临氢设备用2.25Cr1Mo型厚钢板的制造工艺

２００８年１Ｏ月・第２５卷・第５期　０ｃｔ．２００８　Ｖｏ１．２５　Ｎｏ．５　轧　钢　・４９・　ＳＴＥＥＬ　Ｒ０ＬＬＩＮＧ　・革新与交流・　临氢设备用２．２５Ｃｒｌ　Ｍｏ型厚钢板的制造工艺　姜洪生　。，张汉谦　，胡会军。，王国栋　（１．东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁　沈阳　１１０００４；２．宝山钢铁股份有限公司，上海　２０１９００）　摘要：介绍了临氢设备用２．２５ＣｒｌＭｏ型厚钢板的标准要求、生产流程、生产控制点，以及宝钢的试制情况，　该钢板的组织为均匀的贝氏体组织，具有优良的焊接性能。　关键词：临氢设备用钢；厚钢板；制造工艺　中图分类号：ＴＧ３３５．５２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３—９９９６（２００８）０５～００４９—０３　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　２．２５Ｃｒｌ　Ｍｏ　Ｈｅａｖｙ　Ｐｌａｔｅ　ｆｏｒ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｕｎｄｅｒ　Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ＪＩＡＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｓｈｅｎｇ　，　。ＺＨＡＮＧ　Ｈａｎ－ｑｉａｎ　，ＨＵ　Ｈｕｉ—ｊｕｎ　，ＷＡＮＧ　Ｇｕｏ—ｄｏｎｇ。　（１．Ｔｈｅ　Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂ．ｏｆ　Ｒｏｌｌｉｎｇ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１０００４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｂａｏｓｈａｎ　Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２Ｏ１９Ｏ０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　２．２５ＣｒｌＭｏ　ｈｅａｖｙ　ｐｌａｔｅ　ａｒｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａ—　ｐｅｒ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｓｏｍｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｉｎ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｆｏｕｒ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｒｅｆｉｎｉｎｇ，ｃａｓｔｉｎｇ，　ｒｏｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　２．２５Ｃｒｌ　Ｍｏ　ｈｅａｖｙ　ｓｔｅｅｌ　ｐｌａｔｅ．Ｅｖｅｒｙ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｏｒ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｂｙ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｃｏｍｐａｎｉｅｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｃａｎ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　２．