本发明涉及钢管生产技术领域，具体而言，涉及一种中碳微合金钢管的在线常化方法。
背景技术：
钢管的在线常化是一种利用轧后钢管的余热对钢管进行冷却后再重新加热奥氏体化，然后进行定径、冷却的一种工艺。该工艺能通过细化材料晶粒从而保持材料的强度同时提高材料的韧性。该方法具有简化生产过程、节约能耗和降低生产成本等特点。钢管的在线常化工艺一般过程为：钢管经过轧管机轧制后的终轧温度保持在一定温度，此温度下的得到的荒管进入在线常化设备时，被一定压力的冷却水和压缩空气快速冷却，荒管整体被冷却到另一温度以下，然后进入设定温度的再加热炉加热，钢管出炉后经定径机定径后空冷。
传统的在线常化工艺只考虑以下几个关键参数：1)荒管终轧温度，控制在临界点ar3以上，轧制后荒管为完全再结晶的奥氏体组织；2)再加热炉温度，控制在ac3以上30～100℃，控制奥氏体晶粒继续长大的趋势；3)荒管入再加热炉的温度，设置在ar1以下，保证钢管在入炉前奥氏体完全转变为铁素体+珠光体。传统的在线常化工艺认为只要控制荒管入再加热炉的温度低于ar1以下，奥氏体完全转变为铁素体+珠光体，在线常化的效果就达到。在实际生产过程中为了不影响生产节奏往往在荒管脱棒后采取加速冷却的措施使荒管入再加热炉的温度低于ar1以下。
然而，传统的在线常化工艺处理中碳微合金钢时，其定径后冷却容易转变为贝氏体组织，从而使钢管的冲击韧性降低。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种中碳微合金钢管的在线常化方法，以解决现有技术中利用传统的在线常化工艺处理中碳微合金钢时存在的钢管因贝氏体组织导致的冲击韧性降低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种中碳微合金钢管的在线常化方法，其包括以下步骤：将中碳微合金钢管的钢坯进行加热，得到热坯；对热坯进行穿孔热轧，得到荒管；将荒管冷却至第一温度，然后再加热至第二温度，得到待定径管；以及对待定径管进行定径，从而完成在线常化；其中，第一温度低于中碳微合金钢管钢种的ar1临界温度，第二温度高于中碳微合金钢管钢种的ac3临界温度，且将荒管冷却至第一温度的过程中，冷却速率小于中碳微合金钢管钢种贝氏体开始转变的临界冷却速度νb0。
进一步地，将荒管冷却至第一温度的冷却速率记为ν，0.2℃/s≤νb0-ν≤1.5℃/s；优选地，0.4℃/s≤νb0-ν≤1℃/s；更优选地，0.6℃/s≤νb0-ν≤0.8℃/s。
进一步地，对热坯进行穿孔热轧得到荒管的步骤中，终轧温度高于中碳微合金钢管钢种的ar3临界温度，且将终轧温度记为t1，t1-ar3＝150～400℃；优选地，t1-ar3＝210～360℃；更优选地，t1-ar3＝250～320℃。
进一步地，将第一温度记为t2，ar1-t2＝50～200℃；优选地，ar1-t2＝60～190℃；更优选地，ar1-t2＝80～130℃。
进一步地，将第二温度记为t3，t3-ac3＝30～140℃。
进一步地，将荒管冷却至第一温度然后再加热至第二温度的步骤之后，在线常化方法还包括对加热后的荒管进行保温的步骤；优选保温过程的保温时间为30～60min。
进一步地，将中碳微合金钢管的钢坯进行加热得到热坯的步骤中，热坯的温度为1210～1300℃，优选为1250～1270℃。
进一步地，中碳微合金钢管的钢坯进行加热得到热坯的步骤中，加热过程依次包括热回收段、预热段、加热i段、加热ii段、加热iii段及加热iv段，且热回收段的加热温度为680～700℃，预热段的加热温度为720～740℃，加热i段的加热温度为970～990℃，加热ii段的加热温度为1090～1110℃，加热iii段的加热温度为1190～1210℃，加热iv段的加热温度为1250～1270℃。
进一步地，对热坯进行穿孔热轧的步骤包括：利用穿孔机将热坯进行穿孔，得到毛管；利用扎管机将毛管进行轧制，得到荒管。
进一步地，对待定径管进行定径的步骤包括：将待定径管在定径机上热定径，然后冷却至室温状态，切头尾，得到待矫直管；将待矫直管在矫直机上进行矫直，经探伤后入库，完成在线常化。
