CN105886719A - 一种16Mn无缝钢管管坯加热控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种16Mn无缝钢管管坯加热控制方法，属于金属压力加工方法技术领域。目的是为解决16Mn无缝钢管成品性能指标偏低的问题，提供一种16Mn无缝钢管管坯加热控制方法，所述方法为：采用环形加热炉对16Mn无缝钢管管坯进行加热，加热过程依次分为预热段、加热段、均热段，预热段加热温度小于等于700℃，加热段分为低温加热段及高温加热段，低温加热段加热温度大于等于800℃小于等于1100℃，高温加热段加热温度大于等于1050℃小于等于1290℃，均热段加热温度大于等于1260℃小于等于1300℃。本发明的方法屈服强度性能指标偏低缺陷全部消除，性能合格率达到100％。适合于各种直径规格的16Mn无缝钢管管坯加热时采用。

Description

一种16Mn无缝钢管管坯加热控制方法

技术领域

本发明具体涉及一种16Mn无缝钢管管坯加热控制方法，属于金属压力加工方法技术领域。

背景技术

16Mn无缝钢管管坯在轧制前需要在环形加热炉中加热到合适的轧制温度，然后轧制成管。结构管由于高屈服强度、高冲击韧性等要求，对钢坯中的化学成分均匀性、碳化物均匀性有严格要求。常温下的结构管组织状态为铁素体+渗碳体，管坯的加热过程实际上是碳化物扩散和溶解以及奥氏体均匀化的过程。管坯加热方法对改善产品性能有至关重要的作用。如果加热工艺不合理，不能形成均匀的奥氏体，将导致屈服强度、冲击韧性等性能指标不能满足标准要求。

管坯加热时，随温度升高而发生相变。在钢温超过相变临界点后，管坯内部组织将从常温下的两相组织状态转变为单相组织奥氏体。此时钢的塑性较好，其变形抗力大为降低，易于进行压力加工。因此确定合理的管坯加热温度范围，有利于提高钢的塑性，降低变形抗力。

采用350、390、430直径的管坯轧制322系列、403系列、482系列中厚壁钢管，轧制时轧制力相对小，管坯容易出现碳化物分布不均的特点，钢管的屈服强度、冲击韧性指标偏低。这就需要在管坯加热、轧制和轧制控冷、轧后控冷过程中采用合理的工艺，同时不能出现管坯过热和过烧。因此如何制定合理的加热方法，使奥氏体均匀分布，应避免钢的过热、过烧。过热钢锭内部的晶粒增长过大、晶粒组织结合力降低，造成钢管的屈服强度、冲击韧性等性能指标变坏。

目前，16Mn无缝钢管由于上述缺陷造成的成品性能指标偏低已经成为行业内的通病，尚无有效的解决方法。

发明内容

因此，本发明的目的是为解决16Mn无缝钢管成品性能指标偏低的问题，提供一种16Mn无缝钢管管坯加热控制方法，所述方法为：采用环形加热炉对16Mn无缝钢管管坯进行加热，加热过程依次分为预热段、加热段、均热段，预热段加热温度小于等于700℃，加热段分为低温加热段及高温加热段，低温加热段加热温度大于等于800℃小于等于1100℃，高温加热段加热温度大于等于1050℃小于等于1290℃，均热段加热温度大于等于1260℃小于等于1300℃。

进一步的，针对直径350mm的16Mn无缝钢管，所述环形加热炉分为预热区、一区、二区、三区、四区、五区、六区，预热区和一区作为预热段，预热段加热温度小于等于700℃，二区、三区作为低温加热段，二区加热温度大于等于800℃小于等于950℃，三区加热温度大于等于800℃小于等于1100℃，四区作为高温加热段，加热温度大于等于1200℃小于等于1270℃，五区和六区作为均热段，五区加热温度大于等于1180℃小于等于1250℃，六区加热温度大于等于1260℃小于等于1290℃。

进一步的，针对直径390mm或430mm的16Mn无缝钢管，所述环形加热炉分为预热区、一区、二区、三区、四区、五区、六区，预热区作为预热段，预热段加热温度小于等于700℃，一区、二区作为低温加热段，一区加热温度大于等于800℃小于等于950℃，二区加热温度大于等于800℃小于等于1100℃，三区和四区作为高温加热段，三区加热温度大于等于1180℃小于等于1250℃，四区加热温度大于等于1240℃小于等于1290℃，五区和六区作为均热段，五区加热温度大于等于1180℃小于等于1250℃，六区加热温度大于等于1260℃小于等于1290℃。

进一步的，对于上述直径的16Mn无缝钢管，环形加热炉加热过程中炉膛压力控制为0.5—6Pa。环形加热炉加热过程中通过调整燃料的空然比和空气过剩系数控制预热段和加热段气氛为弱氧化性气氛。加热时间控制为高温加热段加热时间为1.2—3小时，均热段先保温0.4-2小时，然后将均热段加热温度降低5℃-10℃再保温0.4-2小时。

本发明的有益效果在于：本发明的一种16Mn无缝钢管管坯加热控制方法，得到了稳定的奥氏体组织，减少了氧化烧损，屈服强度性能指标偏低缺陷全部消除，性能合格率达到100％。兼顾了产量和质量两方面，环形加热炉由于有预热段、预热段可以加长，出炉废气温度较低，热能的利用较好，单位燃料消耗降低。加热段可以强化供热，快速加热减少了氧化和脱碳，并保证炉子有较高的生产率。均热区为弱还原气氛能减少管坯的氧化烧损，烧损率小于2.2％。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中环形加热炉的分区图；

图2为本发明具体实施方式中加工的16Mn无缝钢管的金相组织图；

图3为具体实施方式中作为对比的现有技术的16Mn无缝钢管的金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：

在本具体实施方式中，使用的环形加热炉分区如图1所示，图中的温度值表示相应分区的角度分配值，加工的16Mn无缝钢管有350mm、390mm、430mm三种直径规格，具体如下：

为了消除管坯碳化物不均的问题，从而得到晶粒细小的奥氏体，本发明提供了一种消除屈服强度、冲击强度等性能指标偏低的无缝钢管加热方法。加热无缝钢管的环形加热炉共计有七个区，采用预热段、加热段、均热段三段式加热。环形加热炉各段最佳的加热温度、加热时间、加热速度、压力制度、气氛制度。

表1是16Mn钢的化学成分范围。

表1

温度制度：

延长预热段，预热段要求全部关闭烧嘴、可以降低排烟温度，利于节能。350的坯料将预热区和一区作为预热段，390和430坯料将炉子的预热区当预热段用，温度≤700℃。

绝大多数的钢种在600℃以下时其塑性较差，因此应采取低温慢速加热，降低低温加热区温度、缓慢加热，一般钢温应当比炉子电偶温度低50-200度。因此350坯料将二区、三区定为低温加热区，二区温度为≤950℃,三区温度为≤1100℃；390和430坯料将一区、二区作为低温加热区，一区温度为≤950℃，控制将二区温度为≤1100℃。

随加热温度的提高，原子扩散速率急剧加快，使得奥氏体化速度大大增加，形成所需时间缩短。加热温度相同时，加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率的增加大于长大速度，使奥氏体晶粒越细小。因此采用快速加热工艺来获得超细化晶粒。强化加热高温加热区，350坯料四区为高温加热区、温度为1200-1270℃之间,390和430坯料三区和四区为高温加热区、三区温度为1180-1250℃之间、四区温度为1240-1290℃之间。

均热段是奥氏体成分均匀化的关键阶段。当渗碳体刚刚全部融入奥氏体后，奥氏体内碳浓度仍是不均匀的，只有经历长时间的保温或继续加热，让碳原子急性充分的扩散才能获得成分均匀的奥氏体。因此应缓慢进入均热段，此时钢的表面温度不再升高，而使中心温度逐渐上升，缩小断面上的温度差。同时降低均热二段的温度，利于加热长大的晶粒度进一步细化。控制均热一区温度为1270-1300℃，控制均热二区温度为1260-1290℃。

控制出炉钢坯穿孔后温度1160-1250℃，此温度范围内金属变形抗力小、利于塑性变形。

表2是温度制度表。

表2

加热时间：

管坯的加热时间是指管坯进炉后经过预热、加热及均热过程达到所要求的加热温度时所必需的最少时间。管坯加热时，在高温下奥氏体化过程中，除了体心立方点阵的铁素体转变为面心立方点阵外还伴随着渗碳体点阵的破坏，并溶解于奥氏体中，再加上碳原子在奥氏体中的扩散，使奥氏体的成分与组织进一步均匀化。加热温度和保温时间愈长，奥氏体成分愈均匀，晶粒越粗大，增大奥氏体的稳定性。科学的管坯加热时间能改善钢的组织性能，使其组织均匀化。管坯的加热时间取决于钢种、断面尺寸、炉型、炉温及分布、管坯在炉内的摆放情况、钢表面的黒度、钢的导热性及其加热速度等。通过控制加热炉的出钢节奏50—200秒，来保证3—11小时的加热时间。

