碳鋼和低合金鋼制壓力容器熱成形封頭的母材熱處理試板和重新熱處理的選擇

1、化T裝備技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展碳鋼和低合金鋼制壓力容器熱成形封頭的母材熱處理試板和重新熱處理的選擇王長明（北京市京海換熱設(shè)備制造冇限責(zé)任公司 北京，10086）辛忠仁朱海鷹辛忠楸中國化丁裝備協(xié)會 北京，100011）摘要：碳鋼和低合金鋼制壓力容器的封頭經(jīng)熱沖壓成形后，是否需要帶母材熱處理試板和朿新 熱處理，以滿足GB150- 199曲勺101 4 4條和1Q 5 4條要求，這是本文需要討論和分析的一個朿要問題。 筆者力圖按照法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求，從金屬學(xué)及熱處理艮理的角度分析和討論此問題，以求紂到較為X觀、 準(zhǔn)確的解決辦法。關(guān)巒詞壓力容器封頭熱沖壓成形母材熱處理試板母材重新熱處理1 4 一化T裝備技術(shù)應(yīng)用與

2、發(fā)展1 4 一化T裝備技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展1.前言GB150-1998（鋼制壓力容器的1Q 4 4條和 10 5條提出母材熱處理試板和母材需匝新熱處理 的要求。GB150-199啲1Q 4 4條要求“改善材料力 學(xué)性能的熱處理，應(yīng)根據(jù)圖樣要求所制立的熱處 理匸藝進(jìn)行。母材的熱處理試板與容器（或受斥 元件）同爐熱處理。”“為材料供貨與使川的熱處理狀態(tài)致時，則 在整個制造過程中不得破壞供貨時的熱處理狀態(tài), 否則應(yīng)朿新進(jìn)行熱處理?！盙B150-199喲1Q 5 4條耍求“凡需經(jīng)熱處理 以達(dá)到材料力學(xué)性能要求的容器，每臺均應(yīng)做母 材熱處理試板。”封頭熱成形過程，對封頭母材是個熱加匸 過程，也可以說相為于熱處

3、理的加熱過程。封頭熱成形時，什么情況下礙帶母材熱處理 試板，什么悄況卜在熱成形Z后母材需車新熱處 理以滿足供貨時的熱處理狀態(tài)，GB150- 1998既 沒冇做出具體詳細(xì)說明，同時在壓力容器安全技 術(shù)規(guī)范壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程中也無上 述規(guī)定利要求。因而筆者認(rèn)為，GB150- 1998的 上述條款僅是 個指導(dǎo)性的、原則性的規(guī)定。在 生產(chǎn)實(shí)跋中，由于認(rèn)識上的差斥，而形成不同的 看法，提出不同的要求，也就是町以理解的了。本 文就碳鋼和低介金鋼熱成形封頭在何種情況下需 帶母材熱處理試板和重新熱處理的問題，根據(jù)現(xiàn) 行法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)實(shí)踐，從金屬學(xué)及熱處理原理 的角度進(jìn)行分析和討論，以求得到一個較為客觀、

4、 準(zhǔn)確的解決辦法。2分析對于壓力容器用礦鋼和低合金鋼，鋼的臨界 點(diǎn)和正火加熱溫度上F限范圍列于狀態(tài)圖1 中。鋼 制樂力容器封頭所用碳鋼和低介金鋼都屬于亞共 析鋼。般情況下，苴退火溫度范圍：434- 3卜 50C；正火溫度范圍電+ 4卜8（TCo圖1中A為加熱下臨界點(diǎn)、A為亞共析鋼加 熱上臨界點(diǎn)、A為冷卻下臨界點(diǎn)、A為亞共析鋼 冷卻上臨界點(diǎn)、r為r相(奧氏體)、a為a相(鐵 素體)、P為珠光體、A為共析點(diǎn)(723C)、A為 a F*-* Y F同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)。從圖1可以看出,A為碳鋼和低合金鋼制封 頭熱成形時，在連續(xù)加熱過程屮，a F全部轉(zhuǎn)變 為Y F,得到全部奧氏體的臨界點(diǎn)溫度。A為碳例和低介

5、金鋼制封頭熱成形時，在連 續(xù)冷卻過程中,奧氏體開始轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)溫度。碳鋼和低合金鋼制封頭熱成形的加熱溫度是 根據(jù)鋼的臨界點(diǎn)及工藝要求確定的。同時，在防 止鋼加熱時產(chǎn)生過熱或過燒惜況下，盡最提高加 熱溫度，這樣便于提奇生產(chǎn)效率。根據(jù)長期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的枳累，筆者認(rèn)為，對于 碳鋼和低介金鋼制封頭，在熱成形的加熱過程中, 如果控制加熱溫度到正火溫度范圍或略奇點(diǎn)， 而熱成形終止溫度控制在A以上，然后空冷，這 樣封頭的整個熱加匸過程既滿足熱成形工藝的要 求，又可將封頭熱成形的加熱和冷卻過程視為正 火處理過程。3帶母材熱處理試板和重新熱處理的條件經(jīng)綜合分析，筆者認(rèn)為：碳鋼和低合金鋼制 封頭在熱成形過程中，是否需

