14Cr1MoR(H)鋼板性能的熱處理試驗(yàn)

邵家良

摘要：14Cr1MoR(H)是在14Cr1MoR基礎(chǔ)上加強(qiáng)抗氫性能，以滿足更苛刻的使用要求，本文結(jié)合我司對(duì)14Cr1MoR(H)鋼材的性能研究，對(duì)熱處理工藝影響鋼板性能的情況進(jìn)行試驗(yàn)與驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：14Cr1MoR(H)、壓力容器、熱處理、鋼板性能

14Cr1MoR（H）鋼屬于Cr-Mo低合金鋼，該鋼具有良好的韌性和塑性、較高的強(qiáng)度、抗回火脆化性能和優(yōu)良的焊接性能，該鋼能在與氫接觸、高溫、高壓等惡劣條件下使用，是普遍使用的熱強(qiáng)鋼和抗氫用鋼，被廣泛用于制造與氫相接觸的石油、化工等大型裝置及臨氫設(shè)備。

茲有一臺(tái)壓力容器產(chǎn)品：工作壓力6.75MPa最高/最低工作溫度290℃/260℃,操作介質(zhì)/特性為含氫氣體/易爆,主體材質(zhì)14Cr1MoR（H）,筒體厚度/封頭最小成形厚度40mm/40mm。

下面就本產(chǎn)品熱處理工藝對(duì)鋼板性能的影響進(jìn)行試驗(yàn)，為設(shè)備制造后能滿足技術(shù)要求提供保證。

1. 試板準(zhǔn)備

筒體下料厚度40mm，封頭考慮到成形過程中的減薄量，下料厚度44mm。鋼材供貨狀態(tài)為正火 + 回火。取筒體試板厚40mm，封頭試板厚44mm。

試板力學(xué)性能試驗(yàn)項(xiàng)目如下：

（1）室溫拉伸試驗(yàn)，在Max.PWHT及Min.PWHT狀態(tài)下各一件。

（2）高溫拉伸試驗(yàn)，Max.PWHT狀態(tài)下做一件。

（3）-20℃KV2 沖擊試驗(yàn)，在Max.PWHT及Min.PWHT狀態(tài)下各做一件。

（4）室溫彎曲試驗(yàn)。

2. 鋼板性能要求滿足下列條件：

室溫拉伸強(qiáng)度Rm為520～680MPa；室溫屈服強(qiáng)度RmL≥310MPa；室溫延伸率A≥20%；室溫?cái)嗝媸湛s率Z≥45%；-20℃KV2 沖擊功平均值≥47J；高溫（470℃）屈服強(qiáng)度Rp0.2＞187.4MPa；室溫彎曲試驗(yàn)，彎曲180°，無裂紋。

3.筒體試板熱處理工藝試驗(yàn)

3.1模擬最小程度焊后熱處理工藝

Min. PWHT是容器在制造過程中可能達(dá)到的最小程度的焊后熱處理。根據(jù)技術(shù)要求及我司熱處理經(jīng)驗(yàn)，確定工藝：690±14℃×4h，爐冷至300℃出爐空冷。

3.2模擬最大程度焊后熱處理工藝

Max. PWHT是容器在制造過程中可能達(dá)到的最大程度的焊后熱處理。根據(jù)技術(shù)要求及我司熱處理經(jīng)驗(yàn)，確定工藝：690±14℃×20h，爐冷至300℃出爐空冷。

模擬焊后熱處理后，對(duì)試板進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn),同時(shí)對(duì)試板在Min. PWHT狀態(tài)下進(jìn)行金相檢驗(yàn)及硬度試驗(yàn)。結(jié)果見表1.

