專利名稱:厚壁超高壓容器用鋼及其制造工藝的制作方法
本發(fā)明屬于超高壓容器用鋼。
通常把工作壓力≥1000公斤/厘米2的容器稱為超高壓容器。由于超高壓容器一般壁厚大于內(nèi)徑的1/10，因而又是一種厚壁容器。冷熱等靜壓機(jī)筒體、聚乙烯生產(chǎn)工藝中的攪拌高壓釜、人工水晶超高壓釜和水射流技術(shù)的高壓膛均屬這類容器。這種厚壁超高壓容器用鋼要求具有良好的強(qiáng)度和韌性。通常采用整體鍛造工藝制成。
國內(nèi)外厚壁超高壓容器用鋼較典型的是中碳的CrNiMo或CrNiMoV鋼如美國的3 1/2 CrNiMoV;英國的Zn25;西德的30CrNiMo8和我國的PCrNi2Mo。這些鋼的成分范圍及機(jī)械性能分別列于表1、表2。
表1 幾種典型的超高壓容器用鋼的化學(xué)成分


表2 幾種典型的超高壓容器用鋼的機(jī)械性能

上述鋼號(hào)的工藝特點(diǎn)是鍛件調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能水平σs76～119Kg/mm2，夏比V型缺口(CV)沖擊韌性αk為3.3～6Kg·m/cm2。這些鋼的共同缺點(diǎn)是當(dāng)屈服強(qiáng)度較高和壁較厚時(shí)，則韌性較低。因而，導(dǎo)致這類超高壓容器曾發(fā)生多起破壞事故。
本發(fā)明的目的在于克服上述鋼種的不足，研制出一種在大截面使用條件下，仍具有高的強(qiáng)度和高的韌性的鋼種。
基于這種目的，本發(fā)明的特點(diǎn)是在鋼種成分的設(shè)計(jì)上采取了降碳提鎳的措施，其目的是(1)滿足大截面淬透性的要求(2)使鋼的顯微組織主要為位錯(cuò)板條馬氏體，盡量減少孿晶馬氏體，以提高鋼的韌性水平。另一特點(diǎn)是鉻含量控制在0.5～0.8%，其目的是使鋼具有最佳的屈強(qiáng)比。
根據(jù)上述原理，本發(fā)明鋼種的具體成分范圍如下0.27～0.34%C;0.17～0.37%Si;0.2～0.5%Mn;0.5～0.8%Cr;5.0～5.5%Ni;0.5～0.6%Mo;0.05～0.12%V;P≤0.015;S≤0.015。
本發(fā)明的生產(chǎn)工藝如下冶煉-鍛造-退火-鍛件粗加工-調(diào)質(zhì)處理。
冶煉是獲得高質(zhì)量容器鋼的最主要工藝，傳統(tǒng)冶煉工藝滿足不了獲得高純淨(jìng)度鋼的要求。本發(fā)明可采用下列冶煉工藝(1)電爐(平爐)+電渣重熔;平爐(電爐)+真空鑄錠碳脫氧;電爐(平爐)+噴吹處理+真空處理;爐外精煉工藝。
鋼的鍛造在水壓機(jī)上進(jìn)行。鍛造加熱溫度1180～1200℃，開鍛溫度1180～1200℃，終鍛溫度＞850℃，鍛壓比≥3.0。鍛后立即進(jìn)行重結(jié)晶退火去氫處理，以免造成白點(diǎn)。
鋼錠鍛成鍛件后，用機(jī)械加工方法將鍛件粗加工成鍛件毛坯。
為使超高壓容器用鋼獲得良好的綜合性能，最終熱加工工藝采用調(diào)質(zhì)處理。即淬火和高溫回火處理，為了消除鍛造缺陷，改善組織的均勻性，淬火前宜采用較高溫度的正火處理，淬火溫度盡可能在較低的溫度進(jìn)行，以獲得細(xì)晶粒組織。本發(fā)明的熱處理工藝如下正火溫度950℃，奧氏體化溫度820～850℃，其冷卻方式，根據(jù)不同情況可采用水冷，油冷，噴霧汽冷。當(dāng)采用水冷時(shí)，需將爐溫降到750℃，保溫一小時(shí)再行水淬?；鼗饻囟葹?40～570℃，可采用空冷。
采用上述工藝，其機(jī)械性能可達(dá)σb≥120kg/mm2，σs≥110kg/mm2，ψ≥35%，δ≥10%，αk≥6kg·m/cm2(梅氏)，Klc≥400kg/mm3/2。
