提高壓力容器用鋼板抗回火脆化性能的加工方法

提高壓力容器用鋼板抗回火脆化性能的加工方法
【專利摘要】一種提高壓力容器用鋼板抗回火脆化性能的加工方法，屬于中厚板生產【技術領域】。壓力容器用Cr-Mo系低合金鋼板正火后進行弱水冷處理.控制的技術參數為：軋后鋼板進行正火，正火溫度850～950℃，保溫5～30min；出爐立即進入淬火機進行弱水冷處理，鋼板終冷溫度控制在300～500℃，之后再空冷至室溫；弱水冷冷卻速度控制在2～5℃/s；回火溫度700～760℃，回火保溫時間5～30min。優點在于，處理的鋼板P元素控制在0.015%以內即可，鋼板最終抗回火脆化性能能夠達到并優于傳統方法生產的鋼板。鋼板正火弱水冷處理后形成均勻板條貝氏體組織，有利于鋼板抗回火脆化性能提升。用熱處理的方法提升鋼板抗回火脆性性能生產成本更低，生產組織更容易，方法適用能力強。
【專利說明】提高壓力容器用鋼板抗回火脆化性能的加工方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于中厚板生產【技術領域】，特別是涉及一種提高壓力容器用鋼板抗回火脆化性能的加工方法，提高了壓力容器用Cr-M0系低合金鋼板抗回火脆化性。
【背景技術】
[0002]回火脆化是某些低合金鋼，特別是Cr-Mo系低合金鋼長期服役于325~565°C或在此溫度區間內緩冷，當處于環境溫度時，出現的金屬脆化現象稱為回火脆化。
[0003]Cr-Mo系低合金鋼具體包括國標牌號15CrMoR、HCrlMoR和12Cr2MolR (美標牌號A387Gr 12、A387Gr 11、A387Gr22 )等，是世界各國普遍使用的熱強鋼和抗氫用鋼，被廣泛用于制造火電設備、核電設備及與氫相接觸的石油、化工、媒轉化設備等大型裝置。目前我國石油化工行業發展迅速，設備改造項目多，對此類鋼材需求量較大。由于該類鋼工作環境處于高溫(300~480°C)、高壓(1.5~20MPa)、與氫接觸，服役條件十分惡劣，因此要求該類鋼具有較高抗回火脆化性能。
[0004]鋼板回火脆化一般在服役多年以后才會出現，很難做實驗去直接檢測，因此國內外普遍利用步冷實驗(如附圖1所示)來加速鋼板在服役過程中的脆化傾向，步冷實驗的目的是利用相對短的時間(230小時左右)和經濟的方法來加速并模擬鋼板在長期服役過程中的脆化傾向。鋼板步冷實驗前一般要做最小模擬焊后熱處理(Min.PWHT)，進行步冷實驗后分別檢測并擬合步冷實驗前后鋼板溫度-沖擊功曲線，測出韌脆轉變溫度(沖擊功55J對應溫度)，vTr55為步冷前鋼板韌脆轉變溫度，Λ vTr55為步冷后韌脆轉變溫度與步冷前的差值，利用如下公式對鋼板抗回火脆化性能進行判定:
[0005]vTr55+2.5 Δ vTr55 ( 10 °C
[0006]這種判定方法能夠有效模擬鋼板在400~450°C條件下使用30年的脆化傾向。
[0007]目前，已有關于提高Cr-Mo系鋼板鋼板抗回火脆化性能的技術公開，如法國學者 Sylvain Pillot 等在 2013 年 International Journal of Pressure Vessels andPipingllO卷17-23頁中所述，主要通過在成分上對P、As、Sn和Sb等有害元素進行控制來實現，具體通過控制J系數和X系數，其中定義J系數為:
[0008]J= (Si+Mn) X (P+Sn) XlO4 (化學元素單位為 wt%)
[0009]定義X系數為:
[0010]X= (10P+5Sb+4Sn+As) /100 (化學元素單位為 ppm)
[0011]要求15CrMoR、14CrlMoR鋼板J≤150，12Cr2MolR鋼板J≤100 ;X系數均要小于15 ;另外附加要求P+Sn≤.012%。
[0012]因為As、Sn、Sb —般含量較低，因此主要控制P兀素含量，一般要求控制在0.008%以內，鋼板才會得到優良的抗回火脆化性能，達到鋼板臨氫使用要求。但成分上的嚴格控制，會大幅度提高冶煉成本及破壞冶煉節奏，使鋼板成本提高和鋼鐵廠生產組織困難，因此迫切尋求一種放寬冶煉成分和不增加冶煉難度，又能大幅度提升Cr-Mo系低合金鋼鋼板抗回火脆化性能的加工方法。
【發明內容】