本发明提供了一种中碳微合金钢管的在线常化方法，其包括以下步骤：将中碳微合金钢管的钢坯进行加热，得到热坯；对热坯进行穿孔热轧，得到荒管；将荒管冷却至第一温度，然后再加热至第二温度，得到待定径管；以及对待定径管进行定径、矫直，从而完成在线常化；其中，第一温度低于中碳微合金钢管钢种的ar1临界温度，第二温度高于中碳微合金钢管钢种的ac3临界温度，且将荒管冷却至第一温度的过程中，冷却速率小于中碳微合金钢管钢种贝氏体开始转变的临界冷却速度νb0。
上述中碳微合金钢管的在线常化方法中，将荒管冷却至第一温度的过程中，冷却速率小于中碳微合金钢管钢种贝氏体开始转变的临界冷却速度νb0。这样控制荒管在加热之前的冷却速度，能够使钢在奥氏体冷却过程中完全发生铁素体+珠光体转变，而不发生贝氏体或马氏体或残余奥氏体转变，因此能够避免因发生非珠光体转变而影响在线常化细化晶粒的效果，并避免产生贝氏体组织。因此，利用本发明提供的上述方法能够有效防止中碳微合金钢管在线常化后冲击性能的恶化。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施例1的中碳微合金钢管经在线常化后的管壁厚中部的金相组织照片；
图2示出了本发明对比例1的中碳微合金钢管经在线常化后的管壁厚中部的金相组织照片；以及
图3示出了e470/20mnv6钢种的连续冷却转变cct曲线图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中利用传统的在线常化工艺处理中碳微合金钢时存在钢管因贝氏体组织导致的冲击韧性降低的问题。
为了解决这一问题，本发明提供了一种中碳微合金钢管的在线常化方法，其包括以下步骤：将中碳微合金钢管的钢坯进行加热，得到热坯；对热坯进行穿孔热轧，得到荒管；将荒管冷却至第一温度，然后再加热至第二温度，得到待定径管；以及对待定径管进行定径、矫直，从而完成在线常化；其中，第一温度低于中碳微合金钢管钢种的ar1临界温度，第二温度高于中碳微合金钢管钢种的ac3临界温度，且将荒管冷却至第一温度的过程中，冷却速率小于中碳微合金钢管钢种贝氏体开始转变的临界冷却速度νb0。
上述中碳微合金钢管的在线常化方法中，将荒管冷却至第一温度的过程中，冷却速率小于中碳微合金钢管钢种贝氏体开始转变的临界冷却速度νb0。这样控制荒管在加热之前的冷却速度，能够使钢在奥氏体冷却过程中完全发生铁素体+珠光体转变，而不发生贝氏体或马氏体或残余奥氏体转变，因此能够避免因发生非珠光体转变而影响在线常化细化晶粒的效果，并避免产生贝氏体组织。因此，利用本发明提供的上述方法能够有效防止中碳微合金钢管在线常化后冲击性能的恶化。
需说明的是，上述ar1临界温度是本领域的清楚概念，是指钢高温奥氏体化后冷却时，奥氏体分解为铁素体和珠光体的临界温度。ac3临界温度也是本领域的清楚概念，是指所有铁素体都转变为奥氏体的临界温度。此外，钢种贝氏体开始转变的临界冷却速度νb0也是本领域的清楚概念，可以根据钢种的类型进行查询，也可以进行测量。
为了更好地兼顾生产效率并进一步改善中碳微合金钢管的抗冲击性能，在一种优选的实施方式中，将荒管冷却至第一温度的冷却速率记为ν，0.2℃/s≤νb0-ν≤1.5℃/s。将冷却速率和钢种开始发生贝氏体的临界转变速度νb0之间的差值控制在上述范围内，除了能够保证生产效率，钢管经过在线常化之后具有更好的抗冲击性能。优选地，0.4℃/s≤νb0-ν≤1℃/s；更优选地，0.6℃/s≤νb0-ν≤0.8℃/s。
在一种优选的实施方式中，对热坯进行穿孔热轧得到荒管的步骤中，终轧温度高于中碳微合金钢管钢种的ar3临界温度，且将终轧温度记为t1，t1-ar3＝150～400℃。上述ar3临界温度是本领域的清楚概念，是指亚共析钢高温奥氏体化后冷却时，铁素体开始析出的温度。将荒管的终扎温度控制在上述范围内，有利于使荒管的钢更充分地转变为铁素体，从而能够进一步提高在线常化后钢管的抗冲击性能。优选地，t1-ar3＝210～360℃；更优选地，t1-ar3＝250～320℃。
在一种优选的实施方式中，将第一温度记为t2，ar1-t2＝50～200℃；优选地，ar1-t2＝60～190℃；更优选地，ar1-t2＝80～130℃。优选地，将第二温度记为t3，t3-ac3＝30～140℃。这样，钢管的抗冲击性能更佳。
