抑制和消除低合金耐热钢管中带状组织的热处理方法技术

本发明专利技术提供抑制和消除低合金耐热钢管中带状组织的热处理方法，该方法步骤有：对经过冶炼、轧制成低合金耐热钢管的管材取样，进行金相组织观察，并对带状组织进行评级；将热轧后的低合金耐热钢管进行机械加工，制成直径为3mm，长度为12mm的圆柱型试样，再将K型热电偶焊接在沿所述圆柱型试样长度方向的中心位置；然后以温度20～50℃/min的升温速度加热至880～910℃并保温8分钟确保圆柱型试样组织完全奥氏体化；通过喷射高速氮气将圆柱型试样以20～100℃/S的冷却速率冷却至温度600～750℃；将圆柱型试样进行空冷至室温。有益效果是采用该热处理方法，既保证了热处理后的组织为铁素体珠光体，又有效地消除热轧成型过程中所形成的带状组织，并没有大幅提高生产成本，是一种非常经济有效的处理方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于低合金钢管的热轧生产
，特别涉及一种。
技术介绍
低合金钢经过热轧变形后，在冷却过程中极易形成带状组织。所谓的带状组织是指先共析铁素体和珠光体沿轧制方向，并以带状彼此堆叠的显微组织形态。带状组织的形成使钢材平行于轧制方向的性能与垂直于轧制方向的力学性能产生明显差异，即后者性能明显低于前者，因此带状组织被认为是一种有害组织，对于热轧钢中的带状组织需要进行严格的控制。低合金耐热如20G、SA-210Gr.C、15CrMo、12CrlMoV等钢种经轧制变形后均发现存在不同程度的带状组织。引起带状组织的形成的主要机制如下原因:首先，钢液在冷却过程中，会以枝晶形态凝固，由于合金元素在固相和液相中的分配系数不同，例如Mn、Cr、Mo等元素，而难以避免的会发生偏析，这就使得当钢液以枝晶生长的方式进行凝固时，合金元素在枝晶干和枝晶间区域的含量有着很大的差别，即合金元素在枝晶间区域富集，而在枝晶干区域发生贫化。有研究结果表明带状组织与合金元素在凝固中的偏析有关。连铸钢材经过再次加热并经过轧制变形后，在合金元素富集的区域会沿轧制方向拉长并形成偏析带。在随后的冷却过程中合金元素的偏析会显著的影响过冷奥氏体的分解，需要指出的是Mn元素的偏析是引起铁素体和珠光体的带状组织形成的重要因素。众所周知，Mn会降低过冷奥氏体向铁素体的转变得温度K?),这样就会使得先共析铁素体优先在贫Mn区析出，即Ari温度较高的区域，与此同时，C元素也会在在过冷奥氏体分解过程中发生再分布，即由Mn含量较低的区域向Mn含量较高的区域发生迁移，而此过程进一步加剧了贫Mn区和富Mn区的Ari温度差异，使得铁素体沿着贫Mn区以条带状析出，随着过冷奥氏体的不断分解，最终导致条带状珠光体在富Mn区形成。通过将钢材加热到奥氏体化温度以上进行均匀化保温处理可以减轻甚至消除合金元素的偏析，从而抑制带状组织的形成，然而有研究表明消除普通碳钢中90%的Mn元素偏析需要在1200°C保温26小时。以上可以看出，由于合金元素缓慢的扩散速率，导致均匀化处理会大幅推高产品的生产成本，从而难以在在实际生产中得到推广和应用。除此之外，增大冷却速率也可以抑制带状组织形成。然而当冷却速率很高时，会使得过冷奥氏体转变成贝氏体或马氏体，虽然带状组织得以消除，但是改变了钢材预期所应得到的铁素体珠光体组织，为后续的机械加工，成型等工序带来较大的困难，因此冷却速率应该进行严格控制。为了既能有效地抑制带状组织的形成，又不改变钢材的铁素体珠光体组织和大幅提高生产成本的前提下，开发一种新的处理工艺来抑制低合金钢中带状组织的形成，具有重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种，采用有效的冷却工艺来抑制和消除经过热轧变形后所形成的铁素体珠光体带状组织，并避免过冷奥氏体由于冷速过快而发生贝氏体或马氏体转变，从而保证相应的金相组织和力学性能符合产品要求，并推进其在工业生产中的实际应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是提供一种，该方法包括有以下步骤:I)对经过冶炼、轧制成钢管的低合金耐热钢管取样，进行金相组织观察，并对带状组织按照国家标准GB/T13299-91进行评级；2)将热轧后的低合金耐热钢管进行机械加工，制成直径为3mm，长度为12mm的圆柱型试样，通过热膨胀试验机进行处理:首先将K型热电偶焊接在沿所述圆柱型试样长度方向的中心位置，用于测量圆柱型试样的温度变化；然后以温度20~50°C /min的升温速度加热至880~910°C并保温8分钟，以确保圆柱型试样组织完全奥氏体化；随后通过喷射高速氮气将圆柱型试样以20~100°C /S的冷却速率冷却至温度600~630°C;然后将圆柱型试样进行空冷 至室温。