阅读说明：本技术 测试钢材的回火脆性的方法及其应用 (Method for testing temper brittleness of steel and application thereof ) 是由 王金光 刘震宇 尹青锋 董汪平 于 2018-09-11 设计创作，主要内容包括：本公开涉及一种测试钢材的回火脆性的方法及其应用。本公开的方法通过选取多批次待测钢材中J值最大的批次钢材进行特定温度下的冲击强度测试,并计算冲击功W,如果该冲击功W大于判定值W<Sub>d</Sub>,则判定待测钢材的回火脆性全部合格。该方法可以避免传统方法中对每一批钢材都进行J值测试和步冷试验的繁琐程序,最大限度地减少测试试样的数量,简化测试程序,并能保证测试结果可靠。(The disclosure relates to a method for testing temper brittleness of steel and application thereof. The method disclosed by the invention comprises the steps of selecting the batch of steel with the maximum J value from multiple batches of steel to be tested to carry out impact strength test at a specific temperature, calculating impact energy W, and if the impact energy W is greater than a judgment value W d And judging that the temper brittleness of the steel to be detected is all qualified. The method can avoid the complicated procedures of J value test and step cooling test on each batch of steel in the traditional method, reduce the number of test samples to the maximum extent, simplify the test procedures and ensure the reliability of the test results.)

测试钢材的回火脆性的方法及其应用

技术领域

本公开涉及石油化工、煤化工等应用的临氢Cr-Mo钢压力容器领域，特别涉及一种测试钢材的回火脆性的方法及其应用。

背景技术

随着国内加工的高硫和高酸原油越来越多，以及对清洁能源的需求越来越大，炼油和煤化工装置加氢装置大量上马，其中使用了大量Cr-Mo钢，如2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-1/4V、3Cr-1Mo-1/4V。这些材料有一个特点，就是将钢材长时间地保持在大约343℃～593℃或者从这温度范围缓慢地冷却时，由于冶金的变化，使材料的韧性引起劣化损伤的现象，称之为回火脆性。回火脆性产生的原因是由于钢中有害的杂质元素(如P、Sn、Sb、As)和某些合金元素(如Si、Mn)向原奥氏体晶界偏析，使晶界凝集力下降所致。

对于回火脆的评定，目前业内普遍存在定性和定量两种方法，J系数就是定性判定方法，J＝(Si+Mn)(P+Sn)×10⁴。阶梯冷却或步冷法(Step Cooling)处理方法是一种近似定量判定方法，它在工程上被广泛地采用。步冷法即分步冷却，温度每降一级，保温更长时间，使钢产生最大的回火脆性，之后进行一系列的冲击试验，绘制出步冷试验前、后回火脆化程度的曲线以确定延脆性的转变温度。进行步冷试验时，对待测材料一部分直接进行夏比(V形缺口)冲击试验，共设定8个冲击温度，并且在每个温度下取多个试样进行试验，绘制出温度-冲击功曲线，计算冲击功为54J时相应的转变温度VTr54。对于另一部分材料，按照脆化程序进行脆化处理，即加热到特定温度后分步冷却，温度每降一级，保温更长时间，使钢在200-300h内产生最大的回火脆性，然后对经过脆化程序处理的材料进行冲击试验，同样设定8个冲击温度，并且在每个温度下取多个试样进行试验，绘制出温度-冲击功曲线。计算冲击功为54J时相应的转变温度ΔVTr54。VTr54和ΔVTr54需满足特定关系式。总体来讲，步冷试验对每批钢材测试时所需的试样数量多达几十个。

众所周知，目前工程界对于反应器用材料包括钢板、锻件、焊材要求每批都要进行定性、定量评价，一台反应器重量少则几百吨、重则达到3000吨，使用量非常大，如果每批材料都要进行试验，尤其是步冷试验，试样数量非常大，耗时也很长，制约了设备交货期和项目建设周期，且测试成本花费很高。

发明内容

本公开的目的是提供一种测试钢材的回火脆性的方法及其应用，该方法测试试样数量少、操作简单，能够快速检测大批量钢材的回火脆性是否合格。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种测试钢材的回火脆性的方法，所述钢材包括多个批次的钢材，该方法包括如下步骤：S1，分别测试每个批次的钢材的Si、Mn、P和Sn的重量百分含量w_Si％、w_Mn％、w_P％和w_Sn％，并根据式(1)计算每个批次的钢材的J值，J＝(w_Si+w_Mn)×(w_P+w_Sn)×10⁴式(1)；S2，将每个批次的钢材的J值与标准值J_s比较，J值大于标准值J_s的批次的钢材的回火脆性不合格，J值不超过标准值J_s的批次的钢材作为待测钢材；S3，选出所述待测钢材中J值最大的批次的钢材作为基准批次钢材，在冲击温度下对所述基准批次钢材进行冲击试验，并计算所述基准批次钢材的冲击功W；如果W大于判定值W_d，则所述待测钢材的回火脆性全部合格；如果W≤W_d，则所述J值最大的批次的钢材的回火脆性不合格，选出所述待测钢材中J值第二大的批次的钢材作为所述基准批次钢材继续进行步骤S3的处理；其中，所述冲击温度为-60℃至-50℃；所述判定值W_d为47～54J；所述标准值J_s为80～120。