为了使钢管更加整体均匀地奥氏体化，在一种优选的实施方式中，将荒管冷却至第一温度然后再加热至第二温度的步骤之后，在线常化方法还包括对加热后的荒管进行保温的步骤；优选保温过程的保温时间为30～60min。
为了进一步优化工艺，改善钢管的强韧性，在一种优选的实施方式中，将中碳微合金钢管的钢坯进行加热得到热坯的步骤中，热坯的温度为1210～1300℃，优选为1250～1270℃。
上述对钢坯的加热可以在环形炉中进行，采用环形炉对钢坯进行加热时，保温段位于最后一道工序，除了保温段以外，其前序部分还有升温段。本发明的上述制备方法中，升温段的工艺条件可以采用本领域的常用工艺。在一种优选的实施方式中，中碳微合金钢管的钢坯进行加热得到热坯的步骤中，加热过程依次包括热回收段、预热段、加热i段、加热ii段、加热iii段及加热iv段，且热回收段的加热温度为680～700℃，预热段的加热温度为720～740℃，加热i段的加热温度为970～990℃，加热ii段的加热温度为1090～1110℃，加热iii段的加热温度为1190～1210℃，加热iv段的加热温度为1250～1270℃。将环形炉升温段的工艺条件控制在上述范围内，有利于进一步改善坯料的受热状态，进而进一步改善后续的穿孔热轧效果，以提高钢管的综合性能。
在一种优选的实施方式中，对热坯进行穿孔热轧的步骤包括：利用穿孔机将热坯进行穿孔，得到毛管；利用扎管机将毛管进行轧制，得到荒管。
在一种优选的实施方式中，对待定径管进行定径、矫直的步骤包括：将待定径管在定径机上热定径，然后冷却至室温状态，切头尾，得到待矫直管；将待矫直管在矫直机上进行矫直，经探伤后入库，完成在线常化。
以下通过实施例进一步说明本发明的有益效果：
以下实施例和对比例中在线常化的对象为生产规格172×16mm的e470/20mnv6。
实施例1至14和对比例1至3
各实施例和对比例中的在线常化工艺如下：
步骤1：20mnv6钢坯在环形炉中加热，加热到t0℃得到热坯；热回收段的加热温度为680～700℃，预热段的加热温度为720℃，加热i段的加热温度为970℃，加热ii段的加热温度为1090℃，加热iii段的加热温度为1190℃，加热iv段的加热温度为1210℃，加热段后进入均热段，至热坯温度为t0℃；
步骤2：通过穿孔机将坯料穿成毛管，再经过轧管机组轧制成荒管，荒管终轧温度为t1℃(20mnv6临界点ar3为740℃)；
步骤3：荒管通过链式冷床进入在线常化设备，被一定压力的冷却水和压缩空气快速整体冷却至t2℃(20mnv6临界点ar1为610℃)，20mnv6钢管的冷却速度为ν(贝氏体开始转变的临界冷却速度νb0为1.7℃/s)；冷却后的荒管进入温度为t3℃(20mnv6临界点ac3为840℃)的再加热炉加热，出料节奏为t1(钢管在步进炉中加热均按出料节奏控制加热速度，步进炉中的齿位数是固定的，钢管从一个齿位到另一个齿位是周期循环的，出料节奏就是钢管从一个齿位到另一齿位需要的时间，因此钢管的总加热时间就等于出料节奏×总齿位数)，保温时间为t2，保证钢管整体均匀地奥氏体化；
步骤4：进入定径机进行热定径，钢管在冷床上缓慢冷却到常温状态后，切头尾，进入矫直机矫直，经过探伤后入中间库。
不同之处在于工艺参数t0、t1、t2、ν、t3、t1、t2，具体见表1。
表1
对上述实施例1至14和对比例1至3中的钢管经在线常化后的性能进行表征，表征方法如下：
屈服强度：请参见gb/t228.1-2010；
抗拉强度：请参见gb/t228.1-2010；
冲击韧性：请参见gb/t229-2007。
表征结果见表2：
表2
对实施例1和对比例1中的经在线常化后的钢管管壁厚中部进行微观观察，其中实施例1经在线常化后的钢管管壁厚中部的金相组织照片见图1，对比例1经在线常化后的钢管管壁厚中部的金相组织照片见图2。
由图1和图2结果可知，实施例1的在线常化后的钢管金相组织为铁素体+珠光体+内表带状组织内有少量黄块组织(片层间距更为致密的珠光体组织)，晶粒度8-9级；对比例1的在线常化后的钢管金相组织为铁素体+珠光体+粗大贝氏体+黄块组织(片层间距更为致密的珠光体组织)，晶粒度6-8级。实施例1生产的钢管组织为f+p，对比例生产的钢管组织f+p+b。对比例1生产的钢管组织由于存在贝氏体组织导致冲击韧性较差。
