臨氫設備用12Cr2Mo1R厚鋼板生產(chǎn)及使用技術研究.pdf

1、臨氫設備用12Cr2Mo1R厚鋼板因其使用環(huán)境苛刻、生產(chǎn)和使用技術要求高，國內(nèi)不能穩(wěn)定批量生產(chǎn)，長期依賴進口?，F(xiàn)代化的寶鋼5米厚板軋機建成為實現(xiàn)其國產(chǎn)化奠定了基本的生產(chǎn)條件，但生產(chǎn)技術仍需開發(fā)。為此，本文作者仔細調(diào)研和分析了該鋼種使用環(huán)境、成分體系、組織性能要求及其物理冶金原理和國外鋼廠的生產(chǎn)實績。在此基礎上對生產(chǎn)臨氫設備用12Cr2Mo1R厚鋼板的基本生產(chǎn)工藝路徑進行了歸納總結，提煉出該鋼種成分和組織控制的關鍵工序。針對寶鋼分公司5m

2、厚板產(chǎn)線現(xiàn)有的裝備條件進行生產(chǎn)可行性分析和關鍵工藝參數(shù)的深入模擬和試驗研究，最終研制出寶鋼生產(chǎn)臨氫設備用12Cr2Mo1R厚鋼板的工藝技術，并在生產(chǎn)中實施，成功地生產(chǎn)出12Cr2Mo1R厚鋼板，并通過全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會評定。為使生產(chǎn)出的鋼板能夠更好地得到應用，以95mm厚12Cr2Mo1R鋼板為代表，進行了全面力學性能分析、焊接和火焰切割等關鍵使用性能研究。通過理論分析、模擬和試驗研究、實際大生產(chǎn)和產(chǎn)品使用評價，得到了以下

3、成果和主要結論：
　　 (1)對寶鋼分公司5m厚板產(chǎn)線冶煉、軋制、熱處理三大生產(chǎn)臨氫設備用鋼關鍵工序進行分析和研究表明，寶鋼的冶煉工序可以保證抗回火脆化J系數(shù)小于96,5m厚板軋機具備軋制形狀系數(shù)大于0.23的能力，可實現(xiàn)特厚鋼板芯部的較充分變形，正火后空冷或加速冷卻，保證得到所需的組織。
　　 (2)通過對不同厚度鋼板冷卻過程模擬、熱處理加速冷卻(ACC)方式實際測量，在保證設備安全的前提下，可以實現(xiàn)厚度小于100mm

4、臨氫設備用12Cr2Mo1R鋼板的生產(chǎn)。
　　 (3)為了保證不同厚度12Cr2Mo1R鋼板全厚度得到以貝氏體為主的組織，結合12Cr2Mo1R靜態(tài)CCT圖恒定冷卻速度下的組織特點，首次通過數(shù)值模擬和工業(yè)生產(chǎn)驗證相結合的方法，確定出了臨氫設備用12Cr2Mo1R厚鋼板正火后空冷鋼板的臨界厚度為50mm。也就是說，當生產(chǎn)厚度大于50mm的臨氫設備用12Cr2Mo1R厚鋼板時，正火后應采用加速冷卻手段。這一結論對確定12Cr2Mo1

5、R鋼板的制造工藝和選擇冷卻方式具有指導意義。
　　 (4)在國內(nèi)首次提出了用淬火機實現(xiàn)臨氫設備用12Cr2Mo1R厚鋼板熱處理的加速冷卻。利用淬火機低壓段合理的噴水冷卻工藝設計，所試制的95mm厚12Cr2Mo1R鋼板的板形良好，得到了所要求的以貝氏體為主的顯微組織，經(jīng)合理回火處理后，達到所要求的強韌性良好匹配的綜合力學性能。
　　 (5)利用所開發(fā)的工藝技術，在寶鋼5米產(chǎn)線所生產(chǎn)的50mm和95mm厚12Cr2Mo1R

6、鋼板，其化學成分、性能完全滿足臨氫設備用鋼的技術要求。95mm厚12Cr2Mo1R鋼板經(jīng)最小模擬焊后熱處理十步冷熱處理試驗后，其厚鋼板的回火脆化指標vTr55+2.5△vTr55值為-97℃。
　　 (6)對工業(yè)生產(chǎn)的95mm厚12Cr2Mo1R鋼板進行了全面的力學性能分析，結果表明，正火+ACC+回火態(tài)鋼板的1/2厚度處的拉伸性能和沖擊性能均勻，韌脆轉變溫度低。經(jīng)不同模擬焊后熱處理后，拉伸性能和沖擊性能穩(wěn)定，韌脆轉變溫度基本不

7、變。利用光學顯微鏡和透射電鏡等方法研究了該鋼板的高韌性機理，經(jīng)過不同模擬焊后熱處理后，95mm厚12Cr2Mo1R鋼板的金相組織為貝氏體，但析出相數(shù)量會隨著模擬熱處理條件的改變而發(fā)生變化。觀察發(fā)現(xiàn)，該鋼板基體由1～2μm的亞晶組成，鋼板中原有的、以及對成品鋼板進行不同熱處理條件后形成的碳化物，未表現(xiàn)出對鋼板沖擊吸收功有明顯影響；晶粒內(nèi)部的亞晶，可使鋼板具有更高的低溫沖擊吸收功和更低的韌脆轉變溫度。
　　 (7)通過對95mm厚1

8、2Cr2Mo1R成品鋼板進行火焰切割試驗和熱模擬試驗，首次較系統(tǒng)地研究了12Cr2Mo1R厚鋼板不同切割順序后割口面及其附近的組織、硬度等特點。結果表明，12Cr2Mo1R厚鋼板正火熱處理前的火焰切割面，經(jīng)過正火+ACC+回火后，原切割面及其附近的組織種類改變，硬化區(qū)明顯減弱；成品厚鋼板切割面經(jīng)過正火和回火后的切割口及其周圍，對鋼板的彎曲性能無明顯影響；成品鋼板無論室溫下或預熱下切割，在切口的附近均存在一定厚度的硬化區(qū)，但室溫下和預熱后

9、切口附近硬化厚度和寬度有所差異。為了減少火焰割口附近的硬化區(qū)對彎曲成型的影響，擬推薦采取預熱后切割。
　　 (8)對95mm厚12Cr2Mo1R鋼板及其焊接接頭進行焊接工藝適應性評定，結果表明，該鋼板完全滿足臨氫設備的封頭和簡體制造工序要求，完全適應臨氫設備制造時采用的焊接方法和焊接材料。全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會組織國內(nèi)專家對寶鋼試制的臨氫設備用12Cr2Mo1R鋼進行了技術評審，評審意見認為，寶鋼的95mm厚12Cr2