[发明专利]一种压力容器拼焊式超大型管板锻件的热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及石化装置压力容器超大型管板热处理工艺，尤其涉及一种压力容器拼焊式超大型管板热处理工艺，属于大锻件热处理工艺技术领域。

背景技术

压力容器是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。反应器、换热器、分离器和贮运器等均属压力容器。压力容器在工艺中有着极其广泛的应用，各种规格的压力容器广泛应用于石油、天然气、石油化工和化工等。

目前许多高温、高压、氢腐蚀、超高压关键设备如核压力壳、大型加氢反应器、EO/EG装置反应器等压力容器，都采用锻焊式。如大型乙烯反应器采用超大型固定管板式厚壁换热器，管板是在反应器内，用于支撑壳体和管子的零件。

超大型管板的制造特点为成本高、性能要求高、生产难度大。需要通过合理的热处理工艺提高管板锻件的各项性能指标,满足用户使用要求。传统的管板锻件制造中，大型管板通常采用整体式制造，易造成晶粒粗大和夹杂性裂纹等缺陷，导致废品率较高，容易造成巨大经济损失。如何提高大型管板的内部质量，提高产品合格率，一直是影响大型压力容器国产化的难题之一。

热处理是将金属工件加热到一定的温度，并在该温度下保温一定时间后，放入油或水中以不同速度冷却，通过改变金属材料表明或内部组织来控制其性能的一种工艺。

管板锻件传统热处理工艺不足之处表现为：

（1）大型管板通常采用整体锻造，易造成晶粒粗大和夹杂性裂纹等缺陷，导致废品率较高。

（2）锻后热处理工艺，大多采用正火+回火，在100倍下观察金相组织仍与正火的相似，为块状铁素体和珠光体，只是高倍下观察,珠光体已大部分球化。对细化晶粒不够充分。对于较厚的管板锻件，由于冶炼条件、偏析严重，内部晶粒相对粗大，则需增加一次正火和一次过冷，使基体组织更加细化和均匀，为后续热处理及机械加工做好组织准备。

（3）性能热处理时冷却不充分。传统工艺淬火通常冷却至150℃，即达到马氏体相变点（220℃）以下就开始进行后续的回火处理，造成冷却不够充分。采用回火温度为600～630℃，低于640℃回火，容易造成硬度高且不均匀，脆性高，冲击值低，韧性差。难以获得良好的综合性能指标。

大型锻件往往存在晶粒粗大且不均匀、较多的气体和夹杂物、较大的锻造应力等，需制定合理的热处理工艺参数以修复缺陷。20MnMoNb低合金高强度钢锻件锻造后，如果热处理工艺不当，不能很好地改善材料的机械性能，组织晶粒粗大，容易造成后续焊接过程中形成应力集中现象。

发明内容

本发明涉及一种压力容器拼焊式超大型管板锻件的热处理工艺，热处理包括两个阶段，锻后热处理和性能热处理，满足超大型管板良好综合力学性能要求。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

（1）管板分块：

将超大型管板分为三块，即圆弧形块Ⅰ、矩形块和圆弧形块Ⅱ，圆弧形块Ⅰ、矩形块和圆弧形块Ⅱ分别进行锻造成型；

分块锻件的所述制造流程为：电炉冶炼→精炼→真空浇注→锻造→锻后热处理→粗加工→性能热处理→半精加工。

（2）锻后热处理：

大型锻件由于结晶缓慢、偏析严重，再结晶晶粒粗大而且不均匀，内外温度差，所以容易造成奥氏体晶粒粗大、不均匀。多次正火是细化及均匀化大锻件晶粒的有效方法。

分块锻件的所述锻后热处理，采用正火+正火+高温回火工艺流程，与传统的1次正火+回火工艺相比，其优点是进一步细化晶粒，最大程度地提高晶粒度。细化晶粒度不仅可以减少夹杂性裂纹的产生，并为后序的热处理准备良好的组织条件，有利于提高锻件的机械性能。

分块锻件的锻后热处理具体步骤为：

①第一次正火

第一次正火前，锻件温度在600～650℃，保温7小时，然后进行升温开始第一次正火；第一次正火升温至930±20℃，保温6小时；吊下台车空冷至400～450℃。第一次正火目的是消除锻造过程中形成的应力，改善显微组织。

第一次正火，奥氏体化的温度较高，为Ac3+(50～100℃)，以割断锻件组织中粗大晶粒与新生晶粒之间的联系，但这时所得奥氏体晶粒仍较粗大，需进行二次正火进一步细化晶粒。20MnMoNb为压力容器锻造用钢，Ac3温度为840～860℃,所以选择正火温度930±20℃。

②第二次正火