SA738Gr.A钢热处理工艺性能

胡广岐，王志刚，宋 浩

（兰州兰石重型装备股份有限公司，甘肃 兰州730314）

SA738Gr.A钢热处理工艺性能

胡广岐，王志刚，宋 浩

（兰州兰石重型装备股份有限公司，甘肃 兰州730314）

通过对用于中、低温压力容器的碳锰硅钢材料的质证分析，根据相关材料规范、相应产品的技术条件分析和文献资料设计了多组热处理试验，并对试验试样进行微观组织结构及金相分析和力学性能的检测，研究不同焊后热处理温度对SA738GR.A钢工艺性能的影响。试验结果表明，不同的热处理工艺规范对其力学性能和微观组织影响较小。根据试验结果及实际产品焊接接头试样检测结果确定了封头最佳热处理工艺方案为：热成型920℃×1 min/mm空冷+正火920℃×1.5 min/mm水淬+回火650℃×2 min/mm空冷+PWHT 550℃×6 h炉冷。使用此规范制造了18件封头，均获得了满意的效果。

SA738Gr.A；焊后热处理；C-Mn-Si

0 前言

SA738GR.A钢是满足ASMEII-ASA-738/SA738M标准的515 MPa级屈服强度正火或淬火+回火的适应于中、低温压力容器用热处理的C-Mn-Si钢。其合理的化学元素配比是为了得到高强度及优良的焊接性能，也具有优秀的低温冲击韧性，低温温度达到-46℃。此材料在ASME IX母材评定时的分组里属于P-No.1组2，与之相近的材料有ASTM A533 CL2（mod）、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR等。

本试验主要研究了母材及焊接接头焊后热处理对该材料组织及性能的影响，以得到较优的封头制造热处理工艺制度。

1 试验方法及过程

1.1 试验材料

试验用SA738GR.A钢由宝山钢铁股份有限公司提供，其钢是电炉除磷、钢包精炼和真空脱气精炼工艺冶炼的本质细晶粒钢。钢板为镇静钢，符合ASME II-A SA-20标准细奥氏体晶粒度的要求和S1真空处理的要求。本试验选用δ=26 mm的钢板，板材化学成分如表1所示，力学性能如表2所示。

表1 试验用钢板材化学成分（δ=26 mm） %

表2 试验用钢板材力学性能（δ=26 mm）

1.2 试验热处理工艺参数的确定

对于SA738Gr.A钢的母材及焊接接头的焊后热处理工艺规范，按ASME VⅢdiv1的相关规定其最低回火温度大于等于595℃。深入分析了料钢厂所提供的原始质量证明书及其显示数据和相应产品技术条件对该材料的要求与描述，也对比分析了相似屈服等级材料的热处理工艺规范，由此制订了几组热处理工艺规范。

选定其焊后热处理温度在540℃～610℃之间进行模拟实际产品的热加工成型、淬火+回火、及焊后热处理工况。

试验中每一组工艺规范取三个试样，热处理试验选定在RT2-75-11台车式电阻炉进行，试样规格为220 mm×300 mm×26mm板材，热处理完成后对试样按SA-370制备测试试样进行力学性能检测。

1.3 试验热处理工艺规范

根据试验的需要制订了几组热处理工艺规范，如表3所示。

表3 试样热处理规范

1.4 力学性能测试

试验用母材及焊接接头拉伸试验及低温冲击试验均按按ASMEⅡ-A SA370执行。其中室温拉伸Rel、Rm、A5、Z一件；（-46℃）Akv三件；增加硬度HV10检测及金相显微组织检测。

冲击试样尺寸10 mm×10 mm×55 mm；冲击试验温度为-46℃，测量试样的冲击吸收功；钢板的冲击性能要求见表2。

2 试验结果及分析

2.1 力学性能试验结果及分析

2.1.1 拉伸试验性能变化及分析

由图1可知，随着PWHT（焊后热处理）温度的递增，其拉伸强度基本趋于平缓。540℃～610℃的PWHT（焊后热处理）可以满足标准要求。

2.1.2 低温冲击性能变化及分析

上述冲击功值均为平均值，除了在试验编号738-2（580℃）时出现一些试验或其他原因之外，其PWHT温度从540℃～610℃内的低温冲击值是比较满意的，完全满足相关标准及技术条件的要求。

