超级13Cr_95钢级无缝钢管热处理工艺研究_刘静.pdf
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1、热处理工艺超级钢级无缝钢管热处理工艺研究刘静,刘富强,高杰(新兴铸管股份有限公司,河北邯郸)摘要:研究了超级挤压管的热处理工艺,通过不同温度的淬火及回火 处理,探寻获得性能稳定的钢级无缝钢管的热处理工艺,实现车间批量生产。试验结果表明,淬火温度对超级钢的 力学性能影响较小,而冋火温度对其屈服强度的影响较大。回火温度由低向高增加的过程中,存在两个力学性能 能够达到钢级的温度区间:低温段回火 时,屈服强度随温度变化的波动幅度较大,不利于性能的稳定控制;高温段回火时,屈服强度随温度变化的波动较小,可以获得较为稳定的力学性能。利用显微镜、扫描电镜观察和分析热处理后的显微组织,从理论上说明形成稳定拉伸性
2、能的原因。关键词:无缝钢管;超级;钢级;热处理工艺:开放科学(资源服务)标识码():,(,):,?,?,?,:;随着能源需求逐年增加,针对含有腐蚀性气体浓度较高以及含少量硫化氢气体井下环境,采用普通的油气管线材料已经无法满足腐蚀要求;因此,经济型耐蚀材料超级迅速得到应用。在普通马氏体不锈钢中通过添加适量的和,可使材料在环境中拥有优良的刘静(),女,高级工程师,长期从事特种管材的研发工作。抗点蚀和抗均匀腐蚀性能。目前,超级的钢级无缝钢管应用较广,近几年国内外超级的钢级的需求量也在逐年增加,而钢级产品仅在国外的资料中查到,未见国内文献研究及生产厂家的实际供货报道。而在实际热处理试验中发现,超级通过
3、调质处理达到稳定的钢级难度 非 常大,主要问题是回火温度区间非 常窄,很难实现批量的工业化生产。为更好地指导生产,获得性能稳定的超级 钢级无缝钢管,对超 ,钢管年月第卷第期热处理工艺(宽厚长)棒状试样。首先进行泮火试验,萍火加热温度采用,丈,采用实验室马弗炉进行热处理加热试验,炉温升至设定温度保温后,放人试样,保温空冷,测试其拉伸 强 度、硬 度、组织、晶粒度(采用按照一定比例配制后进行热蚀。然后进行回火试验,淬火温度选择丈,回火温度分别 为,丈,保温空冷。采用微机控制电子 万能试验机测定拉伸性能,采用全洛氏硬度计测试硬度,分析性會巨变化趋势;米用蔡司显微镜及扫描电子显微镜观察分析组织状态变化
4、。试验结果及分析超级相图及挤压无缝管组织利用软 件模拟超级平衡状态下凝固相的转变,结果如图所示。从图中观察,平衡状态下超级完全奥氏体温度在近为 奥氏体相,可认定该区间为淬火区间平衡状态下整个凝固过程中析出相 主要为、賊(:等,室温组织为铁素体、碳化物及少量的残余奥氏体。实际生产过程中,由于为非平衡状态凝固,室温组织内存在少量高温铁素体。超级坯料经过挤压后,组织中仍残留少量高温铁素体,基体组织为板条马氏体、高温铁素体及少量残余奥氏体,如图所示。淬火加热温度对组织和性能的影响淬火加热温度对力学性能的影响淬火温度对超级挤压管拉伸性能的影响见表。可以看出,随着淬火加热温度由低至高,强度略有下降,但强度
5、及伸长率变化幅度较小。温 度?液 相铁素体奥氏体?()相?相图超级的相图图超级挤压 管的组织表淬火温度对超级挤压管 拉 伸性能的影响淬火温度,抗拉强度?屈服强度 伸长率断面收缩率 淬火加热温度对晶粒度的影响淬火温度对超级挤压管晶粒尺寸的影响如图所示。可以看出,随着淬火温度的升高,晶粒尺寸由大变小再变大,丈晶粒尺寸总体变化不大;丈淬火时再结晶不完全,原挤压态晶粒部分保留;淬火 时发生了完全再结级()进行了热处理工艺研究。试验材料及方法试验材料试验用材料采用锻坯挤压成的无缝钢管,锻坯表试验用超级钢的化 学成 分(质量分数)利用电炉冶炼及炉外钢包精炼炉(,)精炼,棒料规格,采用挤压机挤压成无缝钢管,
6、挤压成的无缝钢管规格为。试验锻坯挤压成无缝钢管用超级钢的化学成分见表。余量试验方法从 挤压无缝钢管上切取 刘静等:超级钢级无缝钢管热处理工艺研究钢管年月第卷第期热处理工艺 回火温度伸 长 率最 大 硬 度硬度最小 伸 长 率()硬度和 伸长率图丈淬 火时不同回火温度 下超级挤压管的强度、硬度、伸长率变 化曲线在,屈服强度均可达到钢级。从图()中可以看出,硬度 和 伸长率随回火温度升高变化趋势相反,硬度随回火温度升高先降低后升高,伸长率随温度升高先升高后降低。在?回火,硬度满足要求();在?丈回火,伸长率达到要求)。由此可见,满足钢级主要控制的性 能指标为屈服强度,只要屈服强度指标达到要求,其他
7、性能指标均可满足要求。综合考虑,在调质钢级时,采用低温温度段进行回火热处理,车间批量生产热处理炉控制精度(一般为)难以达到;而采用 :高温温度段回火,回火温度区间较宽,车间批量热处理炉温度控制易于达到。因此,选取高温温度区间在车间进行小批量热处理。回火温度对组织的影响显微镜下观察回火温度丈的组织,并仅列出利 用显微镜观察的回火温度为,丈的组织,如图所示。回火 时,马氏体板条宽大,板条上及板条间析出物较少,腐蚀后颜色较浅;随着回火温度升高,马氏体明显分解,回火温度?抗拉 强度及?最大屈服值。屈服 强 度。最 小屈服值()强度晶,部分晶粒开始长大;?淬火 时晶粒尺寸较为均 匀,因此后期淬火热 处理
8、均采用该区间温度进行淬火处理。图所示条状组织为高温铁素体。(),级():,级()丈,级()级图淬火温度对超级挤压管晶粒尺寸的影响回火温度对组织和性能的影响回火温度对力学性能的影响选择淬火温度冗,进行 不同温度的回火 热处理试验,回火温度间隔丈,保温时间为,空冷。强 度、硬度、伸长率变化曲线如图所示从图可以看出,不同回火温度对应的抗拉强度与硬度的变化趋势较一致,即随着回火温度的升高,先略微降低,随后又缓慢升高;丈回火 时抗拉强度最低,回火 时抗拉强度变化波动幅度较小。在:回火,屈服强度 随着回火温度的增加,数值波动幅度明显较大;回火温度在?丈时,屈服强度值先迅速降低,在 时达到最低值,回火温度继
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