对e470/20mnv6为例进行理论分析如下：
由20mnv6的连续冷却转变cct曲线图(图3，其中a1：奥氏体转变成珠光体的相变温度；vp1：奥氏体转变成珠光体时的冷却速度1；vp2：奥氏体转变成珠光体时的冷却速度2；vb1：马氏体开始转变的临界冷却速度；vb2：奥氏体转变成马氏体的冷却速度；p：珠光体；s：索氏体；t：屈氏体；b：贝氏体；ms：马氏体开始转变温度)可知：20mnv6的ar1温度为610℃，ar3温度为740℃，ac3温度为840℃，开始发生贝氏体的临界转变速度νb0为1.7℃/s。冷却速率的不同钢管将在不同温度区发生不同的组织转变，即过冷奥氏体向铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体等组织的相转变，这些转变均与冷却速率和温度有关：a)当冷却速率小于1.7℃/s，冷却后组织为铁素体+珠光体，温度低于550℃就能完全发生奥氏体分解，最终组织为f+p；b)当冷却速率为1.7℃/s，冷却后组织为铁素体+珠光体+贝氏体组织；贝氏体的转变起始温度为570℃，而转变终止温度为460℃；c)当冷却速率从1.7℃/s增加至10℃/s，冷却后组织为铁素体+珠光体+贝氏体组织，且随着冷却速率的增加，贝氏体转变起始温度由570℃逐渐降低至510℃，而贝氏体转变终止温度为460℃逐渐降低至410℃。
通过对中碳微合金钢管的在线常化工艺进行优化，根据所生产钢种的cct转变曲线控制在线常化过程中荒管终轧温度、荒管入再加热炉温度、再加热炉加热温度以及荒管进再加热炉前的冷却速度，能同时保证生产节奏和在线常化的效果，对制定合理的中碳微合金钢管的在线常化工艺，具有十分广阔的应用前景。
规格为172×16mm的e470/20mnv6钢管，不同的冷却速率将获得不同的在线常化效果：a)本发明的冷却速率较低，从ac1点开始冷却过程中发生了f+p转变，在达到550℃时转变完成，转变后的组织为f+p，这种组织为平衡组织；b)传统在线常化时的冷却速率较高，在ac1～600℃的冷却速率为1.8～4.0℃/s，过冷奥氏体不能完全发生f+p转变，而大部分保持为过冷奥氏体，冷却至420℃时，获得的组织为过冷奥氏体+f+p+b组织，这种组织为非平衡组织。
两种工艺下的钢管在再加热后的奥氏体以下列两种不同的形核和长大方式进行：
a)在铁素体-铁素体晶界，奥氏体以经典的方式形核和长大；
b)在非平衡组织状态下加热到ac1点以上，在铁素体-奥氏体晶界，奥氏体以原未分解的奥氏体为核长大，即奥氏体继续长大。
机制(a)使奥氏体晶粒细化，较直轧而言多经历了两次相变过程，在再冷却后最终得到的组织为细化的铁素体和珠光体组织，钢材的韧性才会充分提高。
机制(b)会使未分解部分的奥氏体晶粒沿原奥氏体晶粒继续长大，形成了较为粗大的奥氏体组织，奥氏体的晶粒度同样影响过冷奥氏体转变曲线的位置，晶粒粗化使曲线右移，临界冷却速率减慢，同时也影响冷却转变产物的晶粒尺寸，使尺寸加大，也就是说粗大的奥氏体的晶粒将抑制铁素体的析出，促进细珠光体和贝氏体的形成。从而在再冷却后形成贝氏体和细珠光体组织，对比例生产的产品最终组织为铁素体+珠光体+贝氏体+黄块组织(细珠光体组织)。这种组织的存在大大削弱了在线常化的效果，导致对比例生产的产品的韧性较差。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明上述中碳微合金钢管的在线常化方法中，将荒管冷却至第一温度的过程中，冷却速率小于中碳微合金钢管钢种开始发生贝氏体的临界转变速度νb0。这样控制荒管在加热之前的冷却速度，能够使钢在奥氏体冷却过程中完全发生铁素体+珠光体转变，而不发生贝氏体或马氏体或残余奥氏体转变，因此能够避免因发生非珠光体转变而影响在线常化细化晶粒的效果，并避免产生贝氏体组织。因此，利用本发明提供的上述方法能够有效防止中碳微合金钢管最终导致线常化后冲击性能的恶化。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。