CN112877604B - 一种12Cr2Mo1R特厚加氢反应器钢板生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特厚加氢反应器钢板生产方法，该方法是利用构筑成型+垂直锻造+轧制工艺来生产12Cr2Mo1R特厚低温容器板的方法，通过复合焊接工艺，将300mm连铸坯经铣削真空焊接二次制坯后，先加热垂直锻造为扁锭，然后再进行加热轧制为150‑180mm的特厚板。该钢板为理想的铁素体+珠光体组织，晶粒均匀，钢板具有良好的强韧性和抗氢性，性能完全满足GB713‑2014要求，且韧性具有较大的富余量。

Description

一种12Cr2Mo1R特厚加氢反应器钢板生产方法
技术领域
本发明涉及一种12Cr2Mo1R特厚加氢反应器钢板生产方法，属于合金制备技术领域。
背景技术
加氢技术是提高油品质量和改变油品结构的二次深加工工艺。在石化行业中，随着加工原油日趋重质化，要进行重质油裂化，相当一部分容器是在高温高压临氢介质下工作，随着加氢工艺技术，尤其是渣油加氢改质和煤加氢液化工艺的不断发展，加氢装置的规模越来越大，反应器的尺寸和壁厚也越来越大，设备的设计条件也更加苛刻。
目前，12Cr2Mo1R是一种普遍采用的加氢反应器钢板，使用的主要厚度需要达到150-180mm。根据GB713-2014锅炉和压力容器用钢板规定，国内150mm以上的12Cr2Mo1R钢板生产时为满足标准规定的3:1压缩比要求，主要通过铸钢锭、电渣重熔钢锭为原料生产，钢锭能耗高污染重成材率低，钢锭中心疏松和偏析缺陷严重，电渣重熔锭能耗极高生产率极低。
复合制坯中采用的真空焊接复合叠轧工艺是利用2块同炉坯料表面铣削清理干净后进行真空复合组坯，连铸坯经过组合后，其原始的铸坯中心厚度位置调整到整个组合坯料的近1/4厚度处，心部为清理后的原始铸坯近表面处，心部质量优于传统特厚铸坯或钢锭为原料生产的钢板。但12Cr2Mo1R作为高合金钢真空电子束焊接较普通碳锰钢和低合金钢困难，尤其是焊接后直接轧制受剪切力影响焊接面开裂几率极高。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供一种特厚加氢反应器钢板生产方法，该方法是利用构筑成型+垂直锻造+轧制工艺来生产12Cr2Mo1R特厚低温容器板的方法，通过复合焊接工艺，将300mm连铸坯经铣削真空焊接二次制坯后，先加热垂直锻造为扁锭，然后再进行加热轧制为150-180mm的特厚板。
一种12Cr2Mo1R特厚加氢反应器钢板生产方法，包括如下步骤：
1)熔炼冶炼工艺获得钢水，钢水中冶炼熔炼成分按照C：0.08-0.15％，Si：0.20-0.50％，Mn：0.30-0.60％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr：2.00-2.50％，Mo：0.90-1.10％控制；2)钢水浇铸成连铸坯；3)利用真空焊接复合叠轧工艺将连铸坯焊接为复合坯料；4)复合坯料进行垂直锻造为扁锭；5)扁锭经过两阶段控轧控冷轧制工艺轧制为钢板；6)钢板经过热处理获得12Cr2Mo1R特厚加氢反应器钢板。
进一步的，上述步骤1)所述的熔炼冶炼工艺为：铁水经KR深脱硫处理，处理后铁水经顶底复吹转炉冶炼，出钢完毕后，吹氩10分钟以上，喂铝线脱氧；LF精炼造白渣处理，P、S含量要求尽可能低，Al含量按0.030％目标值控制，其他元素按中限值进行成分微调；钢水RH或VD真空精炼处理过程中，保真空时间≥15min，真空处理后喂钙铁线(Ca 30％)进行钙处理，处理结束后保证软吹氩时间≥10min。
进一步的，上述步骤2)所述的浇铸成连铸坯，包括如下步骤：
经过步骤1)获得的真空处理后钢水经250mm或300mm厚板坯连铸机全程保护浇注，浇注过程中铸机采用扇形段电磁搅拌以及铸坯轻压下技术，采用包晶合金钢专用保护渣，中间包低过热度(10-25℃)浇注，恒温恒速拉钢，二冷采用弱冷配水制度，连铸坯下线后立即进缓冷坑堆垛缓冷48小时以上，获得连铸坯。
