CN101597677B

CN101597677B - 一种降低无缝钢管硬度的软化方法

Info

Publication number: CN101597677B
Application number: CN2009100695298A
Authority: CN
Inventors: 周家祥; 张传友; 江勇; 宗卫兵; 刘江成; 史庆志; 李效华; 章华明; 周晓峰; 严泽生; 付继成; 王青峰
Original assignee: Tianjin Pipe Group Corp
Current assignee: Tianjin Steel Tube Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: CN101597677A

Abstract

本发明涉及一种降低无缝钢管硬度的软化方法，该方法包括两个道次炉温温度的设定以及保温时间的设定，具体为：第一道次炉温温度的设定；第二道次炉温温度的设定；经过上述两个道次的回火软化以后，洛氏硬度HRC值降到10～16，达到了进入下一工序的冷轧机组的承载负荷；通过上述冷轧工序的钢管，再经过调质工艺处理，该钢管的纵向拉伸屈服强度能够达到1068～1172MPa，0℃时夏比V型横向冲击值能达到70～100J，纵向冲击值能达到100～140J。两个道次皆为恒温加热，加热炉的温度恒定，便于连续化大生产操作和控制，生产效率高。合金元素没有在晶界大量析出，改善了传统炉冷软化工艺后，再调质处理强度和韧性显著降低的状况。

Description

一种降低无缝钢管硬度的软化方法

技术领域

本发明涉及一种制造无缝钢管的方法，特别是一种降低无缝钢管硬度的软化方法。

背景技术

对于尺寸精度(包括外径和壁厚精度)要求很严格的无缝钢管，采用普通的热轧工艺无法达到±5％的精度要求。通常的做法是：先将圆铸坯热轧成一个与成品管规格相近的热轧态中间规格，然后再进一步冷轧或者冷拔成所需要的成品管规格。这样才能保证尺寸精度的要求。

然后对于一些高强度高韧性的钢管，由于合金化的需要，在成分设计时添加了较多的Cr、Mo、Mn、Ni、V、Nb、Ti等合金成分。这些合金加入以后，热轧态组织以贝氏体或马氏体为主，洛氏硬度HRC在25～45，这么高的硬度对后续的进一步冷加工，如冷轧或冷拔造成了困难。而且，采取普通的高温回火软化工艺，硬度很难降到冷轧所需的硬度。采用退火软化工艺，则生产效率很低，不适合无缝管的连续化生产。

这类热轧态无缝钢管，如果按照传统的退火软化方法：长时间的高温(部分或全部奥氏体化温度)保温处理然后再缓慢冷却至室温，虽然硬度能够降到很低，但是这种软化方法使得保温和冷却过程中大量的合金元素Cr、Mo、Mn、以及Nb、V、Ti等微合金元素从晶粒内部析出到晶界上，并以粗大的碳化物形式在晶界网状分布，弱化了晶界的结合力，降低了材料冲击功，而且这些起强化作用的合金元素在晶界析出以后，材料的强度也随之降低。实验已经证明，通过后续的调质工艺不能使这些合金元素完全回溶到晶内去，材料的强度和韧性都受到了严重影响。

上述传统的长时间高温保温处理或者长时间的高温(部分或全部奥氏体化温度)保温，然后再缓慢冷却至室温导致的生产效率低下，存在软化后合金元素在晶界大量析出、钢管表面氧化脱碳严重、调质处理后性能不佳、能源设备消耗较大等缺陷。

发明内容

本发明是鉴于上述技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种降低无缝钢管硬度的软化方法，以利于达到目的之一，将硬度很高的热轧态钢管软化成洛氏硬度HRC值至10～16之间，抗拉强度低于700MPa，便于后续冷轧或者冷拔；目的之二，不对现有的步进式加热炉进行设备改造；目的之三，软化工艺便于连续化生产，保证生产效率；目的之四，软化工艺不造成合金元素在晶界的大量析出，冷轧或者冷拔完成以后，通过调质热处理能使钢管达到较高的强度和冲击韧性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种降低无缝钢管硬度的软化方法，该方法包括两个道次炉温温度的设定以及保温时间的设定，具体为：

第一道次炉温温度的设定

根据钢管的壁厚，在该钢管钢种的两相区Ac1～Ac3温度的上限温度区间，该钢管钢种的Ac3温度为835℃，则第一道次炉温可设定在800℃～835℃之间，保温30～60分钟，然后出炉空冷；

