SA738Gr.A鋼熱處理工藝性能

胡廣岐，王志剛，宋 浩

（蘭州蘭石重型裝備股份有限公司，甘肅 蘭州730314）

SA738Gr.A鋼熱處理工藝性能

胡廣岐，王志剛，宋 浩

（蘭州蘭石重型裝備股份有限公司，甘肅 蘭州730314）

通過對用于中、低溫壓力容器的碳錳硅鋼材料的質(zhì)證分析，根據(jù)相關(guān)材料規(guī)范、相應(yīng)產(chǎn)品的技術(shù)條件分析和文獻資料設(shè)計了多組熱處理試驗，并對試驗試樣進行微觀組織結(jié)構(gòu)及金相分析和力學(xué)性能的檢測，研究不同焊后熱處理溫度對SA738GR.A鋼工藝性能的影響。試驗結(jié)果表明，不同的熱處理工藝規(guī)范對其力學(xué)性能和微觀組織影響較小。根據(jù)試驗結(jié)果及實際產(chǎn)品焊接接頭試樣檢測結(jié)果確定了封頭最佳熱處理工藝方案為：熱成型920℃×1 min/mm空冷+正火920℃×1.5 min/mm水淬+回火650℃×2 min/mm空冷+PWHT 550℃×6 h爐冷。使用此規(guī)范制造了18件封頭，均獲得了滿意的效果。

SA738Gr.A；焊后熱處理；C-Mn-Si

0 前言

SA738GR.A鋼是滿足ASMEII-ASA-738/SA738M標(biāo)準(zhǔn)的515 MPa級屈服強度正火或淬火+回火的適應(yīng)于中、低溫壓力容器用熱處理的C-Mn-Si鋼。其合理的化學(xué)元素配比是為了得到高強度及優(yōu)良的焊接性能，也具有優(yōu)秀的低溫沖擊韌性，低溫溫度達到-46℃。此材料在ASME IX母材評定時的分組里屬于P-No.1組2，與之相近的材料有ASTM A533 CL2（mod）、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR等。

本試驗主要研究了母材及焊接接頭焊后熱處理對該材料組織及性能的影響，以得到較優(yōu)的封頭制造熱處理工藝制度。

1 試驗方法及過程

1.1 試驗材料

試驗用SA738GR.A鋼由寶山鋼鐵股份有限公司提供，其鋼是電爐除磷、鋼包精煉和真空脫氣精煉工藝冶煉的本質(zhì)細晶粒鋼。鋼板為鎮(zhèn)靜鋼，符合ASME II-A SA-20標(biāo)準(zhǔn)細奧氏體晶粒度的要求和S1真空處理的要求。本試驗選用δ=26 mm的鋼板，板材化學(xué)成分如表1所示，力學(xué)性能如表2所示。

表1 試驗用鋼板材化學(xué)成分（δ=26 mm） %

表2 試驗用鋼板材力學(xué)性能（δ=26 mm）

1.2 試驗熱處理工藝參數(shù)的確定

對于SA738Gr.A鋼的母材及焊接接頭的焊后熱處理工藝規(guī)范，按ASME VⅢdiv1的相關(guān)規(guī)定其最低回火溫度大于等于595℃。深入分析了料鋼廠所提供的原始質(zhì)量證明書及其顯示數(shù)據(jù)和相應(yīng)產(chǎn)品技術(shù)條件對該材料的要求與描述，也對比分析了相似屈服等級材料的熱處理工藝規(guī)范，由此制訂了幾組熱處理工藝規(guī)范。

選定其焊后熱處理溫度在540℃～610℃之間進行模擬實際產(chǎn)品的熱加工成型、淬火+回火、及焊后熱處理工況。

試驗中每一組工藝規(guī)范取三個試樣，熱處理試驗選定在RT2-75-11臺車式電阻爐進行，試樣規(guī)格為220 mm×300 mm×26mm板材，熱處理完成后對試樣按SA-370制備測試試樣進行力學(xué)性能檢測。

1.3 試驗熱處理工藝規(guī)范

根據(jù)試驗的需要制訂了幾組熱處理工藝規(guī)范，如表3所示。

表3 試樣熱處理規(guī)范

1.4 力學(xué)性能測試

試驗用母材及焊接接頭拉伸試驗及低溫沖擊試驗均按按ASMEⅡ-A SA370執(zhí)行。其中室溫拉伸Rel、Rm、A5、Z一件；（-46℃）Akv三件；增加硬度HV10檢測及金相顯微組織檢測。

沖擊試樣尺寸10 mm×10 mm×55 mm；沖擊試驗溫度為-46℃，測量試樣的沖擊吸收功；鋼板的沖擊性能要求見表2。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 力學(xué)性能試驗結(jié)果及分析

