阅读说明：本技术 一种超大型不锈钢结构件的深冷处理方法 (Cryogenic treatment method for ultra-large stainless steel structural member ) 是由 周鹏 周荣田 桂林 谢晶 陈文韬 郑小舟 吕政� 吕志杰 于 2019-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超大型不锈钢结构件的深冷处理方法,包括以下步骤：清洁工件、根据超大型不锈钢结构件底部支撑筋的位置布置好用于支撑的工字钢和垫块,保证承重均匀,并将工件吊入深冷箱中；在工件表面及内部各个温区安装热电偶,并将各热电偶连接到外部控制设备。解决了超大型不锈钢结构件深冷处理过程中降温速度过快、各区域降温速度不均匀造成热应力过大的技术难题。(The invention discloses a cryogenic treatment method of an ultra-large stainless steel structural member, which comprises the following steps: cleaning a workpiece, arranging I-shaped steel and cushion blocks for supporting according to the position of a bottom support rib of an ultra-large stainless steel structural member, ensuring uniform bearing, and hoisting the workpiece into a deep cooling tank; thermocouples are installed at each temperature zone on the surface and inside of the workpiece, and each thermocouple is connected to an external control device. The technical problems of overlarge thermal stress caused by overhigh cooling speed and uneven cooling speed of each area in the subzero treatment process of the ultra-large stainless steel structural member are solved.)

一种超大型不锈钢结构件的深冷处理方法

技术领域

本发明属于不锈钢深热处理工艺领域，尤其涉及一种超大型不锈 钢结构件的深冷处理方法。

背景技术

随着社会及科技的发展，对在低温下工作的不锈钢设备、零件需 求越来越多，且需求的零件的尺寸也越来越大，特别是在航空航天、 核电等领域。大部分Cr－Ni奥氏体不锈钢在常温下处于亚稳定状态， 而在超低温范围内会因晶格畸变而发生马氏体转变。当奥氏体不锈钢 的工作温度等于或低于其马氏体转变点(Tmd)时，就会发生马氏体 转变。因为马氏体的比容比奥氏体的大，由此引起的体积膨胀和组织 应力会使零件尺寸发生改变。这就需要在制造过程中对不锈钢零件进 行深冷处理，提高不锈钢结构件在超低温工作环境下的尺寸稳定性及 相关性能。结构复杂、内部焊接残余应力很大且分布不均的不锈钢结构件，深冷处理过程中降温速度过快会时内部尺寸变化产生的内应力 及热应力过大，与焊接残余应力叠加会造成焊缝产生裂纹、缺陷。深 冷处理过程需要对降温速度进行控制。

目前现有深冷处理零件尺寸都较小，在2m以内。尺寸稍微大一 点的如钢厂生产的轧辊等零件，深冷处理工艺的最低温度只达到 -140℃～-150℃。而过大不锈钢结构件深冷处理过程中存在降温速度 过快、各区域降温速度不均匀造成热应力过大的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种超大型不锈 钢结构件的深冷处理方法，降温速度慢，并且各区域温度均匀，有效 减小过大的热应力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种超大型不锈钢 结构件的深冷处理方法，包括以下步骤：

1)清洁工件，去除工件表面和内部附着的铁屑、渣滓、水和油 污；

2)根据超大型不锈钢结构件底部支撑筋的位置布置好用于支撑 的工字钢和垫块，保证承重均匀，并将工件吊入深冷箱中；

3)在工件表面及内部各个温区安装热电偶，并将各热电偶连接 到外部控制设备；

4)在应力集中区域安装应变片监控应力变化，并将应变片连接 的到外部控制设备；

5)准备工作做好后盖上箱盖，固定好后，开始向深冷箱内吹扫 氮气或干燥空气，置换深冷箱的内腔的空气；

6)向深冷箱的换热仓内注入液氮，液氮气化后使换热仓内气体降 温，然后通过风机将冷气吹入深冷箱内，对工件进行降温；

7)待工件降温至-180℃后，再向深冷箱内注入液氮，并将工件 完全浸泡，待工件完全降温后，继续浸泡不少于30min；

8)将深冷箱内液氮压回液氮罐，并通过换热仓内加热器向箱体内 吹扫略高于常温的干燥空气或氮气进行回温；

9)工件完全回温后经3小时的时间间隔后，再次向换热仓通入液 氮，通过气化后的冷气对工件进行降温，降温至-180℃后直接向箱体 内注入液氮，进行浸泡降温至液氮温度，并循环三次；

