一种大尺寸压力容器封头的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种大尺寸压力容器封头的制备方法，包括如下步骤：S1：通过焊丝将多块Q690D钢板拼焊在一起，得到大尺寸拼焊封头。S2：对拼焊封头进行热压成型处理，得到热压成型封头。S3：将热压成型封头以≤100℃/h的升温速度从室温升到900

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸压力容器封头的制备方法


[0001]本专利技术属于封头加工
，具体涉及一种大尺寸压力容器封头的制备方法。

技术介绍

[0002]封头是压力容器主要承压元件，不同板厚、不同材质的封头有不同的制造工艺。按成型温度一般分为冷成型和热成型，按制造工艺一般分为旋压和模压两种。封头的最终的验收标准包括：尺寸精度、形位公差和最终封头母材的性能。
[0003]厚度≤20mm的薄板封头一般采用冷成型工艺，冷成型后封头的硬度、强度增大，塑性韧性降低，出现加工硬化现象，材料内部存在一部分内应力，其成型后的尺寸精度相对于热成型要差，但冷成型对于调质钢力学性能影响不大，成型后封头的力学性能仍然能满足相关标准的要求。
[0004]随着超高压设备的不断大型化，超高压设备用封头的壁厚、尺寸也不断增大，原材料强度级别也大幅提高，因此变形抗力更大，故大尺寸超厚板高强度封头的成型方式一般为热成型。热成型是在A
C3
以上30
‑
50℃的奥氏体温度区间成型，对压制设备压制能力要求低，相较于冷成型其工艺减薄量较小，精度更高，能较好的满足尺寸要求。当封头的展开长直径大于3000mm时，一般需要进行拼焊。拼焊整体成型的精度远高于分片成型后再焊接为封头的精度，故一般采用下料
‑
坡口加工
‑
拼焊
‑
热压成型
‑
调质
‑
整体加工的工艺。然而，大尺寸高强度超厚板封头的制备还存在如下问题：
[0005]一方面，大尺寸封头焊接的填充量大，焊缝及周边组织有较大的残余内应力，导致焊接、热压、调质工序产生缺陷的风险较大。另一方面，焊接过程会导致焊缝接头热影响区软化使强度降低，后续热加工工艺过程会导致焊缝接头强度进一步降低，不能满足设计要求的力学性能。
[0006]因此，需开发新的工艺以制备出满足性能需要的封头，符合高端容器制造的发展趋势。

