CN102764960B - 一种加氢反应釜筒体用复合钢板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加氢反应釜筒体用复合钢板的制造方法，属于金属材料领域。该方法是将厚度为300-600mm的普通碳钢材料和10-60mm的不锈钢材料首先加工成长宽尺寸相同的坯料，清洁表面叠合在一起，再采用气体保护焊、埋弧焊和真空电子束焊组合焊接工艺将四周焊合，然后将焊接好的复合坯料经加热后再采用中厚板轧机轧制成100mm以上的碳钢-不锈钢复合板材，最终用于加氢反应釜筒体的制造。该复合钢板物理性能优良，并具备优异的耐腐蚀性和高耐压性，完全满足加氢反应釜筒体制造的要求。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，具体涉及一种加氢反应釜筒体用复合钢板的制造方法。
背景技术
随着科学技术的不断进步，化工和制药等行业所需的山梨醇、木糖醇等产品都是采用加氢反应釜设备进行生产。目前，设备的大型化是其发展的一个必然趋势，反应釜容积越大，对生产过程中的工作压力和温度等要求也越严格，如对于30m3加氢反应釜工作压力要求达到15MPa，工作温度要达到200℃。虽然一般的碳钢和搪瓷结构的反应釜能够满足压力和工作温度的要求，但其耐腐蚀性能远不能满足生产的需求；如果反应釜全部采用不锈钢制造，虽然能满足耐腐蚀性能和工作温度要求，但其工作压力达不到要求，为了使其压力满足设计要求，不锈钢反应釜筒体的厚度就必须达到100mm以上，这样其成本会大幅度提高，是普通碳钢的三倍以上。
专利CN101584975A“加氢反应釜筒体”中提出了由碳钢层和不锈钢层采用爆炸工艺复合的板材生产加氢反应釜筒体的技术，可以有效地解决上述问题，而爆炸复合工艺是利用炸药爆炸产生的巨大冲击力使两种材料结合在一起，会产生巨大的噪音，影响周边环境；同时由于爆炸复合需要母材性能（韧性、冲击性能等）、炸药性能（爆速稳定、安全等）、初始参数（单位面积炸药量、基复板间距等）和动态参数（碰撞角、复板碰撞速度）等与系统参数密切配合，复合板的成品率及质量难于精确控制；爆炸复合法生产成本较高，复合板尺寸越大，爆炸复合的条件要求和成本就越高，采用该方法生产大尺寸复合板受到一定的限制。
发明内容
本发明为了克服上述问题，提供一种加氢反应釜筒体用复合钢板的制造方法，采用气体保护焊、埋弧焊和真空电子束焊组合焊接工艺将厚度300-600mm的普通碳钢坯料和10-60mm不锈钢四周焊合，焊接好的复合坯料经加热后再采用中厚板轧机轧制成100mm以上的碳钢-不锈钢复合板材，最终用于加氢反应釜筒体的制造。产品性能优良，具备优异的耐腐蚀性和高耐压性。
本发明通过以下技术方案实现：一种加氢反应釜筒体用复合钢板的制造方法，包括以下步骤：
（1）选用四周相同尺寸(即长度、宽度相等，厚度可以不同）的碳钢坯料和不锈钢坯料为原料；
（2）将所有碳钢坯料和不锈钢坯料拟焊接面的三条边通过火焰切割或刨、铣等形式加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35°；将碳钢坯料和不锈钢坯料叠放在一起，组齐对正，并旋转90°竖直放置，然后采用气体保护焊的焊接方式，对碳钢坯料和不锈钢坯料有坡口的三个面上的边缝进行打底焊接，再采用埋弧自动焊进行填充及盖面焊接，最后将剩余面上的边缝在高真空下进行真空电子束焊接，组焊成复合坯料；
（3）对焊接好的复合坯料装车底式炉或均热炉加热，出炉温度控制在1160～1280℃；
（4）出炉后轧制，采用二阶段轧制法，第一阶段开轧温度1000～1150℃，第二阶段开轧温度820～920℃，中间坯厚度不小于成品复合钢板厚度的1.4倍；
（5）对轧后复合钢板进行缓冷。
所述步骤（1）不锈钢坯料厚度为10-60mm，碳钢坯料厚度为300-600mm。
所述步骤（2）碳钢坯料和不锈钢坯料，其焊接前通过铣床、刨床等机加工方法，去除待复合表面的氧化铁皮、油污等，实现表面洁净。
