大型筒節(jié)是加氫反應(yīng)器的關(guān)鍵組成部分，由于其長期工作在高溫、高壓和腐蝕的環(huán)境中，所以對其綜合力學(xué)性能要求極高。大型筒節(jié)通用的加工方法是自由鍛，生產(chǎn)效率低，為了提高其生產(chǎn)效率，中國設(shè)計了大型筒節(jié)軋機(jī)，將其應(yīng)用于大型筒節(jié)生產(chǎn)。由于大型筒節(jié)壁厚尺寸大，軋制成形壓下率低，心部壓下率不足30%，如果熱塑性變形量未達(dá)到動態(tài)再結(jié)晶臨界變形量時，材料組織再結(jié)晶不充分，易出現(xiàn)混晶及粗晶組織，降低材料使用壽命。
科研工作者針對加氫反應(yīng)器大型筒節(jié)經(jīng)軋制成形后心部易出現(xiàn)混晶、粗晶組織和當(dāng)前等溫式正火工藝熱處理周期長、能源消耗大兩大問題，從熱處理工藝入手，提出了臺階式臨界區(qū)正火熱處理方案，通過與傳統(tǒng)的等溫式正火熱處理制度下組織和力學(xué)性能的對比，得出2次臺階式臨界區(qū)高溫側(cè)正火為最佳的熱處理工藝。
研究結(jié)果表明：2次臺階式臨界區(qū)高溫側(cè)正火消除混晶和細(xì)化晶粒的效果優(yōu)于等溫式正火，其熱處理后平均晶粒尺寸為18μm，混晶組織基本消除，回火后滲碳體球化和均勻化效果好；2次臺階式臨界區(qū)高溫側(cè)正火熱處理后材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和-30℃夏比沖擊吸收功分別為681MPa、768MPa 和181J，綜合力學(xué)性能優(yōu)于等溫式正火; -30℃沖擊斷口均為準(zhǔn)解理斷裂，其低溫沖擊斷口塑性脊數(shù)量明顯多于等溫式正火熱處理，低溫沖擊吸收功較大; 與等溫式正火工藝相比，2次臺階式臨界區(qū)高溫側(cè)正火工藝可將正火保溫時間縮短30%，正火加熱溫度降低，大大降低了能源消耗。