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12Cr2Mo1R钢被广泛地应用于石油、化工、能源等行业的临氢压力容器上,随着临氢压力容器的改造、升级和换代,其需求量正在不断的上升。但因其服役环境苛刻、使用技术条件要求较高,国内不能稳定批量生产,长期依赖进口。本文在充分了解12Cr2Mo1R钢的使用环境、成分体系、组织和使用技术条件要求、国内外钢厂生产实绩等基础上,对其基本生产工艺路径、技术关键点以及使用过程中的常见问题进行了归纳总结,再结合现有条件制定其生产工艺,在实验室试制了 12 mm厚的12Cr2Mo1R钢板,研究了其微观组织和加工使用性能。主要研究内容如下:(1)利用热膨胀法得到12Cr2Mo1R钢的静态CCT曲线,并研究分析了12Cr2Mo1R钢于不同冷却速率下的过冷奥氏体转变规律,得到了 12Cr2Mo1R钢所希望获得的贝氏体的临界冷却速率为0.5～2 ℃/s。(2)利用热模拟实验研究了控轧控冷工艺参数(终轧温度、冷却速度、终冷温度)对12Cr2Mo1R钢组织的影响。结果表明,12Cr2Mo1R钢的中温相变组织类型主要有粒状贝氏体和板条贝氏体相变,且粒状贝氏体的转变温度高于板条贝氏体。随着终轧温度的降低,或冷却速度的增大,或终冷温度的降低,一方面,组织由以粒状贝氏体为主转变为以板条贝氏体为主,组织越来越细;另一方面,分布在基体中的M/A岛,由弥散无规律的分布到沿着板条贝氏体呈方向性分布,由尺寸较大的不规则块状逐渐变为细小针状、颗粒状,体积分数逐渐降低。通过合理的控制轧制和冷却工艺参数,把M/A岛的形貌、尺寸、数量及体积分数均控制在合理的范围之内,可以使钢的强度、塑韧性达到合理匹配。(3)研究了不同热处理工艺参数对12Cr2Mo1R钢组织和性能的影响。结果表明,随着正火温度的升高或者保温时间的延长,粒状贝氏体上的岛状组织分布越来越均匀,尺寸越来越大;随着回火温度的升高或者保温时间的延长,得到的回火贝氏体中析出的碳化物数量越来越多,分布越来越弥散,尺寸相对越来越大,钢的强度逐渐降低,塑性和韧性逐渐提高。最终确定的热处理工艺为:正火温度930℃,保温时间30 min,回火温度730 ℃,保温时间50 min。(4)研究了 12Cr2Mo1R钢回火后力学性能变化的原因。分析表明,12Cr2Mo1R钢回火后力学性能的变化,归因于12Cr2Mo1R钢在回火过程中,贝氏体内位错亚结构的回复软化、第二相的析出强化以及碳和合金元素的脱溶机制综合作用。(5)对12Cr2Mo1R钢进行最小模拟焊后热处理(Min.PWHT)、最大模拟焊后热处理(Max.PWHT)以及阶梯冷却处理(Min.PWHT+S.C),模拟研究其加工使用性能。结果表明,12Cr2Mo1R 钢经过 Min.PWHT、Max.PWHT、Min.PWHT+S.C 后,其组织均为回火贝氏体,具有良好的回火稳定性,且强韧性均能够维持在较高的水平。测定了三种状态下钢板的系列温度冲击功,绘制了三种状态下的韧脆转变温度曲线,并计算出了三种状态下的韧脆转变温度,最终计算出钢板的回火脆化指标为vTr54+2.5△vTr54=-107.375℃,远远小于要求的10℃,说明12Cr2Mo1R钢具有良好的抗回火脆化性能。(6)测定了 12Cr2Mo1R钢于不同温度下的高温拉伸性能。结果表明,温度在200～600℃时,12Cr2Mo1R钢均具有较高的强度,耐热性较好。随着温度的升高,其屈服强度和抗拉强度出现小幅度的下降,但在500～600 ℃时,下降比较明显,延伸率和断面收缩率均逐渐提高。最终研究结果表明,12Cr2Mo1R钢经过合理的成分设计、冶炼、轧制、冷却以及热处理工艺,具有良好的综合力学性能,能够满足使用技术条件要求。