进一步的，上述步骤3)所述的将连铸坯焊接为复合坯料，包括如下步骤：
经过步骤3)获得的连铸坯经卧铣床对表面进行扒皮处理，清理干净后再将两支同炉同规格连铸坯组对并对齐，周缝用手工电弧点焊固定，组合后焊缝上下宽度0.1-0.35mm，在真空室内，利用电子束焊接技术对复合坯料四周进行整体焊接密封，获得完整的待轧坯料，电子束焊接速度约4mm/s，获得复合坯料，复合坯料厚度为490-590mm；
进一步的，上述步骤4)所述的复合坯料进行垂直锻造，包括如下步骤：
将步骤3)获得的复合坯料放进台车式加热炉加热，加热炉加热时间根据原始炉温和坯料厚度按13-20小时不等控制，加热温度按1260～1280℃设定，将490-590mm的坯料垂直锻造为300-360mm的扁锭，保证扁锭厚度为成品钢板的至少2倍。
进一步的，上述步骤5)所述的两阶段控轧控冷轧制工艺指：步骤4)获得的扁锭加热后进轧机轧制，采用粗、精轧分阶段轧制，粗轧温度为1150-1200℃，轧制中间坯厚度不小于成品厚度的1.5倍，辊道晾钢待降温后精轧开轧温度930-950℃，终轧温度860-880℃，轧制成品钢板为150-180mm，轧后钢板先预矫再进行控制冷却，冷速3-5℃/S，冷至720～750℃后直接下线进入缓冷坑缓冷至室温。
进一步的，上述步骤6)所述的热处理指钢板进行正火+回火热处理，正火温度为930±10℃，在炉时间1.2～1.5min/mm，钢板出炉后风冷或水雾加速冷却；回火处理温度680℃，在炉时间2～2.2min/mm，出炉空冷，收集堆垛时表面温度不得高于100℃。
有益效果：
(1)本发明的特厚12Cr2Mo1R加氢反应器钢板，通过真空焊接复合、垂直锻造、两阶段控轧控冷和热处理，得到理想的铁素体+珠光体组织，晶粒均匀，钢板具有良好的强韧性和抗氢性，性能完全满足GB713-2014要求，且韧性具有较大的富余量。
(2)本发明采用真空电子束焊接后先加热垂直锻造为扁锭再进行加热轧制的方法，有效避免了高合金钢电子束焊接后直接轧制容易开裂的问题，为复合坯工艺柔性生产高合金钢板开辟了一条新途径。
(3)利用普通厚度连铸机通过真空电子束焊接技术制备复合特厚坯，避免了制备大钢锭或要具备特厚坯连铸机等困难，灵活性高，满足压缩比不低于3倍要求。
(4)该发明的特厚12Cr2Mo1R加氢反应器钢板心部为复合面，为全冶金结合，心部质量优于传统铸坯或钢锭，钢板Z向拉伸断面收缩率实际水平达到50％以上，具有良好的结合强度和抗层状撕裂性能。100％全板面探伤可达到JB/T4730.3中Ι级合格水平。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本申请中的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步说明，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部，本发明不受下述实施例的限制。
实施例1
该发明钢板的主要生产工艺路线如下：
高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→脱氧合金化→LF→VD(RH)→连铸→48h铸坯缓冷→铸坯界面刨铣清理→点焊组合→真空室电子束焊接组坯→复合坯加热→垂直锻造→扁锭加热→中厚板轧机轧制→矫直→缓冷坑缓冷→火焰切割→正火→回火→探伤→取样→检查、标志→入库
冶炼熔炼成分：C：0.13％，Si：0.35％，Mn：0.50％，P：0.009％，S：0.002％，Cr：2.38％，Mo：1.04％，Sn：0.0005％，Sb：0.0003％，As：0.0002％。回火脆化敏感性系数:J＝(Si+Mn)(P+Sn)×104＝80.75(元素以百分含量计算)；X＝(10P+5Sb+4Sn+As)×10-2＝＝9.37(元素以ppm含量计算)。
本实施例的12Cr2Mo1R特厚加氢反应器钢板生产制备方法如下：
