CN112143982A - 压力容器封头用CrMo钢板热成型的模拟热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力容器封头用CrMo钢板热成型的模拟热处理工艺,包括:(1)热成型:将钢板加热到Ac3+(50~70℃),保温2.0‑2.5min/mm,出炉后水冷,在组织中获得贝氏体组织;(2)回火:将钢板加热到Ac1‑(30~0℃),保温2.5‑4.0min/mm,出炉后在静止空气中冷却;(3)焊后热处理:钢板在≤425℃装炉,以55‑159℃/h的速率升温到655‑695℃,保温时间6‑18h,然后以55‑150℃的速度随炉降温到425℃,出炉空冷。与传统模拟热处理工艺相比,既缩短了热处理工序、节省了能耗,又能够对CrMo钢板的热成型工艺进行精准模拟,可用于指导实际封头热成型过程的工艺参数的设置,使达到理想的封头性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢板的模拟热处理工艺,尤其涉及模拟压力容器封头用CrMo钢板热成型的热处理工艺。
背景技术
CrMo钢板作为制造压力容器的中温耐热钢,除了含有Fe、C、Si、Mn等元素外,还含有0.80-1.20%Cr和0.40-0.60%Mo,该类钢具有优良的蠕变极限和持久强度、良好的拉伸和冲击性能和优异的加工性能,被广泛应用于制造电站、炼油、煤化工和化肥等行业的关键设备,封头作为压力容器的核心部件在制造过程中需要经过热压成型,在成型后需要通过淬火、回火来恢复材料性能、以及焊后消应力处理等工序。热压成型、淬火、回火、焊后消应力热处理均需要进炉加热,即封头的热成型至少需要进行四道次热处理工序。为了研究作为压力容器封头用CrMo钢板的性能,需要对钢板-封头的热成型工艺进行模拟,以检测CrMo钢板热成型为封头后的性能是否达到封头要求。目前CrMo钢板的模拟热处理工艺仍然是与实际热压成型相一致的,即模拟热处理工艺仍然包括热压成型、淬火、回火、焊后消应力热处理共四次热处理,流程长、能耗高。
公开号为CN 107739802 A的发明专利“一种15CrMoR钢板的封头热成型工艺”采用热成型+正火水冷+回火+焊后热处理工艺有效保证压力容器封头的性能,该专利文献中涉及的封头热成型过程中也包括热成型、正火、回火、焊后热处理共四次热处理工序,若采用传统的模拟热处理工艺,必然也存在流程长、能耗高的问题。
公开号为CN 108728741 A的发明申请“硫化氢环境用压力容器封头钢板及其热成型后热处理方法”热成型后再进行正火空冷+正火水冷+回火+焊后热处理以满足钢板性能要求,工序多,成本高,周期长。
公开号为CN 104726774 A的发明申请“一种低温油罐车封头用钢板及其生产方法”,试样的模拟热处理包括正火加回火,参数如下:正火工艺,入炉温度≤400℃,升温速度≤200℃/h,正火温度843-926℃,保温时间≥30min,出炉后空冷;回火工艺,入炉温度≤400℃,升温速度≤200℃/h,回火温度600-650℃,保温时间≥60min,随炉降温到427℃,降温速度≤260℃/h,出炉空冷,然后再通过回火保证钢板的冲击韧性和强度,但是模拟热加工温度偏低且冷却方式为空冷,无法对热成型的高温奥氏体化的加热工序进行模拟。即该专利所涉及的模拟热处理工艺只能是基于该专利所涉及的正火态交货的钢板,而不具有推广价值。
目前,CrMo钢板的模拟热处理各有特点,发展趋于个性化,往往要与CrMo钢板的实际生产方法进行匹配,不具有普适性,难以推广应用。
发明内容
本发明是要提供一种压力容器封头用CrMo钢板热成型的模拟热处理工艺,与传统模拟热处理工艺相比,既缩短了热处理工序、节省了能耗,又能够对CrMo钢板的热成型工艺进行精准模拟,可用于指导实际封头热成型过程的工艺参数的设置,使达到理想的封头性能。
本发明具体的技术方案:一种压力容器封头用CrMo钢板热成型的模拟热处理工艺,包括
(1)热成型:将钢板加热到温度区间[Ac3+50,Ac3+70℃]℃,保温2.0-2.5min/mm,出炉后水冷,获得贝氏体组织;
(2)回火:将钢板加热到温度区间(Ac1-30,Ac1]℃,保温2.5-4.0min/mm,出炉后在静止空气中冷却;
(3)焊后热处理:钢板在≤425℃装炉,以55-159℃/h的速率升温到655-695℃,保温时间6-18h,然后以55-150℃的速度随炉降温到425℃,出炉空冷。
本申请模拟热处理工艺所适用的CrMo钢板的元素成分:C 0.09-0.12%,Si 0.20-0.30%,Mn 0.50-0.60%,P≤0.005%,S≤0.001%,Cr 0.80-0.90%,Mo 0.50-0.60%,Ni0.10-0.20%,Nb 0.01-0.02%,其余为Fe和不可避免的杂质。
