1.25Cr-0.5Mo-Si厚壁加氢反应器筒体锻件的制造
2018-05-21刘华洁贾新胜
刘华洁 毛 蔚 冯 敬 贾新胜
(1.中国石化集团公司物资装备部，北京100000；2.二重(德阳)重型装备有限公司，四川618013)
本次用户设计采用1.25Cr-0.5Mo-Si钢制造PTA大型石化设备压力容器，三件筒体轮廓交货尺寸内径为∅5419 mm，外径为∅5887 mm，长度分别为3400 mm、3400 mm、3000 mm，属于超大规格筒体锻件。1.25Cr-0.5Mo-Si材料合金元素含量低，导致淬透性差，300 mm壁厚的筒体很难保证心部强度、低温冲击韧性，大大增加了1.25Cr-0.5Mo-Si钢筒体锻件的制造难度。本文从冶炼、锻造、热处理方面，研究了1.25Cr-0.5Mo-Si材料300 mm壁厚大型筒体的制造工艺。
1 技术要求及难点分析
1.1 化学成分要求
化学成分要求见表1。
1.2 力学性能
力学性能要求见表2。
表1 化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition (mass fraction, %)
表2 力学性能要求Table 2 Mechanical properties requirements
1.3 晶粒度和夹杂物
晶粒度≥5级。夹杂物A+C≤2，B+D+DS≤2.5，A+B+C+D+DS≤4。
1.4 热处理
1.4.1 性能热处理
锻件性能热处理为调质，最低回火温度为620℃。
1.4.2 模拟焊后热处理
模拟最大程度焊后热处理(Max.PWHT)为：660℃±10℃×26 h
表3 产品化学成分(质量分数，%)Table 3 Chemical composition of products (mass fraction, %)
表4 力学性能检验结果Table 4 Test results of mechanical properties
模拟最小程度焊后热处理(Min.PWHT)为：660℃±10℃×8 h
在模拟焊后热处理时，样坯进炉和出炉时，炉内温度不得高于400℃。样坯升温至400℃后，升温速度不得超过55℃/h，炉内温度高于400℃时，降温速度不得超过55℃/h。
1.5 难点分析
本次1.25Cr-0.5Mo-Si钢筒体锻件壁厚为300 mm，取试在T×T/2处，该材料低温韧性要求高，且合金元素含量低，壁厚过大，导致淬透性差，心部强度、低温冲击韧性难以保证。因此大大增加了1.25Cr-0.5Mo-Si钢筒体锻件的制造难度。
2 制造过程
2.1 冶炼
图1 筒体锻后热处理曲线Figure 1 Heat treatment curve of cylinder after forging
图2 筒体性能热处理曲线Figure 2 Performance heat treatment curve of cylinder
图3 筒体取样示意图Figure 3 Schematic diagram of cylinder sampling
对于该低碳低合金钢材料，适量的C、Mn可以提高钢的淬透性，但含量过高，对低温冲击韧性不利。Cr能形成强碳化物，直接影响钢的淬透性。Mo可以提高淬透性、耐热性并且减小回火脆性。Ni可提高碳原子的活度，起到间接固溶强化作用，提高铁素体的低温韧性。Si在0.15%～0.40%的范围内可以强化基体。Nb、Al能细化晶
表5 产品硬度检测值Table 5 Measured hardness values of products
粒。所以既要保证强度，同时又要提高1.25Cr-0.5Mo-Si钢的低温冲击韧性和淬透性，需要适当调整C、Si、Mn的含量，增加Cr、Ni、Mo元素的含量。C、Mn按标准上限控制，除Si按标准中下限控制外，还适量添加Al、Nb两种微量元素，其余严格按内控成分控制。
2.2 锻后热处理
锻后热处理采用正火+回火，细化晶粒，并为后序探伤和性能热处理做准备。筒体锻后热处理曲线如图1所示。
2.3 性能热处理
筒体性能热处理曲线见图2。针对1.25Cr-0.5Mo-Si钢淬透性差的特性，采取以下措施：
(1)外径单边粗加工余量减少到15 mm，最大程度减少壁厚。(2)使用环形电炉，炉温稳定性强，锻件内外表面受热均匀。(3)严格控制水槽冷却能力，水槽温度控制在16℃以下。
2.4 力学性能检测
筒体经过性能热处理后，如图3所示切取试料，分别在调质和模拟状态下进行力学性能检验。试料的化学成分见表3，性能检测结果见表4，硬度检测见表5。
3 结论
生产的1.25Cr-0.5Mo-Si厚壁加氢反应器筒体锻件性能指标均满足技术要求，特别是在满足强度的基础上，还保证了-5℃良好的低温冲击韧性。