可选地，所述钢材包括n个批次的钢材，n为2～10的整数。

可选地，该方法还包括：在所述冲击试验前，对所述基准批次钢材进行模拟焊后热处理的步骤。

可选地，所述冲击试验为V形缺口冲击试验。

可选地，所述冲击温度为-60℃。

可选地，所述判定值W_d为54J。

可选地，该方法包括：在所述基准批次钢材中取3～6个试样进行所述冲击试验，并计算所述3～6个试样的冲击功的平均值作为所述基准批次钢材的冲击功W。

可选地，所述钢材为Cr-Mo钢。

可选地，所述Cr-Mo钢为2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-1/4V和3Cr-1Mo-1/4V中的至少一种。

本公开第二方面提供本公开第一方面所述的方法在制备临氢Cr-Mo钢压力容器中的应用。

通过上述技术方案，本公开的方法通过选取J值最大的批次钢材进行特定温度下的冲击强度测试，可以避免传统方法中对每一批钢材都进行J值测试和步冷试验的繁琐程序，最大限度地减少测试试样的数量，简化测试程序，并能保证测试结果可靠。

本公开的其他特征和优点将在随后的

具体实施方式

部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开的对比例1中进行步冷试验得到的温度冲击功曲线示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开第一方面提供一种测试钢材的回火脆性的方法，钢材包括多个批次的钢材，该方法包括如下步骤：S1，分别测试每个批次的钢材的Si、Mn、P和Sn的重量百分含量w_Si％、w_Mn％、w_P％和w_Sn％，并根据式(1)计算每个批次的钢材的J值，J＝(w_Si+w_Mn)×(w_P+w_Sn)×10⁴式(1)；S2，将每个批次的钢材的J值与标准值J_s比较，J值大于标准值J_s的批次的钢材的回火脆性不合格，J值不超过标准值J_s的批次的钢材作为待测钢材；S3，选出待测钢材中J值最大的批次的钢材作为基准批次钢材，在冲击温度下对基准批次钢材进行冲击试验，并计算基准批次钢材的冲击功W；如果W大于判定值W_d，则待测钢材的回火脆性全部合格；如果W≤W_d，则J值最大的批次的钢材的回火脆性不合格，选出待测钢材中J值第二大的批次的钢材作为基准批次钢材继续进行步骤S3的处理；其中，冲击温度为-60℃至-50℃；判定值W_d为47～54J；标准值J_s为80～120。

本公开的发明人发现，将多个批次钢材中J值最大的批次的钢材选出并对其进行特定温度下的冲击试验，只要该冲击功满足大于判定值W_d，则其他J值较小的批次的钢材也能够满足冲击功大于判定值W_d，且回火脆性均满足合格标准。通过本公开的方法，只选取J值最大的批次钢材进行冲击强度测试，试样量可以减少至最低3个。相比之下，传统的测试方法对每一批钢材进行步冷试验，分别测定脆化程序前后8个温度下的冲击功，并绘制温度冲击功曲线，每一批次的钢材都需要测试至少48个试样，如果钢材批次较多的话，测试试样数量可以达到成百上千个，耗时很长。而本公开的方法可以避免传统方法中对每一批钢材都进行J值测试和步冷试验的繁琐程序，仅对J值最大的批次的钢材进行冲击试验，无需进行脆化处理，并且只测试一个温度下的冲击功，最大限度地减少测试试样的数量，简化测试程序，并能保证测试结果可靠。

根据本公开，钢材的不同批次是指具有不同的元素含量的钢材，例如炼钢过程中来自同一炉的钢材由于采用相同的原材料组成并经历了相同的处理工艺，通常具有大致相同的元素含量，可作为同一批次的钢材，本公开中，同一批次的钢材具有大致相同的J值，不同批次的钢材通常J值不同。本公开中，一个批次的钢材的J值可以采用从该批次钢材中抽取3～6个试样测试并取测试平均值的方法进行测定，该平均值即为该批次钢材的J值。