實(shí)施例
需制造外徑φ452，內(nèi)徑φ285長1780mm的超高壓筒體容器。
鋼用堿性電爐冶煉→鑄成3.120噸鋼錠→熱送軋機(jī)開坯成160mm方坯→酸洗→電渣重熔成4.8噸錠。
4.8噸錠加熱到1200℃，于1180℃開鍛，鍛成毛坯尺寸。終鍛溫度＞850℃。
鍛坯熱送重結(jié)晶退火。重結(jié)晶溫度890℃，退火等溫溫度640～650℃。
鍛件粗加工成毛坯尺寸。
粗加工毛坯調(diào)質(zhì)處理950℃正火(2小時(shí));840℃(1小時(shí))爐冷至750℃保溫一小時(shí)水淬(水溫30～35℃)5分鐘，再轉(zhuǎn)入油中冷卻30分鐘(油溫20～70℃)。在550℃回火12小時(shí)，空氣中冷卻。
調(diào)質(zhì)處理后在毛坯端部(去除淬火影響區(qū))切取園片，在園片壁厚的 1/2 處，取橫向試樣，其機(jī)械性能達(dá)到σb132.2～131.8kg/mm2，σs119.3～119.8kg/mm2，δ13.2～14.2%，ψ55.4～58.1%，αk(夏比鑰孔形)7.4～7.6kg·m/cm2。
權(quán)利要求
1、CrNi5MoV系厚壁超高壓容器用鋼其特征在于通過化學(xué)成分的設(shè)計(jì)，降碳提鎳和較低的鉻含量，使之獲高的屈服強(qiáng)度和良好的韌性。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的超高壓容器用鋼其特征在于鋼的具體成分如下0.27～0.34%C，0.17～0.37%Si，0.2～0.5%Mn，0.5～0.8%Cr，5.0～5.5%Ni，0.5～0.6%Mo0.05～0.12%V。
3、CrNi5MoV系超高壓容器用鋼的制造方法，其特征是在于最終熱加工工藝采用正火和調(diào)質(zhì)處理。
4、根據(jù)權(quán)利要求
3，所述的制造方法，其特征在于正火處理溫度為950℃。
5、根據(jù)權(quán)利要求
3，所述的制造方法，其特征在于調(diào)質(zhì)處理的具體工藝為，奧氏體化溫度820～850℃，可采用油冷、水冷、噴霧冷卻方法，回火溫度為540～570℃。
6、根據(jù)權(quán)利要求
3和5所述的制造方法，其特征是當(dāng)淬火采用水冷時(shí)，需先爐冷到750℃保溫1小時(shí)再行水淬。
專利摘要
本發(fā)明屬于超高壓容器用鋼。用于工作壓力≥1000公斤/厘米2的厚壁超高壓容器。本發(fā)明針對(duì)國內(nèi)外普遍采用的Cr Ni Mo系和CrNiMoV系超高壓容器用鋼當(dāng)強(qiáng)度高和壁厚增大時(shí)，韌性較低的缺點(diǎn)，在鋼種成分上采取了降碳提鎳的措施，提高大截面的淬透性，在最終熱加工工藝上采用了正火+調(diào)質(zhì)處理，從而獲得強(qiáng)度高和韌性好的超高壓容器用鋼，其切向性能為σs≥110公斤/毫米2，沖擊韌性αk≥6公斤-米/厘米2，K1c≥400公斤/毫米3/2。
文檔編號(hào)C22C38/46GK85100672SQ85100672
公開日1986年9月24日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者王琪, 魯肇俊, 李桂芬, 郭慶豐, 王洪葉 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院, 齊齊哈爾鋼廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan