一种耐热钢无缝钢管及其热处理方法技术

本发明专利技术涉及一种耐热钢无缝钢管及其热处理方法，属于钢铁热处理技术，所述方法包括将钢管管坯放入连续式气氛保护炉中，充入保护气体，加热至一次正火温度，并保温一次正火时间，再次加热升温至二次正火温度，并保温二次正火时间，得正火处理后钢管管坯；将正火处理后钢管管坯出炉空冷却至固定温度，再放入连续式气氛保护炉中，充入保护气体，加热至回火温度，并保温回火时间，随后钢管管坯出炉空冷至室温。本发明专利技术的正火工艺采用阶梯式正火，选择低温进行一次正火，再升高温度进行二次正火，以保证既达到充分奥氏体化，又只产生少量的δ

【技术实现步骤摘要】
一种耐热钢无缝钢管及其热处理方法


[0001]本专利技术属于钢铁热处理技术，特别涉及一种耐热钢无缝钢管及其热处理方法。

技术介绍

[0002]第四代主蒸汽管道选用耐热钢P91无缝钢管，材料设计结合先进型核电机组的安全服役要求，在ASME规范的基础上，对适用于核设施部件用无缝钢管材料提出了更高和更为安全的特殊性能质量要求，因此，为确保该项目工程的顺利建成，有必要立项对其进行研发。
[0003]耐热钢P91合金含量高，在热处理过程中会因加热温度不当而产生δ铁素体，且在正火热处理冷却过程中，会因冷却温度不当而产生细小裂纹的现象。同时，钢管在热处理的过程中常常会在高温热处理的过程中产生氧化铁皮，而小口径无缝钢管，其内表面氧化铁皮的去除常常采用喷砂的方式去除，但常常会因为口径太小使得内表面氧化铁皮不能完全去除等问题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供了一种耐热钢无缝钢管及其热处理方法。
[0005]本专利技术的第一目的在于提供一种耐热钢无缝钢管的热处理方法，所述方法包括：将钢管管坯放入连续式气氛保护炉中，充入保护气体，加热至一次正火温度，并保温一次正火时间，再次加热升温至二次正火温度，并保温二次正火时间，得正火处理后钢管管坯；将正火处理后钢管管坯出炉空冷却至固定温度，再放入连续式气氛保护炉中，充入保护气体，加热至回火温度，并保温回火时间，随后钢管管坯出炉空冷至室温。
[0006]进一步地，所述钢管管坯采用平铺架空方式放入连续式气氛保护炉中。
[0007]进一步地，所述钢管管坯的化学成分按重量百分比计为：C 0.09%～0.12%、Si 0.25%～0.50%、Mn 0.35%～0.60%、Cr 8.5%～9.5%、Mo 0.90%～1.05%、V 0.20%～0.25%、Pb≤0.008%、Bi≤0.008%、Sn+As+Sb+Pb≤0.020%余量为Fe和不可避免的杂质；其中，上述的不可避免的杂质包括P和S，其中，按重量百分比计，P≤0.020%，S≤0.010%。
[0008]进一步地，正火步骤中，充入保护气体时，保护气体的流量≥100m3/h。
[0009]进一步地，所述加热至一次正火温度中，加热速率为30～50℃/h，一次正火温度为640
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650℃，一次正火时间为40～60min。
[0010]进一步地，所述再次加热升温至二次正火温度中，加热速率为60～80℃/h，一次正火温度为1040～1090℃。
[0011]进一步地，所述二次正火时间按照下式计算：H1=（4～6.5）
×
S，其中，S为所述钢管管坯的壁厚，单位为mm，H1为二次正火时间，单位为min。
[0012]进一步地，所述固定温度为400+10℃。
[0013]进一步地，回火步骤中，充入保护气体时，保护气体的流量≥60m3/h。
[0014]进一步地，所述加热至回火温度中，加热速率为30～50℃/h，回火温度为740～780℃。
[0015]进一步地，所述回火时间按照以下方式计：壁厚＜12mm的钢管管坯，所述回火时间为80～90min；壁厚≥12mm的钢管管坯，所述回火时间时间按下式计算：H2=（8～9.5）
×
S，其中，S为所述钢管管坯的壁厚，单位为mm，H2为回火时间，单位为min。
[0016]本专利技术的第二个目的在于提供一种耐热钢无缝钢管，所述耐热钢无缝钢管包括如上所述的热处理方法制备而成，所述耐热钢无缝钢管的力学性能：屈服强度≥430MPa，抗张强度≥590MPa，延伸率≥22%，常温冲击值≥40J，布氏硬度180～260；所述耐热钢无缝钢管的525℃高温拉伸性能满足：抗张强度≥400MPa，屈服强度≥300MPa。