所述步骤（2）气体保护焊，其焊丝直径1.2-2.0mm，焊接电压20-35V，焊接电流120-400A，焊接速度250-600mm/min，焊丝干伸长度15-25mm，保护气体CO2或Ar+CO2，保护气体流量15-25L/min，熔深5-20mm。
所述步骤（2）埋弧自动焊，其焊丝直径4.0-6.0mm，焊接电压30-45V，焊接电流250-1600A，焊接速度250-600mm/min，焊丝干伸长度25-45mm，熔深10-30mm。
所述步骤（2）真空电子束焊接，其焊接电压30-150KV，真空度高于1×10-1Pa，焊接电流100-500mA，焊接速度50-700mm/min，熔深20-50mm。
本发明对焊接好的大厚度坯料采用车底式炉或均热炉进行加热，适当增加高温段保温时间，确保钢板烧透、烧均匀。
本发明轧制过程中采用二阶段轧制法，在第一阶段进行高温低速大压下轧制，通过反复再结晶过程细化晶粒；第二阶段采用控制轧制，增加相变形核点细化晶粒，中间坯1.4倍成品厚度是为了保证二阶段轧制过程的累积变形量。
本发明的有益效果是：与现有采用爆炸复合方法生产加氢反应釜筒体用碳钢不锈钢复合板的技术相比，本发明采用气体保护焊、埋弧焊和真空电子束焊组合焊接工艺，焊接成的大厚度坯料可以增加轧制成品钢板的压缩比，因此碳钢、不锈钢的复合界面在后续的热加工变形过程中经过高温下的固态扩散后，非常容易结合在一起，形成一个整体，使复合界面的结合强度大幅度提高，保证产品质量的稳定性。同时相比爆炸复合法，轧制复合工艺设备简单，对环境几乎没有污染，可以充分利用现有轧机进行轧制。
气体保护焊、埋弧焊和真空电子束焊的组焊方式，具有以下优势：
1、本发明对碳钢和不锈钢板坯组的三条边缝首先采用气体保护焊进行打底焊接，在不污染结合面的前提下自动高效地完成基础焊接，并为下一步埋弧焊做好准备；然后对这三条边缝再采用埋弧自动焊的方式快速地完成焊缝的填充焊接，最后将剩余一条边缝在真空环境下应用真空电子束焊工艺，完成坯料的最终焊接。
2、本发明采用固定顺序进行先后焊接的工艺，不是气体保护焊、埋弧焊和真空电子束焊的简单结合，而是严格按照大厚度板坯制备的内在质量要求，充分考虑了三种焊接方式的各自优势，将其优化组合的结果。因为气体保护焊不会污染板坯组结合面同时可以实现自动化提高焊接效率，埋弧自动焊是比气体保护焊更加高效的一种焊接方式，而气体保护焊和埋弧焊操作均在正常环境下进行。这种组合焊接顺序和方式可以在保证焊接要求（特别是对结合面的洁净度要求）的前提下大幅度提高焊接效率，降低了生产成本。
3、本发明由于板坯组是竖直方向放置，因此可以保证坯料之间保持1mm左右的间隙，而不会形成局部的封闭区域。真空电子束焊确保了最终的焊接在高真空中完成，避免了结合面处存在空气影响轧后质量的可能性。
附图说明
图1为实施例1生产钢板的碳钢-不锈钢复合处金相组织图。
实施具体方式
以下结合具体的实施例，对此种加氢反应釜筒体用复合钢板的制造工艺作详细描述。
实施例1
生产100mm厚碳钢-不锈钢加氢反应釜筒体用复合钢板：
1)分别选取一支300mm厚的Q235B材质的连铸板坯和40mm厚304不锈钢坯作为原料。
2）分别将选定连铸板坯和不锈钢坯的三条边利用火焰切割方法加工坡口，坡口深度25mm，坡口角度25°。
3）将完成加工坡口的坯料通过铣床加工，去除表面的氧化铁皮、油污等，并将两支坯料加工成相同长宽尺寸。
4）将加工好的坯料叠放在一起，组齐对正，且焊接前将叠放在一起的连铸板坯旋转90°竖直放置。
5）采用气体保护焊的焊接方式，对已加工好坡口的三条边缝进行打底焊接，焊丝直径2.0mm，焊接电压20V，焊接电流200A，焊接速度300mm/min，焊丝干伸长度25mm，保护气体CO2，保护气体流量20L/min，熔深15mm。
6）将经气体保护焊打底焊接后的三条边缝，再采用埋弧自动焊进行填充及盖面焊接，焊丝直径5.0mm，焊接电压40V，焊接电流500A，焊接速度350mm/min，焊丝干伸长度30mm，熔深20mm。
7）将剩余边缝在高真空度下采用真空电子束焊接，最终形成340mm复合坯料。焊接电压50KV，真空度1×10-2Pa，焊接电流300mA，焊接速度150mm/min，熔深35mm。