图1 不同热处理后的试样抗拉强度及屈服强度

图2 不同热处理后的试样-46℃低温冲击值

图3 不同热处理后的试样HV5硬度

2.1.3 硬度（HV5）变化及分析

由图3可知，随着PWHT温度的提高，母材试样硬度变化不是很明显。可见PWHT（焊后热处理）热处理温度在540℃～610℃硬度值更合适。

2.1.4 金相显微组织及晶粒度

贝氏体回火组织+铁素体8.0级奥氏体晶粒度如图4～图6所示。

图4 试样编号1（100×）

图5 试样编号2（100×）

图6 试样编号3（100×）

上述试验结果显示均满足设计要求的晶粒度大于等于5级。

3 实际产品试样测试结果分析及应用

（1）实际产品随炉试样检测数据分析见表4。

（2）新材料的首次使用前，有必要对其母材及焊缝进行试验检测。通过相关的试验可以为实际生产提供一线数据，方便反馈给设计与工艺部门进行优化及改进。

（3）实际制造产品共18台，在热处理评定试验保温6 h基础上增加为7 h（相关标准规定评定时间应不少于实际热处理时间的80%），热处理后经检测，全部满足技术条件及相关标准规范。

表4 随炉试板力学性能（δ=112 mm，PWHT 550℃±10℃×7 h）

（4）产品PWHT后所有焊缝经过HB检测之后均满足小于等于350 HV5（小于等于330 HB），随炉纵缝试样-46℃低温冲击Akv≥27 J。

4 结论及优化

（1）ASMEⅡ-A SA-738/SA738M标准材料化学成分上与国内GB19189-2003《压力容器用调质高强度钢板》同级别，相比较而言，SA738的成分特点是：细晶粒可焊接，可选择的细化晶粒元素，含量规定具体，C含量较高，淬透性元素含量上限较宽。

（2）δ=26mmSA738钢N920℃×1 min/mm空冷+ N 920℃×1.5 min/mm水淬+T 650℃×2 min/mm空冷+PWHT 550±10℃×6 h炉冷的规范下母材及焊接接头均可以得到最佳的综合性能指标，完全满足技术条件及相关标准的要求。

（3）SA738钢的PWHT（焊后热处理）宜在540℃～610℃，其焊缝能够获得优良的组织性能。

（4）SA738钢目前在国内的研究及采用还比较少。还需要技术人员做进一步的研究与探讨，以便掌握更多压力容器用材料的工艺性能特性。

Study on heat treatment technology properties of SA738Gr.A steel

HU Guangqi，WANG Zhigang，SONG Hao
（Lanzhou LS Heavy Equipment Co.，Ltd.，Lanzhou 730050，China）

By analyzing the C-Mn-Si steel used for pressure vessels at medium and low temperatures，the multiple sets of heat treatment tests are designed according to relevant material specifications，analysis of product technical conditions and literatures.And the metallographic of microstructure and test mechanical properties are analyzed，the influence of different postweld heat treatment temperatures on the technology properties of SA738GR.A steel are studied.The results show that different heat treatment technology specifications have small influence on their mechanical properties and microstructure.According to the test results and specimen test results of practical product welded joints，the optimum heat treatment technology scheme for head is determined:N920℃×1 min/mm air cooling+N920℃×1.5 min/mm water cooling+T650℃×2 min/mm air cooling+PWHT 550℃×6 h furnace cooling.Above specification is used in the manufacture of 18 sets of head and satisfying effect is obtained.

SA738Gr.A；PWHT；C-Mn-Si

TG407

：A

：1001-2303（2015）10-0127-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.10.28

2015-04-16；

：2015-05-20

胡广岐（1985—），男，甘肃天水人，工程师，主要从事压力容器的成型及热处理技术研究。