?260 mm超高壓筒體的研制

周預(yù)平 林春生 張承峰 黃麗秋 湯晶晶

(武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司技術(shù)部，湖北430084)

?260 mm超高壓試驗(yàn)容器是“測井儀壓力測試裝置”中的主要設(shè)備，其主要受壓元件超高壓筒體的材料為22Cr2Ni4MoV，鍛件尺寸為?616 mm×12 498 mm。制造須滿足《超高壓容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和《人造石英晶體高壓釜》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 超高壓筒體的技術(shù)要求

1.1 化學(xué)成分

化學(xué)成分要求見表1。

1.2 力學(xué)性能

在鍛件冒口端切除至少2/3壁厚的棄料后于1/2壁厚處取橫向試樣，做室溫一拉三沖(V型缺口)、255℃和300℃高溫拉伸試樣各一個(只記錄數(shù)據(jù))。力學(xué)性能指標(biāo)見表2。

表1 超高壓筒體的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 The Chemical composition of super HP cylinder (mass fraction, %)

表2 超高壓筒體的力學(xué)性能Table 2 The mechanical property of super HP cylinder

1.3 表面硬度檢測

在筒體外壁上均勻劃出五個與筒體軸線相垂直的環(huán)線，在每個環(huán)線上均勻取四點(diǎn)進(jìn)行硬度檢測。硬度最高值與最低值之差(△HBW)在環(huán)線間各點(diǎn)應(yīng)不大于40 HBW，同一環(huán)線上各點(diǎn)不大于20 HBW。

1.4 金相檢驗(yàn)

晶粒度按GB/T6394—2002標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。非金屬夾雜按GB/T10561—2005標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。具體要求見表3。

表3 超高壓筒體的金相檢驗(yàn)要求Table 3 The metallographic examination requirements of super HP cylinder

1.5 超聲檢測及磁粉檢測要求

均按《人造石英晶體高壓釜》標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收。

2 研制難點(diǎn)

(1)化學(xué)成分中P、S含量要求嚴(yán)格，冶煉難度大。

(2)此超高壓試驗(yàn)容器是目前國內(nèi)壓力最大的超高壓容器，液壓試驗(yàn)壓力須達(dá)到261.3 MPa。設(shè)計(jì)壓力為210 MPa，最高工作壓力為200 MPa。設(shè)計(jì)溫度為255℃，最高工作溫度為250℃。因此其內(nèi)部質(zhì)量要求嚴(yán)格，不允許超過?2 mm當(dāng)量的缺陷存在。

(3)力學(xué)性能要求高，特別是塑韌性指標(biāo)要求高。熱處理截面厚度為178 mm，取樣位置在1/2壁厚處，鍛件難以淬透。同時整個筒體要求硬度基本均勻一致，力學(xué)性能難以滿足技術(shù)要求。

3 研制工藝路線及過程

3.1 工藝路線

電爐冶煉(EF)+精煉(LFV1)+VD→鋼錠紅送→鍛造→等溫退火→低倍試驗(yàn)→正火+調(diào)質(zhì)處理→打表面硬度，力學(xué)性能、金相試驗(yàn)，成品分析→超聲檢測→精加工→磁粉檢測→裝配、液壓試驗(yàn)→超聲檢測、磁粉檢測。

3.2 研制過程

3.2.1 冶煉

合理配比化學(xué)成分，冶煉時配優(yōu)質(zhì)料頭、廢鋼、生鐵。電爐冶煉時保持爐況良好，初煉爐化清后進(jìn)行氧化脫磷。精煉鋼包包況要好，氬氣攪拌壓力充足，所有成分符合要求后，進(jìn)真空工位進(jìn)行低真空處理，錠模系統(tǒng)落真空蓋前再抽風(fēng)吸灰一次，確保錠模系統(tǒng)清潔干燥，注意觀察，控制澆高。

3.2.2 鍛造

鍛造時嚴(yán)格控制始鍛和終鍛溫度，采用上平下V型砧鍛造，使其始終處于壓應(yīng)力狀態(tài)，保證內(nèi)部充分鍛透。嚴(yán)格控制鍛件工藝尺寸，確保底部和冒口端棄料充分。

3.2.3 熱處理

超高壓筒體粗加工完后打吊裝孔并將所有棱角倒鈍，進(jìn)井式爐中熱處理。熱處理工藝采用正火+調(diào)質(zhì)處理的方式，具體熱處理工藝見圖1。

3.2.4 液壓試驗(yàn)

試壓前對裝置進(jìn)行裝配合格后方可試壓，采用分級逐級升壓，達(dá)到最高壓力后分級逐級降壓。

圖1 正火+調(diào)質(zhì)熱處理工藝Figure 1 Heat treatment process of normalizing + quenching and tempering

4 檢驗(yàn)結(jié)果

超高壓筒體的熔煉分析和成品分析見表4。力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見表5。表面硬度檢驗(yàn)結(jié)果見表6。金相檢驗(yàn)結(jié)果見表7。

檢驗(yàn)結(jié)果表明，超高壓筒體的力學(xué)性能和高倍檢驗(yàn)結(jié)果均滿足技術(shù)要求。冶煉時將合金元素Ni、V含量控制在上限，C含量控制在下限。Ni、V合金元素對細(xì)化晶粒、提高塑性和沖擊韌性有明顯效果。

表4 熔煉分析和成品分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 4 The analysis results of smelting and finished product (mass fraction,%)

表5 力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 The test result of mechanical properties

表6 表面硬度檢驗(yàn)結(jié)果/HBWTable 6 The test result of surface hardness/HBW

表7 金相檢驗(yàn)結(jié)果Table 7 The result of metallographic examination

5 結(jié)論

(1)冶煉時化學(xué)成分配比合理，為提高鍛件的綜合力學(xué)性能打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(2)采用上平下V型砧鍛造，保證了鍛件內(nèi)部壓實(shí)壓透，從而得到較好的內(nèi)部質(zhì)量。

(3)熱處理時采用正火+調(diào)質(zhì)處理和水淬油冷的冷卻方式，是獲得良好綜合力學(xué)性能的有力保證。