泰安市山口鍛壓公司 (山東 271038) 趙 森 楊富才
近年,全球石油開采量逐年遞增,原油重質化、劣質化的趨勢不斷加劇,而劣質石油產品的使用造成了嚴重的環(huán)境污染。隨著社會對環(huán)境保護的逐漸重視,為獲得高質量高附加值的油品,減輕石油石化產品在使用中對環(huán)境的污染,各煉油企業(yè)加大了原油深度加工和二次加工裝置的規(guī)模。
在煉油企業(yè)中,采用高溫高壓加氫精制技術已有50多年的歷史,隨著加氫劣化、加氫脫硫等工藝改進,帶動了加氫反應器制造技術的改進和材料的更新?lián)Q代。自2012年以來,我國中東部地區(qū)陷入嚴重的霧霾天氣中,形成的最主要原因之一是機動車尾氣排放,而劣質油品是罪魁禍首之一,這更加快了加氫設備的更新?lián)Q代,目前加氫劣化裝置向大型化、復雜化、集成化發(fā)展,對設備材料冶煉、鍛造、熱處理要求也越來越高。
2.25Cr-1Mo鋼是美國機械工程協(xié)會(ASEM)在20世紀80年代末期開發(fā)出來,該鋼具有高強度、高韌性、抗高溫蠕變、抗氫蝕等特點,廣泛用于后精制反應器中。我國引進該材質,經消化吸收開發(fā)出12Cr2Mo1鋼,完全替代進口。由于筒體內部工作介質是油氣、氫氣、硫化氫催化劑,因此對12Cr2Mo1材料要求比較嚴格,尤其是回火脆化敏感性系數J和X必須滿足要求,嚴格控制材料殘余元素。最近,我公司接到一批加氫反應器筒體訂單,此批鍛件噸位和尺寸都比較大,力學性能要求高,必須制訂嚴格的工藝來保證鍛件保質保量完成。
(1)筒體規(guī)格及化學成分要求 筒體精加工尺寸φ2988mm×φ2600mm×2350mm,用戶要求化學成分及實際化驗成分見表1所示。
表1 12Cr2Mo1筒體化學成分(質量分數) (%)
J系數=(Si+Mn)×(P+Sn)×10-4=54≤100;X系數=(10P+5Sb+4Sn+As)/100=9.2×10-4≤15×10-4;殘余元素(Sn+P)=0.01﹪≤0.012﹪ ;原材料都滿足。
(2)性能及探傷 力學性能要求依據 JB4726-2000,超聲波探傷執(zhí)行JB4730-2000Ⅰ級。
(3)工藝流程 鋼錠冶煉→進廠化驗→裝爐加熱→鍛造→鍛后熱處理→粗磨探傷→粗加工探傷→性能熱處理→機加工取樣→模擬焊后熱處理→取樣性能試驗→包裝入庫。
鍛造設備選用60MN水壓機,鋼錠選用69t VD錠,鍛件48.9t,材料利用率71﹪,始鍛溫度1220℃,終鍛800℃,共分5火次,鍛造工藝見表2。
表2 筒體的鍛造工序
(1)鍛后熱處理 筒體鍛件熱處理包括鍛后熱處理與性能兩部分,鍛后熱處理目的在于預防鋼中出現白點和改善鋼內部組織,細化晶粒,其工藝是鍛件350~450℃待料,加熱到(920±10)℃保溫,然后空冷到300~350℃,再加熱到640~660℃保溫,而后爐冷到250℃以下,再空冷到室溫。
(2)性能熱處理 筒體鍛件粗加工、探傷后進行性能熱處理,工藝路線見圖1。
圖1 筒體調質工藝
性能熱處理后取樣,試樣進行最大模擬焊后熱處理,具體參數MaxPWHT(最大模擬焊后熱處理)為:試樣升溫至300℃保溫2h,以低于50℃/h的速度升溫至(690±14)℃,保溫(26+2)h,再以低于60℃/h的速度冷卻至300℃以下而后空冷。經MaxPWHT處理后試樣晶粒度達到9級。試樣進行回火脆化傾向試驗,工藝路線見圖2。力學性能試驗結果見表3。
圖2 階梯冷卻曲線
表3 筒體力學性能試驗結果
鍛件經超聲波檢測合格,力學性能符合要求,證明鍛造、熱處理方案是合理、可行的,可用于大批量生產。此加氫反應器筒體的成功鍛造,為業(yè)內提供了翔實的第一手參考,望行業(yè)共同交流與借鑒。
(20131113)