专利名称：一种优化hfw焊管焊缝组织及性能的方法
技术领域：
本发明属于焊管制造技术领域，具体涉及一种优化HFW焊管焊缝组织及性能的方法。
背景技术：
近年来，随着HFW焊管质量和钢级的不断提高，对焊缝质量的要求也更加严格，焊缝组织及性能是焊接质量好坏最直接的影响因素。根据HFW焊管成型焊接的特点，焊缝及热影响区的组织及性能与母材存在较大差别，一般焊缝、热影响区的晶粒度在2 4级左右，而母材基本在8 11级，另外焊缝存在较大的应力集中。大大降低了焊缝的质量，对焊缝的沟腐蚀敏感性和塑性韧性有很大影响。为了消除HFW焊管焊缝的应力集中，改善焊缝的耐腐蚀性和塑性韧性，必须优化焊缝的组织及性能。
发明内容
本发明解决的技术问题提供一种优化HFW焊管焊缝组织及性能的方法，采用在奥氏体化温度以上，通过热机械轧制处理工艺，在机械挤压力和轧制温度作用下，改善焊缝的组织及性能，达到与母材基本一致的程度，显著降低焊缝沟腐蚀敏感系数，改善焊缝的耐腐蚀性和塑性韧性。本发明的设计思路(1)采用连续、快速加热到奥氏体化以上温度的同时迅速透热的中频感应透热方式，是确保全管体焊缝和母材金属奥氏体晶粒显著细化的重要前提。对于HFW焊管焊缝，利用40 100°C /s加热速度的高效中频感应透热方式使全管体快速达到相变温度并完全奥氏体化，晶粒来不及长大，可以较大程度的细化焊缝和热影响区的奥氏体晶粒度。根据焊管的规格、壁厚调节中频感应炉的频率，确保透热效率。(2)在奥氏体化温度以上进行全管体热机械轧制是确保焊缝与母材微观组织接近一致的重要保证。热轧温度应该控制在900 1050°C，最佳在950 980°C之间，在该温度区间进行热机械轧制，实现焊管热变形过程中焊缝及母材金属的动态再结晶，使焊缝晶粒显著细化，晶粒度与母材几乎一致，可以达到8 11级左右。C3)HFW焊管热机械轧制时，根据成品管钢级、规格确定挤压辊数量及挤压力的大本发明的技术解决方案首先将HFW焊管通过中频感应炉整体连续、快速加热到奥氏体相变温度以上并迅速透热，随后在此奥氏体化温度下对HFW焊管进行热机械轧制处理，在机械挤压力和轧制温度作用下，消除焊缝残余应力、细化焊缝及热影响区的晶粒，使焊缝的组织及力学性能达到与母材基本一致的程度，显著降低焊缝沟腐蚀敏感系数，改善焊缝的耐腐蚀性和塑性韧性。最好以40 100°C /s的加热速率将HFW焊管整体连续、快速加热至900 1050°C，使焊管的奥氏体晶粒在较高的加热速率下显著细化。
根据HFW焊管的规格、壁厚调节中频感应炉的频率，使HFW焊管整体在连续、快速加热到奥氏体化温度以上的同时迅速透热。所述热机械轧制处理是指将HFW焊管以0. 3 1. Om/s的速度进入轧机进行轧制和减径，实现焊管热变形过程中焊缝及母材金属动态再结晶和原子的充分扩散，进一步细化焊缝晶粒，并使焊缝与母材之间的化学成分趋于一致，获得与母材几乎一致的微观组织， 以消除焊缝同母材组织及力学性能的差异。本发明通过对HFW焊管按一定的工艺条件加热、透热及热机械轧制处理，实现焊管焊缝及母材金属的奥氏体晶粒细化及动态再结晶和原子的充分扩散，并使焊缝与母材之间的化学成分趋于一致，以此消除焊缝残余应力、细化焊缝晶粒、提高焊缝韧性，改善了焊缝的组织及性能，使焊缝晶粒度由原来的2 4级显著提高到8 11级，达到与母材基本一致的程度，显著降低焊缝沟腐蚀敏感系数，改善焊缝的耐腐蚀性和塑性韧性。