由表1可知，試板力學(xué)性能良好，晶粒度9級(jí)，組織保持良好，硬度值不超202，從筒體材料制造過程中所經(jīng)歷熱處理狀態(tài)的角度分析，所執(zhí)行的熱處理工藝能保證筒體材料的綜合力學(xué)性能，故此熱處理工藝是有效、可行的。

4.封頭試板熱處理工藝試驗(yàn)

封頭采取熱壓成形，始?jí)簻囟?50 ℃，終壓溫度900℃，空冷。在封頭熱成型過程中，加熱溫度超過了鋼材的Ac3線，破壞了材料的力學(xué)性能，故需進(jìn)行正火+回火熱處理，以恢復(fù)力學(xué)性能。封頭成品經(jīng)歷的熱處理：熱壓+正火+回火。為保證封頭成形后的性能，對(duì)封頭試板進(jìn)行熱處理模擬試驗(yàn)。正火910±10℃×1.5h，風(fēng)冷?；鼗?20±10℃×2.5h，空冷。Min.PWHT 690±14℃×4h ，爐冷至300℃出爐空冷。Max.PWHT 690±14℃×20h，爐冷至300℃出爐空冷。

先950 ℃對(duì)試板模擬加熱，接著正火+回火，后分開做Min.PWHT和Max.PWHT，隨

表1 筒體、封頭試板模擬焊后熱處理試驗(yàn)結(jié)果

封頭 筒體

試驗(yàn)項(xiàng)目 熱處理狀態(tài) Rm(MPa) ReL (MPa) A(%) Z(%) Rm(MPa) ReL (MPa) A(%) Z(%)

室溫拉伸 Max. PWHT 555 380 27.5 67.5 575 440 25.5 74

Min. PWHT 565 395 23 72.5 600 475 27 74

470℃拉伸 熱處理狀態(tài) Rm(MPa) Rp0.2(MPa) Rm(MPa) Rp0.2(MPa)

Max. PWHT 460 320 470 330

－20 ℃KV2 沖擊 熱處理狀態(tài) KV2 (J) KV2 (J)

Max. PWHT 82、84、56 220、236、204

Min. PWHT 114、62、76 224、202、264

室溫彎曲試驗(yàn) Max. PWHT 壓軸d=2a，彎曲180°，無裂紋 壓軸d=2a，彎曲180°，無裂紋

Min. PWHT 壓軸d=2a，彎曲180°，無裂紋 壓軸d=2a，彎曲180°，無裂紋

金相試驗(yàn) 熱處理狀態(tài) 晶粒度 顯微組織 晶粒度 顯微組織

模擬熱沖壓 5 珠光體 + 網(wǎng)狀鐵素體 Min.PWHT9 鐵素體 + 珠光體 + 貝氏體

正火+回火 6 珠光體+鐵素體 Min.PWHT狀態(tài)，硬度值HBW為200、195、198

后對(duì)試板進(jìn)行性能試驗(yàn)。其間在模擬熱沖壓受熱及正火+回火后分別做金相，以觀察組織的變化。結(jié)果見表1.

由表1可知，熱沖壓后晶粒變大，晶粒度降為5級(jí)，再經(jīng)正火+回火處理，晶粒度升至6級(jí)，組織改變不明顯。封頭試板力學(xué)性能較筒體試板力學(xué)性能有所下降，尤其是沖擊值下降較多，性能還是滿足技術(shù)條件要求并有一定的富裕量。從試驗(yàn)結(jié)果看，所執(zhí)行的熱處理工藝能保證封頭最終成形后的綜合力學(xué)性能，該工藝是有效的、可行的。

5.結(jié)論

封頭試板性能較筒體試板性能有所下降，主要原因是封頭試板經(jīng)歷超過Ac3線以上的溫度，組織上會(huì)產(chǎn)生較大變化，雖然重新正火+回火，但金屬組織及晶粒度的改善不明顯。因此，封頭在實(shí)際熱沖壓過程中要

嚴(yán)格監(jiān)控最高加熱溫度，應(yīng)＜950℃為妥。

通過試驗(yàn)，我們掌握了14Cr1MoR（H）鋼材在不同熱處理溫度下性能變化的一般規(guī)律，驗(yàn)證了所制定的熱處理工藝能有效保證產(chǎn)品完工后的鋼材綜合力學(xué)性能，熱處理工藝是有效的、可行的。

6.作者簡(jiǎn)介

邵家良（1986 -），男，廣州人，從事壓力容器制造。