[发明专利]一种消除加氢反应器用钢混晶、粗晶组织的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及钢的热处理领域，具体为一种消除加氢反应器用钢混晶、粗晶组织的热处理工艺，特别是吨位（200～500吨）尺寸大的双超加氢反应器用钢的热处理工艺。

背景技术

2.25Cr1Mo0.25V钢（ASTM SA336F22V）以其优异的耐高温蠕变和抗氢脆性能，广泛应用于石油化工行业，是临氢压力容器的首选用钢。近年来，石油炼制设备朝着更大直径、更大壁厚的方向发展，出现了千吨级以上的超大型加氢反应器，这对设备基础部件——大锻件提出了极限化制造的要求，常需要采用200～500吨级钢锭锻造。大型钢锭由于凝固时间长，内部往往存在较为严重的缩孔疏松、粗晶等缺陷，这需要在后续的锻造和热处理过程予以消除或改善。加氢反应器筒体、封头锻件经拔长、镦粗、冲孔、芯棒拔长、马杠扩孔等工序成形，工序复杂，变形道次多。如果变形工艺不合理，材料发生不完全的再结晶，常产生混晶和粗晶缺陷。这种不均匀的组织具有非常明显的遗传性，即通过常规的多次正火热处理无法改善或消除，从而严重降低材料的低温冲击性能，威胁重大压力容器设备的使用安全。

钢中组织遗传现象是指原始为非平衡组织（马氏体、贝氏体、魏氏组织等）在一定加热条件下（常为缓慢加热），所形成新的奥氏体晶粒继承和恢复原始粗大晶粒的现象。同一钢种的贝氏体组织较马氏体组织更倾向于组织的遗传，而且热处理过程中缓慢加热有利于产生组织遗传。相反，初始组织为P的平衡组织在加热过程中不易发生组织遗传现象，通过一次或多次正火即可得到细化的组织。在锻后空冷的条件下，2.25Cr1Mo0.25V钢将获得以贝氏体为主的非平衡态组织，无法通过反复的正火进行晶粒细化。实际生产当中，加氢反应器大锻件一旦产生粗晶或混晶组织，力学性能基本无法满足要求，报废率非常高，影响交货进度，一些超大壁厚的产品热处理合格率不足30%，带来极大的经济损失。

发明内容

针对当前工业上产中大型加氢反应器，特别是超大直径、超大壁厚的双超加氢反应器的粗晶或混晶问题，本发明的目的在于提供一种消除加氢反应器用钢混晶、粗晶组织的热处理工艺，作为消除组织遗传的热处理工艺，可有效消除混晶和粗晶组织，达到提高综合力学性能、延长使用寿命的目的，解决困扰加氢反应器大锻件力学性能稳定性的瓶颈问题。

本发明的技术方案为：

一种消除加氢反应器用钢混晶、粗晶组织的热处理工艺，按重量百分含量计，该加氢反应器用钢的化学成分为，C：0.10～0.17，Si≤0.10，Mn：0.27～0.63，Cr：1.95～2.6，Ni≤0.25，Mo：0.87～1.13，V：0.25～0.35，Ti≤0.030，B≤0.0020，P≤0.008，S≤0.008，Fe：余量。用于直径2000～6000mm，厚度为100～400mm的加氢反应器筒体、封头锻件，对其热处理的工艺为：固溶处理+组织平衡化处理+碳化物弥散化处理+奥氏体均匀形核处理+淬火处理+回火处理，首先将加氢反应器用钢固溶，并在冷却过程的两相区进行保温处理，获得以铁素体为主的准平衡态的组织；然后，进行退火处理，使铁素体中的碳化物充分析出并发生球化，分布从有序向无序转变，削弱原始贝氏体组织的有序性；最后，进行淬火加回火处理，无序组织重新奥氏体化形成细小均匀的奥氏体晶粒，消除组织遗传。其具体步骤如下：

1）固溶处理

将锻件升温到Ac3以上30～50℃，进行保温和充分的奥氏体化；

2）组织平衡化处理

将锻件缓慢冷却到Ar1和Ar3之间的某一温度进行长时间保温，然后空冷到200℃以下，获得大量铁素体和少量贝氏体的准平衡态组织；

3）碳化物弥散化处理

将锻件缓慢加热到Ac1以下100℃进行退火，然后空冷到室温，使铁素体中析出碳化物，贝氏体中的碳化物弥散化；

4）奥氏体均匀形核处理

将锻件加热到Ac1以上20～30℃进行保温，使奥氏体在相界面处大量均匀形核；

5）淬火处理

将锻件加热到Ac3以上30～50℃，进行保温和充分的奥氏体化，然后水冷到表面温度（表温）在200℃以下，获得细小、均匀的贝氏体组织；

6）回火处理

将加热到Ac1以下100～120℃，进行充分的保温，使碳化物在贝氏体内弥散析出，获得组织均匀、强韧性良好匹配的综合力学性能，其参数范围如下：

454℃时，屈服强度≥330MPa，抗拉强度≥445MPa，断后延伸率≥18%，断面收缩率≥45%；-30℃时，V型缺口冲击功≥54J。