2.1.1 拉伸試驗性能變化及分析

由圖1可知，隨著PWHT（焊后熱處理）溫度的遞增，其拉伸強度基本趨于平緩。540℃～610℃的PWHT（焊后熱處理）可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1.2 低溫沖擊性能變化及分析

上述沖擊功值均為平均值，除了在試驗編號738-2（580℃）時出現(xiàn)一些試驗或其他原因之外，其PWHT溫度從540℃～610℃內(nèi)的低溫沖擊值是比較滿意的，完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)條件的要求。

圖1 不同熱處理后的試樣抗拉強度及屈服強度

圖2 不同熱處理后的試樣-46℃低溫沖擊值

圖3 不同熱處理后的試樣HV5硬度

2.1.3 硬度（HV5）變化及分析

由圖3可知，隨著PWHT溫度的提高，母材試樣硬度變化不是很明顯?？梢奝WHT（焊后熱處理）熱處理溫度在540℃～610℃硬度值更合適。

2.1.4 金相顯微組織及晶粒度

貝氏體回火組織+鐵素體8.0級奧氏體晶粒度如圖4～圖6所示。

圖4 試樣編號1（100×）

圖5 試樣編號2（100×）

圖6 試樣編號3（100×）

上述試驗結(jié)果顯示均滿足設(shè)計要求的晶粒度大于等于5級。

3 實際產(chǎn)品試樣測試結(jié)果分析及應(yīng)用

（1）實際產(chǎn)品隨爐試樣檢測數(shù)據(jù)分析見表4。

（2）新材料的首次使用前，有必要對其母材及焊縫進行試驗檢測。通過相關(guān)的試驗可以為實際生產(chǎn)提供一線數(shù)據(jù)，方便反饋給設(shè)計與工藝部門進行優(yōu)化及改進。

（3）實際制造產(chǎn)品共18臺，在熱處理評定試驗保溫6 h基礎(chǔ)上增加為7 h（相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定評定時間應(yīng)不少于實際熱處理時間的80%），熱處理后經(jīng)檢測，全部滿足技術(shù)條件及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

表4 隨爐試板力學(xué)性能（δ=112 mm，PWHT 550℃±10℃×7 h）

（4）產(chǎn)品PWHT后所有焊縫經(jīng)過HB檢測之后均滿足小于等于350 HV5（小于等于330 HB），隨爐縱縫試樣-46℃低溫沖擊Akv≥27 J。

4 結(jié)論及優(yōu)化

（1）ASMEⅡ-A SA-738/SA738M標(biāo)準(zhǔn)材料化學(xué)成分上與國內(nèi)GB19189-2003《壓力容器用調(diào)質(zhì)高強度鋼板》同級別，相比較而言，SA738的成分特點是：細晶粒可焊接，可選擇的細化晶粒元素，含量規(guī)定具體，C含量較高，淬透性元素含量上限較寬。

（2）δ=26mmSA738鋼N920℃×1 min/mm空冷+ N 920℃×1.5 min/mm水淬+T 650℃×2 min/mm空冷+PWHT 550±10℃×6 h爐冷的規(guī)范下母材及焊接接頭均可以得到最佳的綜合性能指標(biāo)，完全滿足技術(shù)條件及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（3）SA738鋼的PWHT（焊后熱處理）宜在540℃～610℃，其焊縫能夠獲得優(yōu)良的組織性能。

（4）SA738鋼目前在國內(nèi)的研究及采用還比較少。還需要技術(shù)人員做進一步的研究與探討，以便掌握更多壓力容器用材料的工藝性能特性。

Study on heat treatment technology properties of SA738Gr.A steel

HU Guangqi，WANG Zhigang，SONG Hao
（Lanzhou LS Heavy Equipment Co.，Ltd.，Lanzhou 730050，China）

By analyzing the C-Mn-Si steel used for pressure vessels at medium and low temperatures，the multiple sets of heat treatment tests are designed according to relevant material specifications，analysis of product technical conditions and literatures.And the metallographic of microstructure and test mechanical properties are analyzed，the influence of different postweld heat treatment temperatures on the technology properties of SA738GR.A steel are studied.The results show that different heat treatment technology specifications have small influence on their mechanical properties and microstructure.According to the test results and specimen test results of practical product welded joints，the optimum heat treatment technology scheme for head is determined:N920℃×1 min/mm air cooling+N920℃×1.5 min/mm water cooling+T650℃×2 min/mm air cooling+PWHT 550℃×6 h furnace cooling.Above specification is used in the manufacture of 18 sets of head and satisfying effect is obtained.

SA738Gr.A；PWHT；C-Mn-Si

TG407

：A

：1001-2303（2015）10-0127-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.10.28

2015-04-16；

：2015-05-20

胡廣岐（1985—），男，甘肅天水人，工程師，主要從事壓力容器的成型及熱處理技術(shù)研究。