第二道次炉温温度的设定

在该钢管钢种的两相区Ac1～Ac3温度的下限温度区间，该钢管钢种的Ac1温度为735℃，则第二道次炉温可设定在735℃～760℃之间，保温40～90分钟，再出炉空冷；

经过上述两个道次的回火软化以后，洛氏硬度HRC值降到10～16，达到了进入下一工序的冷轧机组的承载负荷；

通过上述冷轧工序的钢管，再经过调质工艺处理，该钢管的纵向拉伸屈服强度能够达到1068～1172MPa，0℃时夏比V型横向冲击值能达到70～100J，纵向冲击值能达到100～140J。

本发明的效果是：

1、经过两个道次的回火软化，钢管的洛氏硬度HRC降至10～16，抗拉强度低于700MPa。

2、不需对现有的步进式加热炉进行设备改造，两个道次皆为恒温加热，加热炉的温度恒定，便于大生产操作和控制。

3、软化工艺便于连续化生产，生产效率高。

4、两个道次保温时间都较短，合金元素没有在晶界大量析出，通过后续的调质工艺能将强度和冲击韧性都明显提升。采用两道次软化后再调质处理，强度和韧性都较好，与热轧态管不经过软化而直接调质处理的性能相当。改善了传统炉冷软化工艺后，再调质处理强度和韧性显著降低的状况。

具体实施方式

下面，结合实施例详细说明本发明的一种降低无缝钢管硬度的软化方法是如何实现的。

本发明旨在采用分步回火软化法，降低这类无缝钢管的洛氏硬度HRC到10～16，抗拉强度低于700MPa，为后续冷轧或冷拔创造条件，且便于连续化生产。本发明的方法对需要进行冷轧或者冷拔的高钢级管材的热轧态硬度进行软化，且不影响后续调质处理的性能。

高钢级钢管管材采用C、Cr、Mo、Ni、Mn等合金作为主要强化元素，同时添加少量V、Nb、Ti等微合金元素。具体元素重量配比为：C：0.16～0.35％，Si：0.10～0.50％，Mn：0.15～1.45％，Cr：0.25～1.50％，Mo：0.15～1.25％，Ni：0.15～1.45％，Cu：0.001～0.60％，V：0.001～0.20％，Nb：0.001～0.08％，Ti：0.001～0.08％，W：0.001～0.85％，B：0.0001～0.005％，Al：0.005～0.06％。Ca：0.0001～0.06％。

经过电炉炼钢，精炼，真空除气，连铸，加热，穿孔，连轧，定径，冷却，降硬度软化，冷轧或冷拔，热处理，探伤等工序，最终得到高强度、高韧性、高尺寸精度的无缝钢管。

本发明的降低无缝钢管硬度的软化方法，该方法包括两个道次炉温温度的设定以及保温时间的设定，具体为：

第一道次炉温温度的设定

根据钢管的壁厚，在该钢管钢种的两相区Ac1～Ac3温度的上限温度区间，该钢管钢种的Ac3温度为835℃，则第一道次炉温设定在800℃～835℃，保温30～60分钟，然后出炉空冷；

第二道次炉温温度的设定

在该钢管钢种的相区Ac1～Ac3温度的下限温度区间(例如该钢管钢种的Ac1温度为735℃，则第二道次炉温设定在735℃～760℃之间)保温40～90分钟，再出炉空冷；

通过上述冷轧工序的钢管，再经过调质工艺处理，该钢管的纵向拉伸屈服强度能够达到1068～1172MPa，0℃时夏比V型横向冲击值能达到70～100J，纵向冲击值能达到100～140J，具有较好的强度和冲击韧性。

所述两个道次的炉温温度的设定可以是在两个加热炉内，炉温分别设定为第一个道次的炉温和第二个道次的炉温，所述钢管在第一个道次的加热炉保温完成以后出炉空冷，空冷时间不限，然后进入第二个道次的加热炉，保温完成后出炉空冷至室温。

所述两个道次的炉温温度的设定可以是在一个加热炉内，先将该加热炉炉温设定为第一个道次的炉温，所述钢管在加热炉保温完成后出炉空冷，空冷时间不限，然后再将炉温设定为第二个道次的炉温，所述钢管在加热炉保温完成后出炉空冷至室温。

