[发明专利]一种耐热钢的分步冷却热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐热钢的分步冷却热处理方法，所述耐热钢是用于氢系统合成回路管线，特别是用于C.F.Braun方法合成氨装置，氨合成塔出口和出口管线的钢材。

技术背景

Cr-Mo钢、特别是钢传统地作为耐热钢被广泛地应用于热电、化学、石油等工业部门，是高温高压管道、合成化工机械、石油裂化设备等装置的常用高温材料。在氨合成回路中，特别是在C.F.Braum方法合成氨系统中，钢被用来作为合成塔壳体和合成气管道的材料。氨合成回路中的方法介质中油氢气的存在，称之为“氢系统”。特别是在氨合成回路中的方法介质中油氢气的存在，称之为“氢系统”。氢渗透到钢材内部，遇到碳化物引起钢组织的化学变化，碳化物分解产生CH4，钢被脱碳并产生裂纹。钢材中含碳量愈高，操作温度和压力愈高，氢腐蚀就越严重。一般认为，有较好的抗氢腐蚀能力。在早期建成的氨厂中，用传统的耐热钢制造。在设计师对氢腐蚀有所考虑，为避免装置在设计寿命内出现脱碳和裂纹，对操作条件极限应予限制。从早期建成的氨厂出现的管线焊接接头的开裂事故的分析，这类事故的主要原因还是氢腐蚀，这可从从裂纹区域在较高倍数下清晰见到细孔和“乌鸦趾”来得到证明，因为这些细孔和乌鸦趾通常被看做是化学诱导的氢腐蚀过程的有力证据，造成这种情况，除了一些可以克服的方法因素，此外还有一个极其重要的非方法因素，就是所采用的钢材在回火脆化温度区(370-570℃)长期服役所引起的脆化现象，这是主要原因。

传统的针对这类耐热钢的热处理方法不能解决回火脆化问题，在长期进行钢材回火脆性的研究过程中，我们逐步完善了一种促进回火脆化的试验方法，称之为“分步冷却”(Step-cooling)，经过分步冷却的耐热钢可良好地在氢系统中应用。解决了braun方法合成氨回路的焊缝开裂，能避免整个装置因此停产所导致的几千万元甚至上亿元的经济损失。确保生产的安全运行，是现在乃至以后化工装置的发展方向。

氢系统合成回路管线的焊接接头(其材质为耐热钢)在未热处理前其硬度值高达300HB以上，氢腐蚀开裂具有晶间裂纹和氢诱导裂纹的特点；而硬度值大于250HV的钢材对氢诱导开裂是敏感的，所以为了保证硬度比较均匀，要求硬度值不超过225HB。

本申请就是为了针对氢系统合成回路管线，提供降低硬度和使硬度均匀，保证材质为耐热钢、特别是钢的焊接接头具有良好的抗氢腐蚀性和抗回火脆化性能降低回火催化性能的一种效果更好的耐热钢的分步冷却热处理方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一套合理、先进的耐热钢的分步冷却热处理方法。本发明的方法能够使耐热钢获得优良的抗氢腐蚀性能确，确保材质为所述耐热钢的焊接接头具有优良的抗回火催化性能，解决了braun方法合成氨回路的焊缝开裂难题。

特别地，本发明针对耐热钢的分步冷却热处理方法采用了有利于氢系统管线热处理的特定的方法参数，同时对热处理方法中的升降温速度和恒温时间进行了调整，从而降低硬度和是硬度均匀，获得优良的抗氢腐蚀性和抗回火催化的焊接接头。

本发明的技术方案如下：

一种耐热钢的分步冷却热处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一、对耐热钢进行热处理，升温速度为45-55℃/h，升温至690℃±10℃恒温热处理1小时；

步骤二：将经步骤一热处理的耐热钢进行分步冷却，分如下5步冷却：

冷却一、以5-7℃/h的速度降温，降至540℃时恒温15小时；

冷却二、以5-7℃/h的速度降温，降至525℃时恒温24小时；

冷却三、以5-7℃/h的速度降温，降至495℃时恒温60小时；

冷却四、以2-4℃/h的速度降温，降至470℃时恒温100小时；

冷却五、以27-29℃/h的速度降温，降至315℃后空冷至室温。

优选地，步骤一中的热处理温度为690℃±5℃；

优选地，步骤一中的升温速度为50℃；

优选地，步骤二中的冷却一以6℃/h的速度降温；

优选地，步骤二中的冷却二以6℃/h的速度降温；

优选地，步骤二中的冷却三以6℃/h的速度降温；

优选地，步骤二中的冷却四以3℃/h的速度降温；

优选地，步骤二中的冷却五以28℃/h的速度降温。

进一步地，本发明的上述分步冷却热处理方法所应用的耐热钢是氢系统合成回路管线，特别是用于C.F.Braun方法合成氨装置、氨合成塔出口和出口管线的钢材，例如Cr-Mo钢、特别是钢。