表3是升温速度(℃/h)和加热时间(小时)的控制表。

表3

规格

1区41°

2区43°

3区47°

4区47°

5区40°

6区45°

加热时间

∮350

---

140～150

150～160

250～260

50～60

-10～-15

3.5-7

∮390

140～150

150～160

250～260

50～60

10～15

-10～-15

4-9

∮430

150～160

160～170

250～270

40～50

5～10

-10～-15

5-11

压力制度：

炉膛压力是指单位体积的炉内热烟气与外界空气之间的压力差。控制炉膛压力，是指控制炉底附近的炉气压力，应采取微正压操作，炉膛压力控制为0.5～6Pa。稳定的微正压操作时，炉门或其它炉底缝隙处稍有火苗，但没有冷空气吸入炉内，能有效的减少炉膛的上下温差，保证炉底温度稳定，有利于管坯均匀加热。

气氛制度：

预热段和加热段气氛为弱氧化性气氛，弱氧化性气氛可使钢中有害气体借助于高温的扩散作用被排除；有些夹杂或带状组织通过高温扩散作用而被溶解或弥散化，以利轧后均匀析出。均热区为弱还原气氛能减少管坯的氧化烧损。气氛制度是通过调整燃料的空然比和空气过剩系数来实现的，将残氧控制在一定范围内。

空燃比的控制为空气：天然气＝9～10:1。残氧量的控制1％-6％(正常生产)。

空气过剩系数的控制如表4所示。

表4

上述三种直径规格的16Mn无缝钢管成品的性能实际指标值如表5所示。

表5

使用同一个环形加热炉，同样的生产环境下，采用现有技术加热工艺的16Mn无缝钢管成品的性能实际指标值如表6所示。

表6

通过表5与表6的对比可知，在使用本发明的加热方法后，屈服强度性能指标偏低缺陷全部消除，性能合格率达到100％。

本发明的加热方法加工的16Mn无缝钢管的金相组织图如图2所示，金相组织为F(铁素体)+P(珠光体)；晶粒度为7.5级。现有技术方法加工的16Mn无缝钢管的金相组织图如图3所示，金相组织含有魏氏组织，显微组织为F(铁素体)+P(珠光体)+W(魏氏体)；晶粒度为6.5级。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种16Mn无缝钢管管坯加热控制方法，其特征在于，所述方法为：采用环形加热炉对16Mn无缝钢管管坯进行加热，加热过程依次分为预热段、加热段、均热段，预热段加热温度小于等于700℃，加热段分为低温加热段及高温加热段，低温加热段加热温度大于等于800℃小于等于1100℃，高温加热段加热温度大于等于1050℃小于等于1290℃，均热段加热温度大于等于1260℃小于等于1300℃。

2.如权利要求1所述的16Mn无缝钢管轧制前管坯加热控制方法，其特征在于，所述环形加热炉分为预热区、一区、二区、三区、四区、五区、六区，预热区和一区作为预热段，预热段加热温度小于等于700℃，二区、三区作为低温加热段，二区加热温度大于等于800℃小于等于950℃，三区加热温度大于等于800℃小于等于1100℃，四区作为高温加热段，加热温度大于等于1200℃小于等于1270℃，五区和六区作为均热段，五区加热温度大于等于1180℃小于等于1250℃，六区加热温度大于等于1260℃小于等于1290℃。

3.如权利要求1所述的16Mn无缝钢管管坯加热控制方法，其特征在于，所述环形加热炉分为预热区、一区、二区、三区、四区、五区、六区，预热区作为预热段，预热段加热温度小于等于700℃，一区、二区作为低温加热段，一区加热温度大于等于800℃小于等于950℃，二区加热温度大于等于800℃小于等于1100℃，三区和四区作为高温加热段，三区加热温度大于等于1180℃小于等于1250℃，四区加热温度大于等于1240℃小于等于1290℃，五区和六区作为均热段，五区加热温度大于等于1180℃小于等于1250℃，六区加热温度大于等于1260℃小于等于1290℃。

4.如权利要求1至3任一项所述的16Mn无缝钢管管坯加热控制方法，其特征在于，环形加热炉加热过程中炉膛压力控制为0.5—6Pa。

5.如权利要求1所述的16Mn无缝钢管管坯加热控制方法，其特征在于，环形加热炉加热过程中通过调整燃料的空然比和空气过剩系数控制预热段和加热段气氛为弱氧化性气氛。

6.如权利要求2或3所述的16Mn无缝钢管管坯加热控制方法，其特征在于，高温加热段加热时间为1.2—3小时，均热段先保温0.4-2小时，然后将均热段加热温度降低5℃-10℃再保温0.4-2小时。