摘要：對(duì)螺紋鎖緊環(huán)換熱器管箱筒體厚壁筒形鍛件夏比沖擊試驗(yàn)不合格進(jìn)行了分析,并提出整改 措施,體現(xiàn)了厚壁筒形鍛件熱處理工藝的重要性。

    　關(guān)鍵詞：換熱器;鍛件;熱處理;冷卻速度;性能;檢驗(yàn)

    　中圖分類號(hào)：TE 966; TG 15　文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B

    　2005年,我公司為中國(guó)石油天然氣股份有限公司制造了1臺(tái)螺紋鎖緊環(huán)換熱器,型號(hào)為DFU 900 350-18·48/19-6·7/19-2I,其管程設(shè)計(jì)壓力為 18.48 MPa,殼程設(shè)計(jì)壓力19.0 MPa;管程設(shè)計(jì)溫 度435℃,殼程設(shè)計(jì)溫度410℃;管程介質(zhì)為降凝反 應(yīng)產(chǎn)物,殼程介質(zhì)為混氫油,三類容器。設(shè)備主體材 質(zhì)為2.25Cr-1Mo,凈質(zhì)量85.4 t。其中管箱筒體材 料為2.25Cr-1Mo鍛件,熱處理狀態(tài)為正火+回火 (其金相組織基本上為貝氏體),規(guī)格(直徑×壁厚× 長(zhǎng)度)為Φ1 340 mm(外徑)/Φ900 mm(內(nèi)徑)× 220 mm×2 560 mm。

    　管箱筒體鍛件由意大利進(jìn)口(包括鍛后熱處 理),鍛件質(zhì)量保證書中化學(xué)成分及力學(xué)性能均符合圖樣要求。根據(jù)《壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》第25條 規(guī)定[1],鍛件回廠取樣復(fù)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)室溫拉伸性能及 -30℃夏比沖擊試驗(yàn)指標(biāo)不符合圖樣要求。隨后 又對(duì)試樣進(jìn)行了金相檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)該鍛件金相組織不 是貝氏體,而是含有大量鐵素體(其原因是鍛件正火 后冷卻速度不夠,沒(méi)有獲得所需的貝氏體組織)。意 大利供貨方認(rèn)可了此次的分析,并委托第三方(沈陽(yáng) 重型機(jī)械廠)根據(jù)我公司提供的熱處理工藝對(duì)該鍛 件重新進(jìn)行熱處理。文中對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹,以供 同行借鑒。

    　1　管箱短節(jié)有關(guān)技術(shù)要求

    　設(shè)計(jì)圖樣中,對(duì)螺紋鎖緊環(huán)換熱器管箱短節(jié)所提出的化學(xué)成分要求見表1,力學(xué)性能見表2。鍛件供貨熱處理狀態(tài)要求:鍛件熱處理狀態(tài)為正火+回火(金相組織基本上為貝氏體組織),最大焊后熱處理狀態(tài)為(690±14)℃×26+20h、最小焊后熱處理狀 態(tài)為(690±14)℃×6+20h。試樣環(huán)模擬最大、最小焊后熱處理,取樣部位見圖1。


                      

    　2　管箱短節(jié)進(jìn)廠復(fù)驗(yàn)結(jié)果

   　 按相關(guān)技術(shù)要求該鍛件進(jìn)廠要求復(fù)驗(yàn)。按照?qǐng)D1的要求在管箱筒體鍛件上取樣坯A、樣坯B共2個(gè) 試樣環(huán),并在這2個(gè)試樣環(huán)上分別取1個(gè)拉力試樣、 3個(gè)沖擊試樣,模擬鍛件最大、最小焊后熱處理狀 態(tài),其結(jié)果見表3。



    從表3中可知,復(fù)驗(yàn)結(jié)果表明鍛件室溫拉伸性 能偏低、-30℃沖擊性能不合格。

   　 3　管箱短節(jié)不合格原因分析[1~5]

    　(1)取樣位置　沿筒體壁厚方向不同位置取樣,其性能會(huì)有所不同�？拷�筒體外壁熱處理時(shí)冷卻速 度快,拉伸和沖擊性能較高。因此,第2次又在筒體 1/2壁厚處取試樣環(huán),試樣環(huán)按鍛件最大、最小焊后 熱處理工藝模擬焊后熱處理,經(jīng)檢驗(yàn)后室溫拉伸性 能、沖擊性能仍不合格。由此說(shuō)明,管箱筒體鍛件室 溫拉伸性能、-30℃沖擊性能不合格不是取樣位置 不同造成的。