[0017]本专利技术的有益效果：本专利技术在正火步骤中，采用平铺架空方式布料，其中，平铺是为了保证保证钢管与钢管之间不重叠，架空的实现采用将钢管管坯放在布料架（耐高温材料制成）上，确保了钢管各个面加热的均匀性，防止“阴阳面”的产生；且整个加热氛围为保护气体的流量≥100m3/h，有效防止了钢管在加热过程中内、外表面氧化铁皮的产生，降低了热处理后钢管因去除氧化铁皮而产生的生产成本；本专利技术提供的正火工艺为阶梯式正火，因考虑小孔径（如P91）钢管管坯在正火过程中，加热温度越高，碳化物溶解得越多，温度过高或高温保温时间过长，都会使得钢管内的碳化物溶解，产生过多的δ
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铁素体，使钢的性能恶化（降低强韧性、疲劳性能、蠕变性能），但是正火温度过低或保温时间过短，使得钢管内奥氏体化不充分，基于此，本专利技术正火工艺采用阶梯式正火，选择低温进行一次正火，再升高温度进行二次正火，以保证既达到充分奥氏体化，又只产生少量的δ
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铁素体，同时，可防止该高合金无缝钢管在加热过程中因加热速率过快而发生开裂的现象；且在本专利技术中提供了适合P91钢管管坯的阶梯式正火工艺参数：一次正火工艺：加热速率为30～50℃/h，一次正火温度为640
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650℃，一次正火时间为40～60min；二次正火工艺，加热速率为60～80℃/h，一次正火温度为1040～1090℃，时间不宜过长，优选地为二次正火时间按照下式计算：H1=（4～6.5）
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S，其中，S为所述钢管管坯的壁厚，H1为二次正火时间，单位为min；在本专利技术中，在正火工艺结束后空冷步骤中，设置了空冷结束时钢管管坯的固定温度，固定温度不低于400℃进入回火工艺，有效预防钢管内外表面因温度差而产生细小裂纹或开裂的现象；针对小孔径钢管管坯的回火工艺，本专利技术设置了回火温度为740～780℃，针对不同管壁壁厚设置了不同的保温时间，这是因为当回火温度高于740～780℃，随着温度的提高，原马氏体组织开始分解，板条粗大并逐步析出碳化物，可导致材料的硬度高，但韧性偏低的现象；
本专利技术的正火+回火工艺应用于P91钢管生产时，未发生钢管开裂现象，且所得的P91钢管的力学性能和高温拉伸性能完全满足第四代核电工况使用条件，热处理后的钢管力学性能：屈服强度（Rp
0.2
）：≥430MPa，抗张强度（Rm）：≥590MPa，延伸率（A）≥22%，常温冲击值（AKv）：≥40J，布氏硬度（HBW）：180～260，其综合力学性能较好。高温性能满足：525℃高温拉伸性能满足：抗张强度（Rm）≥400MPa，屈服强度（Rp
0.2
）≥300MPa；综上所述，本专利技术提供的热处理方法既避免了钢管细小裂纹的产生，同时，热处理后钢管内外表面几乎无氧化铁皮，从而节约了因去除氧化铁皮而产生的生产成本，提高了小口径无缝钢管的经济效益，同时提高了核电合同兑现率，满足第四代核电装备的需求。
[0018]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书中所指出的结构来实现和获得。
具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热钢无缝钢管热处理方法，其特征在于，包括：将钢管管坯放入连续式气氛保护炉中，充入保护气体，加热至一次正火温度，并保温一次正火时间，再次加热升温至二次正火温度，并保温二次正火时间，得正火处理后钢管管坯；将正火处理后钢管管坯出炉空冷却至固定温度，再放入连续式气氛保护炉中，充入保护气体，加热至回火温度，并保温回火时间，随后钢管管坯出炉空冷至室温。2.根据权利要求1所述的一种耐热钢无缝钢管热处理方法，其特征在于，正火步骤中，充入保护气体时，保护气体的流量100m3/h。3.根据权利要求1所述的一种耐热钢无缝钢管热处理方法，其特征在于，所述加热至一次正火温度中，加热速率为30～50℃/h，一次正火温度为640
‑
650℃，一次正火时间为40～60min。4.根据权利要求1所述的一种耐热钢无缝钢管热处理方法，其特征在于，所述再次加热升温至二次正火温度中，加热速率为60～80℃/h，一次正火温度为1040～1090℃。5.根据权利要求1所述的一种耐热钢无缝钢管热处理方法，其特征在于，所述二次正火时间按照下式计算：H1=（4～6.5）
×
S，其中，S为所述钢管管坯的壁厚，单位为m...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂露寒，吴志伟，孙立东，王伟，
申请(专利权)人：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：