的Ni，0.58%的Mo，0.038%的Nb，0.025%的Al，0.0047%的P，0.0008%的S，0.0069%的As，0.0019%的Sn，0.0024%的Sb，0.037%的Cu，0.00017%的H，0.0017%的O，0.0064%的N，余量为Fe及杂质。

实施例2：一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢，其化学成分按重量百分比包括：0.14%的C，0.54%的Si，0.60%的Mn，1.46%的Cr，0.16%的Ni，0.58%的Mo，0.042%的Nb，0.022%的Al，0.0052%的P，0.001%的S，0.0075%的As，0.0013%的Sn，0.0020%的Sb，0.035%的Cu，0.00012%的H，0.0015%的O，0.0060%的N，余量为Fe及杂质。

对采用实施例1及实施例2的SA336F11 CL3钢制成的加氢筒体锻件采用相同的热处理工艺，具体步骤如下：

一、预备热处理

步骤1、将加氢筒体锻件加热至600-650℃，保温4h；

步骤2、将步骤1保温后的锻件以≤60℃/h的升温速率加热至930℃并保温，保温时间（h）=2×锻件壁厚（mm）/100；

步骤3、将步骤2保温后的锻件空冷至280-320℃，保温8h；

步骤4、将步骤3保温后的锻件以≤60℃/h的升温速率加热至880℃并保温，保温时间（h）=4×锻件壁厚（mm）/100，然后空冷至280℃以下；

步骤5、将步骤4空冷后的锻件以≤60℃/h的升温速率加热至650℃并保温15h，然后空冷至室温；

二、快速冷却式正火处理

对预备热处理后的SA336F11 CL3钢锻件进行加工以去除表面黑皮，然后将锻件加热至350℃并保温4h，再以≤80℃/h的升温速率加热至650±10℃并保温6h，再加热至915℃并保温8h，出炉采用快速冷却式水冷至表面温度低于60℃，水冷过程中控制水温不超过25℃，然后锻件出水并空冷至室温；

三、最终回火处理

将出水并空冷至室温的锻件加热至350℃并保温4h，再以≤50℃/h的升温速率加热至690±10℃并保温10h，空冷至室温，即完成SA336F11 CL3钢锻件的热处理，得到增强了低温性能的SA336F11 CL3钢加氢筒体锻件，性能如下表所示，可知实施例1及实施例2制成的锻件均具有优异的性能，能够满足加氢筒体的使用要求。

Claims (4)

1.一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢，其特征在于：所述的SA336F11CL3钢的化学成分按重量百分比包括：0.13-0.15%的C，0.50-0.60%的Si，0.60-0.68%的Mn，1.40-1.50%的Cr，0.15-0.20%的Ni，0.55-0.65%的Mo，0.030-0.040%的Nb，0.015-0.025%的Al，≤0.025%的P，并控制以下元素的含量：S≤0.025%，As≤0.010%，Sn≤0.010%，Sb≤0.003%，Cu≤0.20%，H≤0.0002%，O≤0.0020%，N≤0.008%，余量为Fe及杂质。

2.根据权利要求1所述的一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢，其特征在于：所述的SA336F11 CL3钢的化学成分按重量百分比包括：0.14%的C，0.56%的Si，0.62%的Mn，1.44%的Cr，0.16%的Ni，0.58%的Mo，0.038%的Nb，0.025%的Al，0.0047%的P，0.0008%的S，0.0069%的As，0.0019%的Sn，0.0024%的Sb，0.037%的Cu，0.00017%的H，0.0017%的O，0.0064%的N，余量为Fe及杂质。

3.根据权利要求1所述的一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢，其特征在于：所述的SA336F11 CL3钢的化学成分按重量百分比包括：0.14%的C，0.54%的Si，0.60%的Mn，1.46%的Cr，0.16%的Ni，0.58%的Mo，0.042%的Nb，0.022%的Al，0.0052%的P，0.001%的S，0.0075%的As，0.0013%的Sn，0.0020%的Sb，0.035%的Cu，0.00012%的H，0.0015%的O，0.0060%的N，余量为Fe及杂质。

4.根据权利要求1所述的一种改善低温性能的加氢筒体用SA336F11 CL3钢的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

一、预备热处理

步骤1、将SA336F11 CL3钢锻件加热至600-650℃，保温3-6h；

步骤2、将步骤1保温后的锻件以≤60℃/h的升温速率加热至900-940℃并保温，保温时间（h）=（1.5~2.5）×锻件壁厚（mm）/100；

步骤3、将步骤2保温后的锻件空冷至280-320℃，保温6-10h；

步骤4、将步骤3保温后的锻件以≤60℃/h的升温速率加热至840-900℃并保温，保温时间（h）=（3~4）×锻件壁厚（mm）/100，然后空冷至280℃以下；

步骤5、将步骤4空冷后的锻件以≤60℃/h的升温速率加热至640-660℃并保温12-18h，然后空冷至室温；

二、快速冷却式正火处理

对预备热处理后的SA336F11 CL3钢锻件进行加工以去除表面黑皮，然后将锻件加热至300-350℃并保温3-6h，再以≤80℃/h的升温速率加热至600-650℃并保温4-8h，再加热至900-940℃并保温6-10h，出炉水冷至表面温度低于60℃，水冷过程中控制水温不超过25℃，然后锻件出水并空冷至室温；

三、最终回火处理

将出水并空冷至室温的锻件加热至300-350℃并保温3-6h，再以≤50℃/h的升温速率加热至680-720℃并保温10-14h，空冷至室温，即完成SA336F11 CL3钢锻件的热处理。