林楠，張彩霞，王洪學(xué)

某公司制造的再吸收塔是低溫設(shè)備，工作溫度為-18～-63℃，物料為CO2、H2S、CH3OH等，殼體材料為ASME SA-203Gr.D，所用的鍛件為ASME SA-350Gr.LF3，此低溫鋼介紹的資料較少，為此做了一系列試驗(yàn)，以便找出適合低溫鋼SA-350Gr.LF3的熱處理工藝。

1.SA-350Gr.LF3鍛件的化學(xué)成分及力學(xué)性能

SA-350Gr.LF3化學(xué)成分見表1。

SA-350Gr.LF3以正火+回火狀態(tài)交貨，力學(xué)性能見表2、表3。表2中-101.1℃的沖擊吸收能量允許有一個(gè)試樣的最小值為16J。表3中-101.1℃的沖擊吸收能量允許有一個(gè)試樣的最小值為24J。工程所要求的沖擊吸收能量比ASME標(biāo)準(zhǔn)高出50%。

2.低溫鋼的合金特點(diǎn)

鋼材通常隨著使用溫度的降低，強(qiáng)度增加而塑性和韌性降低。對(duì)于低溫鋼，除要求滿足常溫強(qiáng)度，低溫下組織穩(wěn)定，具有良好的焊接性能、加工性能以及必要的物理性能外，低溫韌性是低溫鋼最重要的性能指標(biāo)。提高鋼材低溫韌性的主要方法就是細(xì)化晶粒及提高鋼的純凈度。低溫鋼通常采用添加合金元素的方法來(lái)細(xì)化晶粒。

Mn是細(xì)化晶粒、提高鋼韌性的主要元素之一。Mn能使緩冷后晶界所出現(xiàn)的滲碳體變小，尤其是對(duì)熱軋及正火鋼效果較好，但添加少量Mn較為有效，添加量到一定程度，其效果即告飽和。

Ni在鋼中是純固溶元素，具有明顯降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)折溫度的作用。Ni與鐵形成無(wú)限固溶體，Ni通過(guò)其在晶粒內(nèi)的吸附作用細(xì)化鐵素體晶粒，提高鋼的沖擊韌度。低溫鋼要大幅度地提高韌性，常離不開用Ni來(lái)合金化。

C是鋼中不可少的元素，然而加C雖然強(qiáng)化作用很高，但卻顯著降低韌性，因此低溫鋼的含C碳量都較低。

表1 SA-350Gr.LF3化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 SA-350Gr.LF3力學(xué)性能（ASME Ⅱ卷）

表3 SA-350Gr.LF3力學(xué)性能（工程技術(shù)要求）

Nb是強(qiáng)烈的碳化物形成元素，可與碳、氮形成極其穩(wěn)定的Nb（C、N）化合物。沿奧氏體晶粒分布的Nb（C、N）粒子，阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，顯著提高原始奧氏體粗化溫度，從而細(xì)化了鐵素體晶粒，改善了鋼的強(qiáng)度和低溫韌性。但是在缺少碳的情況下Nb在鋼中以固溶形式存在，將推遲先共析鐵素體析出，并強(qiáng)烈延遲奧氏體開始分解為珠光體的時(shí)間。因此，控制Nb的加入量，使Nb盡可能以化合物形式在鋼中彌散析出。

3.SA-350Gr.LF3鍛件的熱處理試驗(yàn)

針對(duì)SA-350Gr.LF3鍛件材料合金元素的特點(diǎn)，制訂了幾種熱處理工藝方案，并鍛制了一些試件，做了一系列的試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)找出合理的熱處理工藝，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

通常正火溫度為Ac3+30～50℃，有時(shí)為奧氏體化更均勻也會(huì)相應(yīng)提高正火溫度。從表4的試驗(yàn)結(jié)果分析，奧氏體化溫度增高到一定溫度時(shí)，強(qiáng)度明顯提高，沖擊吸收能量下降，這是由于過(guò)高的正火溫度會(huì)使奧氏體晶粒長(zhǎng)大的緣故。通常提高回火溫度會(huì)使強(qiáng)度下降、沖擊吸收能量上升；而從表4數(shù)據(jù)看，正火溫度相同時(shí)，回火溫度對(duì)低溫沖擊吸收能量影響較大，提高回火溫度可使強(qiáng)度升高，沖擊吸收能量下降；分析可能是Mn、Ni使SA-350Gr.LF3的A1線下降，高的回火溫度會(huì)有碳化物析出，從而使強(qiáng)度提高、沖擊吸收能量下降。從上述結(jié)果分析，經(jīng)840～870℃進(jìn)行正火，660～670℃回火后低溫鋼SA-350Gr.LF3鍛件試件各項(xiàng)力學(xué)性能較好。

4.生產(chǎn)驗(yàn)證

SA-350Gr.LF3鍛件產(chǎn)品經(jīng)熱處理工藝為840～870℃正火+660～670℃回火后，隨機(jī)抽驗(yàn)了幾組鍛件的力學(xué)性能，見表5。

從表5可見，低溫鋼SA-350Gr.LF3鍛件在840～870℃進(jìn)行正火、660～670℃回火的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均較好，此熱處理工藝的規(guī)范制訂的較合理，并在隨后生產(chǎn)鍛件中得到驗(yàn)證。

5.結(jié)語(yǔ)

（1）回火溫度對(duì)低溫鋼SA-350Gr.LF3鍛件的沖擊吸收能量影響較大，合適的回火溫度是低溫沖擊吸收能量提高的關(guān)鍵。

（2）840～870℃正火，660～670℃回火的熱處理工藝規(guī)范應(yīng)用于低溫SA-350Gr.LF3鍛件是較合適的，而且在實(shí)際生產(chǎn)中采用此熱處理工藝處理的SA-350Gr.LF3鍛件一次合格率較高。

表4 力學(xué)性能（鍛件試件試驗(yàn)）

表5 力學(xué)性能（鍛件產(chǎn)品）