本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种硫化氢环境用压力容器封头钢板及其热成型后热处理方法。
背景技术
常用的压力容器封头钢板，经过成形后，根据gb150.4-2011的规定，应于成形后进行相应热处理恢复材料性能。目前常规高压容器用q345r(r-hic)钢板的厚度均在200mm以下，对于厚度50-200mm的q345r(r-hic)封头钢板，冲压封头时均采用热成型工艺，热冲压后改变了钢板的热处理状态及原始组织，必须要重新热处理以恢复钢板的性能，常规热处理主要采用的是正火（加速冷却的方式）。随着石油化工等行业的发展，各种压力容器日趋大型化，近年来大型高压容器的广泛使用，对压力容器的安全性能提出了更高的要求，因此制造此类设备所需的容器板必须使用200mm以上厚度的q345r(r-hic)钢板。然而热成型后因变形较大，组织恶化严重，仅仅靠简单的正火处理不仅无法gb713所要求的钢板力学性能而且钢板的抗硫化氢腐蚀性能也无法得到有效保证。当前行业中对200mm以上厚度q345r(r-hic)钢板封头板并没有成熟的恢复性能热处理工艺。舞钢钢铁有限责任公司结合钢板的实际使用情况以及材料的特性，研究出了一种湿硫化氢环境用压力容器封头钢板热成型后热处理方法。热处理后的封头钢板具有良好的显微组织，并满足gb713所要求的钢板力学性能，同时抗硫化氢腐蚀性能也得到显著提高。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种硫化氢环境用压力容器封头钢板及其热成型后热处理方法，以获得特厚q345r(r-hic)钢板热成型封头钢板优良的显微组织、力学性能和抗硫化氢腐蚀性能。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：一种硫化氢环境用压力容器封头钢板，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.16～0.20%，si：0.20～0.40%，mn：1.15～1.35%，p≤0.008%，s≤0.002%，al：0.20～0.40%，nb：0.015～0.020%，余量为fe和不可避免的杂质。
本发明所述钢板厚度为200～250mm，热成型前钢板全厚度硬度≤220hb，表面三点硬度≤220hb；所述热成型前压力容器封头钢板经过模焊后显微组织为珠光体+铁素体，晶粒度5～7级；所述热成型前压力容器封头钢板模焊态力学性能：板厚1/4及板厚1/2处rp0.2≥265mpa，rm≥470mpa，延伸率a50≥20%，-46℃横向冲击功单值≥24j，-46℃横向冲击功均值≥34j；厚度方向性能满足gb/t5313标准中z25级别要求。
本发明所述热成型前压力容器封头钢板模焊态抗hic性能：按gb/t8650标准a溶液，实验时间96小时，试样平均值满足clr≤15%，ctr≤5%，csr≤2%；抗ssc性能：按gb/t4157标准，a法拉伸实验，加载应力为247mpa，实验时间720小时，10倍放大镜下，试样拉伸区域无裂纹。
本发明还提供一种硫化氢环境用压力容器封头钢板热成型后的热处理方法，所述热处理方法包括一次正火、二次正火、回火工序。
本发明所述一次正火工序，正火温度为900～920℃，保温时间为2.0～2.5min/mm，出炉空冷。
本发明所述二次正火工序，正火温度为840～860℃，保温时间为2～2.5min/mm，出炉水冷，返红温度为400～500℃。
本发明所述回火工序，回火温度为630～660℃，保温时间为0.8～1.2min/mm。
本发明所述热处理方法得到的热成型封头钢板全厚度硬度≤200hb，表面三点硬度≤200hb；经模焊后显微组织为珠光体+铁素体，晶粒度≥8级；力学性能：板厚1/4及板厚1/2处rp0.2≥285mpa，rm≥490mpa，延伸率(a50)≥21%，-46℃横向冲击功单值≥48j，-46℃横向冲击功均值≥64j；厚度方向性能满足gb/t5313标准中z35级别要求。
本发明所述热处理方法得到的热成型封头钢板经模焊后抗hic性能：按gb/t8650标准a溶液，实验时间96小时，试样平均值满足clr≤15%，ctr≤5%，csr≤2%；抗ssc性能：按gb/t4157标准，a法拉伸实验，加载应力为247mpa，实验时间720小时，10倍放大镜下，试样拉伸区域无裂纹。
本发明所述所热成型封头钢板采用的模焊工艺为：模焊温度为605～635℃，保温时间为12h，装出炉温度≤400℃，升降温速度≤55℃/h。
本发明设计思路：
采用正火工艺以充分消除热冲压带来的组织粗大、带状组织严重的问题；通过二次亚温正火以获取珠光体+铁素体组织，以保证钢板耐腐蚀性能，正火后加速冷却以细化晶粒，确保钢板晶粒度和钢板模焊后性能，通过高温短时回火以消除表面因快速冷却产生的马氏体和贝氏体组织，从而保证钢板表面硬度。
本发明热成型前及热处理后q345r(r-hic)封头钢板检测方法参考gb713-2014；gb/t5313标准中z25和z35；gb/t8650标准a溶液；按gb/t4157标准，a法拉伸实验。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过两次正火+回火的热处理工艺，恢复了钢板机械性能，不仅满足了材料的标准要求，还确保了钢板抗硫化氢腐蚀性能，使钢板的性能得到进一步提高。2、本发明方法和操作简单易行，适用性广，适合国内大多数封头厂生产。
附图说明
图1为实施例1热处理后热成型封头钢板模焊态板厚1/4处的金相图；
图2为实施例1热处理后热成型封头钢板模焊态板厚1/2处的金相图；
图3为实施例2热处理后热成型封头钢板模焊态板厚1/4处的金相图；
图4为实施例2热处理后热成型封头钢板模焊态板厚1/2处的金相图；
图5为实施例3热处理后热成型封头钢板模焊态板厚1/4处的金相图；
