[發(fā)明專利]抑制和消除低合金耐熱鋼管中帶狀組織的熱處理方法

有效

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• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103627871A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設計）人: 劉源;盧居桂;許磊磊;趙慶權;王國亮;何彪;曹金榮;肖功業(yè)
• 申請（專利權）人: 天津鋼管集團股份有限公司
• 主分類號: C21D8/10
• 分類號: C21D8/10;C21D6/00;C21D1/613
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 呂志英

技術領域

本發(fā)明屬于低合金鋼管的熱軋生產(chǎn)技術領域，特別涉及一種抑制和消除低合金耐熱鋼管中帶狀組織的熱處理方法。

背景技術

低合金鋼經(jīng)過熱軋變形后，在冷卻過程中極易形成帶狀組織。所謂的帶狀組織是指先共析鐵素體和珠光體沿軋制方向，并以帶狀彼此堆疊的顯微組織形態(tài)。帶狀組織的形成使鋼材平行于軋制方向的性能與垂直于軋制方向的力學性能產(chǎn)生明顯差異，即后者性能明顯低于前者，因此帶狀組織被認為是一種有害組織，對于熱軋鋼中的帶狀組織需要進行嚴格的控制。低合金耐熱如20G、SA-210Gr.C、15CrMo、12Cr1MoV等鋼種經(jīng)軋制變形后均發(fā)現(xiàn)存在不同程度的帶狀組織。

引起帶狀組織的形成的主要機制如下原因：首先，鋼液在冷卻過程中，會以枝晶形態(tài)凝固，由于合金元素在固相和液相中的分配系數(shù)不同，例如Mn、Cr、Mo等元素，而難以避免的會發(fā)生偏析，這就使得當鋼液以枝晶生長的方式進行凝固時，合金元素在枝晶干和枝晶間區(qū)域的含量有著很大的差別，即合金元素在枝晶間區(qū)域富集，而在枝晶干區(qū)域發(fā)生貧化。

有研究結果表明帶狀組織與合金元素在凝固中的偏析有關。連鑄鋼材經(jīng)過再次加熱并經(jīng)過軋制變形后，在合金元素富集的區(qū)域會沿軋制方向拉長并形成偏析帶。在隨后的冷卻過程中合金元素的偏析會顯著的影響過冷奧氏體的分解，需要指出的是Mn元素的偏析是引起鐵素體和珠光體的帶狀組織形成的重要因素。眾所周知，Mn會降低過冷奧氏體向鐵素體的轉變得溫度A_r3，這樣就會使得先共析鐵素體優(yōu)先在貧Mn區(qū)析出，即A_r3溫度較高的區(qū)域，與此同時，C元素也會在在過冷奧氏體分解過程中發(fā)生再分布，即由Mn含量較低的區(qū)域向Mn含量較高的區(qū)域發(fā)生遷移，而此過程進一步加劇了貧Mn區(qū)和富Mn區(qū)的A_r3溫度差異，使得鐵素體沿著貧Mn區(qū)以條帶狀析出，隨著過冷奧氏體的不斷分解，最終導致條帶狀珠光體在富Mn區(qū)形成。

通過將鋼材加熱到奧氏體化溫度以上進行均勻化保溫處理可以減輕甚至消除合金元素的偏析，從而抑制帶狀組織的形成，然而有研究表明消除普通碳鋼中90%的Mn元素偏析需要在1200℃保溫26小時。

以上可以看出，由于合金元素緩慢的擴散速率，導致均勻化處理會大幅推高產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，從而難以在在實際生產(chǎn)中得到推廣和應用。除此之外，增大冷卻速率也可以抑制帶狀組織形成。然而當冷卻速率很高時，會使得過冷奧氏體轉變成貝氏體或馬氏體，雖然帶狀組織得以消除，但是改變了鋼材預期所應得到的鐵素體珠光體組織，為后續(xù)的機械加工，成型等工序帶來較大的困難，因此冷卻速率應該進行嚴格控制。為了既能有效地抑制帶狀組織的形成，又不改變鋼材的鐵素體珠光體組織和大幅提高生產(chǎn)成本的前提下，開發(fā)一種新的處理工藝來抑制低合金鋼中帶狀組織的形成，具有重要的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是提供一種抑制和消除低合金耐熱鋼管中帶狀組織的熱處理方法，采用有效的冷卻工藝來抑制和消除經(jīng)過熱軋變形后所形成的鐵素體珠光體帶狀組織，并避免過冷奧氏體由于冷速過快而發(fā)生貝氏體或馬氏體轉變，從而保證相應的金相組織和力學性能符合產(chǎn)品要求，并推進其在工業(yè)生產(chǎn)中的實際應用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是提供一種抑制和消除低合金耐熱鋼管中帶狀組織的熱處理方法，該方法包括有以下步驟：

1）對經(jīng)過冶煉、軋制成鋼管的低合金耐熱鋼管取樣，進行金相組織觀察，并對帶狀組織按照國家標準GB/T13299-91進行評級；

2）將熱軋后的低合金耐熱鋼管進行機械加工，制成直徑為3mm，長度為12mm的圓柱型試樣，通過熱膨脹試驗機進行處理：首先將K型熱電偶焊接在沿所述圓柱型試樣長度方向的中心位置，用于測量圓柱型試樣的溫度變化；然后以溫度20～50℃/min的升溫速度加熱至880～910℃并保溫8分鐘，以確保圓柱型試樣組織完全奧氏體化；隨后通過噴射高速氮氣將圓柱型試樣以20～100℃/S的冷卻速率冷卻至溫度600～630℃；然后將圓柱型試樣進行空冷至室溫。