6、要帶母材熱處理試 板和重新熱處理，這應(yīng)由対頭板材的原始供貨狀 態(tài)和熱成形溫度范用的控制所決立。3 1熱軋狀態(tài)供貨的鋼材，經(jīng)熱加匸Z后,一 般可在熱加丁狀態(tài)下使用。3 2正火狀態(tài)便川的鋼材，如能控制熱成形的 加熱溫度在止火溫度范閘或略高于止火溫度，熱 成形的終止溫度在A以h或母材熱處理試板的 力學(xué)性能和療Illi性能符介設(shè)計文件和相關(guān)法規(guī)標(biāo) 準(zhǔn)要求，可不重新進(jìn)行正火處理。否則，需重新 正火處理。3 3對于正火+回火狀態(tài)的鋼材，在熱成形過 程中如能控制熱成形的加熱溫度滿足I述對止火 鋼材的要求，熱加工后僅做阿火處理。否則需重 新進(jìn)行正火+回火處理。3 4對于調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用的鋼材，熱成形后般 應(yīng)進(jìn)行調(diào)

7、質(zhì)處理，何需帶母材熱處理試板。對于母材熱處理試板，最好在熱成形之后的 封頭上截取。如封頭熱成形后開孔部位的孔板、封 頭端部齊邊取下的邊料等均可作為母材熱處理試 板，這樣史能代衣封頭熱成形過程的實(shí)際怙況。4案例下而舉三個例了加以說明：例1.有臺壓力容器，設(shè)計要求采用板厚為 IGmr的lGMnR,交貨狀態(tài)為iE火狀態(tài)的材料作 為封頭坯料。該材料的臨界點(diǎn)溫度A為85CTC： A為820C：正火溫度為88A940C。該封頭經(jīng)熱沖壓加匸成形,始壓溫J芟為980C, 終壓溫度為85(TC,冷卻方式為空冷。由于該封頭熱成形過程中，終壓溫度控制在 材料的A ( 820TC)以上，因此該正火板封頭熱成 形Z后不

8、需要巫新進(jìn)行正火處理，自接使用。實(shí) 際上，封頭在熱沖斥加匸成形過程中進(jìn)行了一次 類似正火過程的熱處理，封頭板材的原始供貨狀 態(tài)并末破壞或改變。如果該封頭熱加工過程中終壓溫度為79(JC, 則因封頭終斥溫度低于材料的A ( 82ffC),該封 頭熱成形之后需要匝新進(jìn)行正火熱處理，以恢復(fù) 封頭板材的原始供貨狀態(tài)。例2有 臺壓力容器，設(shè)計要求采用板厚為 l6nM¥j 20R交貨狀態(tài)為正火狀態(tài)的材料作為封 頭坯料。該材料的臨界點(diǎn)溫度A為86SC： A為 83ffC；正火溫度為90卜940C。該封頭經(jīng)熱沖壓加匚成形,始壓溫度為97(JC, 終壓溫度為860C,冷卻方式為空冷。1 4 一化工裝備

9、技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展由于該封頭熱成形過程中，終壓溫度控制在 材料的A ( 83(TC)以上，該封頭熱沖壓成形Z后 不需耍電新進(jìn)行止火處理而H接使用。如果該封頭的終壓溫度低于材料的A，即 83CTC,則該時頭熱沖壓成形之后需要重新進(jìn)行正 火熱處理，以恢復(fù)対頭板材的原始供貨狀態(tài)。例3有一臺斥力容器，設(shè)計要求采用板厚為 16mnW 15CrMoR交貨狀態(tài)為正火加I叫火的材 料做為封頭坯料。該材料的臨界點(diǎn)溫度A為89SQ A為810TC；正火溫度為91Z95(TC：回火溫度 為 654 720C。該封頭經(jīng)熱沖壓加匸成形，始壓溫度為950C, 終壓溫度為850TC,冷卻方式為空冷。由于該封頭熱成形過程中，終壓

10、溫度控制在 材料的A ( 8WC)以上，熱加匸Z后，不需要重 新進(jìn)行正火熱處理，而僅做【叫火熱處理即可。如果該封頭熱沖壓成形過程中，終壓溫度低 于810C,則該封頭熱成形Z后需要巫新進(jìn)行止火 加冋火熱處理，以恢復(fù)封頭板材的原始供貨狀態(tài)。5常用鋼材臨界點(diǎn)溫度表1列出了常用鋼材的臨界點(diǎn)溫度,以供參6結(jié)語從以上分析可以看出：61對于交貨狀態(tài)有疋火熱處理的碳鋼和低合 金鋼板，熱加丁過程中，熱成形的加熱溫度應(yīng)控 制在等于或略高于正火溫度范圍。如果加熱溫度 過臥 如達(dá)到11O0C以上，則雖然提髙了生產(chǎn)效 率，但因超過上限溫度或超時保溫，造成鋼材過 熱，產(chǎn)生晶粒粗化，對英力學(xué)性能將產(chǎn)生不良影 響(強(qiáng)度降低，