[0013]本發明的目的在于提供一種提高壓力容器用鋼板抗回火脆化性能的加工方法，克服了現在主要通過嚴格控制成分來提高Cr-Mo系鋼抗回火脆化性能而導致生產成本高、冶煉難度增加的缺點。
[0014]本發明主要通過鋼板正火后進行弱水冷處理來提高Cr-Mo系鋼板抗回火脆化性能，通過本方法處理的鋼板成分對P元素要求放寬，P元素控制在0.015%以內即可，鋼板最終抗回火脆化性能能夠達到并優于傳統方法生產的鋼板。
[0015]本發明對壓力容器用Cr - Mo系低合金鋼板鋼板冶煉后，進行工業正火熱處理，正火后進行弱水冷處理；具體控制的技術參數如下: [0016](I)正火:軋后鋼板進行正火，正火溫度850~950°C，保溫5~30min ；
[0017](2)弱水冷:出爐立即進入淬火機進行弱水冷處理，鋼板終冷溫度控制在300~500°C，之后再空冷至室溫；弱水冷冷卻速度控制在2~5°C /s ;鋼板正火弱水冷處理后形成均勻板條貝氏體組織。
[0018](3)回火:正火弱水冷處理后鋼板進行回火處理，回火溫度700~760°C，回火保溫時間5~30min ;鋼板在回火后碳化物沿貝氏體板條束及原奧晶界均勻彌散析出。
[0019]鋼板回火后依次進行最小模擬焊后熱處理和步冷實驗來對鋼板的抗回火脆化性能性能進行評估；上文所述的鋼板的化學成分中P < 0.015%，成分上不對P進行嚴格控制。
[0020]鋼板在最小模擬焊后熱處理后，碳化物有粗化趨勢，但粗化情況并不明顯。
[0021]鋼板步冷后碳化物依然有粗化趨勢，但同最小模擬焊后熱處理后相比，碳化物的狀態和分布區別不大，這對鋼板抗回火脆化性能的提升非常關鍵。
[0022]通過此工藝處理，鋼板vTr55+2.5 Δ vTr55值低于_60°C，遠低于10°C的判定值，證明鋼板抗回火脆化性能優異。
[0023]鋼板正火后進行弱水冷的目的在于得到均勻的板條貝氏體組織，如附圖2所示；鋼板在回火后碳化物沿貝氏體板條束及原奧晶界均勻彌散析出，如附圖3所示，碳化物的彌散析出有利于鋼板抗回火脆化性能的提升；鋼板最小模擬焊后熱處理后，碳化物有粗化趨勢，但粗化情況并不明顯，如附圖4所示；鋼板步冷后碳化物依然有粗化趨勢，如附圖5所示，但同最小模擬焊后熱處理后相比，碳化物的狀態和分布區別不大，這對鋼板抗回火脆化性能的提升非常關鍵。
[0024]若鋼板內板條貝氏體板條束過粗，或不均勻，則會導致碳化物的不均勻析出，容易導致碳化物粗化，使鋼板抗回火脆化性能急劇下降。因此對于鋼板弱水冷的工藝參數控制
要非常嚴格。
[0025]若終冷溫度低于300°C，鋼板容易彎曲變形，影響板型及后續生產；若終冷溫度高于550°C，則鋼板內部不能形成均勻的板條貝氏體，對鋼板抗回火脆性提升不利。
[0026]若冷卻速度高于2~5°C /s，在鋼板內部局部位置會有馬氏體生成，馬氏體對鋼板抗回火脆化性能十分不利；若冷卻速度低于2~5°C /s，鋼板內部不能形成均勻的板條貝氏體，對鋼板抗回火脆化性能提升不利。
[0027]利用正火后加速冷卻的方法提高Cr-Mo系鋼板抗回火脆性的加工方法特點如下:
[0028]1.鋼板成分上不對P嚴格控制，一般控制在≤0.015%,降低了冶煉難度；[0029]2.Cr-Mo系低合金鋼板通過本方法可以獲得優良的抗回火脆化性能；
[0030]3.鋼板正火弱水冷處理后形成均勻板條貝氏體組織，回火后碳化物在板條束及原奧晶界彌散析出；
[0031]4.鋼板最小模擬焊后熱處理及步冷實驗后，碳化物有粗化趨勢，但分布狀態差異不大，有利于抗回火脆性性能提升。
[0032]本發明的優點在于，通過熱處理的手段來大幅度提升鋼板抗回火脆化性能，在成分上不用對P元素進行特別嚴格控制，P元素僅要求控制在0.015%普通要求范圍內，而且鋼板抗回火脆化性能更加優異，vTr55+2.5 Δ vTr55判定值低于-60°C。用熱處理的方法提升鋼板抗回火脆性性能生產成本更低，生產組織更容易，方法適用能力強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為步冷實驗加熱曲線。
[0034]圖2為鋼板正火后金相組織。
[0035]圖3為鋼板回火后金相組織。
[0036]圖4為鋼板最小模擬焊后熱處理(Min.PffHT)后金相組織。
[0037]圖5為鋼板步冷實驗后金相組織。
【具體實施方式】
[0038]實施例1:
