一种热轧12Cr1MoV无缝钢管后处理工艺及其所得钢管的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种热轧12Cr1MoV无缝钢管的后处理工艺及其所得钢管,属于无缝钢管的包括热处理与矫直过程在内的后处理工艺的【技术领域】。所述后处理工艺通过对热轧成型的12Cr1MoV无缝钢管先进行正火热处理，再进行矫直处理，最后进行回火热处理的步骤与方法，可制得一种表面硬度均匀，且表面硬度相对基体硬度仅高5％～12％,同时拉伸性能及外观尺寸等指标满足相关标准与协议要求的12Cr1MoV无缝钢管。
【专利说明】-种热轧12Cr1M〇V无缝钢管后处理工艺及其所得钢管
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无缝钢管的包括热处理与矫直过程在内的后处理工艺，特别是一 种热轧12CrIMoV无缝钢管的包括热处理与矫直过程在内的后处理工艺。
【背景技术】
[0002] 12CrIMoV无缝钢管常用于制造锅炉过热器和主蒸汽导管，其主要的成型工艺包 括热轧与冷拔，其中热轧工艺较冷拔工艺加工难度小，对钢材微观结构的调整能力高，更适 于一般的工业生产，但热轧过程中钢材存在明显的热变形，易导致其出现性质不稳定、残余 应力较大等问题，为解决上述问题，需要经过进一步的后处理，包括对成型后的钢管的热处 理与矫直。对热轧成型的12CrlMoV无缝钢管常见的热处理方式为正火与回火相结合，如 980?1020°C正火后再以720?760°C回火，通过热处理，极大地解决了钢管的残余应力与 性质不稳定的问题，进一步地，再通过矫直机的矫直处理对钢管在前面各过程中产生的轴 向弯曲和径向上的圆度误差进行矫正。矫直机的辊型曲线为包络线，其包络所矫直管径的 全部范围，在矫直的过程中，钢管会产生弹性和塑性变形，辊型曲线与钢管外径保持一定的 接触长度，通过外力对钢管进行矫直，这种矫直原理同时容易一方面导致钢管外表面形成 螺旋形的接触面，--即矫痕，另一方面，会使得矫直后的钢管表面产生加工硬化，加工硬 化则致使钢管表面硬度提高。钢管矫直的变形量越大，钢管表面硬度的提高幅度就越大， 不同规格的热轧12CrlM 〇V钢管矫直后的表面硬度的检测结果显示，矫直后其表面硬度一 般比基体硬度高约12%?20%，而矫痕处的表面硬度比其他部位的表面硬度高约15%? 20%。
【发明内容】
[0003] 基于上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种可以制得表面硬度均匀， 同时拉伸性能及外观尺寸等指标满足相关标准与协议要求的热轧12CrlM 〇V无缝钢管的 后处理工艺，本发明的另一目的在于同时提供一种利用该工艺制得的表面硬度均匀的 12CrlMoV无缝钢管。
[0004] 本发明通过以下技术方案实现该技术目的：
[0005] 针对热轧12CrIMoV无缝钢管的后处理工艺，其包括无缝钢管经过热轧成型后的 热处理与矫直工艺，其特征在于：包括以下步骤 ：
[0006] 1)对所述热轧无缝钢管进行正火热处理，得到正火后钢管；
[0007] 2)对所述正火后钢管进行矫直处理，得到矫直后钢管；
[0008] 3)对所述矫直后钢管进行回火热处理。
[0009] 此处与现有技术的差别在于现有技术通过正火、回火热处理后再进行矫直，由此 出现如【背景技术】中所述的缺陷，而本发明改变了现有工艺的过程，先经正火热处理初步消 除热轧过程中产生的应力残余与性能不稳定的问题，再经矫直，修正热轧与正火热处理后 钢管的轴向弯曲与径向圆度误差，最后经回火热处理，一方面再次消除前面步骤中出现的 应力残余和性能不稳定的问题，另一方面，巩固了矫直处理对钢管尺寸和形变的修正。本 领域技术人员可以理解的是，这种工艺上的改进并非简单的步骤的调整，因为在本发明的 工艺中，不同步骤下钢管的热力学状态与现有技术中不同步骤下钢管的热力学状态并不相 同。
[0010] 在经过上述后处理工艺后，钢管再经过探伤、检查后即可包装入库。
[0011] 针对上述热轧12CrlM〇V无缝钢管的后处理工艺，本发明提出一种优选实施方式， 即所述正火热处理中的冷却方式为空冷、雾冷或强制水冷，正火热处理后钢管的金相组织 由铁素体、珠光体和贝氏体组成，其中，铁素体含量最高，且不低于35%。