２５Ｃｒ１　Ｍｏ　ｈｅａｖｙ　ｐｌａｔｅ　ｂｙ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ａｎｄ　ｅｘｐｌｏｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｕｎｄｅｒ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ；ｈｅａｖｙ　ｓｔｅｅｌ　ｐｌａｔｅ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　１　概述　诺下属的ｉｎｄｕｓｔｅｅｌ公司等。　石油、化工、煤炭等行业中采用的临氢设备或　２００７年９月，宝山钢铁股份有限公司厚板线　容器（以下称临氢设备）用于含氢的气态或液态介　生产的１２Ｃｒ２ＭｏｌＲ厚钢板通过了全国锅炉压力　质在高温高压下完成碳氢化合物的合成或裂解　容器标准化技术委员会组织的专家技术评审，即　等。制造临氢设备的厚钢板中，使用数量最多的　具备了生产临氢设备用２．２５ＣｒｌＭｏ型厚钢板的　是２．２５Ｃｒ１Ｍｏ钢板，即我国标准１２Ｃｒ２Ｍｏ１Ｒ。　资格。在该钢板的研发过程中，发现该钢板的稳　根据临氢设备容量、温度等的不同，所选用的钢板　定和批量工业化生产，与制造工艺和装备等密切　厚度和制造方式有所不同，通常壁厚在１５０ｍｍ　相关。本文从以轧制方式生产临氢设备用２．　及其以上时，主要采用锻压厚钢板（也称为锻件），　２５Ｃｒ１Ｍｏ型厚钢板所需的装备、成分设计和工艺　壁厚在１５０ｍｍ以下时，采用轧制厚钢板。　人手，分析了冶炼、浇铸、轧制、热处理四大工序，　尽管国内舞阳钢铁公司等企业于２Ｏ世纪９０　以找出与国外钢厂的差距和技术关键点，为实现　年代前期开始了２．２５Ｃｒ１Ｍｏ型厚钢板的研发工　该厚钢板的全面稳定国产化提供依据。　作，并生产和供应了少量厚钢板，但Ｉ临氢设备用钢　２临氢设备用２．２５ＣｒｌＭｏ型厚钢板的技　一直以来主要依赖进口，国外供应商主要有德国　术关键点和生产工艺流程　的迪林根公司、Ｅｔ本的神户制钢公司和法国阿赛　因标准体系不同，２．２５ＣｒｌＭｏ型厚钢板的牌　收稿日期：２００８—０３—２８　作者简介：姜洪生（１９６２一），男（汉族），浙江海宁人，高级工程师。　・　５０　・　轧　钢　２００８年１０月出版　号和要求有所差异，国内外使用最多的标准是美　国ＡＳＭＥ（ＡＳＴＭ）ＳＡ３８７Ｇｒ２２Ｃ１２或Ｃｌｌ，有时也　采用欧盟ＥＮ　１００２８—２中１０ＣｒＭｏ９—１０或　１２ＣｒＭｏ９—１０，以及日本ＪＩＳ　Ｇ　４１１０中的ＳＣ—　不具备优势，导致电炉冶炼的Ｘ系数、－，系数通　常要高于转炉冶炼；但是，通常情况下电炉冶炼的　钢水Ｐ含量可以控制得相对较低，稳定性也比较　好。　２．２浇铸工艺　ＭＱ４Ｅ。我国将２．２５Ｃｒ１Ｍｏ型厚钢板命名为　１２Ｃｒ２ＭｏｌＲ，其要求列于ＧＢ１５０—１９９８附录Ｈ　２．２５Ｃｒ１Ｍｏ型厚钢板可以通过模铸或连铸　中，２００７年４月新修订的ＧＢ７１３（送审稿）也将　工艺生产。当钢板单重超过３５ｔ，以及连铸坯无　］２Ｃｒ２ＭｏｌＲ纳入其中。上述标准仅规定了　２．２５Ｃｒ１Ｍｏ型厚钢板的基本要求，实际上，临氢　设备设计者或制造商通常会根据每个临氢设备使　用条件的差异向钢铁厂家提出附加的技术条件，　其中评价厚钢板脆化指标的　系数和　Ｔｒ　５４＋　２．５ＡｖＴｒ　５４值通常是必不可少的，当厚钢板焊补　时，所堆敷的焊接部位金属成分还应满足Ｘ系数　的要求。　