图1为HFW焊管热机械轧制前试样母材组织效果图；图2为HFW焊管热机械轧制前试样焊缝组织效果图；图3为HFW焊管热机械轧制后试样母材组织效果图；图4为HFW焊管热机械轧制后试样焊缝组织效果具体实施例方式1、采用中频感应炉对规格为Φ 193. 7X7. 41mm，去除内外毛刺的HFW焊管进行整体连续、快速加热并迅速透热，加热速率40 100°C /s，使HFW焊管出中频感应炉出口的温度达到975 士 15°C ；2、HFW焊管在975 士 15 °C温度下以0. 48m/s的速度进入热轧减径机组使用12架挤压辊进行热机械轧制；3、调整挤压辊的挤压力，使HFW焊管出热轧减径机组的规格减小到 Φ 139. 7X7. 72mm ；4、HFW热轧减径管进入后续处理工序。所述HFW焊管用钢合金材料的化学成分为0. 295% C,0. 252% Si，l. 20% Mn, 0. 019% Ρ,Ο. 008% S，0. 019% Cr，余量为！^和不可避免的杂质。采用上述工艺使HFW焊管的焊缝及热影响区的组织均勻，晶粒度与母材接近，可达8 11级左右；另外，焊缝的抗拉强度提高，屈服强度下降，延伸率增大，屈强比降低，显微硬度下降，冲击韧性提高，获得了与母材基本一致的组织和力学性能，特别是焊缝沟腐蚀敏感系数显著降到1. 07 1. 08。上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
权利要求
1.一种优化HFW焊管焊缝组织及性能的方法，其特征是首先将HFW焊管通过中频感应炉整体连续、快速加热到奥氏体相变温度以上并迅速透热，随后在此奥氏体化温度下对 HFW焊管进行热机械轧制处理，在机械挤压力和轧制温度作用下，消除焊缝残余应力、细化焊缝及热影响区的晶粒，使焊缝的组织及力学性能达到与母材基本一致的程度。
2.根据权利要求1所述的一种优化HFW焊管焊缝组织及性能的方法，其特征是以 40 100°C /s的加热速率将HFW焊管整体连续、快速加热至900 1050°C，使焊管的奥氏体晶粒在较高的加热速率下显著细化。
3.根据权利要求1或2所述的一种优化HFW焊管焊缝组织及性能的方法，其特征是 根据HFW焊管的规格、壁厚调节中频感应炉的频率，使HFW焊管整体在连续、快速加热到奥氏体化温度以上的同时迅速透热。
4.根据权利要求3所述的一种优化HFW焊管焊缝组织及性能的方法，其特征是所述热机械轧制处理是指将HFW焊管以0. 3 1. Om/s的速度进入轧机进行轧制和减径，实现焊管热变形过程中焊缝及母材金属动态再结晶和原子的充分扩散，进一步细化焊缝晶粒，并使焊缝与母材之间的化学成分趋于一致，获得与母材几乎一致的微观组织，以消除焊缝同母材组织及力学性能的差异。
全文摘要
一种优化HFW焊管焊缝组织及性能的方法，首先将HFW焊管通过中频感应炉整体连续、快速加热到奥氏体相变温度以上并迅速透热，随后在此奥氏体化温度下对HFW焊管进行热机械轧制处理，在机械挤压力和轧制温度作用下，消除焊缝残余应力、细化焊缝及热影响区的晶粒，使焊缝的组织及力学性能达到与母材基本一致的程度。本发明改善了焊缝的组织及性能，使焊缝晶粒度由原来的2～4级显著提高到8～11级，显著降低焊缝沟腐蚀敏感系数，改善焊缝的耐腐蚀性和塑性韧性。
文档编号C21D8/10GK102424906SQ20111042745
公开日2012年4月25日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者党涛, 张锦刚, 李周波, 李根社, 毕宗岳, 苏琬, 韦奉 申请人:宝鸡石油钢管有限责任公司