一种压力容器用12Cr2Mo1钢的冶炼及锻造热处理工艺方法与流程

一种压力容器用12cr2mo1钢的冶炼及锻造热处理工艺方法
技术领域
1.本发明涉及压力容器用耐热钢技术领域，具体涉及一种压力容器用12cr2mo1钢的冶炼及锻造热处理工艺方法。


背景技术：

2.随着装备技术与装置正在逐步向大型化、高参数化方向发展，纵观炼油化工、核电压工业、煤化工的发展趋势，由于压力容器用结构件逐渐倾向于采用锻焊结构，同时，压力容器的高温、高压等苛刻的操作条件对材料的选择提出了更高要求。gb713-2014标准对12cr2mo1钢材料成分及性能有了明确规定，但是要想获得综合性能优异的12cr2mo1钢重型锻焊式压力容器锻件，需要对材料成分配比进行优化，并合理选择锻件的冶炼、锻造和热处理工艺。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种压力容器用12cr2mo1钢的优选成分和冶炼及锻造热处理工艺，保证在强度、硬度、低温冲击韧性、抗回火脆性及高温持久强度等综合性能方面具有优势。
4.本发明的技术方案：一种压力容器用12cr2mo1钢的冶炼及锻造热处理工艺方法，12cr2mo1钢化学成分以重量百分比计由下列组份组成：c：0.08-0.15%、si≤0.50%、mn：0.40-0.50%、p：≤0.006%、s：≤0.006%、cr：2.00-2.50%、mo：0.90-1.10%、v：≤0.01%、ti：≤0.030%、nb：≤0.010%、ni：≤0.20%、al：0.010-0.040%、残余元素as≤0.010%、sn≤0.004%、sb≤0.003%、cu≤0.13%，所含气体元素[h]≤1.6ppm、[o]≤18ppm、[n]≤80ppm，余量为fe及不可避免的杂质，其特征在于：采用ebt电弧炉-lf炉精炼-vd真空精炼-模铸工艺路线冶炼浇注钢锭；钢锭经锻造成锻件，钢锭的初始加热温度定在1250℃，锻件锻造每一工序的终锻温度要求大于900℃，在最后一火的成形阶段，终锻温度大于850℃，锻造比大于4；锻件锻造成型后进行热处理，所述的热处理工艺包括如下步骤：步骤一、预备热处理，正火+回火：450℃保温5h，以≤150℃/h速度加热至980
±
10℃保温10h；再以≤150℃/h速度加热至720
±
10℃保温12h，以≤80℃/h随炉冷却到400℃出炉空冷；步骤二、性能热处理，淬火+回火：≤400℃装炉，以≤150℃/h速度加热至720
±
10℃保温2h，以≤80℃/h速度加热至950
±
10℃保温12h，出炉水冷；以≤400℃装炉，以≤150℃/h速度加热至720
±
10℃保温15h，出炉空冷。
[0005]
12cr2mo1钢的化学成分在gb713-2014标准要求范围基础上进行优化：c含量是保证强度满足规范要求的主要因素，c含量低，强度满足不了要求；c含量高，会降低12cr2mo1钢的低温韧性和焊接性。考虑到该钢种属于低合金钢，因此c含量控制在上限；mn能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，ni既能提高钢的淬透性又能提高钢的低温韧性，因此mn、ni元素控制在中上限；mo既能提高钢的淬透性，又可以减轻钢的回火脆性，所以mo元素
含量应控制在上限；v可以提高钢的淬透性和高温力学性能并能细化晶粒，且具有沉淀强化作用，但过多的v容易产生锻造裂纹，所以v控制在中限；ti与v的作用类似，热处理后析出tic稳定碳化物；si元素是铁素体形成的主要元素，是强化因子也是促进脆化因子。si自己不会引起脆化，而是对p的脆化起促进作用：当p高时，si常会把p挤到晶界处（锻后热处理冷却速度慢时、回火次数多而造成回火参数pt值大于某值时也会使脆化因子晶界析出）；而o也会和si结合成sio2类氧化物夹杂而富集晶界处，导致晶界处脆化；适量的si含量能降低奥氏体转变温度，从而抑制先共析铁素体的析出，有利于形成细小的贝氏体组织，从而提高钢的强度和韧性；nb属于钢中的微合金元素，需要严格控制其含量，nb含量过高会使钢锭心部偏析粗大，出现nb的碳化物，从而导致韧性下降，所以控制nb含量不宜过高；压力容器用12cr2mo1钢对cu、as、sn、sb等有害元素的限制极为严格，对上述有害元素提出了极为严格的控制要求。同时要求该材料具有良好的纯净度，并有良好的塑性、韧性，所以对s、p、h、o、n等有害元素和气体元素要求较严格。
[0006]