生产临氢设备用厚钢板的技术关键主要有３　点：一是控制钢中的Ｐ、Ｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ等杂质元素　含量（特别是控制Ｐ含量）和合理设计Ｓｉ、Ｍｎ等　元素的目标范围；二是实现和控制厚钢板１／２厚　度处所要求的各种性能；三是根据已定的设计成　分，通过生产工艺的合理设计和运用，实现特定的　金相组织，以达到所要求的综合力学性能、优良的　焊接性能以及可靠的使用性能。　２．２５ＣｒｌＭｏ型厚钢板通用的生产工艺流程　为：转炉（或电炉）炼钢一炉外精炼一浇铸一　（开、锻坯）一板坯检查、清理一加热一轧制一　表面检查、修磨一探伤一热处理一切割、取样　一性能检查一成品入库。　２．１　冶炼工艺　早期工业上使用的２．２５Ｃｒ１Ｍｏ型厚钢板由　电炉冶炼，但随着转炉冶炼技术的进步，特别是钢　包二次精炼技术的发展，采用转炉冶炼的厂家也　越来越多，如日本的ＪＦＥ、新日铁、神户等钢铁厂，　德国迪林根（Ｄｉｌｌｉｎｇｅｒ）公司，中国宝钢均采用转　炉冶炼。没有转炉的钢铁厂，如法国阿赛诺（Ａｒ—　ｃｅｌｏｒ）属下的ｉｎｄｕｓｔｅｅｌ公司和中国舞钢仍然采用　电炉生产。不管是电炉冶炼还是转炉冶炼，重要　的是控制Ｐ…Ｓ　Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ等杂质元素含量和主要　合金元素成分的精确命中率。迪林根公司可保证　钢板Ｊ系数和Ｘ系数分别小于１００和９，且Ｐ、　Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ含量分别控制在０．００７　、０．００５　、　０．００１　、０．００７　以下。相对而言，电炉冶炼大量　使用回收废钢，在杂质元素（Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ）控制上　法满足特厚钢板所要求的压缩比时＿１］，通常采用　模铸工艺。根据凝固组织的不同，钢锭又可分为　普通扁锭和定向凝固锭，其优缺点见表１ｌ＿２］。模　铸工艺主要需控制钢锭的凝固过程，减少偏析；而　连铸工艺应通过轻压下、电磁搅拌等手段来减轻　板坯中心的偏析。总之，浇铸工艺的重点是实现　板坯（钢锭）单重、厚度与钢板单重、厚度相匹配，　以及控制板坯或钢锭的中心偏析。　表１　３种浇铸方式的比较　２．３轧制工艺　轧制（成形）后，２．２５Ｃｒ１Ｍｏ型厚钢板芯部是　否致密（包括铸态晶粒破碎程度）对其成品的冲击　性能影响较大。对钢锭而言，初轧开坯、锻压机锻　压＿３　开坯和直接将钢锭轧制成厚钢板［４　这三种成　形工艺中，锻压最易使坯或锭的芯部实现充分变　形，有利于提高成品厚钢板芯部的性能；初轧次　之；轧制工艺分常规轧制和超低速大压下轧制［５］，　后者由于压下量大和变形速度低，使变形更易深　入到板坯的芯部，改善厚钢板芯部的性能。临氢　设备用厚钢板的轧制（成形）关键是使钢板芯部得　到充分变形。　２．４热处理工艺　针对临氢设备制造商制造工艺的不同和临氢　设备性能要求的不同，钢板的交货状态通常有热　轧、退火（或回火）、正火＋回火、调质等状态。即　使钢板以热轧状态、退火状态交货，钢厂提供钢板　力学性能时，其试样也必须模拟钢板实际加工过　程的热循环过程，进行有关性能的测试；后续要进　行冷成形的钢板，一般应以正火＋回火双重热处　理状态交货；对冷成形困难的特厚钢板简体和封　第２５卷・第５期　轧　钢　・　５１　・　头部分，由于需要加热至较高温度下进行成形，故　需以回火或去应力退火状态交货。　在化学成分和成形工艺一定的情况下，决定　Ｘ系数为７．９２。通过正火＋加速冷却工艺，全板　厚得到均匀的贝氏体组织，钢板芯部一３Ｏ℃冲击　功达３００Ｊ，经过最小焊后模拟热处理＋步冷试验　后，回火脆性倾向敏感性指标　Ｔｒ　５４＋２．５ＡｖＴｒ　５４值为一９７℃，远低于标准要求的１Ｏ℃。实际使　用情况证明，宝钢试制的１２Ｃｒ２Ｍｏ１Ｒ钢板完全　临氢设备用２．２５ＣｒｌＭｏ型厚钢板使用性能的关　键是其金相组织。由于贝氏体组织强韧性好、组　织稳定、耐热疲劳性好，因此，开发和生产临氢设　备用２．