加氫反應(yīng)器用大厚度12cr2mo1vr鋼板的研制

加氫反應(yīng)器用大厚度12cr2mo1vr鋼板的研制

0cr-2mo鋼的性能隨著大型儲水裝置的開發(fā)，設(shè)備壁厚隨著增加。原來得到廣泛應(yīng)用的2.25Cr-1Mo鋼由于強度相對較低,已經(jīng)不能夠滿足更高強度以及在高溫、高壓臨氫環(huán)境下長期使用的要求1鋼板的主要技術(shù)指標(biāo)舞鋼參照GB713-2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》標(biāo)準(zhǔn)及目前加氫反應(yīng)器用12Cr2Mo1VR鋼板的采購技術(shù)規(guī)范要求,制定了12Cr2Mo1VR鋼板的技術(shù)條件。1.1物理分化12Cr2Mo1VR鋼板的化學(xué)成分要求見表1。1.2模擬焊后熱處理制度鋼板經(jīng)模擬焊后熱處理后得到的橫向力學(xué)性能見表2。模擬焊后熱處理制度為:最大模擬焊后熱處理溫度705℃,保溫32h;最小模擬焊后熱處理溫度705℃,保溫8h。2生產(chǎn)工藝設(shè)計2.1生產(chǎn)工藝電爐冶煉→LF/VD精煉→模鑄→鋼錠清理→鋼錠加熱→軋板→探傷→正火(加速冷卻)→回火→鋼板精整→切割取樣→性能檢驗→判定入庫。2.2通過碳化物來提高鋼的自重性來保證良好的力學(xué)性能取決于合理的成分設(shè)計,因此成分設(shè)計應(yīng)以各個元素含量對鋼板綜合力學(xué)性能的作用為基準(zhǔn)。Cr、Mo作為12Cr2Mo1VR鋼的主要合金元素和碳化物形成元素,可以提高鋼的淬透性,從而在保證鋼板較高室溫和高溫強度的同時,還能兼顧較好的塑性和韌性;V是鋼中強碳化物形成元素,VC、V(CN)的沉淀強化作用可明顯提高鋼的強度,另外V還能增加鋼的熱強性和蠕變抗力,有效地固定鋼中的碳和氮,形成高度彌散分布的碳化物和氮化物微粒,并且在高溫下以極緩慢的速度整合長大,從而保證鋼板具有良好的中、高溫綜合力學(xué)性能。2.3熔氧期低溫脫p、ca處理工藝為了保證鋼質(zhì)純凈,配料時選用優(yōu)質(zhì)爐料,生鐵(鐵水)加入比不低于50%,盡量減少社會廢鋼的加入量,加強熔氧期低溫脫P操作,采用大渣量勤流渣,利于深度脫P。精煉過程中,在鋼液不裸露的情況下,加大吹氬量,采用Ca處理工藝,改善夾雜物形態(tài),保證深度脫氧和去除有害氣體和雜質(zhì)。模鑄時選用優(yōu)質(zhì)鋼錠模,并保證保護(hù)渣干燥、絕熱板裝配良好。2.4焊接和加熱工藝2.4.1鋼板高溫段的制備采用Ⅱ型控軋工藝進(jìn)行軋制,Ⅱ階段開軋溫度≤930℃,合理使用高壓水除鱗,保證鋼板良好的表面質(zhì)量。高溫段采用低速大壓下工藝軋制,確保鋼錠內(nèi)部奧氏體充分再結(jié)晶,進(jìn)而達(dá)到細(xì)化晶粒的效果,同時減少內(nèi)部疏松和缺陷。鋼板軋制后進(jìn)行堆垛緩冷,堆垛時間≥72h,使[H]等有害氣體緩慢溢出,避免產(chǎn)生冷卻缺陷。2.4.2加速冷卻+回轉(zhuǎn)在熱處理之前對鋼板的相變臨界點進(jìn)行了測定,結(jié)果如表3所示。12Cr2Mo1VR鋼的合金含量較高,為更好地發(fā)揮合金元素的強化作用,獲得良好的強韌性匹配,采用了兩次正火(加速冷卻)+回火的熱處理方法,在首次正火中采用高溫長時間保溫,使鋼中的合金元素充分固溶,加速冷卻后形成貝氏體組織,隨后再次加熱,在稍低的溫度進(jìn)行保溫,并進(jìn)行加速冷卻。第二次正火在較低的溫度進(jìn)行,保證了奧氏體具有較細(xì)的晶粒,在隨后的轉(zhuǎn)變過程中貝氏體組織相對細(xì)化,利于提高鋼板的沖擊韌性。