11、塑性、韌性變差)。肉此，熱成形的終止溫度應(yīng)控制在 以上, 而不應(yīng)是鋼的正火溫度以上。如果熱成形終止溫 度控制在鋼的正火溫度以上，那么封頭熱成形的 加熱溫度和始壓溫度就會過高，稍冇不為，就會 造成鋼材過熱，而帶來不良彫響。如20R正火溫度在92CTC左右，如果20RH 頭在熱成形時終壓溫度控制在正火溫度以上，達(dá) 到980C,那么熱成形的加熱溫度將會達(dá)到lioac 以上，有可能因加熱溫度過島，造成鋼材過熱。目前壓力容器用的正火鋼板,封頭熱加工成 形時，只要始壓加熱溫度控制在正火溫度范圉內(nèi) 或略高而終壓溫度等于或高于“ere,則封頭熱下轉(zhuǎn)第19頁化工裝備技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展下轉(zhuǎn)第19頁化工裝備技術(shù)應(yīng)用與發(fā)

12、展考。表1常用鋼材臨界點(diǎn)溫度一覽表丿E鋼號臨界點(diǎn)CC)正火溫度(C)回火溫度(C)冷卻方式120R865830760700900- 940空冷220g865830760700900- 940空冷31 6MnR850820750700880- 940空冷415C rMoR895810770910- 950650- 72051 5MnVR840810740690880- 930空冷614Cr1MoR870780760680930- 980650- 710712CrMo880790720695920- 930650- 720812Cr2Mo88079077069098(1 1020680- 7309

13、12C rMoV945820960- 980740- 760下轉(zhuǎn)第19頁化工裝備技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展參考文獻(xiàn)：1 美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API RP 5202 類國壓縮氣體協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)CGA S-L 1 20033 GB150-1998 鋼制壓力容器Dl JB4732-1995鋼制樂力容器析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)5斥力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程1999版Discussion on Safety Discharge Calculation Method of Seamless Steel Pressure VesselVnglbng-xia 6hij iazhuang fNICGas Equipirnt Co Ltd, Shij

14、iazhuang 050061)QienQi-feng (lebei Supervision &I nspection Institute of K)i ler&Pressure Vessel, Shijiazhuang 05006 DAbstract:As for the large seamless steel pressure vessel, how to install the safety relief device and to calcu late the safety discharge, it usually based on the special meth

15、od and formula required in GB150-199& JB4732- 1995 and Safety Technology Supervision Regulation of Pressure Vessel. However, when the vessel is in fire environment, the calculation method of safety discharge isn; "t definite So this article describes and discusses the project in more detail

16、sKey words: large seamless steel pressure vessel fire environment, safety discharge, calculation method, discussion1 9-化工裝備技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展上接第15頁1 9-化工裝備技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展加丁過程可視為正火過程，不需要乖新正火處理, 也不需帶母材熱處理試板。6 2對于不同牌號的碳鋼和低合金鋼,其臨界 點(diǎn)溫度、和等是不相同的；而對于同牌號 的碳鋼和低介金鋼，由于相應(yīng)材料標(biāo)準(zhǔn)觀定的化 學(xué)成分是在定范圍之內(nèi)，因而在化學(xué)成分上冇 所不同，存在差異，由此產(chǎn)生，、和等臨 界點(diǎn)溫度也有所不同,這

17、應(yīng)引起采用熱沖壓成形 的封頭制造企業(yè)的幣:視。盡管同牌號鋼材因化學(xué)成分不盡相同，以致 鋼材臨界點(diǎn)溫度（、 和 等冇所不同，但 根井育關(guān)資料和長期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)枳累，筆者認(rèn)為，同 牌號鋼材的臨界點(diǎn)溫度（、 和 等）柑差不 大，也就在15C范圍之內(nèi).G 3木文提供的壓力容器鋼材的臨界點(diǎn)溫廢:定 根井有關(guān)資料和長期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)枳累，由于引用資 料來源不-，數(shù)據(jù)將不盡一致，因而只能作為參 考，而不能作為標(biāo)準(zhǔn)使用。1 9-化工裝備技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展1 9-化工裝備技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展Selection on Heat TYeatment Test Plate of Parent Material and Repeating

18、 Heat Treatmentfor Heating Forging Head Used Steel Pressure VesselVVhng Chang-minX Beij ing J inghai Heat Exchange Equipirnt fanufacture Cq , Ltd )Xin2iong-ren Ziulfar-ying Xin2iong-zhi CiiiiaQieiiicaI Industry Equiprent AssociationBeij ing 100010Abstract:Head used steel pressure vessel is required with parent test plant and repeating heat treatment after heating forging up to