EO反應(yīng)器超大管板鍛件熱處理工藝方案研究及應(yīng)用

王富貴

中國一重集團有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161042

1 序言

隨著石油煉化產(chǎn)品需求量日益增加，近年來石油煉化加氫反應(yīng)器亟需換代升級改造，用戶對產(chǎn)品的要求也越來越高。目前，我公司承制的某項目SA-508 Gr.3 CL.1鋼EO反應(yīng)器上下管板鍛件（精加工尺寸：R4261mm×370mm），其化學(xué)成分及力學(xué)性能要求分別見表1、表2。

表1 SA-508 Gr.3 CL.1鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

表2 SA-508 Gr.3 CL.1鋼力學(xué)性能要求

目前，我公司生產(chǎn)的管板板坯尺寸達8800mm×4450mm×450mm，存在的主要技術(shù)問題是取樣條件非常嚴格。此外，該管板由于尺寸偏大，粗加工重達120.490t，蓄熱量大，調(diào)質(zhì)處理時鍛件冷卻速度不及小型鍛件，因此必將直接影響調(diào)質(zhì)后的力學(xué)性能。為此，需要對此材料產(chǎn)品的合金成分、熱處理工藝進行優(yōu)化設(shè)計和研究，確保滿足技術(shù)要求。

2 工藝研究及應(yīng)用

2.1 微合金化控制

從表1可看出，SA-508 Gr.3 CL.1屬于低碳低合金鋼。在碳素鋼中，一般將Cr、Mo、Ni等元素當(dāng)作殘留有害元素，在煉鋼時往往將其成分控制得很低，但如果添加一定量的Cr、Mo、Ni等元素，則在鋼中可作為微合金化元素。在生產(chǎn)實踐中，筆者主要對C、Mn 、Cr、Mo、Ni五種元素進行重點控制，根據(jù)金屬合金化原理，對內(nèi)控成分中的主要合金元素進行分析，確定每種元素在材料中的主要作用及其對鍛件力學(xué)性能的影響[1]。通過分析，現(xiàn)對材料標準中給出的各元素成分范圍進行一定的內(nèi)控，以確定出每種元素合理的范圍值，見表3。

表3 SA-508 Gr.3 CL.1鋼內(nèi)控化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）(%)

2.2 熱處理工藝方案設(shè)計

由于該項目管板尺寸、噸位均較大，所以為保證后序UT檢測、性能熱處理達到良好效果，粗加工時加工出中心凹檔，鍛后熱處理采用兩次正火＋一次回火的工藝形式，以改善在鍛造過程中所形成的過熱與粗大組織，降低鍛件內(nèi)部化學(xué)成分與組織的不均勻性，細化晶粒并提高鍛件的UT檢測性能。

由表2可看出，該SA-508 Gr.3 CL.1管板抗拉強度、－10℃沖擊吸收能量的驗收值較為嚴格，因此需要結(jié)合內(nèi)控成分設(shè)計出最適合的調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)（見圖1），才能同時保證強度和沖擊性能滿足技術(shù)要求。此外，還要保證強度和沖擊值有合理的裕量，才能抵消大型鍛件成分偏析及組織不均勻性所造成的部分性能數(shù)據(jù)離散的風(fēng)險。本項目超大管板鍛件由于直徑太大，雖然現(xiàn)有熱處理爐及淬火水槽都能滿足生產(chǎn)要求，但這種大型板類鍛件生產(chǎn)還是首次，其出爐、入水吊運，起吊過程的平穩(wěn)及淬火冷卻的均勻性等，都是生產(chǎn)過程中需要重點關(guān)注的重要環(huán)節(jié)。為保證鍛件一次性能合格，特制定有針對性的相應(yīng)措施，以保證在實際生產(chǎn)條件下達到工藝要求。結(jié)合我公司實際，制定了如下保障措施。

圖1 調(diào)質(zhì)處理工藝

1）鍛件執(zhí)行完鍛后熱處理工藝后進行粗加工減余量。

2）粗加工后使用循環(huán)水淬火水槽水冷，淬火前提前10min水循環(huán)，開啟專用攪拌器，流量參數(shù)設(shè)置為4500m3/h，水溫目標值≤18℃。

3）采用立式吊運，并且鍛件從出爐到入水的時間應(yīng)控制在10min之內(nèi)。

4）鍛件入水后上下竄動20min，以提高冷卻效果。

3 研究成果

本管板淬火壁厚為440mm，性能熱處理后，通過機加工方式在本體從兩個淬火表面分別進行65mm和130mm切取試樣樣坯，試樣分為縱向和Z向（厚度方向）。試樣坯料經(jīng)模擬焊后熱處理[PWHT：（620±5）℃×20h]后檢測力學(xué)性能和金相組織，結(jié)果見表4。

表4 力學(xué)性能和金相組織檢測結(jié)果

由表4可看出，管板經(jīng)性能熱處理后，獲得了良好的沖擊和強度性能。通過化學(xué)成分內(nèi)控結(jié)果和性能數(shù)據(jù)，驗證了當(dāng)wNi＞5.0%時，能顯著提高鋼的淬透性，且Ni與Cr、Mo提高淬透性的作用明顯高于單一元素的作用[2]。此外，Ni元素除了對塑性、韌性具有良好的改善作用，還能使強度保持在較高 水平。

4 結(jié)束語

1）本文對SA-508 Gr.3 CL.1鋼各元素含量進行優(yōu)化設(shè)計，在滿足技術(shù)條件對化學(xué)成分要求的前提下，通過微合金化控制，確定合理的Mn 、Cr、Mo、Ni含量匹配，可獲得良好的淬透性，最終獲得了滿足技術(shù)要求的綜合力學(xué)性能。

2）該項目中管板熱處理有效壁厚大，取樣條件嚴格。通過試驗研究，確保此種產(chǎn)品獲得了較為理想的性能數(shù)據(jù)，為日后生產(chǎn)該類鍛件奠定了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。