加氢反应器用大厚度12cr2mo1vr钢板的研制

加氢反应器用大厚度12cr2mo1vr钢板的研制

0cr-2mo钢的性能随着大型储水装置的开发，设备壁厚随着增加。原来得到广泛应用的2.25Cr-1Mo钢由于强度相对较低,已经不能够满足更高强度以及在高温、高压临氢环境下长期使用的要求1钢板的主要技术指标舞钢参照GB713-2014《锅炉和压力容器用钢板》标准及目前加氢反应器用12Cr2Mo1VR钢板的采购技术规范要求,制定了12Cr2Mo1VR钢板的技术条件。1.1物理分化12Cr2Mo1VR钢板的化学成分要求见表1。1.2模拟焊后热处理制度钢板经模拟焊后热处理后得到的横向力学性能见表2。模拟焊后热处理制度为:最大模拟焊后热处理温度705℃,保温32h;最小模拟焊后热处理温度705℃,保温8h。2生产工艺设计2.1生产工艺电炉冶炼→LF/VD精炼→模铸→钢锭清理→钢锭加热→轧板→探伤→正火(加速冷却)→回火→钢板精整→切割取样→性能检验→判定入库。2.2通过碳化物来提高钢的自重性来保证良好的力学性能取决于合理的成分设计,因此成分设计应以各个元素含量对钢板综合力学性能的作用为基准。Cr、Mo作为12Cr2Mo1VR钢的主要合金元素和碳化物形成元素,可以提高钢的淬透性,从而在保证钢板较高室温和高温强度的同时,还能兼顾较好的塑性和韧性;V是钢中强碳化物形成元素,VC、V(CN)的沉淀强化作用可明显提高钢的强度,另外V还能增加钢的热强性和蠕变抗力,有效地固定钢中的碳和氮,形成高度弥散分布的碳化物和氮化物微粒,并且在高温下以极缓慢的速度整合长大,从而保证钢板具有良好的中、高温综合力学性能。2.3熔氧期低温脱p、ca处理工艺为了保证钢质纯净,配料时选用优质炉料,生铁(铁水)加入比不低于50%,尽量减少社会废钢的加入量,加强熔氧期低温脱P操作,采用大渣量勤流渣,利于深度脱P。精炼过程中,在钢液不裸露的情况下,加大吹氩量,采用Ca处理工艺,改善夹杂物形态,保证深度脱氧和去除有害气体和杂质。模铸时选用优质钢锭模,并保证保护渣干燥、绝热板装配良好。2.4焊接和加热工艺2.4.1钢板高温段的制备采用Ⅱ型控轧工艺进行轧制,Ⅱ阶段开轧温度≤930℃,合理使用高压水除鳞,保证钢板良好的表面质量。高温段采用低速大压下工艺轧制,确保钢锭内部奥氏体充分再结晶,进而达到细化晶粒的效果,同时减少内部疏松和缺陷。钢板轧制后进行堆垛缓冷,堆垛时间≥72h,使[H]等有害气体缓慢溢出,避免产生冷却缺陷。2.4.2加速冷却+回转在热处理之前对钢板的相变临界点进行了测定,结果如表3所示。12Cr2Mo1VR钢的合金含量较高,为更好地发挥合金元素的强化作用,获得良好的强韧性匹配,采用了两次正火(加速冷却)+回火的热处理方法,在首次正火中采用高温长时间保温,使钢中的合金元素充分固溶,加速冷却后形成贝氏体组织,随后再次加热,在稍低的温度进行保温,并进行加速冷却。第二次正火在较低的温度进行,保证了奥氏体具有较细的晶粒,在随后的转变过程中贝氏体组织相对细化,利于提高钢板的冲击韧性。同时二次正火温度接近钢的Ac3物理试验的结果与分析3.1厚度方向的化学成分对182mm厚度12Cr2Mo1VR钢板全厚度方向的化学成分进行验证分析,结果显示各元素成分含量均在标准规定范围内,其中P、S、Sn、As、Sb元素含量达到较低水平,见表4。3.2图1:美国监狱警察-区对钢板进行低倍组织检验,检验结果如图1所示。由图1的低倍组织形貌可以看出,生产的12Cr2Mo1VR钢板组织致密,不存在宏观缺陷。3.3钢板混杂物的测定钢板的显微组织和夹杂物分析结果如图2和表5所示。从图表中可以看出:钢板厚度1/2处的各类夹杂物在1.0级以下,且未发现A类和C类夹杂物,表明生产的钢板夹杂物含量低,钢质比较纯净;奥氏体晶粒度为7.0级以上,组织为回火贝氏体,少量铁素体、较细的晶粒和均匀的贝氏体组织保证了钢板优良的力学性能。3.4力学能力3.4.1横向力学性能分别从182mm厚度12Cr2Mo1VR钢板的头部和尾部表层、厚度1/2和厚度1/4处制取横向试样,并进行力学性能检验,检验结果如表6所示。由表6可以看出,经模拟焊后热处理后,钢板的屈服强度和抗拉强度都较技术条件规定值有一定的富余量,不同状态、不同部位的力学性能差别很小,即性能均匀、各向异性小,完全满足加氢反应器的使用要求。3.4.2试验结果分析分别在钢板厚度1/4和1/2处取样,进行最小、最大模拟焊后热处理和系列温度冲击试验,试验结果如表7和图3所示。由试验结果可以看出,从12Cr2Mo1VR钢板厚度1/2和1/4处制取的试样,经过最小和最大模拟焊后热处理后,冲击功随着试验温度的降低而呈下降的趋势。同时,在相同的试验温度下,经过最大模拟焊后热处理的试样比最小模拟焊后热处理的试样冲击功低,两者-60℃以下的冲击功都大幅度下降。3.4.3最小模拟焊后热处理态试验温度特征从钢板厚度1/2处取样进行步冷脆化试验,其结果如表8所示。绘制钢板最小模拟焊后热处理和最小模拟焊后热处理+阶梯冷却状态下冲击功值与冲击温度的关系曲线,如图4所示。由图4可以看出,最小模拟焊后热处理态的试样在经过阶梯冷却热处理前后,冲击功随着试验温度的降低呈下降趋势,且冲击功随冲击温度变化的规律与最小模拟焊后热处理态相同。由曲线所拟合的关系式计算出冲击功54J所对应的温度vTr54,vTr54为最小模拟焊后热处理态试样夏比冲击吸收功54J对应的转变温度;ΔvTr54为最小模拟焊后热处理+阶梯冷却态和最小模拟焊后热处理态夏比冲击功54J对应的转变温度增量。即vTr54+2.5ΔvTr54=-68.6℃,满足技术要求。3.4.4无塑性转变温度试验对最小模拟焊后热处理态钢板进行落锤试验,试验按照GB/T6803-2008《铁素体钢的无塑性转变温度落锤试验方法》标准进行,在钢板厚度中心部位制取P2型试样,试验结果见表9。由表9看出,钢板的头、尾无塑性转变温度分别为-60℃和-50℃,与冲击试验的温度变化相符。4力学性能要求(1)通过优化成分设计,严格控制轧制、热处理、模拟焊后热处