[发明专利]一种压力容器用热强合金钢21CrMoV5-11锻圆的制备方法

说明书

一种压力容器用热强合金钢21CrMoV5‑11锻圆的制备方法。属于合金钢锻造加工技术领域，该方法是将钢锭多次升温加热至1180～1220℃，在1200～800℃下锻压成型，空冷20～50min，然后埋砂、空冷；900±10℃下油中淬火再次空冷，620～680℃下回火，回火后炉冷至300℃以下，然后出炉空冷至室温。采用本方法生产出的21CrMoV5‑11合金钢调质锻圆，其500℃屈服强度≥450MPa，延伸率≥20％，20℃冲击功KV≥120J，硬度235‑285HB，可完全满足客户的相关要求。

技术领域

本项发明属于合金钢锻造加工技术领域，具体涉及一种压力容器用热强合金钢21CrMoV5-11锻圆的制备方法。

背景技术

21CrMoV5-11是一种德国牌号的合金结构钢，主要用于高温压力容器的成型与制造，属于一种压力容器用热强合金钢，可在530℃温度下安全稳定工作，因此被广泛应用于石油化工、煤气化转化、核电、汽轮机缸体、火电等行业的设备制造中，且可在伴有腐蚀介质的场合中使用，所以在锅炉、反应器、加热器、蒸汽发生器等类设备的制造上也得到了广泛应用。此钢种作为设备制造的原材料订购时，其交货条件是调质状态，因此其高温力学性能不容易合格。

为此，本项发明选择需要21CrMoV5-11合金钢作为加工对象，以其为原材料，开发一种合理的生产工艺，来制造这种要求具备较高高温力学性能要求的合金钢。

发明内容

本发明涉及一种压力容器用热强合金钢21CrMoV5-11锻圆的制备方法，该种制备方法或工艺路线包括钢锭加热、锻压成型、调质热处理，具体采取如下步骤进行制造：

1)升温加热。将钢锭加热至600～750℃，保温1.5～4.5小时，然后加热至800～850℃，保温0.5～2.5小时，再加热至可锻的1180～1220℃，然后保温3～6.5小时，使钢锭的表面及内部温度基本一致，奥氏体达到均匀化；

2)锻压成型。将已经升温加热好的钢锭吊运至锻压机处开始锻压，先将其锻为方形，后压其棱，最后压为圆形，控制锻压比在2:1～4:1，控制锻造温度在1200～800℃的范围之内；在热锻过程中，氧化铁附着在红钢表面，呈斑块状，点片状，在压力下会导致红钢表面凹坑，甚至产生微裂纹。同时，未除去的钢材表面氧化铁皮，在后续热处理过程中，会降低热传导效率，影响热处理的均匀性。因此本发明在锻造过程中，采用事先设计好的锻圆氧化铁清扫机连续清除红热锻坯表面的氧化铁，达到表面光滑无附着物，以此大幅提高被锻的红热锻坯表面质量，为后续热处理创造合适的条件。

3)锻后缓冷。将锻压成型后的锻圆置于空气中空冷20～50min，然后埋砂，当砂中的锻圆温度降低到≤150℃时出砂空冷。

4)高温淬火。为了减小工件的变形和开裂倾向，对锻圆进行高温淬火处理，选择以油代水作为淬火介质，淬火温度900±10℃，工作时将埋砂空冷过的锻圆加热到900±10℃，保温时间t与锻圆直径D大小有关，t＝1.0～2.0(min/mm)×D(mm),然后置于油介质中淬火处理，淬火前的油温一般控制在60℃～80℃，淬火时间t＝30～60min，然后自然空冷。

5)高温回火。将淬火后的锻圆置入到回火加热炉内升温加热到回火温度620～680℃，并保持温度不变，回火处理的保持时间t和锻圆直径D有关，t＝2.0～2.5(min/mm)ⅹD(mm)，锻圆回火后炉冷至300℃以下，然后出炉空冷至室温。

本发明的突出特点是：

(1)提高了关键成分C元素含量，普通情况C的范围是0.19～0.23％，采用本项发明其实际将C控制在0.23％～0.25％，并设计了淬火+高温回火工艺参数，来满足该产品在500～600℃温度时，仍具有高的屈服强度。