在制造过程中，压力容器设备多采用焊接成型，其焊接组织具有较高的内应力，在外力作用下，材料极易形成裂纹，危害很大，因此焊后需要对设备进行整体或局部热处理，以消除焊接残余应力，降低焊接接头的硬度，改善其力学性能。然而随着装置向大型化和复杂化发展，焊后热处理过程频繁，而且容器成型后无法再取样，因此为模拟容器在制造过程中所经历的所有焊后热处理过程，对进厂供货状态的钢板及锻件进行模拟焊后热处理，预先判断经过长时间热处理后的材料能否保持其应有的力学性能。笔者选取承压设备常用的12Cr2Mo1钢和14Cr1Mo钢锻件为研究对象，讨论模拟焊后热处理制度对承压容器用钢组织和力学性能的影响。
1. 模拟焊后热处理制度
NB/T 47008—2017 《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》附录B附加要求中提到“力学性能试验前全部试样坯料应在低于临界温度下进行一次或多次热处理，这主要基于锻件产品在承压元件制造过程中会经受的焊后热处理或其他热处理”。模拟焊后热处理的保温时间分为最小模拟焊后热处理时间和最大模拟焊后热处理时间。最小模拟焊后热处理时间是根据制造过程中实际焊后热处理时间来确定的；最大模拟焊后热处理时间是几次焊后热处理时间和设备返修重新进炉所需要时间的总和，一般最大模拟焊后热处理时间是最小模拟焊后热处理时间的3~4倍。
根据JB/T 7556—1994 《热壁加氢反应器用2 1/4Cr-1Mo钢锻件技术条件》及承压设备常用技术要求，最大模拟焊后热处理条件为（690 ±5） ℃×26 h, 最小模拟焊后热处理条件为（690 ±5） ℃×8 h。
2. 试验材料
采用的承压设备用12Cr2Mo1钢和14Cr1Mo钢的化学成分如表1所示，两种材料的化学成分均满足标准NB/T 47008—2017的要求。锻件的厚度为260 mm，供货状态均为正火+回火，供货态下组织均为回火贝氏体。
| 项目 | 质量分数 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | Cr | Mo | S | P | |
| 12Cr2Mo1钢实测值 | 0.08~0.15 | 0.16 | 0.27~0.63 | 1.95~2.55 | 0.85~1.15 | ≤0.010 | ≤0.01 |
| 12Cr2Mo1钢标准值 | ≤0.15 | ≤0.50 | 0.30~0.60 | 2.00~2.50 | 0.90~1.10 | ≤0.010 | ≤0.020 |
| 14Cr1Mo钢实测值 | 0.11~0.17 | 0.45~0.85 | 0.27~0.83 | 1.10~1.55 | 0.43~0.68 | ≤0.012 | ≤0.012 |
| 14Cr1Mo钢标准值 | 0.11~0.17 | 0.50~0.80 | 0.30~0.80 | 1.15~1.50 | 0.45~0.65 | ≤0.010 | ≤0.020 |
3. 试验结果
3.1 力学性能测试
利用万能试验机、金属摆锤冲击试验机、高温拉伸试验机及数显电子布氏硬度计对不同模拟热处理制度下的12Cr2Mo1钢和14Cr1Mo钢进行力学性能测试，结果如表2，3所示。由表2，3可知：经模拟焊后热处理的12Cr2Mo1钢试样交货状态下具有较高的抗拉强度和屈服强度，随着模拟焊后热处理时间的延长，试样的常温抗拉强度、屈服强度均下降，断后伸长率变大，断面收缩率变化不大，高温（550 ℃）瞬时屈服强度下降，冲击韧性变大，硬度变小；14Cr1Mo钢试样的力学性能变化趋势与12Cr2Mo1钢试样相同。由此可见，对于厚度为260 mm的12Cr2Mo1钢和14Cr1Mo钢锻件材料，模拟焊后热处理对其常温和高温拉伸性能影响较大；供货状态和模拟焊后热处理状态下两种材料的低温冲击韧性都较好，即使经历最大模拟焊后热处理，材料也没有表现出脆化现象。
