无缝钢管的加热方法
【专利摘要】本发明公开了一种无缝钢管的加热方法，包括环形加热炉的温度制度、加热时间、压力制度、气氛制度。本发明能够形成均匀的奥氏体组织，减少氧化烧损，全部消除屈服强度、冲击强度性能指标偏低缺陷。
【专利说明】
无缝钢管的加热方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种金属压力加工技术，具体说，涉及一种无缝钢管的加热方法。
【背景技术】
[0002] 管坯在乳制前需要在环形加热炉中加热到合适的乳制温度，然后乳制成管。结构 管的技术要求是高屈服强度、高冲击韧性，对管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。
[0003] 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。
[0004] 米用350mm、390mm、430mm直径的管还乳制322mm系列、403mm系列、482mm系列中厚 壁钢管，乳制时乳制力相对小，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、乳制、乳制控冷、乳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。过热管坯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。
【发明内容】
[0005] 本发明所解决的技术问题是提供一种无缝钢管的加热方法，能够消除管坯碳化物 不均的问题，细化晶粒度、防止晶粒长大。
[0006] 技术方案如下：
[0007] -种无缝钢管的加热方法，包括环形加热炉的温度制度、加热时间、压力制度、气 氛制度；
[0008] 温度制度中，延长预热段，预热段要求全部关闭烧嘴，降低加热区中低温加热区温 度，低温加热区温度为800°C-1100°C，缓慢加热，加热速度为50-160°C/小时，加热时间为1-3小时;强化加热区中的高温加热区的温度，当管坯温度超过600 °C以后快速加热，加热速度 范围为250-270°C/小时，直到表面温度迅速升高到出炉所要求的温度;均热段进行均热，加 热速度为5-60°C/小时，均热时间0.8-4小时，此时钢的表面温度不再升高，使中心温度逐渐 上升，缩小断面上的温度差;控制出炉坯料穿孔后温度，穿孔后温度为1160_1250°C ;
[0009] 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；
[0010]压力制度中，控制炉底附近的炉气压力，采取微正压操作，炉膛压力控制为0.5~ 15Pa；
[0011] 气氛制度中，预热段和加热段气氛为弱氧化性气氛，弱氧化性气氛使钢中有害气 体借助于高温扩散作用被排除;夹杂或带状组织通过高温扩散作用而被溶解或弥散化，以 利乳后均匀析出；
[0012] 均热区为弱还原气氛，以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。
[0013] 进一步:环形加热炉包括预热区以及一区至六区，直径350mm的坯料将预热区和一 区作为预热段，直径390mm和430mm坯料将炉子的预热区当预热段，预热区温度<700°C;直 径350mm管坯将二区、三区定为低温加热区，二区温度为<950°C，三区温度为<1100°C;直 径390mm和直径430mm管坯将一区、二区作为低温加热区，一区温度为彡950°C，控制将二区 温度为<1100°(：;三区和四区为高温加热区，控制三区温度为1050-1250°(：之间，强化加热 0.4-3小时，四区温度为1200-1290 °C之间，强化加热时间0.4-2小时，直径350mm的管坯将四 区为高温加热区，加热温度为1200-1270°C之间，直径390mm和430mm的坯料将三区和四区作 为高温加热区，三区温度为1180-1250°C之间，四区温度为1200-1290°C之间；控制五区温度 为1260-1300°C，均热保温0.4-2小时，控制六区温度为1250-1290°C，将均热温度降低5-10 °C后的保温时间为0.4-2小时。
[0014]进一步:预热区的平面角度为87°，一区的角度为41°，二区的角度为43°，三区的角 度为47°，四区的角度为47°，五区的角度为40°，六区的角度为45°，装料与出料区的夹角角 度为10°。
[0015] 与现有技术相比，本发明技术效果包括：
[0016] 1、本发明能够消除管坯碳化物不均的问题，细化了晶粒度、防止了晶粒长大。消除 了 16Mn无缝钢管性能指标偏低的问题，得到了稳定的奥氏体组织，屈服强度、冲击强度性能 指标偏低缺陷全部消除，性能合格率达到100%。
[0017] 2、本发明兼顾了产量和质量两方面，本发明还加长了预热段，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。
[0018] 3、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%。
[0019] 4、经济效益显著增强。