具体地,步骤(1)热成型的加热温度930-950℃。
具体地,步骤(2)回火的加热温度为730-760℃。
优选地,步骤(3)焊后热处理的加热温度为675-695℃。
基于所述元素成分的CrMo钢板,经所述模拟热处理工艺后,钢板心部冲击吸收能量≥120J,心部屈服强度≥355MPa,抗拉强度≥500MPa,180°弯曲无裂纹。
本申请的特点在于:
传统CrMo钢板的热成型工艺:热成型温度为淬火温度+(20-50℃),冲压成型后空冷;传统CrMo钢板的淬火工艺:淬火温度,水冷。为了对传统热成型工艺和淬火工艺的模拟,本申请设计的模拟热成型工艺加热温度[Ac3+50,Ac3+70℃]℃,Ac3为所有铁素体转变为奥氏体的温度,与传统热成型温度相比模拟热成型工艺的加热温度有所下降,但仍能够使钢中合金元素充分固溶,通过延长保温时间将钢板达到热冲压变形要求的理想状态,由于该温度区间内奥氏体晶粒具有生长趋势,因此该温度区间的保温时间不能过长,过长会导致奥氏体晶粒粗化,故需要将保温时间设定在2.0-2.5min/mm范围内。之后采用水冷,确保能够获得理想比例的贝氏体。本申请的设计的模拟热成型工艺,一次加热、加热温度低于传统热成型工艺、无需空冷,最终的热处理效果与传统CrMo钢板的热成型工艺+传统CrMo钢板的淬火工艺的达到了同一水平的力学性能(强韧性)。节省了模拟热处理的工序和能耗。
另外,由于本申请的模拟热成型工艺的加热温度为[Ac3+50,Ac3+70℃]℃,且是直接水冷,必然造成模拟热成型后的组织硬度偏高,残余应力大,因此模拟回火工艺优选高温回火,低温回火不充分,通过试验和计算,将模拟回火工艺的回火温度区间设计为(Ac1-30,Ac1℃],Ac1为钢加热时开始形成奥氏体的温度,传统回火工艺为Ac1-(50~30℃),本申请采用(Ac1-30,Ac1℃]的温度区间实现高温回火,消除偏高的硬度、去除残余应力。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述,所述实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
本实施例含CrMo钢板化学成分及重量百分含量为:C 0.10%,Si 0.25%,Mn0.50%,P 0.005%,S 0.001%,Cr 0.85%,Mo 0.50%,Ni 0.15%,Nb 0.015%,其余为Fe和不可避免的杂质。钢板厚度35mm。
热成型工艺:保温温度950℃,保温时间2.0min/mm,钢板出炉后水冷。回火工艺:将钢板加热到760℃,保温2.5min/mm,出炉后在静止空气中冷却。焊后热处理工艺:钢板在≤425℃装炉,以200℃/h的速率升温到695℃,保温时间6h,然后以55℃的速度随炉降温到425℃,出炉空冷。
本实施例经过热成型、回火和焊后热处理后钢板性能检测结果为:钢板心部-18℃冲击吸收能量315J、312J、321J,心部屈服强度420MPa,抗拉强度540MPa,180°弯曲无裂纹,综合力学性能优异,满足了该钢板作为压力容器封头的热成型性能要求。
实施例2
本实施例含CrMo钢板化学成分及重量百分含量为:C 0.09%,Si 0.28%,Mn0.52%,P 0.004%,S 0.001%,Cr 0.86%,Mo 0.51%,Ni 0.17%,,Nb 0.014%,其余为Fe和不可避免的杂质。钢板厚度50mm。
热成型工艺:保温温度945℃,保温时间2.1min/mm,钢板出炉后水冷。回火工艺:将钢板加热到750℃,保温3.5min/mm,出炉后在静止空气中冷却。焊后热处理工艺:钢板在≤425℃装炉,以150℃/h的速率升温到690℃,保温时间8h,然后以75℃的速度随炉降温到425℃,出炉空冷。
本实施例经过热成型、回火和焊后热处理后钢板性能检测结果为:钢板心部-18℃冲击吸收能量328J、309J、306J,心部屈服强度415MPa,抗拉强度545MPa,180°弯曲无裂纹,综合力学性能优异,满足了该钢板作为压力容器封头的热成型性能要求。
实施例3
本实施例含CrMo钢板化学成分及重量百分含量为:C 0.10%,Si 0.30%,Mn0.55%,P 0.005%,S 0.001%,Cr 0.89%,Mo 0.50%,Ni 0.16%,,Nb 0.016%,其余为Fe和不可避免的杂质。钢板厚度55mm。
热成型工艺:保温温度940℃,保温时间2.3min/mm,钢板出炉后水冷。回火工艺:将钢板加热到745℃,保温3.5min/mm,出炉后在静止空气中冷却。焊后热处理工艺:钢板在≤425℃装炉,以160℃/h的速率升温到690℃,保温时间8h,然后以80℃的速度随炉降温到425℃,出炉空冷。
