14Cr1MoR(H)鋼板性能的熱處理試驗

邵家良

摘要：14Cr1MoR(H)是在14Cr1MoR基礎上加強抗氫性能，以滿足更苛刻的使用要求，本文結合我司對14Cr1MoR(H)鋼材的性能研究，對熱處理工藝影響鋼板性能的情況進行試驗與驗證。

關鍵詞：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、較高的強度、抗回火脆化性能和優良的焊接性能，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備。

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

下面就本產品熱處理工藝對鋼板性能的影響進行試驗，為設備制造后能滿足技術要求提供保證。

1. 試板準備

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。鋼材供貨狀態為正火 + 回火。取筒體試板厚40mm，封頭試板厚44mm。

試板力學性能試驗項目如下：

（1）室溫拉伸試驗，在Max.PWHT及Min.PWHT狀態下各一件。

（2）高溫拉伸試驗，Max.PWHT狀態下做一件。

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

（4）室溫彎曲試驗。

2. 鋼板性能要求滿足下列條件：

室溫拉伸強度Rm為520～680MPa；室溫屈服強度RmL≥310MPa；室溫延伸率A≥20%；室溫斷面收縮率Z≥45%；-20℃KV2 沖擊功平均值≥47J；高溫（470℃）屈服強度Rp0.2＞187.4MPa；室溫彎曲試驗，彎曲180°，無裂紋。

3.筒體試板熱處理工藝試驗

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到的最小程度的焊后熱處理。根據技術要求及我司熱處理經驗，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到的最大程度的焊后熱處理。根據技術要求及我司熱處理經驗，確定工藝：690±14℃×20h，爐冷至300℃出爐空冷。

模擬焊后熱處理后，對試板進行力學性能檢驗,同時對試板在Min. PWHT狀態下進行金相檢驗及硬度試驗。結果見表1.

由表1可知，試板力學性能良好，晶粒度9級，組織保持良好，硬度值不超202，從筒體材料制造過程中所經歷熱處理狀態的角度分析，所執行的熱處理工藝能保證筒體材料的綜合力學性能，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

封頭采取熱壓成形，始壓溫度950 ℃，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，破壞了材料的力學性能，故需進行正火+回火熱處理，以恢復力學性能。封頭成品經歷的熱處理：熱壓+正火+回火。為保證封頭成形后的性能，對封頭試板進行熱處理模擬試驗。正火910±10℃×1.5h，風冷。回火720±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結果

封頭 筒體

試驗項目 熱處理狀態 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 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 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 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 熱處理狀態 晶粒度 顯微組織 晶粒度 顯微組織

模擬熱沖壓 5 珠光體 + 網狀鐵素體 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，硬度值HBW為200、195、198

后對試板進行性能試驗。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。結果見表1.

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

5.結論

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歷超過Ac3線以上的溫度，組織上會產生較大變化，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，封頭在實際熱沖壓過程中要

嚴格監控最高加熱溫度，應＜950℃為妥。

通過試驗，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律，驗證了所制定的熱處理工藝能有效保證產品完工后的鋼材綜合力學性能，熱處理工藝是有效的、可行的。

6.作者簡介

邵家良（1986 -），男，廣州人，從事壓力容器制造。