1)冶炼工艺：原料铁水KR预处理后，经过210t顶底复吹转炉冶炼，转炉出钢后钢包吹氩15分钟并喂铝线脱氧处理，钢水送入LF精炼炉精炼，做好温度及成分的微调处理，P、S含量要求尽可能低，Al含量按0.030％目标值控制，其他元素按中限值进行成分微调，处理完成后再在RH炉中真空处理，保真空时间16分钟，处理结束后喂入钙铁线2m/t，钙铁线中Ca含量为30％，喂线后软吹氩15分钟，软吹效果良好；
2)浇铸工艺：RH炉处理后钢水上250mm×2100mm断面板坯连铸机浇注，浇注过程中铸机采用扇形段电磁搅拌以及铸坯轻压下技术，采用包晶合金钢专用保护渣，中包过热度在10-20℃范围波动，拉速保持1.10m/min，连铸坯下线后堆垛缓冷48小时；
3)复合制坯：对2块同尺寸同炉连铸坯的组合界面及侧面进行刨铣清理后叠放在一起点焊组合，组合后焊缝宽度为0.15-0.30mm，点焊后复合坯进真空室用真空电子束焊接技术将结合面密封焊接成490mm厚度的待轧复合板坯，电子束焊接速度3mm/s。
4)加热锻造工艺：复合板坯在台车式炉中加热16小时，加热目标温度1260-1270℃，出炉后进5000吨油压机进行垂直锻造，经多次锻造后锻为300mm厚度的扁锭，空冷至室温。
5)加热轧制工艺：进步进式加热炉加热5小时，加热目标温度1250-1280℃，出炉后高压水除鳞，采用粗、精轧两阶段轧制工艺，粗轧开轧温度约1180℃，轧制中间坯厚度为225mm，辊道晾钢待降温后精轧开轧温度930℃，终轧温度865℃，轧制成品钢板规格为150mm，总压缩比为3.3倍，轧后钢板先预矫再进行控制冷却，冷速5℃/S，表面返红后约730℃，直接下线进入缓冷坑缓冷至室温。
6)热处理工艺：正火温度930℃，在炉时间1.5min/mm，钢板出炉后风冷加速冷却至约700℃转空冷至室温；回火处理温度680℃，在炉时间2.2min/mm，出炉空冷，收集堆垛时表面温度不得高于100℃。
实施例二
该发明钢板的主要生产工艺路线如下：
高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→脱氧合金化→LF→VD(RH)→连铸→48h铸坯缓冷→铸坯界面刨铣清理→点焊组合→真空室电子束焊接组坯→复合坯加热→垂直锻造→扁锭加热→中厚板轧机轧制→矫直→缓冷坑缓冷→火焰切割→正火→回火→探伤→取样→检查、标志→入库。
熔炼成分C：0.13％，Si：0.36％，Mn：0.55％，P：0.008％，S：0.001％，Cr：2.42％，Mo：1.05％，Sn：0.0007％，Sb：0.0004％，As：0.0002％。回火脆化敏感性系数:J＝(Si+Mn)(P+Sn)×104＝79.17(元素以百分含量计算)；X＝(10P+5Sb+4Sn+As)×10-2＝＝8.5(元素以ppm含量计算)。
本实施例的12Cr2Mo1R特厚加氢反应器钢板生产制备方法如下：
1)冶炼工艺：原料铁水KR预处理后，经过210t顶底复吹转炉冶炼，转炉出钢后钢包吹氩15分钟并喂铝线脱氧处理，钢水送入LF精炼炉精炼，做好温度及成分的微调处理后再在RH炉中真空处理，保真空时间15分钟，处理结束后喂入钙铁线2.2m/t，钙铁线中Ca含量为30％，喂线后软吹氩18分钟，软吹效果良好；
2)浇铸工艺：RH炉处理后钢水上300mm×2100mm断面板坯连铸机浇注，浇注过程中铸机采用扇形段电磁搅拌以及铸坯轻压下技术，采用包晶合金钢专用保护渣，中包过热度在15-25℃范围波动，拉速保持0.9m/min，连铸坯下线后堆垛缓冷48小时；
3)复合制坯：对2块同尺寸同炉连铸坯的组合界面及侧面进行刨铣清理后叠放在一起点焊组合，组合后焊缝宽度为0.18-0.32mm，点焊后复合坯进真空室用真空电子束焊接技术将结合面密封焊接成585mm厚度的待轧复合板坯，电子束焊接速度4mm/s。
4)加热锻造工艺：复合板坯在台车式炉中加热20小时，加热目标温度1270-1280℃，出炉后进5000吨油压机进行垂直锻造，经多次锻造后锻为360mm厚度的扁锭，空冷至室温。
