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高温高压煤液化反应容器加v钢的开发 1 我国大型压力容器结构材料中的氢脆活性材料 在高温、高压和高氢分压的高压下，大型压力容器（母材）的主材料（母材）已被广泛使用。2.25rc-1mo钢。为抗高温硫化氢腐蚀,在锻件内表面堆焊不锈钢堆焊层。但由于长期工作在高温(454 ℃)下,母材容易产生高温回火脆性,又由于遭受高氢压影响,在焊缝和母材本身会产生氢脆和氢致破坏。因此几十年来国外对2.25Cr-1Mo钢材料的研究和工艺优化从未停止过,伴随制造技术的进步,对钢的微合金化、纯净度、均质性、抗氢性和其它综合性能都在不断地进行改善和提高。但是,随着加氢工艺技术的提高、特别是渣油加氢改质和煤加氢液化工艺的不断发展,加氢装置的规模大型化,使反应器的锻件截面尺寸增厚,而且加氢设备的使用条件趋于更高温度,进一步提高了对锻件的技术要求。如仍采用以往传统的(也称标准型的2.25Cr-1Mo)材料已经难以适应发展需要。 为了满足设计要求和提高经济性,大型压力容器锻件,如仍采用原来的2.25Cr-1Mo钢,由于该材料其强度等级低(σ0.2≥310 MPa)、钢淬透性差等原因,往往设计会造成容器壁厚增加,使单台反应器锻件总重过大。这不但给制造、运输和安装带来很大的困难,而且也会使综合投资增加。同时原来标准型的2.25Cr-1Mo钢从抗氢性能和抗蠕变性能考虑,最高使用温度只能到454 ℃(850F),这也满足不了某些油品加氢装置和煤加氢液化装置的需要。因此,近十几年来国际上根据多年使用2.25Cr-1Mo钢大型压力容器锻件生产经验,开始采用改进型的抗氢新钢种,即加入钒和微量合金元素的2.25Cr-1Mo-0.25V钢,现已列入ASME SA336/ SA336M 标准(F22V)。 加钒改进型2.25Cr-1Mo-0.25V钢与标准型的2.25Cr-1Mo钢或增强型的2.25Cr-1Mo钢以及新发展的3Cr-1Mo-0.25V系列钢相比,突出有以下特点:通过微量合金化提高钢的淬透性和钢的强度等级(σ0.2≥415 MPa);并具有较高的抗高温蠕变性能,使材料的使用温度也提高一个等级(482 ℃);具有较高的抗回火脆化能力、更好的抗氢侵蚀、氢脆和氢致裂纹的能力、非常高的抗不锈钢堆焊层剥离性能。 大型煤液化装置和热壁加氢反应器尽管其反应介质不同,但其压力容器用钢在国内外研究与应用已基本趋向一致,即采用具有更高强度和在高温下具有更好性能(高温蠕变性能),同时在低温下也具有更好冲击韧性以及抗回火脆性、抗氢脆能力的加钒和微合金化的2.25Cr-1Mo-0.25V(F22V)或3Cr-1Mo-0.25V(F3V或F3VCb)钢,近来更多趋向于采用2.25Cr-1Mo-0.25V钢。 为适应国家产业、产品发展的需要,尽快进入“煤炭气化、液化”这一新领域,建立制造石油化工压力容器生产基地,特别是针对锻焊结构加氢反应器一类的高、精、尖产品,从只能提供低附加值锻件向生产高附加值的整台产品发展,推动焊接水平的提高,以及为核电产品的开发都是非常必要的,为此,有必要进行2.25Cr-1Mo-0.25V纯净钢筒体锻件的工艺与性能开发研究。 经过两年多的研究,进行了大量的材料试验,在基本掌握了该材料特性的基础上,又进行生产性试验,该产品模拟件是采用83 t钢锭锻制成〉2370(〉1790)×2330、壁厚290 mm、重量34.7 t的2.25Cr-1Mo-0.25V钢筒体锻件。经对筒体全面解剖,分析不同部位的化学成分、力学性能、回火脆化性能、金相组织、断裂韧性及抗氢行为损伤等试验研究,其结果不但完全达到了研制大纲的要求,并达到国外产品的先进水平。 2 关于桶体材料的试验 2.1 试验研究及程序 在试验室采用25 kg真空感应熔炼炉冶炼,真空浇注。小钢锭热锻成试板,加工成模拟试块进行热处理,按该材料要求的考核项目,进行了经Max.PWHT常温及高温拉伸试验、经Max.PWHT后的-18 ℃夏比(V型)冲击试验、抗回火脆化倾向性评定试验、金相组织及夹杂物检验,初步测定钢的临界点及C曲线。并用83 t锭水口端余料再次锻成小试块,在模拟热处理炉进行了不同冷却速度的模拟试验。通过早期材料试验,掌握了该钢的基本特性。 2.2 空心筒体件结构 在材料试验研究的基础上,正式进行生产性试验,完成炼钢与铸锭。采用83 t钢锭锻制成空心筒体件,粗加工尺寸:〉2370(〉1790)×2330、壁厚290 mm、重量34.7 t。最终热处理后按预定方案取试环试验,对锻件(母材)全截面不同部位的化学成分、各种力学性能、回火脆化性能、金相组织及断裂韧性等进行了试验研究。 2.2.1 由毛管材料制成的过程 2.25Cr-1Mo-0.25V钢模拟筒体锻件工艺流程如图1所示。 2.2.2 缓冲环的选择 2.25Cr-1