本公开的方法可以用于多个批次的钢材的回火脆性的测试，例如钢材可以包括n个批次的钢材，n可以为2～10的整数，优选为3～6的整数。

本公开的方法首先对每个批次的钢材的J值进行测试，并将每个批次的钢材的J值与标准值J_s比较，进行第一步判断以确定钢材元素含量是否合格，只有元素含量合格的钢材才作为待测钢材进行第二步的判断，元素含量不合格的批次的钢材直接判定其回火脆性不合格进行淘汰。根据本公开的方法，第二步的判断仅需判断J值最大的批次的钢材的冲击功是否合格，如J值最大的批次的钢材的冲击功合格，则元素含量合格的所有批次的待测钢材的回火脆性合格，即剩余的其他批次的待测钢材无需经过第二步的冲击功测试即可判定其回火脆性是合格的，由此大幅度减少了测试的试样数量和测试时间；对于J值最大的批次的钢材不合格的情况，则要继续对J值第二大的批次的钢材进行步骤(3)的冲击功测试，对于钢材批次多于2批的情况，如果该J值第二大的批次的钢材的回火脆性合格，即剩余的J值更小的其他批次的待测钢材无需经过第二步的冲击功测试即可判定他们的回火脆性是合格的，如果该J值第二大的批次的钢材的回火脆性不合格，则继续寻找J值第三大的批次的钢材进行冲击功测试，以此类推，直至能够判断所有待测钢材的回火脆性是否合格；换言之，本公开的方法是首选采用J值对多批次钢材进行第一轮筛选，J值合格的批次钢材进行第二轮冲击功测试筛选，并且按照J值由大到小的顺序对J值合格的批次钢材依次进行冲击功测试筛选，按此顺序，当某一批次的J值合格的钢材的冲击功测试也合格时，即可判断比该批次J值更小或J值相同的其他批次J值合格的钢材的回火脆性为合格。

根据本公开，为了进一步提高测试可靠性，进一步地，冲击温度优选为-60℃至-50℃，更优选为-60℃；判定值W_d优选为47～54J，更优选为54J。

根据本公开，标准值J_s为本领域常规的J值判定标准，通常可以认为，J值不符合标准值J_s范围的为不合格的钢材试样，在本公开中，标准值J_s优选为80～120，更优选为80～100。

根据本公开，测试每个批次的钢材的Si、Mn、P和Sn的重量百分含量的方法可以为本领域常规方法，例如采用GB/T223系列标准规定的方法进行测试。

根据本公开，为了确保钢材在长时间的焊后热处理后性能仍能满足要求，该方法还可以包括：在冲击试验前，对基准批次钢材进行模拟焊后热处理的步骤。进行模拟焊后热处理的方法可以为本领域常规的，此处不再赘述。

根据本公开，进行冲击试验的方法可以为本领域常规方法，优选地，冲击试验可以为V形缺口冲击试验，例如为参照GB/T229-2007标准进行的冲击试验。

其中，对J值最大的批次的钢材进行冲击试验，可以取3～6个试样，优选地，该方法可以包括：在J值最大的批次的钢材中取3～6个试样进行冲击试验，这样，试样数量适宜，测试程序简便，且能够保证测试结果可靠。

根据本公开，进行回火脆性测试的钢材可以为本领域常规种类的钢材，例如为Cr-Mo钢，进一步地，Cr-Mo钢优选为2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-1/4V和3Cr-1Mo-1/4V中的至少一种。

本公开的方法可以用于常规的用于焊接的钢材的回火脆性的测试，尤其可以用于需要大批量焊接钢材的领域，由此，本公开第二方面提供本公开第一方面的方法在制备临氢Cr-Mo钢压力容器中的应用。

以下通过实施例进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。

实施例1

本实施例用于说明本公开的测试钢材的回火脆性的方法。

待测试样包括5个批次的厚度345mm的2.25Cr-1Mo-1/4V锻件，分别记为锻件D1、D2、D3、D4和D5，测试步骤：

(1)按照GB/T223方法分别测试锻件D1、D2、D3、D4和D5的Si、Mn、P和Sn的重量百分含量并根据式(1)计算每个批次的钢材的J值，列于下表1；

(2)选出J值最大的锻件D5，其J值为50，小于标准值120；

(3)对锻件D5进行模拟焊后热处理，从模拟焊后热处理后的锻件D5中随机选择3个试样进行-60℃下V形缺口冲击试验，试验方法参照GB/T229-2007标准，取3个试样的平均值计算冲击功W为120J，大于判定值54J，则待测锻件D1、D2、D3、D4和D5的回火脆性全部合格；为了验证判定结果的准确性，表1中将锻件D1、D2、D3和D4的冲击功W测试结果一并列出，从冲击功测试结果可以看出，实施例1的判定结果准确无误。