技术实现思路

[0007](一)要解决的技术问题
[0008]为了解决现有技术中存在的大尺寸封头的力学性能无法达到标准要求的问题，本专利技术提供一种大尺寸压力容器封头的制备方法。
[0009](二)技术方案
[0010]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0011]一种大尺寸压力容器封头的制备方法，包括如下步骤：
[0012]S1、拼焊：通过焊丝将多块钢板拼焊在一起，得到直径≥3000mm的拼焊封头；所述钢板为Q690D钢板，所述钢板的厚度≥80mm；
[0013]S2、热压成型：对拼焊封头进行热压成型处理，得到热压成型封头；
[0014]S3、淬火：将热压成型封头以≤100℃/h的升温速度从室温升到900
‑
920℃，保温时
间1.5
‑
2.5min/mm，然后冷却至室温，得到淬火封头；
[0015]S4、回火：将淬火封头以≤100℃/h的升温速度从室温升到600
‑
630℃，保温130
‑
170min，然后在空气中冷却到室温，得到封头。
[0016]现有技术中，经过拼焊以及热压成型后大尺寸封头的制备工艺即完成，并未继续进行淬火以及回火处理。本专利技术在拼焊以及热压成型之后对封头进行淬火和回火处理，使得得到的大尺寸封头产品的性能满足标准要求。本专利技术中拼焊所使用的钢板为Q690D钢板，其厚度≥80mm，使用该厚度范围的钢板，能够得到大尺寸超厚封头。
[0017]热压成型后，热压成型封头的强度、硬度耐磨性提高，但脆性大，即冲击性能差，组织不稳定且内应力较大。淬火后，钢板中的组织为板条状马氏体。回火后体内组织为马氏体+回火索氏体组织，回火索氏体即细粒状的渗碳体弥散分布在铁素体中，使得钢板的韧性得到了改善，内部组织的转变导致性能提高。
[0018]钢厂对钢板进行淬火以及回火是为了满足Q690钢板的力学性能指标。本专利技术中的淬火回火工序是为了恢复热压成型后母材和焊缝的力学性能。热压成型过程是加热到相变温度以后进行热压加工，空气中冷却，冷速慢，得到珠光体组织。热压后淬火时重新加热到相变点以上再循环水加速冷却，高温回火得到马氏体+回火索氏体组织，因此本专利技术中淬火以及回火使得封头具有更好的综合力学性能。
[0019]如上所述的制备方法，优选地，步骤S1中，所述Q690D钢板的化学成分按质量百分比计包括：C：0.14
‑
0.17％，Si：0.20
‑
0.28％，P：0.007
‑
0.009％，S：0.0020
‑
0.0030％，Cu：0.04
‑
0.06％，Nb：0.02
‑
0.05％，Ti：0.01
‑
0.019％，V：0.024
‑
0.030％，Mn：1.08
‑
1.20％，Cr：1.04
‑
1.23％，Ni：1.09
‑
1.20％，Mo：0.42
‑
0.50％；
[0020]其余为Fe及不可避免的杂质元素。
[0021]本专利技术通过对Q690D钢板的化学成分的母材成分进行调整，尤其是Cr、Ni、Mn、Mo元素含量的调整，提高了Q690D钢板的淬透性。上述Q690D钢板的内部组织主要为马氏体，Q690D钢板中各元素组分在本专利技术中的作用为：
[0022]Cr：Cr元素能够显著提高钢板的强度、耐磨性，并且使钢板具有良好的耐疲劳性和淬透性(淬火时厚板也能完全变成马氏体)。Cr元素含量若低于1.04％，钢板的强度、耐磨性、耐疲劳性以及淬透性则无法得到保证，若高于1.23％，则会增加成本，因此，本专利技术中，Cr元素含量优选为1.04
‑
1.23％。
[0023]Mo：Mo元素能降低钢板中马氏体的转变温度，细化马氏体组织，即使在不高的冷速下也能够转变为较细的马氏体。
[0024]Ni：Ni元素能够提高钢板的淬透性，阻止高温时晶粒的增长，使得钢板在高温时仍能够保持细晶粒组织，提高韧性。
[0025]Mn：Mn元素与Cr元素以及Ni元素复合添加，能够增加钢板的淬透性，使马氏体转变在更低温度发生，获得具有比上马氏体组织更高的强度及更低的韧脆转变温度的下马氏体组织。
[0026]如上所述的制备方法，优选地，步骤S1中，所述焊丝的化学成分按质量百分比计包括：C：0.06
‑
0.07％；Mn：1.62
‑
1.64％；Si：0.35
‑
0.4％；S：0.003
‑
0.005％；P：0.01
‑
0.013％；Cr：0.35
‑
0.39％；Ni：2.7
‑
3.0％；Mo：0.5
‑
0.6％；Cu：0.04
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸压力容器封头的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、拼焊：通过焊丝将多块钢板拼焊在一起，得到直径≥3000mm的拼焊封头；所述钢板为Q690D钢板，所述钢板的厚度≥80mm；S2、热压成型：对拼焊封头进行热压成型处理，得到热压成型封头；S3、淬火：将热压成型封头以≤100℃/h的升温速度从室温升到900
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920℃，保温时间1.5
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2.5min/mm，然后冷却至室温，得到淬火封头；S4、回火：将淬火封头以≤100℃/h的升温速度从室温升到600
‑
630℃，保温130
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170min，然后在空气中冷却到室温，得到封头。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述Q690D钢板的化学成分按质量百分比计包括：C：0.14
‑
0.17％，Si：0.20
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0.28％，P：0.007
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0.009％，S：0.0020
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0.0030％，Cu：0.04
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0.06％，Nb：0.02
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0.05％，Ti：0.01
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0.019％，V：0.024
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0.030％，Mn：1.08
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1.20％，Cr：1.04
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1.23％，Ni：1.09
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1.20％，Mo：0.42
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0.50％；其余为Fe及不可避免的杂质元素。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述焊丝的化学成分按质量百分比计包括：C：0.06
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0.07％；Mn：1.62
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1.64％；Si：0.35
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0.4％；S：0.003
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0.005％；P：0.01
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0.013％；Cr：0.35
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0.39％；Ni：2.7
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3.0％；Mo：0.5
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0.6％；Cu：0.04
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李放，高继民，李崇，陈诚，程元义，代志豪，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：