1.25Cr-0.5Mo-Si厚壁加氫反應(yīng)器筒體鍛件的制造

劉華潔 毛 蔚 馮 敬 賈新勝

(1.中國石化集團公司物資裝備部，北京100000；2.二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618013)

本次用戶設(shè)計采用1.25Cr-0.5Mo-Si鋼制造PTA大型石化設(shè)備壓力容器，三件筒體輪廓交貨尺寸內(nèi)徑為?5419 mm，外徑為?5887 mm，長度分別為3400 mm、3400 mm、3000 mm，屬于超大規(guī)格筒體鍛件。1.25Cr-0.5Mo-Si材料合金元素含量低，導(dǎo)致淬透性差，300 mm壁厚的筒體很難保證心部強度、低溫沖擊韌性，大大增加了1.25Cr-0.5Mo-Si鋼筒體鍛件的制造難度。本文從冶煉、鍛造、熱處理方面，研究了1.25Cr-0.5Mo-Si材料300 mm壁厚大型筒體的制造工藝。

1 技術(shù)要求及難點分析

1.1 化學(xué)成分要求

化學(xué)成分要求見表1。

1.2 力學(xué)性能

力學(xué)性能要求見表2。

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 1 Chemical composition (mass fraction, %)

表2 力學(xué)性能要求Table 2 Mechanical properties requirements

1.3 晶粒度和夾雜物

晶粒度≥5級。夾雜物A+C≤2，B+D+DS≤2.5，A+B+C+D+DS≤4。

1.4 熱處理

1.4.1 性能熱處理

鍛件性能熱處理為調(diào)質(zhì)，最低回火溫度為620℃。

1.4.2 模擬焊后熱處理

模擬最大程度焊后熱處理(Max.PWHT)為：660℃±10℃×26 h

表3 產(chǎn)品化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)Table 3 Chemical composition of products (mass fraction, %)

表4 力學(xué)性能檢驗結(jié)果Table 4 Test results of mechanical properties

模擬最小程度焊后熱處理(Min.PWHT)為：660℃±10℃×8 h

在模擬焊后熱處理時，樣坯進爐和出爐時，爐內(nèi)溫度不得高于400℃。樣坯升溫至400℃后，升溫速度不得超過55℃/h，爐內(nèi)溫度高于400℃時，降溫速度不得超過55℃/h。

1.5 難點分析

本次1.25Cr-0.5Mo-Si鋼筒體鍛件壁厚為300 mm，取試在T×T/2處，該材料低溫韌性要求高，且合金元素含量低，壁厚過大，導(dǎo)致淬透性差，心部強度、低溫沖擊韌性難以保證。因此大大增加了1.25Cr-0.5Mo-Si鋼筒體鍛件的制造難度。

2 制造過程

2.1 冶煉

圖1 筒體鍛后熱處理曲線Figure 1 Heat treatment curve of cylinder after forging

圖2 筒體性能熱處理曲線Figure 2 Performance heat treatment curve of cylinder

圖3 筒體取樣示意圖Figure 3 Schematic diagram of cylinder sampling

對于該低碳低合金鋼材料，適量的C、Mn可以提高鋼的淬透性，但含量過高，對低溫沖擊韌性不利。Cr能形成強碳化物，直接影響鋼的淬透性。Mo可以提高淬透性、耐熱性并且減小回火脆性。Ni可提高碳原子的活度，起到間接固溶強化作用，提高鐵素體的低溫韌性。Si在0.15%～0.40%的范圍內(nèi)可以強化基體。Nb、Al能細化晶

表5 產(chǎn)品硬度檢測值Table 5 Measured hardness values of products

粒。所以既要保證強度，同時又要提高1.25Cr-0.5Mo-Si鋼的低溫沖擊韌性和淬透性，需要適當(dāng)調(diào)整C、Si、Mn的含量，增加Cr、Ni、Mo元素的含量。C、Mn按標(biāo)準(zhǔn)上限控制，除Si按標(biāo)準(zhǔn)中下限控制外，還適量添加Al、Nb兩種微量元素，其余嚴格按內(nèi)控成分控制。

2.2 鍛后熱處理

鍛后熱處理采用正火+回火，細化晶粒，并為后序探傷和性能熱處理做準(zhǔn)備。筒體鍛后熱處理曲線如圖1所示。

2.3 性能熱處理

筒體性能熱處理曲線見圖2。針對1.25Cr-0.5Mo-Si鋼淬透性差的特性，采取以下措施：

(1)外徑單邊粗加工余量減少到15 mm，最大程度減少壁厚。(2)使用環(huán)形電爐，爐溫穩(wěn)定性強，鍛件內(nèi)外表面受熱均勻。(3)嚴格控制水槽冷卻能力，水槽溫度控制在16℃以下。

2.4 力學(xué)性能檢測

筒體經(jīng)過性能熱處理后，如圖3所示切取試料，分別在調(diào)質(zhì)和模擬狀態(tài)下進行力學(xué)性能檢驗。試料的化學(xué)成分見表3，性能檢測結(jié)果見表4，硬度檢測見表5。

3 結(jié)論

生產(chǎn)的1.25Cr-0.5Mo-Si厚壁加氫反應(yīng)器筒體鍛件性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，特別是在滿足強度的基礎(chǔ)上，還保證了-5℃良好的低溫沖擊韌性。