本发明的有益效果：（1）本发明通过优化成分配比和合理选择冶炼、锻造及热处理工艺，使得12cr2mo1钢锻件具有较高的常温和高温强度、硬度、良好的低温冲击韧性、抗回火脆性及较高的蠕变强度和高温持久强度。经多次生产验证测定其强度、硬度满足nb/t47008-2017标准要求；同时，-30℃低温冲击韧性（kv2）＞300j，回火脆性敏感性评定vtr54+3.0δvtr54＜-80℃，各项性能指标均具有较大的富余量。
[0007]
（2）利用本发明所述的12cr2mo1钢采用目前普遍的冶炼浇注工艺，本发明的锻造热处理工艺容易实施。本发明提高了产品的质量，降低了废品率，相对于现有技术，具有很大的实际应用价值。
[0008]
说明书附图图1是实施例1锻件形状尺寸；图2是实施例1淬火+回火后的金相显微图；图3是实施例1淬火+回火+pwht.min后的金相显微图；图4是实施例1淬火+回火+pwht.max后的金相显微图；图5是实施例2锻件形状尺寸；图6是实施例2淬火+回火后的金相显微图；图7是实施例2淬火+回火+pwht.min后的金相显微图；图8是实施例2淬火+回火+pwht.max后的金相显微图。
具体实施方式
[0009]
下面对本发明作进一步详细的说明。
[0010]
实施例1压力容器用12cr2mo1钢，该12cr2mo1钢的化学成分以质量百分比计由下列组份组成：c：0.08；si:0.50；mn：0.40；p：0.006；s：0.006；cr：2.00；mo：0.90；v：0.01；ti：0.030；nb：0.010；ni：0.20；al：0.010；残余元素as:0.010；sn:0.004；sb:0.003；cu:0.13；气体元素[h]:1.6ppm；[o]:18ppm；[n]:80ppm；余量为fe及不可避免的杂质。
[0011]
压力容器用12cr2mo1钢冶炼工艺，上述的12cr2mo1钢包括以下制造工序：（1）配料，炉料采用as含量较低的优质碳素废钢和压力容器类高铬钼废钢，合金料
采用低碳锰铁、低碳铬铁、镍板、钼铁、钒铁、铌铁，合金提前烘烤干燥。
[0012]
（2）冶炼浇注：采用ebt电弧炉-lf炉精炼-vd真空精炼-模铸工艺进行钢锭的制造。
[0013]
采用得到的钢锭进行锻件锻造，所述的锻造工艺包括以下步骤：以尺寸为外径d=
∅
675、内径d=
∅
230、长l=831mm筒体锻件为例进行说明。锻件重量采用6t规格的钢锭开坯至直径φ640，用φ640圆钢下料锻造，始锻温度：1250℃，终锻温度：900℃，锻造火次：2次，锻后进行炉冷，如图1所示。
[0014]
对上述锻件进行热处理，所述的热处理工艺包括如下步骤：步骤一、预备热处理，正火+回火：450℃保温5h，以150℃/h速度加热至980
±
10℃保温10h；再以150℃/h速度加热至720
±
10℃保温12h，以80℃/h随炉冷却到400℃出炉空冷；步骤二、性能热处理，淬火+回火：400℃装炉，以150℃/h速度加热至720
±
10℃保温2h，以80℃/h速度加热至950
±
10℃保温12h，出炉水冷；以400℃装炉，以150℃/h速度加热至720
±
10℃保温15h，出炉空冷。
[0015]
对利用上述冶炼、锻造及热处理工作所制备的压力容器用12cr2mo1钢锻件进行性能检测：锻件分别经淬火+回火+性能热处理690℃保温29h（pwht.max）和淬火+回火+性能热处理720℃保温8h（pwht.min）后，取样做力学性能、显微组织、非金属夹杂物及晶粒度检测，检测结果完全满足nb/t 47008-2017要求。如图2、图3、图4所示，金相显微组织为贝氏体回火组织。12cr2mo1钢经回火脆性敏感性评定试验得到，vtr54前=-90℃，vtr54后=-87℃，从而vtr54+3.0
△
vtr54=-90+3.0
×
3=-81℃（＜0℃），符合技术要求。
[0016]
淬火（950℃保温12h水冷）+回火（720℃保温12h）rel/mpa=411，rm/mpa=555，a%=27，z%=82，akv2（-20℃）/j≥54，侧向膨胀率/mm=90，硬度（hb）=147（≤220），pρo2（350℃）=350，显微组织为贝氏体回火组织，晶粒度等级为7.5级，非金属夹杂物等级满足均不大于1.5级，且a+c≤2.0，b+d≤2.0，总数a+b+c+d+ds≤4.5。
[0017]
淬火+回火+min.pwht（690℃保温8h）rel/mpa=405，rm/mpa=540，a%=29.5，z%=84，akv2（-20℃）/j≥54，侧向膨胀率/mm=90，硬度（hb）=161（≤220），pρo2（350℃）=360，显微组织为贝氏体会或组织，晶粒度等级为7.5级，非金属夹杂物等级满足均不大于1.5级，且a+c≤2.0，b+d≤2.0，总数a+b+c+d+ds≤4.5。