    　(2)試樣尺寸及粗糙度　試樣加工尺寸和粗糙 度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求也會(huì)造成性能不符。因此,對(duì)試 樣尺寸和粗糙度,特別是沖擊試樣的V型缺口處均 進(jìn)行了檢驗(yàn),其結(jié)果也都符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。由 此說(shuō)明此試樣尺寸和粗糙度也不是造成鍛件不合格 的原因。

    　(3)熱處理工藝　熱處理工藝制定的不正確將 直接影響鍛件的組織和性能。熱處理工藝中正火溫 度必須考慮鍛件出爐后入水前的溫度下降,下降后 的溫度必須大于形成奧氏體組織的溫度(不小于 920℃),這是為了保證鍛件徹底奧氏體化。隨后進(jìn) 行的回火熱處理是為了獲得貝氏體組織。供貨廠家 提供的鍛件質(zhì)量保證書中的熱處理工藝如下,正火 (960±10)℃×6 h、回火700℃×12 h。從理論上講,此熱處理工藝制定的加熱溫度和保溫時(shí)間是正確的。

    　但對(duì)A、B試樣做金相檢驗(yàn)的結(jié)果顯示,有大塊狀的鐵素體組織產(chǎn)生(白色區(qū)域),只有少量貝氏體出現(xiàn)。而設(shè)計(jì)圖樣中要求金相組織中貝氏體占90%,說(shuō)明該鍛件正火后冷卻速度不夠,沒(méi)有得到所需要的組織,不能滿足力學(xué)性能要求。

    　正火后冷卻速度不夠原因分析如下。正火是將鋼加熱到奧氏體狀態(tài)保溫一段時(shí)間后然后空冷,但 奧氏體化溫度冷卻速度要受到鋼材的厚度限制。該鍛件壁厚為220 mm,正火后必須加速冷卻,采取加 速冷卻措施目的是獲得馬氏體組織,隨后回火處理得到貝氏體組織。奧氏體在各種不同的溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性是不同的,為了得到馬氏體組織,在奧氏體最不穩(wěn)定的區(qū)域,即C曲線的轉(zhuǎn)變處應(yīng)當(dāng)快速冷 卻,冷卻速度應(yīng)大于該臨界冷卻速度,使其不發(fā)生向珠光體類組織轉(zhuǎn)變。但冷卻速度過(guò)快,能引起較大的熱應(yīng)力易產(chǎn)生開裂,奧氏體冷卻速度小于5℃/h, 將有先共析鐵素體產(chǎn)生。因此,為防止產(chǎn)生先共析鐵素體組織,應(yīng)使奧氏體化后的冷卻速度大于 5℃/h。為獲得良好的材料性能,保證奧氏體化后的冷卻速度是十分關(guān)鍵的。

    　4　措施

　　采取措施為管箱筒體鍛件重新做正火加回火熱處理,正火工藝為(960±10)℃×6 h水冷、回火720℃×12h空冷。

    　正火冷卻時(shí)按下列要求執(zhí)行。

    　(1)在筒體一端焊接一個(gè)熱緩沖墊,緩沖墊厚度為筒體壁厚(圖2),然后按上述工藝重新進(jìn)行正火(水冷)加回火處理。

                     

   　 (2)冷卻水槽中的水應(yīng)有足夠的水循環(huán)量,冷卻 水溫應(yīng)控制在30~40℃。

    　(3)冷卻時(shí)帶有緩沖墊端筒體垂直于水面入水, 且筒體完全入水后在水中要不停的做上下移動(dòng),因 剛?cè)胨畷r(shí)在筒體表面產(chǎn)生很大的水蒸氣,這種蒸汽 膜隔離了筒體與水的接觸,會(huì)影響筒體的冷卻速度, 做上下不停的移動(dòng)目的是增加筒體表面水的流速, 增加冷卻速度。在冷卻過(guò)程中水溫要控制在30~ 40℃。

   　 (4)回火720℃×12 h空冷。隨后去除緩沖 墊,且在該筒體端面壁厚1/2處切取試樣環(huán),試樣環(huán) 按鍛件最大、最小模擬焊后熱處理工藝進(jìn)行模擬焊 后熱處理,結(jié)果見表4。從表4中可以看出,此次處 理后鍛件的力學(xué)性能完全符合技術(shù)要求。



    5　結(jié)語(yǔ)

　　2.25Cr-1Mo鋼正火后是否加速冷卻要根據(jù)工件壁厚而定,壁厚若較大必須采取加速冷卻,才能獲得所需的組織。重新經(jīng)過(guò)熱處理的高壓管箱鍛件對(duì)整個(gè)設(shè)備的安全提供了有力的保證。

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[5]　崔中圻.金屬學(xué)與熱處理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988. (許編) 

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