采用这种方法回火软化由于高温停留时间较短，合金元素没有大量析出，通过后续的冷轧或者冷拔工序后再经过调质热处理能将强度和冲击韧性都提高上来，已经在实际中进行了验证。

表1中的“软化前”描述的是本发明所述的高钢级钢管管材热轧状态的力学性能及微观组织；

表1中的“软化后”描述的是本发明所述的高钢级钢管管材热轧后再经过本发明所述的两个道次的回火软化后的力学性能及微观组织；

如表1所示，经过两个道次的回火软化，钢管的洛氏硬度HRC降至16以下，抗拉强度低于700MPa。

表1软化前后钢管性能对比

	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	硬度(HRC)	金相组织
					软化前	679	985	32.5	贝氏体
软化后	483	661	14.2	铁素体+珠光体

如表2所示，对比列出了1～5#钢管调质处理的力学性能。

表2中所述的1～5#钢管，来源于同一炼钢炉，经过炼钢、连铸、热轧以后，再分别经过不同的后续工艺处理，组成了五种不同的状态；

表2中所述的1～5#钢管的调质热处理工艺相同，均为890～910℃水淬以及560～650℃的回火空冷；

1#钢管为热轧态管直接进行调质处理的性能；2#钢管为热轧态管进行传统炉冷软化后再进行调质处理的性能，3#钢管为热轧态管进行传统炉冷软化后，再冷轧成目标尺寸规格，然后再调质处理的性能；4#钢管是热轧态管采用两道次软化工艺后再进行调质处理的性能，5#钢管是热轧态管采用两道次软化工艺后，再冷轧成目标尺寸规格，然后再调质处理的性能。可以看出：

(一)热轧态管采用两道次软化后再调质处理，强度和韧性都较好，与热轧态管不经过软化而直接调质处理的性能相当；

(二)热轧态管采用传统炉冷软化工艺后，再调质处理强度和韧性就显著降低；

(三)冷轧工序对钢管的调质处理无明显影响，软化工艺的不同才是造成调质处理后管材性能差异的主要影响因素。

表2五种状态下钢管经过调质处理后性能

	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	硬度(HRC)	横向冲击值(J)(夏比V，0℃)	纵向冲击值(J)(夏比V，0℃)
						1#钢管	1095	1168	38.9	82	119
2#钢管	1037	1112	37.2	37	76
						3#钢管	1032	1109	37.1	36	78
4#钢管	1099	1171	39.0	81	115
						5#钢管	1102	1175	39.2	80	117

Claims

1.一种降低无缝钢管硬度的软化方法，所述无缝钢管管材的成分重量配比为：C：0.16～0.35％，Si：0.10～0.50％，Mn：0.15～1.45％，Cr：0.25～1.50％，Mo：0.15～1.25％，Ni：0.15～1.45％，Cu：0.001～0.60％，V：0.001～0.20％，Nb：0.001～0.08％，Ti：0.001～0.08％，W：0.001～0.85％，B：0.0001～0.005％，Al：0.005～0.06％，Ca：0.0001～0.06％，该方法包括两个道次的回火软化，两个道次的炉温温度的设定具体为：

第一道次炉温温度的设定

炉温设定在800℃～835℃之间，保温30～60分钟，然后出炉空冷；

第二道次炉温温度的设定

炉温设定在735℃～760℃之间，保温40～90分钟，再出炉空冷；

经过上述两个道次的回火软化以后，洛氏硬度HRC值降到10～16，达到了进入下一冷轧工序的冷轧机组的承载负荷；

2.根据权利要求1所述的软化方法，其特征是：所述两个道次的炉温温度的设定是在一个加热炉内或两个加热炉内；

所述两个道次的炉温温度的设定在一个加热炉内时，先将该加热炉炉温设定为第一个道次的炉温，所述钢管在加热炉保温完成后出炉空冷，空冷时间不限，然后再将炉温设定为第二个道次的炉温，所述钢管在加热炉保温完成后出炉空冷至室温；

所述两个道次的炉温温度的设定在两个加热炉内时，炉温分别设定为第一个道次的炉温和第二个道次的炉温，所述钢管在第一个道次的加热炉保温完成以后出炉空冷，空冷时间不限，然后进入第二个道次的加热炉，保温完成后出炉空冷至室温。