本专利技术的效果是通过快速冷却的热处理方法来消除带状组织，既保证了热处理后的组织为铁素体珠光体，又能有效地消除热轧成型过程中所形成的带状组织，同时没有大幅提高生产成本，是一种非常经济有效的处理工艺，特别对带状组织有要求的低合金热轧管材、板材等的工业化生产，具有广泛的应用前景。与热轧后钢管相比，经过以20~100°C /S快速冷却处理后的样品其带状组织级别显著降低。证明了该工艺对于消除带状组织的有效性。对于同成分而规格不同的热轧钢管，采用快速冷却处理工艺均可以有效地抑制或消除带状组织的产生，这表明该方法在生产过程具有通用性和有效性。【附图说明】图1为经热轧成型后SA_210Gr.C钢管中的铁素体珠光体带状组织；图2为本专利技术的快速冷却处理过程中试样的温度-时间变化曲线；图3为本专利技术的快速冷却速率与带状组织级别的关系；图4为本专利技术的快速冷却温度与带状组织级别的关系。图5a为本专利技术的经过20°C /S快速冷却处理的SA_210Gr.C试样的金相组织；图5b为本专利技术的经过50°C /S快速冷却处理的SA_210Gr.C试样的金相组织；图5c为本专利技术的经过100°C /S快速冷却处理的SA_210Gr.C试样的金相组织；【具体实施方式】结合附图对本专利技术的加以说明。本专利技术的，该方法包括有以下步骤:I)对经过冶炼、轧制成钢管的低合金耐热钢管取样，进行金相组织观察，并对带状组织按照国家标准GB/T13299-91进行评级；2)将热轧后的低合金耐热钢管管进行机械加工,制成直径为3mm,长度为12mm的圆柱型试样，通过热膨胀试验机进行处理:首先将K型热电偶焊接在沿所述圆柱型试样长度方向的中心位置，用于测量圆柱型试样的温度变化；然后以温度20~50°C /min的升温速度加热至880~910°C并保温8分钟，以确保圆柱型试样组织完全奥氏体化；随后通过喷射高速氮气将圆柱型试样以20~100°C /S的冷却速率冷却至温度600~630°C;然后将圆柱型试样进行空冷至室温。以SA_210Gr.C低合金耐热钢管为例详细加以说明:SA-210Gr.C低合金耐热钢管是经过冶炼、轧制成管材后，取样进行金相组织观察，并对带状组织按照国家标准GB/T13299-91进行评级，结果为4级，如图1所示，样品中存在严重的铁素体珠光体带状组织。将热轧后的SA-210Gr.C钢管机械加工成直径为3mm，长度为12mm的圆柱型试样，通过热膨胀试验机进行处理:首先将K型热电偶焊接在沿长度方向的中心位置，用于测量试样的温度变化。然后以20~50°C /min的升温速度加热至880~910°C并保温8分钟以确保组织完全奥氏体化，随后通过喷射高速氮气将样品以20~100°C /S的冷却速率冷却至600~630°C，然后将样品进行空冷至室温。所述快速冷却速率通过调节氮气的流量及压力由计算机自动控制。通过金相组织观察并对带状组织评级测定可以有效抑制带状组织形成的快速冷却速率为20~100°C /S，而对样品停止快速冷却的温度范围为600~630°C。经过热膨胀曲线测定SA-210Gr.C钢的&3温度约为860°C。图2为测定的样品温度随时间的变化曲线。样品经过加热到Kz温度以上，并保温8分钟以确保组织完全奥氏体化，随后对样品喷射高速氮气，当样品冷却到设定温度后再进行空冷。需要指出的是样品温度数据由计算机经过一定的时间间隔(每0.2秒采集一次)自动采集，由于在实施快速冷却过程中较大的冷却速率，样品的温度点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制和消除低合金耐热钢管中带状组织的热处理方法，该方法包括有以下步骤：1）对经过冶炼、轧制成钢管的低合金耐热钢管取样，进行金相组织观察，并对带状组织按照国家标准GB/T13299?91进行评级；2）将热轧后的低合金耐热钢管管进行机械加工，制成直径为3mm，长度为12mm的圆柱型试样，通过热膨胀试验机进行处理：首先将K型热电偶焊接在沿所述圆柱型试样长度方向的中心位置，用于测量圆柱型试样的温度变化；然后以温度20～50℃/min的升温速度加热至880～910℃并保温8分钟，以确保圆柱型试样组织完全奥氏体化；随后通过喷射高速氮气将圆柱型试样以20～100℃/S的冷却速率冷却至温度600～630℃；然后将圆柱型试样进行空冷至室温。

【技术特征摘要】
1.一种抑制和消除低合金耐热钢管中带状组织的热处理方法，该方法包括有以下步骤: 1)对经过冶炼、轧制成钢管的低合金耐热钢管取样，进行金相组织观察，并对带状组织按照国家标准GB/T13299-91进行评级； 2)将热轧后的低合金耐热钢管管进行机械加工，制成直径为3mm，长度为12mm的圆柱型试样，通过热膨胀试验机进行处理:首先...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘源，卢居桂，许磊磊，赵庆权，王国亮，何彪，曹金荣，肖功业，
申请(专利权)人：天津钢管集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：