２５ＣｒｌＭｏ型厚钢板时，要尽可能保证全板　能满足临氢设备用厚钢板的技术要求。　厚得到贝氏体组织。而这主要取决于钢板的厚度　４　结语　和冷却方式，厚度较薄时，在空气中自然冷却即可　宝钢开发临氢设备用钢的经验表明，实现稳　实现；厚度增大时，需通过鼓风冷却、喷水雾冷却　定和批量工业化生产的关键是全面掌握该钢的性　等强制冷却方式来达到；钢板厚度进一步增大时，　能特点和制造工艺，并具备必要的装备。冶炼、浇　需采用水冷方式才可实现，水冷设备有喷淋装置、　铸、轧制、热处理是其关键工序。经过一定时期的　层流冷却装置、淬火机等。　摸索和实践，我国一定能具备大规模生产临氢设　空冷时，若钢板超过一定厚度，芯部会因冷却　备用２．２５ＣｒｌＭｏ型厚钢板的能力，替代进口，满　速度太慢而得不到贝氏体组织，难以达到临氢设　足石化等行业的需求。　备的要求。淬火时，若冷却速度太快，会使全板厚　得到马氏体组织或者表面为马氏体、芯部为贝氏　参考文献　体的组织，前者因硬度太高，用户成型困难；后者　Ｅ１３胡林，李春福，孟祥利．厚板用３５ｔ巨型扁钢锭的研制Ｉ－Ｊ］．轧　因板厚方向的组织不均匀，对钢板的使用性能不　钢，２００３，２０（６）：１—３．　利。因此，应根据钢板厚度的不同，确定相应的冷　Ｅ２３胡德志，周碧珊，赵文忠，等．定向凝固大型铸锭研究ＥＪ３．宽厚　板，１９９５，１（１）：１１—１６．　却方式，使钢板全板厚得到贝氏体组织是　Ｅ３３佐佐木健二，小楼芳郎，阴根稔弘，Ｉ手加．直接脱硫装置用　２．２５Ｃｒ１Ｍｏ型厚钢板热处理工序的关键。　ＡＳＴＭ　Ａ３８７　Ｇｒ．Ｄ檀厚斓板　裂造［Ｊ］．川崎裂铁技辗，１９７４，　３　宝钢工业试制成功２．２５ＣｒｌＭｏ型　６（２）：８７—１０１，　１２Ｃｒ２ＭｏｌＲ厚钢板　［４］杨海林，王祖芳．压力容器用１２Ｃｒ２Ｍｏ１Ｒ钢板的研制ＥＪ３．宽　宝钢根据临氢设备用厚钢板的性能特点以及　厚板，１９９７，３（１）：１７～２１．　Ｅ５３田川寿俊，岩崎宜博，市之濑弘之，Ｉ王加．拯厚钢板　压延法　宝钢厚板生产线的实际状况，进行了厚１００ｍｍ　奄　品耍Ｉ：　、　［Ｊ］．铁匕斓，１９８０，６６：Ｓ４７２．　的１２Ｃｒ２Ｍｏ１Ｒ钢板的工业试制，结果表明，Ｐ、Ｓ、　Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｓ等杂质元素含量较低，Ｊ系数为４５．９，　俄罗斯ＴＭＫ公司　工段，全套设备由瑞士豪斯乐公司　长材深加工生产设备，以提高该公司　（ＨＡＥＵＳＬＥＲ）提供。这条新线投产　在特殊钢材上的市场份额。新建设　新建管材生产线　之后，伏尔加钢管厂的大口径焊管总　备将于２００９年中期投产，包括安装　俄罗斯最大的管材生产企　产能将达到１２０万ｔ／ａ。　生产不锈钢钢筋的开卷拉拔棒材线　业——俄罗斯管材冶金公司（ＴＭＫ）　植恒毅摘自《Ｍｅｔａｌ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ》　和开卷矫直机，这些设备将为生产奥　正在伏尔加（Ｖｏｌｚｈｓｋｙ）钢管厂新建　２００８，０４：２０　托昆普专有的双相钢ＬＤＸ２１０１不锈　大口径直缝焊管生产线。该生产线　奥托昆普投资建设　钢钢筋提供强有力的支持。作为碳　设计年产能６５万ｔ，可以生产￣Ｐ５３０　钢钢筋的替代材料，采用不锈钢钢筋　１４２０ｍｍ、最大壁厚为４２ｍｍ的　长材深加工设备　可以大大延长钢筋混凝土结构的使　～　油气管线（包括Ｘ８０级），通用管线、　芬兰奥托昆普集团公司是以生　用寿命。　建筑供热管线以及核电站管线。整　产不锈钢为主的企业。该公司在英　陆岩摘自《Ｍｅｔａｌ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ》　个生产线包括厚板冷弯、焊接和精整　国设菲尔德投资约１０００万欧元建设　２００８，５ｉ２２