[0020] 年经济效益:共节能降耗1111.08万元。月经济效益:共降成本98万元。
[0021] (1)月节省热处理费用= 1400*500 = 70万元。性能合格率提高了 1400/40000* 100 % = 3.5 %，月产量40000吨，性能不合格产品热处理费用为500元/吨。
[0022] (2)降低天然气单耗:3.53m3/吨。降低天然气成本:40000(月产量)*4.53(月单耗 降低值)*1.6(天然气单价元/m3) = 29万元/月。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明中环形加热炉的分区示意图；
[0024] 图2是本发明中未使用本发明技术的管坯金相图；
[0025] 图3是本发明中使用本发明技术后的管坯金相图。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明优选实施 例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术 人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的 范围。
[0027] 本发明中，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，环形加热炉各段采用最佳的加热温度、加热时间、加热速度、压力制度、气 氛制度。
[0028] 如图1所示，是本发明中环形加热炉的分区示意图。
[0029] 加热无缝钢管的环形加热炉共计有七个区，包括预热区，以及一区到六区，其中预 热区的平面角度为87°，一区的角度为41°，二区的角度为43°，三区的角度为47°，四区的角 度为47°，五区的角度为40°，六区的角度为45°，装料与出料区的夹角角度为10°。三段式加 热制度既考虑了加热初期温度应力的危险，又考虑了中期快速加热和最后温度的均匀性， 兼顾了产量和质量两方面。环形加热炉由于有预热段，出炉废气温度较低，热能的利用较 好，单位燃料消耗低。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。
[0030] 1、温度制度。
[0031] (1)延长预热段，预热段要求全部关闭烧嘴，关闭烧嘴可以降低排烟温度，利于节 能。
[0032] 直径350mm的坯料将预热区和一区作为预热段，直径390mm和430mm坯料将炉子的 预热区当预热段用，预热区温度<700°C。
[0033] (2)降低加热区中低温加热区温度，低温加热区温度为800°C-1100°C，缓慢加热， 加热速度为50_160°C/小时，加热时间为1-3小时，这时温度应力小，不会产生热应力裂纹。
[0034] 绝大多数的钢种在600°C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。因此直径350mm坯料将 二区、三区定为低温加热区，二区温度为<950°C，三区温度为<1100°C;直径390mm和直径 430mm坯料将一区、二区作为低温加热区，一区温度为<950°C，控制将二区温度为<1100 cC。
[0035] (3)强化加热区中的高温加热区的温度。
[0036]当管坯温度超过600 °C以后，进入塑性范围，这时就可以快速加热，详见表3，加热 速度范围为250-270°C/小时，直到表面温度迅速升高到出炉所要求的温度。控制三区温度 为1050-1250°C之间，强化加热0.4-3小时，四区温度为1200-1290°C之间，强化加热时间 0.4-2小时。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。
[0037] 直径350mm的坯料将四区为高温加热区，加热温度为1200-1270°C之间；直径390mm 和430mm的坯料将三区和四区作为高温加热区，三区温度为1180-1250°C之间，四区温度为 1200-1290 °C 之间。
[0038] (4)均热段进行均热。
[0039] 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。
[0040] 加热期结束时，管坯断面上还有较大的温度差，需要进入均热期进行均热，因此应 当缓慢进入均热段，加热速度为5_60°C/小时，均热时间0.8-4小时，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。适当降低均热二段的温度，利于加热 长大的晶粒度进一步细化。控制均热一段(五区）温度为1260-1300°C，均热保温0.4-2小时， 控制均热二段(六区）温度为1250-1290 °C，将均热温度降低5-10°C后的保温时间为0.4-2小 时。
[00411 (5)控制出炉坯料穿孔后温度，穿孔后温度为1160-1250°C，该温度范围使金属变 形抗力小、利于塑性变形。
[0042] 2、加热时间。
[0043] 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。
[0044] 3、压力制度。
