09MnNiD 低溫壓力容器鍛件開(kāi)發(fā)

文/吳杏格，陳志芳·太原重工股份有限公司技術(shù)中心張軍峰·太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司戰(zhàn)略投資部

該項(xiàng)目依托低溫甲醇洗壓力容器產(chǎn)品，我公司負(fù)責(zé)該壓力容器09MnNiD 鍛件的生產(chǎn)，對(duì)我們來(lái)說(shuō)既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。09MnNiD 低溫壓力容器在低溫和較高壓力下保證材料的各項(xiàng)綜合性能，尤其是調(diào)質(zhì)狀態(tài)下，其低溫沖擊KV2≥47J(-70℃)，所以將09MnNiD 低溫壓力容器鍛件的材料研究作為一項(xiàng)研究?jī)?nèi)容是十分有必要的。鍛件的鍛造生產(chǎn)以及調(diào)質(zhì)后力學(xué)性能檢測(cè)(尤其是低溫沖擊)將成為我們的主要研究?jī)?nèi)容。

預(yù)期目標(biāo)：研制出一套完整、合理、符合實(shí)際生產(chǎn)要求的09MnNiD 低溫壓力容器鍛件生產(chǎn)工藝，提高公司鍛件生產(chǎn)的技術(shù)水平。

產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)

⑴鍛造使用原材料冶煉方式：電渣重熔或電爐爐外精煉、真空脫氣，化學(xué)成分見(jiàn)表1，低倍組織要求見(jiàn)表2，高倍組織要求見(jiàn)表3。

⑵鍛造比≥5。

⑶按照J(rèn)B/T 4727-2000《低溫壓力容器用低合金鋼鍛件》檢，檢驗(yàn)方法見(jiàn)表4。

⑷調(diào)質(zhì)處理后，機(jī)械性能檢測(cè)要求見(jiàn)表5。

取樣規(guī)則按照J(rèn)B/T 4727-2000《低溫壓力容器用低合金鋼鍛件》執(zhí)行。

檢驗(yàn)要求為一拉三沖，上述沖擊功為三個(gè)試樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值，允許一個(gè)試樣的沖擊功低于平均值，但不能低于規(guī)定值的70%。

⑸按照J(rèn)B/T 4730-2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》UT 檢。

研究攻關(guān)的方案

⑴材料檢驗(yàn)。

1)材料的化學(xué)成分分析見(jiàn)表6。

表1 原材料化學(xué)成分(%)

表2 低倍組織要求

表3 高倍組織要求

表4 檢驗(yàn)方法

表5 機(jī)械性能要求

表6 爐號(hào)59489 材料的化學(xué)成分(%)

2)低倍檢測(cè)、硫印檢測(cè)，均符合要求，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7，高倍組織檢測(cè)見(jiàn)表8。

3)原材料的超聲波檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果符合JB/T 4730-2005 級(jí)別的規(guī)定。

⑵根據(jù)圖紙要求出具鍛造工藝，鍛造比≥5，按工藝鍛造成形。

法蘭的粗加工圖及鍛件工藝圖如圖1 所示。

⑶初步調(diào)質(zhì)熱處理工藝方案的確定。

根據(jù)09MnNiD 的材質(zhì)上限進(jìn)行了線性計(jì)算，確定了參數(shù)性的臨界點(diǎn)，初步計(jì)算出09MnNiD 的 Ac1大致在724℃，Ac3大致在850℃，Ms 大致在530℃。

低溫用鋼理論上采用淬火+亞溫淬火+高溫回火的熱處理工藝，此工藝對(duì)低碳低合金鋼的調(diào)質(zhì)處理在實(shí)踐中是可行的。我們認(rèn)為從理論上亞溫淬火可以減少晶界夾雜物的析出，從而減少缺口的敏感性。故此我們的工藝性試驗(yàn)確定為兩次淬火加高溫回火，但淬火的冷卻介質(zhì)有待試驗(yàn)確定。

表8 高倍組織檢測(cè)結(jié)果

圖1 法蘭的粗加工圖及鍛件工藝圖

⑷-70℃試棒力學(xué)試驗(yàn)。

通過(guò)研究討論，進(jìn)行了三組淬火對(duì)比工藝試驗(yàn)，介質(zhì)為油的兩組，介質(zhì)為水的一組，其中①為一次油淬火，②為兩次油淬火，③為一次水淬火。結(jié)果見(jiàn)表9。

通過(guò)上述幾組的工藝試驗(yàn)可以看出，②號(hào)兩次油淬綜合性能較好，水淬效果也還可以，但水淬不穩(wěn)定。

⑸組織狀態(tài)對(duì)低溫韌性的影響。

1)晶粒度細(xì)化有利于提高塑性和變形抗力，細(xì)晶粒金屬的變形不均勻性和由此引起的應(yīng)力集中較小，在斷裂前所能承受的塑性變形較大，因而低碳合金鐵素體鋼正斷抗力主要取決晶粒度的大小，晶粒度越細(xì)，正抗力越大，當(dāng)組織為超細(xì)晶粒(≥8 級(jí))時(shí)，變形抗力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粗晶粒的鍛件。

2)單相組織的塑性、抵抗力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比多相組織好，多相組織由于各相性能不同，而且多相基體間的機(jī)械分割使得塑性降低，變形抗力增大，若金屬內(nèi)兩相變形性能相近，則金屬的塑性為兩相的平均值，但是當(dāng)一相塑性好而另一相脆而硬，則變形在塑性好的相內(nèi)進(jìn)行，硬而脆的相在變形過(guò)程中起阻礙作用，如果硬而脆的相呈連續(xù)或不連續(xù)的網(wǎng)狀分布于晶界上，會(huì)使鍛件金屬塑性大大降低，因而09MnNiD 調(diào)質(zhì)后最佳組織應(yīng)該為單相的回火索氏體。09MnNiD 試棒φ30mm 試驗(yàn)組織性能見(jiàn)表10。

⑹制定最終鍛件熱處理工藝。

經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，最終決定09MnNiD 壓力容器采用兩次淬火(油淬)+高溫回火熱處理工藝，并對(duì)產(chǎn)品本體進(jìn)行了熱處理，調(diào)質(zhì)后粗加工取樣，法蘭鍛件取樣如圖2 所示。力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表11。

表9 -70℃試棒力學(xué)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

表10 09MnNiD 試棒試驗(yàn)組織性能

表11 力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)對(duì)09MnNiD 壓力容器產(chǎn)品力學(xué)性能的檢測(cè)，充分驗(yàn)證了兩次淬火(油淬)+高溫回火熱處理工藝的可行性。

結(jié)束語(yǔ)

承攬的低溫甲醇洗壓力容器產(chǎn)品，全部鍛件力學(xué)性能、超聲波探傷一次性合格交貨，實(shí)現(xiàn)了按計(jì)劃開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的目標(biāo)。09MnNiD 低溫甲醇洗壓力容器產(chǎn)品的研制成功，不但給公司贏得了經(jīng)濟(jì)效益，也為公司贏得了信譽(yù)。兩次淬火(油淬)+高溫回火熱處理工藝的成功應(yīng)用，為公司以后低溫用產(chǎn)品鍛件的生產(chǎn)提供了技術(shù)支持，同時(shí)進(jìn)一步提高了我分公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

圖2 法蘭鍛件取樣圖