[其他]厚壁超高压容器用钢及其制造工艺

说明书

本发明属于超高压容器用钢。

通常把工作压力≥1000公斤/厘米²的容器称为超高压容器。由于超高压容器一般壁厚大于内径的1/10，因而又是一种厚壁容器。冷热等静压机筒体、聚乙烯生产工艺中的搅拌高压釜、人工水晶超高压釜和水射流技术的高压膛均属这类容器。这种厚壁超高压容器用钢要求具有良好的强度和韧性。通常采用整体锻造工艺制成。

国内外厚壁超高压容器用钢较典型的是中碳的CrNiMo或CrNiMoV钢如美国的3 1/2 CrNiMoV;英国的Zn25;西德的30CrNiMo8和我国的PCrNi₂Mo。这些钢的成分范围及机械性能分别列于表1、表2。

表1    几种典型的超高压容器用钢的化学成分

表2    几种典型的超高压容器用钢的机械性能

上述钢号的工艺特点是锻件调质处理，其机械性能水平：σs76～119Kg/mm²，夏比V型缺口（CV）冲击韧性αk为3.3～6Kg·m/cm²。这些钢的共同缺点是当屈服强度较高和壁较厚时，则韧性较低。因而，导致这类超高压容器曾发生多起破坏事故。

本发明的目的在于克服上述钢种的不足，研制出一种在大截面使用条件下，仍具有高的强度和高的韧性的钢种。

基于这种目的，本发明的特点是在钢种成分的设计上采取了降碳提镍的措施，其目的是（1）满足大截面淬透性的要求（2）使钢的显微组织主要为位错板条马氏体，尽量减少孪晶马氏体，以提高钢的韧性水平。另一特点是铬含量控制在0.5～0.8%，其目的是使钢具有最佳的屈强比。

根据上述原理，本发明钢种的具体成分范围如下：0.27～0.34%C;0.17～0.37%Si;0.2～0.5%Mn;0.5～0.8%Cr;5.0～5.5%Ni;0.5～0.6%Mo;0.05～0.12%V;P≤0.015;S≤0.015。

本发明的生产工艺如下：冶炼-锻造-退火-锻件粗加工-调质处理。

冶炼是获得高质量容器钢的最主要工艺，传统冶炼工艺满足不了获得高纯淨度钢的要求。本发明可采用下列冶炼工艺：（1）电炉（平炉）+电渣重熔;平炉（电炉）+真空铸锭碳脱氧;电炉（平炉）+喷吹处理+真空处理;炉外精炼工艺。

钢的锻造在水压机上进行。锻造加热温度1180～1200℃，开锻温度1180～1200℃，终锻温度＞850℃，锻压比≥3.0。锻后立即进行重结晶退火去氢处理，以免造成白点。

钢锭锻成锻件后，用机械加工方法将锻件粗加工成锻件毛坯。

为使超高压容器用钢获得良好的综合性能，最终热加工工艺采用调质处理。即淬火和高温回火处理，为了消除锻造缺陷，改善组织的均匀性，淬火前宜采用较高温度的正火处理，淬火温度尽可能在较低的温度进行，以获得细晶粒组织。本发明的热处理工艺如下：正火温度950℃，奥氏体化温度820～850℃，其冷却方式，根据不同情况可采用水冷，油冷，喷雾汽冷。当采用水冷时，需将炉温降到750℃，保温一小时再行水淬。回火温度为540～570℃，可采用空冷。

采用上述工艺，其机械性能可达σb≥120kg/mm²，σs≥110kg/mm²，ψ≥35%，δ≥10%，αk≥6kg·m/cm²（梅氏），K_lc≥400kg/mm^3/2。

实施例

需制造外径φ452，内径φ285长1780mm的超高压筒体容器。

钢用碱性电炉冶炼→铸成3.120吨钢锭→热送轧机开坯成160mm方坯→酸洗→电渣重熔成4.8吨锭。

4.8吨锭加热到1200℃，于1180℃开锻，锻成毛坯尺寸。终锻温度＞850℃。

锻坯热送重结晶退火。重结晶温度890℃，退火等温温度640～650℃。

锻件粗加工成毛坯尺寸。

粗加工毛坯调质处理：950℃正火（2小时）;840℃（1小时）炉冷至750℃保温一小时水淬（水温30～35℃）5分钟，再转入油中冷却30分钟（油温20～70℃）。在550℃回火12小时，空气中冷却。

调质处理后在毛坯端部（去除淬火影响区）切取园片，在园片壁厚的 1/2 处，取橫向试样，其机械性能达到：σb132.2～131.8kg/mm²，σs119.3～119.8kg/mm²，δ13.2～14.2%，ψ55.4～58.1%，αk（夏比钥孔形）7.4～7.6kg·m/cm²。