[发明专利]提高压力容器用钢板抗回火脆化性能的加工方法

说明书

技术领域

本发明属于中厚板生产技术领域，特别是涉及一种提高压力容器用钢板抗回火脆化性能的加工方法，提高了压力容器用Cr-Mo系低合金钢板抗回火脆化性。

背景技术

回火脆化是某些低合金钢，特别是Cr-Mo系低合金钢长期服役于325～565℃或在此温度区间内缓冷，当处于环境温度时，出现的金属脆化现象称为回火脆化。

Cr-Mo系低合金钢具体包括国标牌号15CrMoR、14Cr1MoR和12Cr2Mo1R（美标牌号A387Gr12、A387Gr11、A387Gr22）等，是世界各国普遍使用的热强钢和抗氢用钢，被广泛用于制造火电设备、核电设备及与氢相接触的石油、化工、媒转化设备等大型装置。目前我国石油化工行业发展迅速，设备改造项目多，对此类钢材需求量较大。由于该类钢工作环境处于高温（300～480℃）、高压（1.5～20MPa）、与氢接触，服役条件十分恶劣，因此要求该类钢具有较高抗回火脆化性能。

钢板回火脆化一般在服役多年以后才会出现，很难做实验去直接检测，因此国内外普遍利用步冷实验（如附图1所示）来加速钢板在服役过程中的脆化倾向，步冷实验的目的是利用相对短的时间（230小时左右）和经济的方法来加速并模拟钢板在长期服役过程中的脆化倾向。钢板步冷实验前一般要做最小模拟焊后热处理（Min.PWHT），进行步冷实验后分别检测并拟合步冷实验前后钢板温度-冲击功曲线，测出韧脆转变温度（冲击功55J对应温度），vTr55为步冷前钢板韧脆转变温度，ΔvTr55为步冷后韧脆转变温度与步冷前的差值，利用如下公式对钢板抗回火脆化性能进行判定：

vTr55+2.5ΔvTr55≤10℃

这种判定方法能够有效模拟钢板在400～450℃条件下使用30年的脆化倾向。

目前，已有关于提高Cr-Mo系钢板钢板抗回火脆化性能的技术公开，如法国学者Sylvain Pillot等在2013年International Journal of Pressure Vessels and Piping110卷17-23页中所述，主要通过在成分上对P、As、Sn和Sb等有害元素进行控制来实现，具体通过控制J系数和X系数，其中定义J系数为：

J=（Si+Mn）×（P+Sn）×10⁴（化学元素单位为wt%）

定义X系数为：

X=（10P+5Sb+4Sn+As）/100(化学元素单位为ppm)

要求15CrMoR、14Cr1MoR钢板J≤150，12Cr2Mo1R钢板J≤100；X系数均要小于15；另外附加要求P+Sn≤0.012%。

因为As、Sn、Sb一般含量较低，因此主要控制P元素含量，一般要求控制在0.008%以内，钢板才会得到优良的抗回火脆化性能，达到钢板临氢使用要求。但成分上的严格控制，会大幅度提高冶炼成本及破坏冶炼节奏，使钢板成本提高和钢铁厂生产组织困难，因此迫切寻求一种放宽冶炼成分和不增加冶炼难度，又能大幅度提升Cr-Mo系低合金钢钢板抗回火脆化性能的加工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高压力容器用钢板抗回火脆化性能的加工方法，克服了现在主要通过严格控制成分来提高Cr-Mo系钢抗回火脆化性能而导致生产成本高、冶炼难度增加的缺点。

本发明主要通过钢板正火后进行弱水冷处理来提高Cr-Mo系钢板抗回火脆化性能，通过本方法处理的钢板成分对P元素要求放宽，P元素控制在0.015%以内即可，钢板最终抗回火脆化性能能够达到并优于传统方法生产的钢板。

本发明对压力容器用Cr‐Mo系低合金钢板钢板冶炼后，进行工业正火热处理，正火后进行弱水冷处理；具体控制的技术参数如下：

（1）正火：轧后钢板进行正火，正火温度850～950℃，保温5～30min；

（2）弱水冷：出炉立即进入淬火机进行弱水冷处理，钢板终冷温度控制在300～500℃，之后再空冷至室温；弱水冷冷却速度控制在2～5℃/s；钢板正火弱水冷处理后形成均匀板条贝氏体组织。

（3）回火：正火弱水冷处理后钢板进行回火处理，回火温度700～760℃，回火保温时间5～30min；钢板在回火后碳化物沿贝氏体板条束及原奥晶界均匀弥散析出。

钢板回火后依次进行最小模拟焊后热处理和步冷实验来对钢板的抗回火脆化性能性能进行评估；上文所述的钢板的化学成分中P≤0.015%，成分上不对P进行严格控制。

钢板在最小模拟焊后热处理后，碳化物有粗化趋势，但粗化情况并不明显。