5)加热轧制工艺：进步进式加热炉加热6小时，加热目标温度1260-1280℃，出炉后高压水除鳞，采用粗、精轧两阶段轧制工艺，粗轧开轧温度约1190℃，轧制中间坯厚度为270mm，辊道晾钢待温后精轧开轧温度950℃，终轧温度880℃，轧制成品钢板规格为180mm，总压缩比为3.27倍，轧后钢板先预矫再进行控制冷却，冷速4℃/S，表面返红后约750℃，直接下线进入缓冷坑缓冷至室温。
6)热处理工艺：正火温度925℃，在炉时间1.3min/mm，钢板出炉后风冷加速冷却至约700℃转空冷至室温；回火处理温度680℃，在炉时间2min/mm，出炉空冷，收集堆垛时表面温度不得高于100℃。
实验例一
对以上实施例一至二中制备的09MnNiDR低温容器用钢板进行力学性能测试，如表1、2、3所示。
表1 12Cr2Mo1R特厚加氢反应器钢板常规力学性能
Figure BDA0002898784170000051
表2 12Cr2Mo1R特厚加氢反应器钢板常温冲击性能KV2(20℃，横向，J)
Figure BDA0002898784170000052
Figure BDA0002898784170000061
表3 12Cr2Mo1R特厚加氢反应器钢板Z向拉伸断面收缩率Z/％
取样位置 交货状态 钢板厚度 单值1 单值2 单值3 平均值
实施例1 正火+回火 150mm 59 61 58 59
实施例2 正火+回火 180mm 56 65 62 61

Claims (2)

1.一种12Cr2Mo1R特厚加氢反应器钢板生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）熔炼冶炼工艺获得钢水，冶炼时熔炼成分按照C：0.08-0.15%，Si：0.20-0.50%，Mn：0.30-0.60%，P≤0.020%，S≤0.010%，Cr：2.00-2.50%，Mo：0.90-1.10%控制；
2）经过步骤1）获得的处理后的钢水经250mm或300mm厚板坯连铸机全程保护浇注，中间包低过热度浇注，温度为10-25℃，恒温恒速拉钢，二冷采用弱冷配水制度，连铸坯下线后立即进缓冷坑堆垛缓冷48小时以上，获得连铸坯；
3）利用真空焊接复合叠轧工艺将连铸坯焊接为复合坯料，包括如下步骤：经过步骤2）获得的连铸坯经卧铣床对表面进行扒皮处理，清理干净后再将两支同炉同规格连铸坯组对并对齐，周缝用手工电弧点焊固定，组合后焊缝上下宽度0.1-0.35mm，在真空室内，利用电子束焊接技术对复合坯料四周进行整体焊接密封，获得完整的待轧坯料，电子束焊接速度4mm/s，获得复合坯料，复合坯料厚度为490-590mm；
4）将步骤3）获得的复合坯料放进台车式加热炉加热，加热时间13-20h，加热温度按1260~1280℃设定，将490-590mm的坯料垂直锻造为300-360mm的扁锭，冷却到室温；
5）步骤4）获得的扁锭加热后进轧机轧制，采用粗、精轧分阶段轧制，粗轧温度为1150-1200℃，轧制中间坯厚度为220-225mm，辊道晾钢待降温后精轧开轧温度930-950℃，终轧温度860-880℃，轧制成品钢板为150-180mm，轧后钢板先预矫再进行控制冷却，冷速3-5℃/S，冷至720~750℃后直接下线进入缓冷坑缓冷至室温；
6）钢板经过热处理获得12Cr2Mo1R特厚加氢反应器钢板；所述的热处理指钢板进行正火+回火热处理，正火温度为930±10℃，在炉时间1.2～1.5min/mm，钢板出炉后风冷或水雾加速冷却；回火处理温度680℃，在炉时间2～2.2min/mm，出炉空冷，收集堆垛时表面温度不得高于100℃。
2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤1）所述的熔炼冶炼工艺为：原料铁水经KR深脱硫处理，处理后的铁水经顶底复吹转炉冶炼，出钢完毕后，吹氩10分钟以上，喂铝线脱氧，处理后的钢水LF精炼炉精炼，精炼后的钢水再在RH炉或VD炉中真空精炼，保真空时间≥15min，真空处理后喂钙铁线2-2.2m/t，处理结束后保证软吹氩时间≥10min。
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