大型加氢反应器超厚锻件全厚度组织-应力-性能均匀性调控方法技术

本发明专利技术公开了一种大型加氢反应器超厚锻件全厚度组织

【技术实现步骤摘要】
大型加氢反应器超厚锻件全厚度组织
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应力
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性能均匀性调控方法


[0001]本专利技术涉及加氢反应器制备
，具体涉及一种大型加氢反应器超厚锻件全厚度组织
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应力
‑
性能均匀性调控方法。

技术介绍

[0002]加氢反应器是石化加氢装置的核心设备，是石化生产中最重要的容器，其工作条件苛刻，常工作于高温高压环境且接触介质为油气、氢气、硫化氢等腐蚀性介质，因此，对其服役安全性要求极高。而且随着千万吨炼油、百万吨乙烯的发展，加氢反应器也随之向超壁厚、超直径方向发展，导致加氢反应器壁厚超厚，无法板焊，只能采用热锻制造(再结晶温度以上，冷变形强化和再结晶过程同时存在)，热锻过程中组织破坏严重，晶粒粗大，同时超厚筒体锻压塑性变形剧烈，产生较大热应力、后续使用时易开裂，必须要对锻件进行热处理以改善其组织及性能。目前，工程中常用的热处理方法为正火、回火、粗加工后正火、回火等多道热处理工序，如中国专利CN105385814A中所公开的热处理工艺。但目前的热处理方法难以实现全壁厚组织性能的同步恢复，且残余应力较大，导致沿壁厚方向性能均匀性较差。因此，亟需针对大型加氢反应器超厚锻件进行全厚度的组织
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应力
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性能同步调控，保证加氢反应器本质安全。为解决上述问题，本专利技术提出了大型加氢反应器超厚锻件全厚度组织
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应力
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性能调控方法，打破传统工艺无法调控芯部组织和应力的限制，实现全厚度方向组织、性能、应力同步调控。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供大型加氢反应器超厚锻件全厚度组织
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应力
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性能均匀性调控方法，打破传统工艺无法调控芯部组织和应力的限制，实现全厚度方向组织、性能、应力同步调控。
[0004]本专利技术为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
[0005]本专利技术提供一种大型加氢反应器超厚锻件全厚度组织
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应力
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性能均匀性调控方法，包括如下步骤：
[0006](1)将钢锭快速升温至300℃～350℃，然后以不大于56℃/h的升温速度升温至650～700℃，保温4～6h；然后将钢锭分段升温至1180
±
10℃，并保温2～4h；
[0007]上述步骤目的是保证锻造过程中的温度均匀，降低晶粒破坏，减少因温度不均而产生的组织
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应力
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性能不均；
[0008](2)在步骤(1)的钢锭锻造温度范围内，对钢锭进行锻造成型，控制锻造终了温度不小于850℃；
[0009](3)在步骤(2)锻造完成后，将锻件转移至热处理炉内缓慢冷却，锻件入炉温度在850℃以上，然后以20～30℃/h的冷却速度降温至700
±
10℃，并保温15～20h；
[0010]上述步骤(3)中控制冷却速度为20～30℃/h，可减少降温过程产生的热应力；然后
在700℃左右进行保温处理，可以改善锻件组织，细化晶粒，晶粒度达到6级及以上，同时消除部分锻造成型过程中的残余应力，降低硬度，残余应力可降至200～260Mpa。
[0011](4)在步骤(3)的基础上，以逐步升温的方式升温至1040～1080℃，并保持一定时间t1；
[0012]上述步骤(4)的作用是实现锻件晶粒进一步细化；
[0013](5)以逐步降温方式降温至660～720℃，并保持一定时间t2；然后逐步降温至350～400℃，随后自然冷却至室温，进行粗加工；
[0014]上述步骤(5)的作用是实现锻件消氢处理，并同时降低残余应力，恢复锻件的韧塑性；
[0015](6)粗加工完成后，快速升温至400℃，然后以逐步升温的方式升温至920～950℃，并保持一定时间t3；然后将锻件转移至淬火池，以不小于5℃/h的冷却速度对锻件进行淬火，淬火后冷却至200～250℃；
[0016]上述步骤为淬火处理，为保证淬火冷却速度，需加大淬火池的水循环量，并将锻件放置于底部有旋转平台的淬火池中，使用螺旋桨旋转锻件及采用旋转注水方式实现锻件的快速冷却，而且通过旋转注水的方式还可以破除锻件在淬火过程中的表面气化膜，确保锻件冷却速度达到5℃/min以上，最终保证锻件沿全厚度方向形成下贝氏体组织，改善锻件组织；
[0017](7)将淬火处理的锻件转移至热处理炉，缓慢冷却至150
±