本实施例经过热成型、回火和焊后热处理后钢板性能检测结果为:钢板心部-18℃冲击吸收能量311J、318J、300J,心部屈服强度425MPa,抗拉强度555MPa,180°弯曲无裂纹,综合力学性能优异,满足了该钢板作为压力容器封头的热成型性能要求。
实施例4
本实施例含CrMo钢板化学成分及重量百分含量为:C 0.11%,Si 0.28%,Mn0.54%,P 0.004%,S 0.001%,Cr 0.88%,Mo 0.53%,Ni 0.18%,,Nb 0.015%,其余为Fe和不可避免的杂质。钢板厚度75mm。
热成型工艺:保温温度930℃,保温时间2.4min/mm,钢板出炉后水冷。回火工艺:将钢板加热到735℃,保温3.5min/mm,出炉后在静止空气中冷却。焊后热处理工艺:钢板在≤425℃装炉,以120℃/h的速率升温到675℃,保温时间18h,然后以120℃的速度随炉降温到425℃,出炉空冷。
本实施例经过热成型、回火和焊后热处理后钢板性能检测结果为:钢板心部-18℃冲击吸收能量278J、266J、249J,心部屈服强度435MPa,抗拉强度545MPa,180°弯曲无裂纹,综合力学性能优异,满足了该钢板作为压力容器封头的热成型性能要求。
实施例5
本实施例含CrMo钢板化学成分及重量百分含量为:C 0.11%,Si 0.31%,Mn0.55%,P 0.004%,S 0.001%,Cr 0.87%,Mo 0.54%,Ni 0.17%,,Nb 0.013%,其余为Fe和不可避免的杂质。钢板厚度90mm。
热成型工艺:保温温度930℃,保温时间2.4min/mm,钢板出炉后水冷。回火工艺:将钢板加热到730℃,保温4.0min/mm,出炉后在静止空气中冷却。焊后热处理工艺:钢板在≤425℃装炉,以100℃/h的速率升温到680℃,保温时间18h,然后以155℃的速度随炉降温到425℃,出炉空冷。
本实施例经过热成型、回火和焊后热处理后钢板性能检测结果为:钢板心部-18℃冲击吸收能量265J、252J、233J,心部屈服强度430MPa,抗拉强度540MPa,180°弯曲无裂纹,综合力学性能优异,满足了该钢板作为压力容器封头的热成型性能要求。
上述实施例1-5的模拟热处理工艺的性能结果显示,与传统热成型、淬火、回火和焊后热处理的相近规格钢板性能均在同一水平,完全能够满足钢板作为压力容器封头的热成型性能要求。也就是说,本申请设计的热成型工艺+回火工艺+焊后热处理,仍能够获得与传统热成型工艺相近的性能,实现了对传统热成型工艺的模拟。
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例,但是应该清楚地理解,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种压力容器封头用CrMo钢板热成型的模拟热处理工艺,其特征在于:包括
(1)热成型:将钢板加热到Ac3+(50~70℃),保温2.0-2.5min/mm,出炉后水冷,在组织中获得贝氏体组织;
(2)回火:将钢板加热到Ac1-(30~0℃),保温2.5-4.0min/mm,出炉后在静止空气中冷却;
(3)焊后热处理:钢板在≤425℃装炉,以55-159℃/h的速率升温到655-695℃,保温时间6-18h,然后以55-150℃的速度随炉降温到425℃,出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的压力容器封头用CrMo钢板热成型的模拟热处理工艺,其特征在于:所述CrMo钢板的元素成分:C 0.09-0.12%,Si 0.20-0.30%,Mn 0.50-0.60%,P≤0.005%,S≤0.001%,Cr 0.80-0.90%,Mo 0.50-0.60%,Ni 0.10-0.20%,Nb 0.01-0.02%,其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的压力容器封头用CrMo钢板热成型的模拟热处理工艺,其特征在于:步骤(1)热成型的加热温度930-950℃。
4.根据权利要求2所述的压力容器封头用CrMo钢板热成型的模拟热处理工艺,其特征在于:步骤(2)回火的加热温度为730-760℃。
5.根据权利要求2所述的压力容器封头用CrMo钢板热成型的模拟热处理工艺,其特征在于:步骤(3)焊后热处理的加热温度为675-695℃。
6.根据权利要求2所述的压力容器封头用CrMo钢板热成型的模拟热处理工艺,其特征在于:基于所述元素成分的CrMo钢板,经所述模拟热处理工艺后,钢板心部冲击吸收能量≥120J,心部屈服强度≥355MPa,抗拉强度≥500MPa,180°弯曲无裂纹。
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