低溫鋼SA-350Gr.LF3熱處理工藝試驗

林楠，張彩霞，王洪學(xué)

某公司制造的再吸收塔是低溫設(shè)備，工作溫度為-18～-63℃，物料為CO2、H2S、CH3OH等，殼體材料為ASME SA-203Gr.D，所用的鍛件為ASME SA-350Gr.LF3，此低溫鋼介紹的資料較少，為此做了一系列試驗，以便找出適合低溫鋼SA-350Gr.LF3的熱處理工藝。

1.SA-350Gr.LF3鍛件的化學(xué)成分及力學(xué)性能

SA-350Gr.LF3化學(xué)成分見表1。

SA-350Gr.LF3以正火+回火狀態(tài)交貨，力學(xué)性能見表2、表3。表2中-101.1℃的沖擊吸收能量允許有一個試樣的最小值為16J。表3中-101.1℃的沖擊吸收能量允許有一個試樣的最小值為24J。工程所要求的沖擊吸收能量比ASME標準高出50%。

2.低溫鋼的合金特點

鋼材通常隨著使用溫度的降低，強度增加而塑性和韌性降低。對于低溫鋼，除要求滿足常溫強度，低溫下組織穩(wěn)定，具有良好的焊接性能、加工性能以及必要的物理性能外，低溫韌性是低溫鋼最重要的性能指標。提高鋼材低溫韌性的主要方法就是細化晶粒及提高鋼的純凈度。低溫鋼通常采用添加合金元素的方法來細化晶粒。

Mn是細化晶粒、提高鋼韌性的主要元素之一。Mn能使緩冷后晶界所出現(xiàn)的滲碳體變小，尤其是對熱軋及正火鋼效果較好，但添加少量Mn較為有效，添加量到一定程度，其效果即告飽和。

Ni在鋼中是純固溶元素，具有明顯降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)折溫度的作用。Ni與鐵形成無限固溶體，Ni通過其在晶粒內(nèi)的吸附作用細化鐵素體晶粒，提高鋼的沖擊韌度。低溫鋼要大幅度地提高韌性，常離不開用Ni來合金化。

C是鋼中不可少的元素，然而加C雖然強化作用很高，但卻顯著降低韌性，因此低溫鋼的含C碳量都較低。

表1 SA-350Gr.LF3化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

表2 SA-350Gr.LF3力學(xué)性能（ASME Ⅱ卷）

表3 SA-350Gr.LF3力學(xué)性能（工程技術(shù)要求）

Nb是強烈的碳化物形成元素，可與碳、氮形成極其穩(wěn)定的Nb（C、N）化合物。沿奧氏體晶粒分布的Nb（C、N）粒子，阻礙奧氏體晶粒長大，顯著提高原始奧氏體粗化溫度，從而細化了鐵素體晶粒，改善了鋼的強度和低溫韌性。但是在缺少碳的情況下Nb在鋼中以固溶形式存在，將推遲先共析鐵素體析出，并強烈延遲奧氏體開始分解為珠光體的時間。因此，控制Nb的加入量，使Nb盡可能以化合物形式在鋼中彌散析出。

3.SA-350Gr.LF3鍛件的熱處理試驗

針對SA-350Gr.LF3鍛件材料合金元素的特點，制訂了幾種熱處理工藝方案，并鍛制了一些試件，做了一系列的試驗，通過試驗結(jié)果來找出合理的熱處理工藝，試驗結(jié)果見表4。

通常正火溫度為Ac3+30～50℃，有時為奧氏體化更均勻也會相應(yīng)提高正火溫度。從表4的試驗結(jié)果分析，奧氏體化溫度增高到一定溫度時，強度明顯提高，沖擊吸收能量下降，這是由于過高的正火溫度會使奧氏體晶粒長大的緣故。通常提高回火溫度會使強度下降、沖擊吸收能量上升；而從表4數(shù)據(jù)看，正火溫度相同時，回火溫度對低溫沖擊吸收能量影響較大，提高回火溫度可使強度升高，沖擊吸收能量下降；分析可能是Mn、Ni使SA-350Gr.LF3的A1線下降，高的回火溫度會有碳化物析出，從而使強度提高、沖擊吸收能量下降。從上述結(jié)果分析，經(jīng)840～870℃進行正火，660～670℃回火后低溫鋼SA-350Gr.LF3鍛件試件各項力學(xué)性能較好。

4.生產(chǎn)驗證

SA-350Gr.LF3鍛件產(chǎn)品經(jīng)熱處理工藝為840～870℃正火+660～670℃回火后，隨機抽驗了幾組鍛件的力學(xué)性能，見表5。

從表5可見，低溫鋼SA-350Gr.LF3鍛件在840～870℃進行正火、660～670℃回火的各項力學(xué)性能指標均較好，此熱處理工藝的規(guī)范制訂的較合理，并在隨后生產(chǎn)鍛件中得到驗證。

5.結(jié)語

（1）回火溫度對低溫鋼SA-350Gr.LF3鍛件的沖擊吸收能量影響較大，合適的回火溫度是低溫沖擊吸收能量提高的關(guān)鍵。

（2）840～870℃正火，660～670℃回火的熱處理工藝規(guī)范應(yīng)用于低溫SA-350Gr.LF3鍛件是較合適的，而且在實際生產(chǎn)中采用此熱處理工藝處理的SA-350Gr.LF3鍛件一次合格率較高。

表4 力學(xué)性能（鍛件試件試驗）

表5 力學(xué)性能（鍛件產(chǎn)品）