对比例1

分别测试锻件D1、D2、D3、D4和D5的Si、Mn、P和Sn的重量百分含量并根据式(1)计算每个批次的钢材的J值，并分别判定J值是否小于标准值120；

采用步冷试验法对锻件D1、D2、D3、D4和D5逐一测试，方法如下(以锻件D1为例)：

对锻件D1进行模拟焊后热处理，处理后的锻件D1一部分进行一系列的冲击试验，冲击温度设定为：-100℃、-80℃、-60℃、-40℃、-30℃、-18℃、0℃和20℃，在每个温度下各取3个试样进行V形缺口冲击试验，绘制出如图1所示的曲线A，另一部分按照如下脆化程序进行脆化处理：加热到316℃，加热速度不需控制；加热到593℃，加热速度：56℃/h，保温1h；冷却到538℃，冷却速度：6℃/h，保温15h；冷却到524℃，冷却速度：6℃/h，保温24h；冷却到496℃，冷却速度：6℃/h，保温60h；冷却到468℃，冷却速度：3℃/h，保温100h；冷却到316℃，冷却速度：28℃/h；空冷至常温。对经过脆化程序处理的材料进行冲击试验，温度设定为：-100℃、-80℃、-60℃、-40℃、-30℃、-18℃、0℃和20℃，在每个温度下各取3个试样，绘制出图1的曲线B，得到完整的温度-冲击功曲线图如图1所示，曲线应完整，应有上下平台值，所需试样总数量为48个。计算冲击功为54J时相应的转变温度ΔVTr54。脆性转变温度满足VTr54+3ΔVTr54≤0℃时回火脆性合格。

锻件D2、D3、D4和D5采用相同的方法进行测试，需要进行步冷试验测试冲击功的测试试样的总数为240个，结果列于表1。

表1

根据表1数据可知，锻件D1、D2、D3、D4和D5的脆性转变温度全部满足VTr54+3ΔVTr54≤0℃，即锻件D1、D2、D3、D4和D5的回火脆性全部合格。

一方面证明实施例1的测试方法所测得的结果可靠无误；另一方面，与对比例1相比，实施例1的测试试样数量由240个减少为3个，且3个测试试样仅需要分别进行-60℃冲击功试验，而对比例1的240个试样每个都要进行耗时巨长的步冷试验测试。

由此可见，采用本公开的方法能够在保证测试结果可靠的前提下大大减少测试试样的数量和测试时间。

实施例2

待测试样包括6个批次的厚度198mm的2.25Cr-1Mo钢板，分别记为钢板B1、B2、B3、B4、B5和B6，采用实施例1的测试方法，所不同的是，J值最大的钢板B1，其J值为80，小于标准值120，合格；对钢板B1进行模拟焊后热处理，从模拟焊后热处理后的钢板B1中随机选择3个试样进行-60℃下V形缺口冲击试验，冲击功W为45J，小于判定值54J，钢板B1的回火脆性不合格；选取J值第二大的钢板B2其J值为60，小于标准值120，合格；对钢板B2进行模拟焊后热处理，从模拟焊后热处理后的钢板B2中随机选择3个试样进行-60℃下V形缺口冲击试验，冲击功W为56J，大于判定值54J，钢板B2的回火脆性合格，则待测钢板B2、B3、B4、B5和B6的回火脆性全部合格，测试结果列于表2。

对比例2

采用步冷试验法对钢板B1、B2、B3、B4、B5和B6逐一测试。

试验方法与对比例1相同。测试结果列于表2。

表2

实施例3

待测试样包括4个批次的厚度198mm的2.25Cr-1Mo钢板，分别记为钢板B1、B2、B3和B4，采用实施例1的测试方法，所不同的是，J值最大的钢板B1，其J值为125，大于标准值120，不合格；J值第二大的钢板B2其J值为118，小于标准值120，合格；对钢板B2进行模拟焊后热处理，从模拟焊后热处理后的钢板B2中随机选择3个试样进行-60℃下V形缺口冲击试验，冲击功W为65J，大于判定值54J，钢板B2的回火脆性合格，则待测钢板B2、B3和B4的回火脆性全部合格，测试结果列于表3。

对比例3

采用步冷试验法对钢板B1、B2、B3和B4逐一测试，试验方法与对比例1相同，测试结果列于表3。

表3

由实施例1～3与对比例1～3的数据对比可知，本公开的方法测试结果可靠，并且能够大量减少测试试样的数量，缩短测试时间，有利于提高生产效率。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。