臨氫設(shè)備用12Cr2Mo1R厚鋼板生產(chǎn)及使用技術(shù)研究.pdf

1、臨氫設(shè)備用12Cr2Mo1R厚鋼板因其使用環(huán)境苛刻、生產(chǎn)和使用技術(shù)要求高，國內(nèi)不能穩(wěn)定批量生產(chǎn)，長期依賴進(jìn)口。現(xiàn)代化的寶鋼5米厚板軋機(jī)建成為實(shí)現(xiàn)其國產(chǎn)化奠定了基本的生產(chǎn)條件，但生產(chǎn)技術(shù)仍需開發(fā)。為此，本文作者仔細(xì)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(shí)績。在此基礎(chǔ)上對(duì)生產(chǎn)臨氫設(shè)備用12Cr2Mo1R厚鋼板的基本生產(chǎn)工藝路徑進(jìn)行了歸納總結(jié)，提煉出該鋼種成分和組織控制的關(guān)鍵工序。針對(duì)寶鋼分公司5m

2、厚板產(chǎn)線現(xiàn)有的裝備條件進(jìn)行生產(chǎn)可行性分析和關(guān)鍵工藝參數(shù)的深入模擬和試驗(yàn)研究，最終研制出寶鋼生產(chǎn)臨氫設(shè)備用12Cr2Mo1R厚鋼板的工藝技術(shù)，并在生產(chǎn)中實(shí)施，成功地生產(chǎn)出12Cr2Mo1R厚鋼板，并通過全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)評(píng)定。為使生產(chǎn)出的鋼板能夠更好地得到應(yīng)用，以95mm厚12Cr2Mo1R鋼板為代表，進(jìn)行了全面力學(xué)性能分析、焊接和火焰切割等關(guān)鍵使用性能研究。通過理論分析、模擬和試驗(yàn)研究、實(shí)際大生產(chǎn)和產(chǎn)品使用評(píng)價(jià)，得到了以下

3、成果和主要結(jié)論：
　　 (1)對(duì)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(shè)備用鋼關(guān)鍵工序進(jìn)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(jī)具備軋制形狀系數(shù)大于0.23的能力，可實(shí)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(duì)不同厚度鋼板冷卻過程模擬、熱處理加速冷卻(ACC)方式實(shí)際測量，在保證設(shè)備安全的前提下，可以實(shí)現(xiàn)厚度小于100mm

4、臨氫設(shè)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(jié)合12Cr2Mo1R靜態(tài)CCT圖恒定冷卻速度下的組織特點(diǎn)，首次通過數(shù)值模擬和工業(yè)生產(chǎn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，確定出了臨氫設(shè)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(dāng)生產(chǎn)厚度大于50mm的臨氫設(shè)備用12Cr2Mo1R厚鋼板時(shí)，正火后應(yīng)采用加速冷卻手段。這一結(jié)論對(duì)確定12Cr2Mo1

5、R鋼板的制造工藝和選擇冷卻方式具有指導(dǎo)意義。
　　 (4)在國內(nèi)首次提出了用淬火機(jī)實(shí)現(xiàn)臨氫設(shè)備用12Cr2Mo1R厚鋼板熱處理的加速冷卻。利用淬火機(jī)低壓段合理的噴水冷卻工藝設(shè)計(jì)，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(dá)到所要求的強(qiáng)韌性良好匹配的綜合力學(xué)性能。
　　 (5)利用所開發(fā)的工藝技術(shù)，在寶鋼5米產(chǎn)線所生產(chǎn)的50mm和95mm厚12Cr2Mo1R

6、鋼板，其化學(xué)成分、性能完全滿足臨氫設(shè)備用鋼的技術(shù)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(yàn)后，其厚鋼板的回火脆化指標(biāo)vTr55+2.5△vTr55值為-97℃。
　　 (6)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的95mm厚12Cr2Mo1R鋼板進(jìn)行了全面的力學(xué)性能分析，結(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)變溫度基本不

7、變。利用光學(xué)顯微鏡和透射電鏡等方法研究了該鋼板的高韌性機(jī)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(huì)隨著模擬熱處理?xiàng)l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(duì)成品鋼板進(jìn)行不同熱處理?xiàng)l件后形成的碳化物，未表現(xiàn)出對(duì)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(zhuǎn)變溫度。
　　 (7)通過對(duì)95mm厚1

8、2Cr2Mo1R成品鋼板進(jìn)行火焰切割試驗(yàn)和熱模擬試驗(yàn)，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(diǎn)。結(jié)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(duì)鋼板的彎曲性能無明顯影響；成品鋼板無論室溫下或預(yù)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(yù)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(duì)彎曲成型的影響，擬推薦采取預(yù)熱后切割。
　　 (8)對(duì)95mm厚12Cr2Mo1R鋼板及其焊接接頭進(jìn)行焊接工藝適應(yīng)性評(píng)定，結(jié)果表明，該鋼板完全滿足臨氫設(shè)備的封頭和簡體制造工序要求，完全適應(yīng)臨氫設(shè)備制造時(shí)采用的焊接方法和焊接材料。全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織國內(nèi)專家對(duì)寶鋼試制的臨氫設(shè)備用12Cr2Mo1R鋼進(jìn)行了技術(shù)評(píng)審，評(píng)審意見認(rèn)為，寶鋼的95mm厚12Cr2