[0039]通過HCrlMoR (A387GrllCL2)鋼板進行驗證實驗，鋼板冶煉成分:C:0.13%，Si:0.55，Mn:0.50%, P:0.013%, S:0.001%, Cr:1.25%, Mo:0.46%, As:0.003%, Sb:0.001，Sn:0.0019%,余量為Fe，J系數為157，X系數為14.6，J系數超過150判定值。
[0040]鋼板在920°C保溫20min后進行弱水冷，冷卻速度控制在3°C /s，終冷溫度350°C ；在710°C進行回火處理，回火保溫15min ;回火后鋼板取樣并在680°C進行Min.PffHT處理，保溫時間8小時；之后試樣進行步冷實驗，加熱曲線如附圖1所示。Min.PffHT處理及步冷實驗后分別取樣，利用沖擊功-溫度曲線分別檢測出vTr55為-115°C，Δ vTr55為17°C，vTr55+2.5 Δ vTr55判定值為-72.5°C，遠低于10°C的判定要求。
[0041]實施例2:
[0042]通過12Cr2MolR (A387Gr22CL2)鋼板進行驗證實驗，鋼板冶煉成分:C:0.11%，Si:0.48，Mn:0.55%, P:0.011%, S:0.002%, Cr:2.24%, Mo: 1.00%, As:0.002%, Sb:0.002，Sn:0.002%，余量為Fe，J系數為134，X系數為13，J系數超過判定值100。
[0043]鋼板在920°C保溫20min后進行弱水冷，冷卻速度控制在4°C /s,終冷溫度330°C ；在730°C進行回火處理，回火保溫15min ;回火后鋼板取樣并在680°C進行Min.PffHT處理，保溫時間8小時；之后試樣進行步冷實驗，加熱曲線如附圖1所示。Min.PffHT處理及步冷實驗后分別取樣，利用沖擊功-溫度曲線分別檢測出vTr55為-103 °C，Δ vTr55為8°C，vTr55+2.5 Δ vTr55判定值為_83°C，遠低于10°C的判定要求。
[0044]實施例3:
[0045]通過15CrMoR (A387Grl2CL2)鋼板進行驗證實驗，鋼板冶煉成分:C:0.14%，Si:0.44，Mn:0.50%, P:0.014%, S:0.001%, Cr:0.95%, Mo:0.45%, As:0.0015%, Sb:0.003，Sn:0.001%，余量為Fe，J系數為141，X系數為16.1，X系數超過判定值。
[0046]鋼板在920°C保溫20min后進行弱水冷，冷卻速度控制在2°C /s，終冷溫度300°C ；在710°C進行回火處理，回火保溫15min ;回火后鋼板取樣并在680°C進行Min.PffHT處理，保溫時間8小時；之后試樣進行步冷實驗，加熱曲線如附圖1所示。Min.PffHT處理及步冷實驗后分別取樣，利用沖擊功-溫度曲線分別檢測出vTr55為-106°C，Δ vTr55為17°C，vTr55+2.5 Δ vTr55判定值為-63.5°C，遠低于10°C的判定要求。
【權利要求】
1.一種提高壓力容器用鋼板抗回火脆化性能的加工方法，壓力容器用Cr-M0系低合金鋼板正火后進行弱水冷處理；其特征在于，具體控制的技術參數如下: (1)正火:軋后鋼板進行正火，正火溫度850~950°C，保溫5~30min； (2)弱水冷:出爐立即進入淬火機進行弱水冷處理，鋼板終冷溫度控制在300~500°C，之后再空冷至室溫；弱水冷冷卻速度控制在2~5°C /s ； (3)回火:回火溫度700~760°C，回火保溫時間5~30min。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟(2)鋼板正火弱水冷處理后形成均勻板條貝氏體組織。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟(3)中鋼板在回火后碳化物沿貝氏體板條束及原奧 晶界均勻彌散析出。
【文檔編號】C21D6/00GK103740912SQ201310744028
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月28日 優先權日:2013年12月28日
【發明者】趙楠, 隋鶴龍, 鄒揚, 秦麗曄, 樊艷秋, 姜中行, 劉建明, 張學峰, 馮路路 申請人:首鋼總公司