同時二次正火溫度接近鋼的Ac3物理試驗的結(jié)果與分析3.1厚度方向的化學(xué)成分對182mm厚度12Cr2Mo1VR鋼板全厚度方向的化學(xué)成分進(jìn)行驗證分析,結(jié)果顯示各元素成分含量均在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi),其中P、S、Sn、As、Sb元素含量達(dá)到較低水平,見表4。3.2圖1:美國監(jiān)獄警察-區(qū)對鋼板進(jìn)行低倍組織檢驗,檢驗結(jié)果如圖1所示。由圖1的低倍組織形貌可以看出,生產(chǎn)的12Cr2Mo1VR鋼板組織致密,不存在宏觀缺陷。3.3鋼板混雜物的測定鋼板的顯微組織和夾雜物分析結(jié)果如圖2和表5所示。從圖表中可以看出:鋼板厚度1/2處的各類夾雜物在1.0級以下,且未發(fā)現(xiàn)A類和C類夾雜物,表明生產(chǎn)的鋼板夾雜物含量低,鋼質(zhì)比較純凈;奧氏體晶粒度為7.0級以上,組織為回火貝氏體,少量鐵素體、較細(xì)的晶粒和均勻的貝氏體組織保證了鋼板優(yōu)良的力學(xué)性能。3.4力學(xué)能力3.4.1橫向力學(xué)性能分別從182mm厚度12Cr2Mo1VR鋼板的頭部和尾部表層、厚度1/2和厚度1/4處制取橫向試樣,并進(jìn)行力學(xué)性能檢驗,檢驗結(jié)果如表6所示。由表6可以看出,經(jīng)模擬焊后熱處理后,鋼板的屈服強度和抗拉強度都較技術(shù)條件規(guī)定值有一定的富余量,不同狀態(tài)、不同部位的力學(xué)性能差別很小,即性能均勻、各向異性小,完全滿足加氫反應(yīng)器的使用要求。3.4.2試驗結(jié)果分析分別在鋼板厚度1/4和1/2處取樣,進(jìn)行最小、最大模擬焊后熱處理和系列溫度沖擊試驗,試驗結(jié)果如表7和圖3所示。由試驗結(jié)果可以看出,從12Cr2Mo1VR鋼板厚度1/2和1/4處制取的試樣,經(jīng)過最小和最大模擬焊后熱處理后,沖擊功隨著試驗溫度的降低而呈下降的趨勢。同時,在相同的試驗溫度下,經(jīng)過最大模擬焊后熱處理的試樣比最小模擬焊后熱處理的試樣沖擊功低,兩者-60℃以下的沖擊功都大幅度下降。3.4.3最小模擬焊后熱處理態(tài)試驗溫度特征從鋼板厚度1/2處取樣進(jìn)行步冷脆化試驗,其結(jié)果如表8所示。繪制鋼板最小模擬焊后熱處理和最小模擬焊后熱處理+階梯冷卻狀態(tài)下沖擊功值與沖擊溫度的關(guān)系曲線,如圖4所示。由圖4可以看出,最小模擬焊后熱處理態(tài)的試樣在經(jīng)過階梯冷卻熱處理前后,沖擊功隨著試驗溫度的降低呈下降趨勢,且沖擊功隨沖擊溫度變化的規(guī)律與最小模擬焊后熱處理態(tài)相同。由曲線所擬合的關(guān)系式計算出沖擊功54J所對應(yīng)的溫度vTr54,vTr54為最小模擬焊后熱處理態(tài)試樣夏比沖擊吸收功54J對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度;ΔvTr54為最小模擬焊后熱處理+階梯冷卻態(tài)和最小模擬焊后熱處理態(tài)夏比沖擊功54J對應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度增量。即vTr54+2.5ΔvTr54=-68.6℃,滿足技術(shù)要求。3.4.4無塑性轉(zhuǎn)變溫度試驗對最小模擬焊后熱處理態(tài)鋼板進(jìn)行落錘試驗,試驗按照GB/T6803-2008《鐵素體鋼的無塑性轉(zhuǎn)變溫度落錘試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,在鋼板厚度中心部位制取P2型試樣,試驗結(jié)果見表9。由表9看出,鋼板的頭、尾無塑性轉(zhuǎn)變溫度分別為-60℃和-50℃,與沖擊試驗的溫度變化相符。4力學(xué)性能要求(1)通過優(yōu)化成分設(shè)計,嚴(yán)格控制軋制、熱處理、模擬焊后熱處