10℃，并保持3～6h；然后逐步升温至660～720℃，并保持一定时间t4；最后以20～30℃/h的冷却速度降温至300℃以下，出炉空冷；
[0018]上述步骤(7)的作用是进一步消除锻件残余应力，残余应力降至100MPa以下，恢复锻件的韧塑性；
[0019]在上述步骤(4)
‑
(7)中，所述t1＝(0.01δ+4)h，t2＝(0.04δ+2)h，t3＝(0.02δ+3)h，t4＝(0.02δ+10)h，δ为锻件壁厚，壁厚单位为mm。
[0020]进一步地，所述步骤(1)中分段升温方式为：将钢锭以小于45℃/h的升温速度升温至800
±
20℃，保温1～2h；待温度稳定后，将钢锭以相同的升温速度升温至900
±
20℃，保温1～2h；然后再以相同的升温速度升温至1000
±
20℃，保温1～2h；最后以相同的升温速度升温至1180
±
10℃，保温2～4h。
[0021]在上述技术方案中，通过在锻造前对钢锭进行逐步升温，可以减少钢锭芯部和表面温差，保证在锻造过程中锻件可以在全厚度方向上保持组织、应力及性能的均一性。
[0022]进一步地，所述步骤(2)中在锻造过程中控制锻件温度不小于850℃，若温度低于850℃，需返炉升温至1180
±
10℃，并保温1～2h。
[0023]在上述技术方案中，控制锻件温度不小于850℃，可便于锻造成型，减少热锻过程中组织破坏；当温度低于850℃时，需返炉升温至1180
±
10℃，并保温1～2h，可降低锻造过程中由于变形和锻压产生的残余应力，然后重复锻造过程。
[0024]进一步地，所述步骤(4)、(6)、(7)中逐步升温方式为：将锻件以不大于35℃/h的升温速度逐步升温n次使温度升至拟定升温目标温度，每次升温ΔT
i
℃，并每次升温后保持一定时间t
i
；
[0025]其中，ΔT
i
根据锻件壁厚δ确定：当δ<200mm时，ΔT
i
＝130℃；当200mm≤δ＜300mm
时，ΔT
i
＝100℃；当300mm≤δ＜400mm时，ΔT
i
＝80℃；
[0026]逐步升温次数n的计算方式为：n向上取整数；其中，T为拟定升温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大型加氢反应器超厚锻件全厚度组织
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应力
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性能均匀性调控方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将钢锭快速升温至300℃～350℃，然后以不大于56℃/h的升温速度升温至650～700℃，保温4～6h；然后将钢锭分段升温至1180
±
10℃，并保温2～4h；(2)在步骤(1)的钢锭锻造温度范围内，对钢锭进行锻造成型，控制锻造终了温度不小于850℃；(3)在步骤(2)锻造完成后，将锻件转移至热处理炉，锻件以20～30℃/h的冷却速度降温至700
±
10℃，并保温15～20h，使锻件晶粒度达到6级及以上，残余应力降至200～260MPa；(4)在步骤(3)的基础上，以逐步升温的方式升温至1040～1080℃，并保持一定时间t1；(5)以逐步降温方式降温至660～720℃，并保持一定时间t2；然后逐步降温至350～400℃，随后自然冷却至室温，进行粗加工；(6)粗加工完成后，快速升温至400℃，然后以逐步升温的方式升温至920～950℃，并保持一定时间t3；然后将锻件转移至淬火池，以不小于5℃/h的冷却速度对锻件进行淬火，淬火后冷却至200～250℃，使锻件全厚度方向组织成分均为下贝氏体；(7)将淬火处理的锻件转移至热处理炉，缓慢冷却至150
±
10℃，并保持3～6h；然后逐步升温至660～720℃，并保持一定时间t4；最后以20～30℃/h的冷却速度降温至300℃以下，出炉空冷，使锻件全厚度方向残余应力降至100MPa以下。所述t1＝(0.01δ+4)h，t2＝(0.04δ+2)h，t3＝(0.02δ+3)h，t4＝(0.02δ+10)h，δ为锻件壁厚，壁厚单位为mm。2.根据权利要求1所述的大型加氢反应器超厚锻件全厚度组织
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应力
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性能均匀性调控方法，其特征在于，所述步骤(1)中分段升温方式为：将钢锭以小于45℃/h的升温速度升温至800
±
20℃，保温1～2h；待温度稳定后，将钢锭以相同的升温速度升温至900
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20℃，保温1～2h；然后再以相同的升温速度升温至1000
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20℃，保温1～2h；最后以相同的升温速度升温至1180
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10℃，保温2～4h。3.根据权利要求1所述的大型加氢反应器超厚锻件全厚度组织
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应力
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性能均匀性调控方法，其特征在于，所述步骤(2)中在锻造过程中控制锻件温度不小于8...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文春，谷文斌，王金光，李志杰，杨靖，张凯，王迎君，涂善东，袁继军，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：