14Cr1MoR(H)钢板性能的热处理试验

邵家良

摘要：14Cr1MoR(H)是在14Cr1MoR基础上加强抗氢性能，以满足更苛刻的使用要求，本文结合我司对14Cr1MoR(H)钢材的性能研究，对热处理工艺影响钢板性能的情况进行试验与验证。

关键词：14Cr1MoR(H)、压力容器、热处理、钢板性能

14Cr1MoR（H）钢属于Cr-Mo低合金钢，该钢具有良好的韧性和塑性、较高的强度、抗回火脆化性能和优良的焊接性能，该钢能在与氢接触、高温、高压等恶劣条件下使用，是普遍使用的热强钢和抗氢用钢，被广泛用于制造与氢相接触的石油、化工等大型装置及临氢设备。

兹有一台压力容器产品：工作压力6.75MPa最高/最低工作温度290℃/260℃,操作介质/特性为含氢气体/易爆,主体材质14Cr1MoR（H）,筒体厚度/封头最小成形厚度40mm/40mm。

下面就本产品热处理工艺对钢板性能的影响进行试验，为设备制造后能满足技术要求提供保证。

1. 试板准备

筒体下料厚度40mm，封头考虑到成形过程中的减薄量，下料厚度44mm。钢材供货状态为正火 + 回火。取筒体试板厚40mm，封头试板厚44mm。

试板力学性能试验项目如下：

（1）室温拉伸试验，在Max.PWHT及Min.PWHT状态下各一件。

（2）高温拉伸试验，Max.PWHT状态下做一件。

（3）-20℃KV2 冲击试验，在Max.PWHT及Min.PWHT状态下各做一件。

（4）室温弯曲试验。

2. 钢板性能要求满足下列条件：

室温拉伸强度Rm为520～680MPa；室温屈服强度RmL≥310MPa；室温延伸率A≥20%；室温断面收缩率Z≥45%；-20℃KV2 冲击功平均值≥47J；高温（470℃）屈服强度Rp0.2＞187.4MPa；室温弯曲试验，弯曲180°，无裂纹。

3.筒体试板热处理工艺试验

3.1模拟最小程度焊后热处理工艺

Min. PWHT是容器在制造过程中可能达到的最小程度的焊后热处理。根据技术要求及我司热处理经验，确定工艺：690±14℃×4h，炉冷至300℃出炉空冷。

3.2模拟最大程度焊后热处理工艺

Max. PWHT是容器在制造过程中可能达到的最大程度的焊后热处理。根据技术要求及我司热处理经验，确定工艺：690±14℃×20h，炉冷至300℃出炉空冷。

模拟焊后热处理后，对试板进行力学性能检验,同时对试板在Min. PWHT状态下进行金相检验及硬度试验。结果见表1.

由表1可知，试板力学性能良好，晶粒度9级，组织保持良好，硬度值不超202，从筒体材料制造过程中所经历热处理状态的角度分析，所执行的热处理工艺能保证筒体材料的综合力学性能，故此热处理工艺是有效、可行的。

4.封头试板热处理工艺试验

封头采取热压成形，始压温度950 ℃，终压温度900℃，空冷。在封头热成型过程中，加热温度超过了钢材的Ac3线，破坏了材料的力学性能，故需进行正火+回火热处理，以恢复力学性能。封头成品经历的热处理：热压+正火+回火。为保证封头成形后的性能，对封头试板进行热处理模拟试验。正火910±10℃×1.5h，风冷。回火720±10℃×2.5h，空冷。Min.PWHT 690±14℃×4h ，炉冷至300℃出炉空冷。Max.PWHT 690±14℃×20h，炉冷至300℃出炉空冷。

先950 ℃对试板模拟加热，接着正火+回火，后分开做Min.PWHT和Max.PWHT，随

表1 筒体、封头试板模拟焊后热处理试验结果

封头 筒体

试验项目 热处理状态 Rm(MPa) ReL (MPa) A(%) Z(%) Rm(MPa) ReL (MPa) A(%) Z(%)

室温拉伸 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 热处理状态 Rm(MPa) Rp0.2(MPa) Rm(MPa) Rp0.2(MPa)

Max. PWHT 460 320 470 330

－20 ℃KV2 冲击 热处理状态 KV2 (J) KV2 (J)

Max. PWHT 82、84、56 220、236、204

Min. PWHT 114、62、76 224、202、264

室温弯曲试验 Max. PWHT 压轴d=2a，弯曲180°，无裂纹 压轴d=2a，弯曲180°，无裂纹

Min. PWHT 压轴d=2a，弯曲180°，无裂纹 压轴d=2a，弯曲180°，无裂纹

金相试验 热处理状态 晶粒度 显微组织 晶粒度 显微组织

模拟热冲压 5 珠光体 + 网状铁素体 Min.PWHT9 铁素体 + 珠光体 + 贝氏体

正火+回火 6 珠光体+铁素体 Min.PWHT状态，硬度值HBW为200、195、198

后对试板进行性能试验。其间在模拟热冲压受热及正火+回火后分别做金相，以观察组织的变化。结果见表1.

由表1可知，热冲压后晶粒变大，晶粒度降为5级，再经正火+回火处理，晶粒度升至6级，组织改变不明显。封头试板力学性能较筒体试板力学性能有所下降，尤其是沖击值下降较多，性能还是满足技术条件要求并有一定的富裕量。从试验结果看，所执行的热处理工艺能保证封头最终成形后的综合力学性能，该工艺是有效的、可行的。

5.结论

封头试板性能较筒体试板性能有所下降，主要原因是封头试板经历超过Ac3线以上的温度，组织上会产生较大变化，虽然重新正火+回火，但金属组织及晶粒度的改善不明显。因此，封头在实际热冲压过程中要

严格监控最高加热温度，应＜950℃为妥。

通过试验，我们掌握了14Cr1MoR（H）钢材在不同热处理温度下性能变化的一般规律，验证了所制定的热处理工艺能有效保证产品完工后的钢材综合力学性能，热处理工艺是有效的、可行的。

6.作者简介

邵家良（1986 -），男，广州人，从事压力容器制造。