8）采用台车炉对复合坯料进行加热，总加热时间12个小时以上，出炉温度1280℃。
9）轧制过程中粗轧开轧1120℃，粗轧过程尽量加大每道次的压下量，中间坯厚230mm；精轧开轧温度880℃，轧制过程中通过压下量的调整控制钢板板型良好。
10）对轧后复合钢板进行缓冷。
本工艺通过组合焊接制造的100mm加氢反应釜筒体用复合钢板，其碳钢-不锈钢复合处得到了很好的熔合，如图1所示。
实施例2
生产120mm厚碳钢－不锈钢加氢反应釜筒体用复合钢板：
1)分别选取一支320mm厚的Q235B材质的连铸板坯和40mm厚304不锈钢坯作为原料。
2）分别将选定连铸板坯和不锈钢坯的三条边利用火焰切割方法加工坡口，坡口深度35mm，坡口角度30°。
3）将完成加工坡口的坯料通过铣床加工，去除表面的氧化铁皮、油污等，并将两支坯料加工成相同尺寸。
4）将加工好的坯料叠放在一起后，组齐对正，且焊接前将叠放在一起的连铸板坯旋转90°竖直放置。
5）采用气体保护焊的焊接方式，对已加工好坡口的三条边缝进行打底焊接，焊丝直径1.5mm，焊接电压25V，焊接电流300A，焊接速度400mm/min，焊丝干伸长度20mm，保护气体Ar+CO2，保护气体流量25L/min，熔深20mm。
6）将经气体保护焊打底焊接后的三条边缝，再采用埋弧自动焊进行填充及盖面焊接，焊丝直径6.0mm，焊接电压45V，焊接电流800A，焊接速度600mm/min，焊丝干伸长度45mm，熔深30mm。
7）将剩余边缝在高真空度下采用真空电子束焊接，最终形成360mm复合坯料。焊接电压100KV，真空度1×10-2Pa，焊接电流500mA，焊接速度200mm/min，熔深50mm。
8）采用台车炉对复合坯料进行加热，总加热时间12个小时以上，出炉温度1200℃。
9）轧制过程中粗轧开轧1050℃，粗轧过程尽量加大每道次的压下量，中间坯厚230mm；精轧开轧温度850℃，轧制过程中通过压下量的调整控制钢板板型良好。
10）对轧后复合钢板进行缓冷。
Claims (2)
1.一种加氢反应釜筒体用复合钢板的制造方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）以相同长宽尺寸的碳钢坯料和不锈钢坯料为原料；
（2）将所有碳钢坯料和不锈钢坯料拟焊接面的三条边加工坡口，坡口深度10-40mm，坡口角度15-35°，将碳钢和不锈钢坯料叠放在一起，组齐对正，并旋转90°竖直放置，然后采用气体保护焊的焊接方式，对碳钢和不锈钢坯料有坡口的三个面上的边缝进行打底焊接，再采用埋弧自动焊进行填充及盖面焊接，最后将剩余面上的边缝在真空度高于1×10-1Pa的高真空下进行真空电子束焊接，组焊成复合坯料；
所述气体保护焊，其焊丝直径1.2-2.0mm，焊接电压20-35V，焊接电流120-400A，焊接速度250-600mm/min，焊丝干伸长度15-25 mm，保护气体CO2或Ar+CO2，保护气体流量15-25L/min，熔深5-20mm；
所述埋弧自动焊，其焊丝直径4.0-6.0mm，焊接电压30-45V，焊接电流250-1600A，焊接速度250-600mm/min，焊丝干伸长度25-45 mm，熔深10-30mm；
所述真空电子束焊接，其焊接电压30-150KV，焊接电流100-500mA，焊接速度50-700mm/min，熔深20-50mm；
（3）对焊接好的复合坯料装车底式炉或均热炉加热，出炉温度控制在1160～1280℃；
（4）出炉后轧制，采用二阶段轧制法，第一阶段开轧温度1000～1150℃，第二阶段开轧温度820～920℃，中间坯厚度不小于成品复合钢板厚度的1.4倍；
（5）对轧后复合钢板进行缓冷。
2.如权利要求1所述的一种加氢反应釜筒体用复合钢板的制造方法，其特征是，所述步骤（1）碳钢坯料厚度为300-600mm，不锈钢坯料厚度为10-60mm。
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