加氢环氧乙烷反应器管板锻件热处理工艺研究

郭圣恩

(中国一重铸锻钢事业部水压机锻造厂，黑龙江161042)

近些年随着我国石化产业的快速发展，加氢设备已成为许多重型装备企业的重要主打产品。加氢产品的调质工序更是成为整个生产过程中最为关键的工序之一，同时也是最容易出现质量问题的关键一步，而调质后的性能结果直接关乎产品是否能最终合格出厂。

1 首次调质

近期，我公司试制了1件环氧乙烷反应器管板锻件，材质为SA-765 Gr.Ⅱ，重量125.05 t。

我厂采用940℃调质加620℃回火的方式，目前已完成调质任务。经性能检验，该管板性能未达到技术要求，检验结果如表1所示。

通过对残样金相分析发现铁素体含量比例较大，在40%～60%之间，并且呈针状，还发现组织中存在疑似魏氏体组织，其组织如图1所示。

因此，锻件所得到的组织势必对性能产生较大影响，尤其是冲击值，而得到此种组织一方面是淬火冷却速度慢，另一方面是淬火温度选择过高导致的。

表1 管板锻件性能检验结果Table 1 Properties test results of tube sheet forgings

图1 金相组织Figure 1 Metallurgaphic structure

2 模拟实验

我们利用余料对锻件进行了模拟实验，如图2所示。通过对试块进行重新淬火，获得了较好的P+B组织，其性能也可达到要求，性能主要影响因素是淬火的冷却速度。对试块进行热处理空冷实验验证了锻件返修前进行正火处理可以获得原锻后热处理空冷组织，为返修淬火做组织准备。

图2 模拟热处理方案Figure 2 Simulated heat treatment scheme

表2 模拟实验性能结果Table 2 Simulated experimental performance results

图3 金相照片Figure 3 Metallurgraphic picture

图4 改进工艺方案Figure 4 Improved process scheme

模拟实验性能结果见表2。

我们选取了性能较好的两组试样，即方案二和方案四的冲击试样进行金相组织分析，金相照片如图3所示。

在此基础上我们利用冲击残样做了部分元素的化学成分光谱分析，分析结果如表3所示。

通过4次模拟实验比对可以看出，不同调质温度对该锻件性能结果有一定影响，当淬火水循环情况较好时可以得到较快的冷却速度、理想的淬火组织以及合格的性能结果。但是成分偏析的情况依然存在，并影响性能。在实际生产中，如果能实现加快锻件冷却速度，那么锻件组织也就能进一步得到细化。

表3 拉力试样化学成分分析结果(质量分数，%)Table 3 Chemical composition analysis result of tensile specimen (mass fraction, %)

3 返修方案

通过分析我们认为调质水循环不畅也是造成性能不合格的原因之一，因此我们特意设计了适合管板淬火的芯子。通过芯子两侧伸出的水管可以引导水流向上涌出，从而大大改善锻件周围区域的水流循环，保证获得较快冷速。芯子中间开方孔，向上钢板引导，这样可保证管板中部获得较好冷速。

表4 管板锻件返修后性能结果Table 4 Performance result of tube sheet after repairing

图5 管板锻件返修后金相组织Figure 5 Metallugraphic structure of tube sheet forgings after repairing

工艺方面，为了消除之前的疑似魏氏组织以及少量上贝氏体，我们在调质前加一次正火，以便避免组织遗传并获得热处理空冷组织。改进工艺如图4所示。

4 返修结果

经性能检验，该管板性能均已达到技术要求，具体情况如表4所示。

其组织如图5所示。

返修方案应用到大型锻件后，虽然组织未获得贝氏体，但很大程度上减少了铁素体含量，进而提高了锻件性能，满足了产品要求。

4 结束语

实验证明，淬火温度不同对锻件性能影响明显，选择正确的调质温度、设备、附具才能获得良好的锻件质量。本次淬火试验件工艺方案的成功改进，对后续公司同类产品的生产起到了指导作用，对于公司市场开拓及提高市场竞争力具有重要意义。