在制造過程中，壓力容器設(shè)備多采用焊接成型，其焊接組織具有較高的內(nèi)應(yīng)力，在外力作用下，材料極易形成裂紋，危害很大，因此焊后需要對設(shè)備進(jìn)行整體或局部熱處理，以消除焊接殘余應(yīng)力，降低焊接接頭的硬度，改善其力學(xué)性能。然而隨著裝置向大型化和復(fù)雜化發(fā)展，焊后熱處理過程頻繁，而且容器成型后無法再取樣，因此為模擬容器在制造過程中所經(jīng)歷的所有焊后熱處理過程，對進(jìn)廠供貨狀態(tài)的鋼板及鍛件進(jìn)行模擬焊后熱處理，預(yù)先判斷經(jīng)過長時間熱處理后的材料能否保持其應(yīng)有的力學(xué)性能。筆者選取承壓設(shè)備常用的12Cr2Mo1鋼和14Cr1Mo鋼鍛件為研究對象，討論模擬焊后熱處理制度對承壓容器用鋼組織和力學(xué)性能的影響。
1. 模擬焊后熱處理制度
NB/T 47008—2017 《承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件》附錄B附加要求中提到“力學(xué)性能試驗前全部試樣坯料應(yīng)在低于臨界溫度下進(jìn)行一次或多次熱處理，這主要基于鍛件產(chǎn)品在承壓元件制造過程中會經(jīng)受的焊后熱處理或其他熱處理”。模擬焊后熱處理的保溫時間分為最小模擬焊后熱處理時間和最大模擬焊后熱處理時間。最小模擬焊后熱處理時間是根據(jù)制造過程中實際焊后熱處理時間來確定的；最大模擬焊后熱處理時間是幾次焊后熱處理時間和設(shè)備返修重新進(jìn)爐所需要時間的總和，一般最大模擬焊后熱處理時間是最小模擬焊后熱處理時間的3~4倍。
根據(jù)JB/T 7556—1994 《熱壁加氫反應(yīng)器用2 1/4Cr-1Mo鋼鍛件技術(shù)條件》及承壓設(shè)備常用技術(shù)要求，最大模擬焊后熱處理條件為（690 ±5） ℃×26 h, 最小模擬焊后熱處理條件為（690 ±5） ℃×8 h。
2. 試驗材料
采用的承壓設(shè)備用12Cr2Mo1鋼和14Cr1Mo鋼的化學(xué)成分如表1所示，兩種材料的化學(xué)成分均滿足標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47008—2017的要求。鍛件的厚度為260 mm，供貨狀態(tài)均為正火+回火，供貨態(tài)下組織均為回火貝氏體。
| 項目 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | Cr | Mo | S | P | |
| 12Cr2Mo1鋼實測值 | 0.08~0.15 | 0.16 | 0.27~0.63 | 1.95~2.55 | 0.85~1.15 | ≤0.010 | ≤0.01 |
| 12Cr2Mo1鋼標(biāo)準(zhǔn)值 | ≤0.15 | ≤0.50 | 0.30~0.60 | 2.00~2.50 | 0.90~1.10 | ≤0.010 | ≤0.020 |
| 14Cr1Mo鋼實測值 | 0.11~0.17 | 0.45~0.85 | 0.27~0.83 | 1.10~1.55 | 0.43~0.68 | ≤0.012 | ≤0.012 |
| 14Cr1Mo鋼標(biāo)準(zhǔn)值 | 0.11~0.17 | 0.50~0.80 | 0.30~0.80 | 1.15~1.50 | 0.45~0.65 | ≤0.010 | ≤0.020 |
3. 試驗結(jié)果
3.1 力學(xué)性能測試
利用萬能試驗機、金屬擺錘沖擊試驗機、高溫拉伸試驗機及數(shù)顯電子布氏硬度計對不同模擬熱處理制度下的12Cr2Mo1鋼和14Cr1Mo鋼進(jìn)行力學(xué)性能測試，結(jié)果如表2，3所示。由表2，3可知：經(jīng)模擬焊后熱處理的12Cr2Mo1鋼試樣交貨狀態(tài)下具有較高的抗拉強度和屈服強度，隨著模擬焊后熱處理時間的延長，試樣的常溫抗拉強度、屈服強度均下降，斷后伸長率變大，斷面收縮率變化不大，高溫（550 ℃）瞬時屈服強度下降，沖擊韌性變大，硬度變?。?4Cr1Mo鋼試樣的力學(xué)性能變化趨勢與12Cr2Mo1鋼試樣相同。由此可見，對于厚度為260 mm的12Cr2Mo1鋼和14Cr1Mo鋼鍛件材料，模擬焊后熱處理對其常溫和高溫拉伸性能影響較大；供貨狀態(tài)和模擬焊后熱處理狀態(tài)下兩種材料的低溫沖擊韌性都較好，即使經(jīng)歷最大模擬焊后熱處理，材料也沒有表現(xiàn)出脆化現(xiàn)象。
