加氫環(huán)氧乙烷反應(yīng)器管板鍛件熱處理工藝研究

郭圣恩

(中國一重鑄鍛鋼事業(yè)部水壓機(jī)鍛造廠，黑龍江161042)

近些年隨著我國石化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，加氫設(shè)備已成為許多重型裝備企業(yè)的重要主打產(chǎn)品。加氫產(chǎn)品的調(diào)質(zhì)工序更是成為整個(gè)生產(chǎn)過程中最為關(guān)鍵的工序之一，同時(shí)也是最容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的關(guān)鍵一步，而調(diào)質(zhì)后的性能結(jié)果直接關(guān)乎產(chǎn)品是否能最終合格出廠。

1 首次調(diào)質(zhì)

近期，我公司試制了1件環(huán)氧乙烷反應(yīng)器管板鍛件，材質(zhì)為SA-765 Gr.Ⅱ，重量125.05 t。

我廠采用940℃調(diào)質(zhì)加620℃回火的方式，目前已完成調(diào)質(zhì)任務(wù)。經(jīng)性能檢驗(yàn)，該管板性能未達(dá)到技術(shù)要求，檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

通過對殘樣金相分析發(fā)現(xiàn)鐵素體含量比例較大，在40%～60%之間，并且呈針狀，還發(fā)現(xiàn)組織中存在疑似魏氏體組織，其組織如圖1所示。

因此，鍛件所得到的組織勢必對性能產(chǎn)生較大影響，尤其是沖擊值，而得到此種組織一方面是淬火冷卻速度慢，另一方面是淬火溫度選擇過高導(dǎo)致的。

表1 管板鍛件性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 1 Properties test results of tube sheet forgings

圖1 金相組織Figure 1 Metallurgaphic structure

2 模擬實(shí)驗(yàn)

我們利用余料對鍛件進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。通過對試塊進(jìn)行重新淬火，獲得了較好的P+B組織，其性能也可達(dá)到要求，性能主要影響因素是淬火的冷卻速度。對試塊進(jìn)行熱處理空冷實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了鍛件返修前進(jìn)行正火處理可以獲得原鍛后熱處理空冷組織，為返修淬火做組織準(zhǔn)備。

圖2 模擬熱處理方案Figure 2 Simulated heat treatment scheme

表2 模擬實(shí)驗(yàn)性能結(jié)果Table 2 Simulated experimental performance results

圖3 金相照片F(xiàn)igure 3 Metallurgraphic picture

圖4 改進(jìn)工藝方案Figure 4 Improved process scheme

模擬實(shí)驗(yàn)性能結(jié)果見表2。

我們選取了性能較好的兩組試樣，即方案二和方案四的沖擊試樣進(jìn)行金相組織分析，金相照片如圖3所示。

在此基礎(chǔ)上我們利用沖擊殘樣做了部分元素的化學(xué)成分光譜分析，分析結(jié)果如表3所示。

通過4次模擬實(shí)驗(yàn)比對可以看出，不同調(diào)質(zhì)溫度對該鍛件性能結(jié)果有一定影響，當(dāng)淬火水循環(huán)情況較好時(shí)可以得到較快的冷卻速度、理想的淬火組織以及合格的性能結(jié)果。但是成分偏析的情況依然存在，并影響性能。在實(shí)際生產(chǎn)中，如果能實(shí)現(xiàn)加快鍛件冷卻速度，那么鍛件組織也就能進(jìn)一步得到細(xì)化。

表3 拉力試樣化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Chemical composition analysis result of tensile specimen (mass fraction, %)

3 返修方案

通過分析我們認(rèn)為調(diào)質(zhì)水循環(huán)不暢也是造成性能不合格的原因之一，因此我們特意設(shè)計(jì)了適合管板淬火的芯子。通過芯子兩側(cè)伸出的水管可以引導(dǎo)水流向上涌出，從而大大改善鍛件周圍區(qū)域的水流循環(huán)，保證獲得較快冷速。芯子中間開方孔，向上鋼板引導(dǎo)，這樣可保證管板中部獲得較好冷速。

表4 管板鍛件返修后性能結(jié)果Table 4 Performance result of tube sheet after repairing

圖5 管板鍛件返修后金相組織Figure 5 Metallugraphic structure of tube sheet forgings after repairing

工藝方面，為了消除之前的疑似魏氏組織以及少量上貝氏體，我們在調(diào)質(zhì)前加一次正火，以便避免組織遺傳并獲得熱處理空冷組織。改進(jìn)工藝如圖4所示。

4 返修結(jié)果

經(jīng)性能檢驗(yàn)，該管板性能均已達(dá)到技術(shù)要求，具體情況如表4所示。

其組織如圖5所示。

返修方案應(yīng)用到大型鍛件后，雖然組織未獲得貝氏體，但很大程度上減少了鐵素體含量，進(jìn)而提高了鍛件性能，滿足了產(chǎn)品要求。

4 結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)證明，淬火溫度不同對鍛件性能影響明顯，選擇正確的調(diào)質(zhì)溫度、設(shè)備、附具才能獲得良好的鍛件質(zhì)量。本次淬火試驗(yàn)件工藝方案的成功改進(jìn)，對后續(xù)公司同類產(chǎn)品的生產(chǎn)起到了指導(dǎo)作用，對于公司市場開拓及提高市場競爭力具有重要意義。