[0018]
淬火+回火+max.pwht（690℃保温26h）rel/mpa=381，rm/mpa=532，a%=29.5，z%=84，akv2（-20℃）/j≥54，侧向膨胀率/mm=90，硬度（hb）=178（≤220），pρo2（350℃）=330，显微组织为贝氏体回火组织，晶粒度等级为8级，非金属夹杂物等级满足均不大于1.5级，且a+c≤2.0，b+d≤2.0，总数a+b+c+d+ds≤4.5。
[0019]
实施例2压力容器用12cr2mo1钢，该12cr2mo1钢的化学成分以质量百分比计由下列组份组成：c：0.15；si:0.50；mn：0.50；p：0.006；s：0.006；cr：2.50；mo：1.10；v：0.01；ti：0.030；nb：0.010；ni：0.20；al：0.040；残余元素as:0.010；sn:0.004；sb:0.003；cu:0.13；气体元素[h]:1.6ppm；[o]:18ppm；[n]:80ppm；余量为fe及不可避免的杂质。
[0020]
压力容器用12cr2mo1钢冶炼工艺，上述的12cr2mo1钢包括以下制造工序：（1）配料，同实施例1。
[0021]
（2）冶炼浇注，同实施例1。
[0022]
采用得到的钢锭进行锻件锻造，所述的锻造工艺包括以下步骤：以尺寸为外径d=
∅
1220、内径d=
∅
613、长l=902mm筒体锻件为例进行说明。锻件重量采用10t规格的钢锭开坯至直径φ1220，用φ600圆钢下料锻造，始锻温度：1250℃，终锻温度：900℃，锻造火次：2次，锻后进行炉冷，如图5所示。
[0023]
对上述锻件进行热处理，所述的热处理工艺包括如下步骤：步骤一、预备热处理，正火+回火：450℃保温5h，以150℃/h速度加热至980
±
10℃保温10h；再以150℃/h速度加热至720
±
10℃保温12h，以80℃/h随炉冷却到400℃出炉空冷；步骤二、性能热处理，淬火+回火：400℃装炉，以150℃/h速度加热至720
±
10℃保温2h，以80℃/h速度加热至950
±
10℃保温12h，出炉水冷；以400℃装炉，以150℃/h速度加热至720
±
10℃保温15h，出炉空冷。
[0024]
对利用上述冶炼、锻造及热处理工作所制备的压力容器用12cr2mo1钢锻件进行性能检测：锻件分别经淬火+回火+性能热处理690℃保温29h（pwht.max）和淬火+回火+性能热处理720℃保温8h（pwht.min）后，取样做力学性能、显微组织、非金属夹杂物及晶粒度检测，检测结果完全满足nb/t 47008-2017要求。如图6、图7、图8所示，金相显微组织为贝氏体回火组织。12cr2mo1钢经回火脆性敏感性评定试验得到，vtr54前=-87℃，vtr54后=-85℃，从而vtr54+3.0
△
vtr54=-87+3.0
×
3=-78℃＜0℃，符合技术要求。
[0025]
淬火（950℃保温12h水冷）+回火（720℃保温12h）rel/mpa=405，rm/mpa=542，a%=23，z%=81，akv2（-20℃）/j≥51，侧向膨胀率/mm=90，硬度（hb）=151（≤220），pρo2（350℃）=350，显微组织为贝氏体回火组织，晶粒度等级为7.5级，非金属夹杂物等级满足均不大于1.5级，且a+c≤2.0，b+d≤2.0，总数a+b+c+d+ds≤4.5。
[0026]
淬火+回火+min.pwht（690℃保温8h）rel/mpa=408，rm/mpa=542，a%=23，z%=80，akv2（-20℃）/j≥54，侧向膨胀率/mm=90，硬度（hb）=171（≤220），pρo2（350℃）=360，显微组织为贝氏体会或组织，晶粒度等级为7.5级，非金属夹杂物等级满足均不大于1.5级，且a+c≤2.0，b+d≤2.0，总数a+b+c+d+ds≤4.5。
[0027]
淬火+回火+max.pwht（690℃保温26h）rel/mpa=393，rm/mpa=547，a%=28.3，z%=81，akv2（-20℃）/j≥54，侧向膨胀率/mm=90，硬度（hb）=164（≤220），pρo2（350℃）=330，显微组织为贝氏体回火组织，晶粒度等级为8级，非金属夹杂物等级满足均不大于1.5级，且a+c≤2.0，b+d≤2.0，总数a+b+c+d+ds≤4.5。