[0045]炉膛压力是指单位体积的环形加热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 · 5~15Pa。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。
[0046] 4、气氛制度。
[0047] 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，以利乳 后均匀析出。
[0048] 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。
[0049] 下面以16Mn钢为例，对本发明优选实施例作进一步说明。
[0050] l、16Mn钢的化学成分如表1所示。
[0051] 表 1
[0053] 2、温度制度，如表2所示。
[0054] 表 2
[0059] 4、空燃比的控制。
[0060] 空气：天然气=9~10:1
[0061 ] 5、空气过剩系数的控制，如表4所示。
[0062]表 4
[0067] 7、金相图。
[0068] 如图2所示，是本发明中未使用本发明技术的管坯金相图。
[0069] 未使用本加热方法前，性能指标不合格，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。
[0070] 如图3所示，是本发明中使用本发明技术后的管坯金相图。
[0071] 通过本发明的应用，产品性能得到很好的改善，性能指标均合格，金相组织为F(铁 素体)+P(珠光体）；晶粒度为7.5级。
[0072] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1. 一种无缝钢管的加热方法，其特征在于:包括环形加热炉的温度制度、加热时间、压 力制度、气氛制度； 温度制度中，延长预热段，预热段要求全部关闭烧嘴，降低加热区中低温加热区温度， 低温加热区温度为800°C-1100°C，缓慢加热，加热速度为50-160°C/小时，加热时间为1-3小 时；强化加热区中的高温加热区的温度，当管坯温度超过600°C以后快速加热，加热速度范 围为250-270°C/小时，直到表面温度迅速升高到出炉所要求的温度;均热段进行均热，加热 速度为5-60°C/小时，均热时间0.8-4小时，此时钢的表面温度不再升高，使中心温度逐渐上 升，缩小断面上的温度差;控制出炉坯料穿孔后温度，穿孔后温度为1160-1250°C ; 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； 压力制度中，控制炉底附近的炉气压力，采取微正压操作，炉膛压力控制为0.5~15Pa; 气氛制度中，预热段和加热段气氛为弱氧化性气氛，弱氧化性气氛使钢中有害气体借 助于高温扩散作用被排除;夹杂或带状组织通过高温扩散作用而被溶解或弥散化，以利乳 后均匀析出； 均热区为弱还原气氛，以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。2. 如权利要求1所述无缝钢管的加热方法，其特征在于:环形加热炉包括预热区以及一 区至六区，直径350mm的还料将预热区和一区作为预热段，直径390mm和430mm还料将炉子的 预热区当预热段，预热区温度<700°C;直径350mm管坯将二区、三区定为低温加热区，二区 温度为彡950 °C，三区温度为彡1100°C;直径390mm和直径430mm管坯将一区、二区作为低温 加热区，一区温度为<950°C，控制将二区温度为<1100°C;三区和四区为高温加热区，控制 三区温度为1050-1250°C之间，强化加热0.4-3小时，四区温度为1200-1290°C之间，强化加 热时间0.4-2小时，直径350mm的管坯将四区为高温加热区，加热温度为1200-1270°C之间， 直径390mm和430mm的坯料将三区和四区作为高温加热区，三区温度为1180-1250°C之间，四 区温度为1200_1290°C之间；控制五区温度为1260-1300°C，均热保温0.4-2小时，控制六区 温度为1250-1290°C，将均热温度降低5-10°C后的保温时间为0.4-2小时。3. 如权利要求2所述无缝钢管的加热方法，其特征在于:预热区的平面角度为87°，一区 的角度为41°，二区的角度为43°，三区的角度为47°，四区的角度为47°，五区的角度为40°， 六区的角度为45°，装料与出料区的夹角角度为10°。
【文档编号】B21B37/74GK106086372SQ201610631342
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月2日 公开号201610631342.2, CN 106086372 A, CN 106086372A, CN 201610631342, CN-A-106086372, CN106086372 A, CN106086372A, CN201610631342, CN201610631342.2
【发明人】蔺俐枝, 杨世龙, 吴明宏, 倪鑫, 赵强, 郭利中, 房旭, 马俊强, 马新宇
【申请人】内蒙古包钢钢联股份有限公司