图6为实施例3热处理后热成型封头钢板模焊态板厚1/2处的金相图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例q345r(r-hic)压力容器用热成型封头钢板厚度为200mm，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.16%，si：0.20%，mn：1.15%，p：0.008%，s：0.002%，al：0.20%，nb：0.015%，余量为fe和不可避免的杂质。
本实施例q345r(r-hic)压力容器用热成型封头钢板热成型后的热处理方法包括一次正火、二次正火、回火工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）一次正火工序：正火温度为900℃，保温时间为2.0min/mm，出炉空冷；
（2）二次正火工序：正火温度为840℃，保温时间为2.5min/mm，出炉水冷，返红温度为400℃；
（3）回火工序：回火温度为630℃，保温时间为1.2min/mm。
本实施例钢板模焊工艺：模焊温度为635℃，保温时间为12h，装出炉温度385℃，升降温速度50℃/h。
本实施例压力容器用热成型封头钢板热成型前的硬度性能见表1，模焊态力学性能及显微组织见表2；模焊态厚度方向性能见表3，模焊态抗hic及抗ssc性能见表4。
热成型后封头钢板硬度性能见表5，模焊态力学性能及显微组织见表6，模焊态厚度方向性能见表7，模焊态抗hic及抗ssc性能见表8。
热成型后封头钢板经热处理后的硬度性能见表9，模焊态力学性能及显微组织见表10，模焊态抗hic和抗ssc性能见表11；模焊态板厚1/4处金相组织见图1，1/2处金相组织见图2。
实施例2
本实施例q345r(r-hic)压力容器用热成型封头钢板厚度为220mm，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.18%，si：0.31%，mn：1.25%，p：0.006%，s：0.002%，al：0.31%，nb：0.017%，余量为fe和不可避免的杂质。
本实施例q345r(r-hic)压力容器用热成型封头钢板热成型后的热处理方法包括一次正火、二次正火、回火工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）一次正火工序：正火温度为910℃，保温时间为2.2min/mm，出炉空冷；
（2）二次正火工序：正火温度为850℃，保温时间为2.0min/mm，出炉水冷，返红温度为450℃；
（3）回火工序：回火温度为645℃，保温时间为1.0min/mm。
本实施例钢板模焊工艺：模焊温度为605℃，保温时间为12h，装出炉温度400℃，升降温速度55℃/h。
本实施例压力容器用热成型封头钢板热成型前的硬度性能见表1，模焊态力学性能及显微组织见表2；模焊态厚度方向性能见表3，模焊态抗hic及抗ssc性能见表4。
热成型后封头钢板硬度性能见表5，模焊态力学性能及显微组织见表6，模焊态厚度方向性能见表7，模焊态抗hic及抗ssc性能见表8。
热成型后封头钢板经热处理后的硬度性能见表9，模焊态力学性能及显微组织见表10，模焊态抗hic和抗ssc性能见表11。模焊态板厚1/4处金相组织见图3，1/2处金相组织见图4。
实施例3
本实施例q345r(r-hic)压力容器用热成型封头钢板厚度为250mm，所述钢板化学成分组成及其质量百分含量为：c：0.20%，si：0.40%，mn：1.35%，p：0.005%，s：0.001%，al：0.40%，nb：0.020%，余量为fe和不可避免的杂质。
本实施例q345r(r-hic)压力容器用热成型封头钢板热成型后的热处理方法包括一次正火、二次正火、回火工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）一次正火工序：正火温度为920℃，保温时间为2.5min/mm，出炉空冷；
（2）二次正火工序：正火温度为860℃，保温时间为2.4min/mm，出炉水冷，返红温度为500℃；
（3）回火工序：回火温度为660℃，保温时间为0.8min/mm。
本实施例钢板模焊工艺：模焊温度为625℃，保温时间为12h，装出炉温度370℃，升降温速度48℃/h。
本实施例压力容器用热成型封头钢板热成型前的硬度性能见表1，模焊态力学性能及显微组织见表2；模焊态厚度方向性能见表3，模焊态抗hic及抗ssc性能见表4。
热成型后封头钢板硬度性能见表5，模焊态力学性能及显微组织见表6，模焊态厚度方向性能见表7，模焊态抗hic及抗ssc性能见表8。
热成型后封头钢板经热处理后的硬度性能见表9，模焊态力学性能及显微组织见表10，模焊态抗hic和抗ssc性能见表11；模焊态板厚1/4处金相组织见图5，1/2处金相组织见图6。
表1实施例1～3热成型前q345r(r-hic)封头钢板硬度性能
表2实施例1～3热成型前封头钢板模焊态力学性能及显微组织
表3实施例1～3热成型前封头钢板模焊态厚度方向性能
表4实施例1～3热成型前封头钢板模焊态抗hic性能和抗ssc性能
表5实施例1～3热成型后q345r(r-hic)封头钢板硬度性能
表6实施例1～3热成型后q345r(r-hic)封头钢板模焊态力学性能及显微组织
表7实施例1～3热成型后q345r(r-hic)封头钢板模焊态厚度方向性能
表8实施例1～3热成型后q345r(r-hic)封头钢板模焊态
抗hic性能和抗ssc性能
表9实施例1～3热成型后封头钢板经热处理后硬度性能
表10实施例1～3热成型后封头钢板经热处理后模焊态板厚1/4处、1/2处力学性能及显微组织
表11实施例1～3热成型后封头钢板经热处理后模焊态
抗hic性能和抗ssc性能
上述实例中的测试数据均满足容器制造的要求，且恢复性能后的封头钢板综合性能均优于原始材料。证明本发明的热处理方法可对热冲压成形封头钢板的性能进行有效的恢复。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。