09MnNiD 低溫壓力容器鍛件開發(fā)

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

該項目依托低溫甲醇洗壓力容器產品，我公司負責該壓力容器09MnNiD 鍛件的生產，對我們來說既是機遇也是挑戰(zhàn)。09MnNiD 低溫壓力容器在低溫和較高壓力下保證材料的各項綜合性能，尤其是調質狀態(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研究內容是十分有必要的。鍛件的鍛造生產以及調質后力學性能檢測(尤其是低溫沖擊)將成為我們的主要研究內容。

預期目標：研制出一套完整、合理、符合實際生產要求的09MnNiD 低溫壓力容器鍛件生產工藝，提高公司鍛件生產的技術水平。

產品主要技術參數(shù)及指標

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，化學成分見表1，低倍組織要求見表2，高倍組織要求見表3。

⑵鍛造比≥5。

⑶按照JB/T 4727-2000《低溫壓力容器用低合金鋼鍛件》檢，檢驗方法見表4。

⑷調質處理后，機械性能檢測要求見表5。

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

檢驗要求為一拉三沖，上述沖擊功為三個試樣實驗結果的算術平均值，允許一個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JB/T 4730-2005《承壓設備無損檢測》UT 檢。

研究攻關的方案

⑴材料檢驗。

1)材料的化學成分分析見表6。

表1 原材料化學成分(%)

表2 低倍組織要求

表3 高倍組織要求

表4 檢驗方法

表5 機械性能要求

表6 爐號59489 材料的化學成分(%)

2)低倍檢測、硫印檢測，均符合要求，檢測結果見表7，高倍組織檢測見表8。

3)原材料的超聲波檢測，其檢測結果符合JB/T 4730-2005 級別的規(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初步調質熱處理工藝方案的確定。

根據(jù)09MnNiD 的材質上限進行了線性計算，確定了參數(shù)性的臨界點，初步計算出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，此工藝對低碳低合金鋼的調質處理在實踐中是可行的。我們認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確定為兩次淬火加高溫回火，但淬火的冷卻介質有待試驗確定。

表8 高倍組織檢測結果

圖1 法蘭的粗加工圖及鍛件工藝圖

⑷-70℃試棒力學試驗。

通過研究討論，進行了三組淬火對比工藝試驗，介質為油的兩組，介質為水的一組，其中①為一次油淬火，②為兩次油淬火，③為一次水淬火。結果見表9。

通過上述幾組的工藝試驗可以看出，②號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)對低溫韌性的影響。

1)晶粒度細化有利于提高塑性和變形抗力，細晶粒金屬的變形不均勻性和由此引起的應力集中較小，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，正抗力越大，當組織為超細晶粒(≥8 級)時，變形抗力遠遠大于粗晶粒的鍛件。

2)單相組織的塑性、抵抗力遠遠比多相組織好，多相組織由于各相性能不同，而且多相基體間的機械分割使得塑性降低，變形抗力增大，若金屬內兩相變形性能相近，則金屬的塑性為兩相的平均值，但是當一相塑性好而另一相脆而硬，則變形在塑性好的相內進行，硬而脆的相在變形過程中起阻礙作用，如果硬而脆的相呈連續(xù)或不連續(xù)的網狀分布于晶界上，會使鍛件金屬塑性大大降低，因而09MnNiD 調質后最佳組織應該為單相的回火索氏體。09MnNiD 試棒φ30mm 試驗組織性能見表10。

⑹制定最終鍛件熱處理工藝。

經過大量的試驗，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，并對產品本體進行了熱處理，調質后粗加工取樣，法蘭鍛件取樣如圖2 所示。力學性能檢測結果見表11。

表9 -70℃試棒力學試驗檢測結果

表10 09MnNiD 試棒試驗組織性能

表11 力學性能檢測結果

通過對09MnNiD 壓力容器產品力學性能的檢測，充分驗證了兩次淬火(油淬)+高溫回火熱處理工藝的可行性。

結束語

承攬的低溫甲醇洗壓力容器產品，全部鍛件力學性能、超聲波探傷一次性合格交貨，實現(xiàn)了按計劃開發(fā)新產品的目標。09MnNiD 低溫甲醇洗壓力容器產品的研制成功，不但給公司贏得了經濟效益，也為公司贏得了信譽。兩次淬火(油淬)+高溫回火熱處理工藝的成功應用，為公司以后低溫用產品鍛件的生產提供了技術支持，同時進一步提高了我分公司的市場競爭力。

圖2 法蘭鍛件取樣圖