[发明专利]具有良好低温冲击韧性的临氢设备用厚钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有良好低温冲击韧性的临氢设备用厚钢板及其制造方法，特别涉及1.25Cr0.5Mo合金体系并能够满足临氢设备用的14Cr1MoR厚钢板(50～110mm)及其制造方法。

背景技术

在石油化工行业，14Cr1MoR钢板经常用于制造煤气化装置、油品合成装置等设备，这些设备的服役条件通常是高温、高压及临氢。在如此恶劣的工作环境下，对用于制造设备的14Cr1MoR钢板的性能要求很高。而且随着我国能源需求增加，石化反应器装备向自动化、大型化的方向发展，导致反应器壁厚越来越大，使得特厚14Cr1MoR钢板的需求越来越大。由于在设备制造过程中，需要对钢板进行中间消应力处理和最终消应力处理等热处理过程，而这些热处理过程往往会降低钢板的力学性能，尤其会极大损害钢板的低温冲击韧性，提高其韧脆转变温度，对临氢设备的正常使用带来一定的安全隐患。因此用户对临氢设备用钢板进行模拟焊后热处理后的低温冲击性能有较高要求。

目前，对临氢设备用14Cr1MoR交货态钢板及模拟焊后热处理态(温度690℃，保温时间5～24小时)钢板基本要求为：J系数和X系数满足J＝(Si+Mn)×(P+Sn)×10⁴≤150(式中元素以百分数含量代入，如0.15％应以0.15代入)，X＝(10P+5Sb+4Sn+As)/100≤15(式中元素以ppm代入)；强度满足：屈服强度310～517MPa，抗拉强度：515～690MPa；0～-15℃低温夏比冲击功(V型缺口)：3个试样平均值≥54.2J，允许一个试样单值≥47.5J。

在1.25Cr0.5Mo系低合金钢中，J系数和X系数主要取决于钢中或焊接材料熔敷金属中的P、Sb、Sn、As含量的多少，其中X系数一般用来考察焊缝金属回火脆化敏感性，但由于焊缝金属有一部分来自熔化的钢板母材，所以用户有时也用X系数来衡量钢板的回火脆性，而将其列为钢板合格的技术条件之一。其它性能除与化学成分有关外，还与制造过程的工艺制度有关，尤其是强度、低温韧性，而强度和低温韧性最终决定于成品厚钢板的显微组织状态。但是，Cr-Mo钢在生产时，往往由于没有合适设备和工艺方法，得不到所希望的显微组织，无法满足临氢设备使用条件的要求。

通常，14Cr1MoR钢板是通过正火+回火工艺生产，其交货态组织类型为铁素体和珠光体，可以保证钢板具有较高的强度，同时具有一定的低温冲击韧性。但是随着用户需求钢板厚度不断的增加，钢板的冷却速率尤其是板厚二分之一的冷却速率降低，使得利用正火+回火工艺生产的特厚14Cr1MoR钢板的组织，出现较多粗大的先共析铁素体组织，使钢板强度下降，同时钢板低温冲击韧性恶化。尤其是在模拟焊后热处理以后钢板低温韧性下降较大，不能满足用户的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好低温冲击韧性的临氢设备用厚钢板及其制造方法，钢板交货态及模拟焊后热处理态(温度690℃，保温时间5～24小时)性能为：J系数和X系数满足：J＝(Si+Mn)×(P+Sn)×10⁴≤100，X＝(10P+5Sb+4Sn+As)/100≤10；强度满足：屈服强度310～517MPa，抗拉强度：515～690MPa；0～-15℃低温夏比冲击功(V型缺口)：3个试样平均值＞54.2J，允许一个试样单值＞47.5J。其性能完全满足临氢设备制造要求。

本发明的技术方案是：

以1.25Cr0.5Mo系Cr-Mo钢为基础，添加适量的Al、Ni、Cu，控制Sn、As、Sb、P、S等有害元素，同时控制钢中的夹杂物，以细化晶粒。利用压力淬火机设备，通过正火后加速冷却+回火工艺，保证成品钢板显微组织90％以上为回火贝氏体，从而获得优异的力学性能和优良的低温冲击性能，尤其能保证经历690℃高温，保温24小时最大模拟焊后热处理过程，钢板仍具有非常好的强韧性配合，低温冲击性能优良。利用本发明所生产的(50～110mm)14Cr1MoR厚钢板满足临氢设备制造要求。