10)三次深冷循环完成后，将工件吊出深冷箱体外，拆下应变片 和热电偶，超大型不锈钢结构件的深冷处理完成。

在上述技术方案中，步骤1中，清洁工件后进行干燥处理。

在上述技术方案中，步骤2中，深冷箱的内部有效尺寸11m×5.8m ×4.5m，深冷箱内腔两侧有换热仓，并有12个出风口，每个出风口 的风速、出风温度都可以单独控制，通过控制12个出风口的风速及 风温来调节整个内腔各区域的温度。

在上述技术方案中，步骤3中，在工件两侧面上、下各安装不少 于6个热电偶，在工件中内部安装不少于3个热电偶，热电偶的总数 不少于27个。

在上述技术方案中，步骤4中，工件的应力集中区域通过数字模 拟软件模拟出工件深冷处理过程而得到。

在上述技术方案中，步骤6中，通过外部监控设备随时对深冷箱 内的工件各区域温度进行监控，通过控制液氮流量或保温的方法，保 证降温过程中降温速度及温度的均匀性。

本发明的有益效果是：解决了超大型不锈钢结构件深冷处理过程 中降温速度过快、各区域降温速度不均匀造成热应力过大的技术难题， 避免了过大的热应力与焊接残余应力叠加会造成焊缝产生裂纹、缺陷 的问题。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例中，尺寸10100mm×4191mm×3800mm的超大型304LN焊 接件的深冷处理工艺方法，步骤如下：

1)清洁工件，去除工件表面和内部附着的铁屑、渣滓、水和油 污，然后进行干燥处理；

2)根据超大型不锈钢结构件底部支撑筋的位置布置好用于支撑 的工字钢和垫块，保证称重均匀，并将工件吊入深冷箱中；

3)在工件两侧面上、下各安装不少于6个热电偶，在工件中内 部安装不少于3个热电偶，热电偶的总数不少于27个，并将各热电 偶连接到外部控制设备；

4)通过数字模拟软件模拟出工件深冷处理过程的应力集中区域， 并在应力集中区域安装应变片监控应力变化，并将应变片连接的到外 部控制设备；

5)准备工作做好后盖上箱盖，固定好后，开始向深冷箱内吹扫 氮气或干燥空气，置换深冷箱的内腔的空气；

6)向深冷箱的换热仓内注入液氮，液氮气化后使换热仓内气体降 温，然后通过风机将冷气吹入深冷箱内，对工件进行降温；

7)待工件降温至-180℃后，再向深冷箱内注入液氮，并将工件 完全浸泡，待工件完全降温后，继续浸泡不少于30min；

8)将深冷箱内液氮压回液氮罐，并通过换热仓内加热器向箱体内 吹扫略高于常温的干燥空气或氮气进行回温；

9)工件完全回温后经3小时的时间间隔后，再次向换热仓通入液 氮，通过气化后的冷气对工件进行降温，降温至-180℃后直接向箱体 内注入液氮，进行浸泡降温至液氮温度，并循环三次；

10)三次深冷循环完成后，将工件吊出深冷箱体外，拆下应变片 和热电偶，超大型不锈钢结构件的深冷处理完成。

在上述技术方案中，步骤2中，深冷箱的内部有效尺寸11m×5.8m ×4.5m，深冷箱内腔两侧有换热仓，并有12个出风口，每个出风口 的风速、出风温度都可以单独控制，通过控制12个出风口的风速及 风温来调节整个内腔各区域的温度。

在上述技术方案中，步骤6中，通过外部监控设备随时对深冷箱 内的工件各区域温度进行监控，通过控制液氮留量或保温的方法，保 证降温过程中降温速度及温度的均匀性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范 围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围 之内。