[0012] 冷却方式中，一般壁厚较薄的热轧12CrlMoV无缝钢管可采用空冷，而壁厚较厚的 热轧12CrIMoV无缝钢管可采用雾冷或强制水冷，冷却速度的控制需要满足正火热处理后 钢管的金相组织结构的要求，以使后续的回火热处理过程能够较容易地消除因正火热处理 与矫直处理而造成的钢管表面硬度的不均匀。若冷却速度过快，容易导致金相组织中的贝 氏体或珠光体含量大幅度提高、而使得铁素体含量明显低于35%，将造成钢管的强度与硬 度显著提高，使得矫直处理时所需的矫直变形力与变形量也大幅度提高，既不利于矫直处 理的充分完成，也不利于在后续的回火热处理过程中消除因正火热处理与矫直处理而造成 的钢管表面硬度的不均匀。在满足正火热处理后热轧12CrlM 〇V无缝钢管的金相组织结构 的前提下，冷却速度可以选择性调整。
[0013] 针对上述热轧12CrlM〇V无缝钢管的后处理工艺，本发明提出另一种优选实施方 式，即所述正火热处理中的加热温度为980?1000°C，保温时间为80?150min。
[0014] 针对上述热轧12CrlM〇V无缝钢管的后处理工艺，本发明提出了另一种优选实施 方式，即矫直处理使用压力矫直的方式。矫直参数可以在满足充分矫直的前提下选择性调 整，充分矫直即矫直后钢管的轴向弯曲与径向圆度误差满足使用要求。
[0015] 针对上述热轧12CrlM〇V无缝钢管的后处理工艺，本发明提出了另一种优选实施 方式，即所述回火热处理中入炉温度不高于250°C，升温速率不大于15°C /min，在回火炉中 的冷却速率不大于15°C /min，炉温降至不高于250°C后出炉，并在空气中继续冷却。
[0016] 以上参数的选择是为了通过对进炉、出炉温度和升降温速率的控制，以避免钢管 在回火热处理中出现新的较大的形变。
[0017] 针对上述热轧12CrlM〇V无缝钢管的后处理工艺及其在回火热处理中的优选实施 方式，本发明提出了进一步的优选实施方式，即选择回火热处理中回火加热温度为740? 760°C，回火保温时间为120?210min。
[0018] 本发明进一步提出了一种通过该热轧12CrIMoV无缝钢管的后处理工艺的优选回 火热处理实施方式制备得到的无缝钢管，按照GB5310《高压锅炉用无缝钢管》的测试方式 与要求，其机械性能表现为 ：
[0019] 屈服强度：不小于255MPa ;
[0020] 抗张强度：470 ?570MPa ;
[0021] 延伸率：不小于21% ;
[0022] 表面硬度：140 ?178HBW。
[0023] 同时，其表面硬度的极差为10?15HBW，使用的测试方法以满足测试结果可以比 较全面地反映钢管表面硬度的实际分布情况为前提，如随机地将钢管按圆周方向每隔90 度、长度方向每隔500毫米取一个测试点，测试其表面硬度，然后对大量的测试结果进行数 值统计的方法。
[0024] 通过以上技术方案，本发明具有以下有益效果：
[0025] 1)现在，很多锅炉生产厂家不仅要求12CrIMoV钢管须满足GB5310《高压锅炉用 无缝钢管》的规定，而且对其表面硬度又提出了超出GB5310《高压锅炉用无缝钢管》规定的 要求，即表面硬度的控制范围为138?179HBW，而抗张强度仍按GB5310《高压锅炉用无缝 钢管》的规定，其控制范围为470?640Mpa。按照抗张强度与硬度的对照关系，当基体硬度 为138?179HBW时，其对应的抗张强度为470?591Mpa，按现有技术矫直后12CrlMoV钢 管的表面硬度一般比基体硬度高约12%?20%，矫痕处的表面硬度比其他部位的表面硬 度高约15%?20%，据此推算，如果要保证表面硬度与抗张强度同时满足标准要求，成品 12CrIMoV钢管的抗张强度应控制在470?495Mpa的狭小范围内，这就造成生产难度大，产 品合格率低。本发明的工艺可使得钢管表面硬度相对基体硬度仅高5%?12%，整个钢管 表面硬度分布较均匀，可控的抗张强度范围较大，生产难度降低。
[0026] 2)本发明的后处理工艺中钢管先经过矫直再进行回火热处理，回火热处理可以有 效地消除现有工艺中矫直处理后钢管出现的表面硬化和矫直中产生的应力残余，同时因为 在矫直前钢管已经经过了正火处理，通过正火处理消除了大部分经过热轧后产生的应力残 余和尺寸变化，所以在回火热处理中通过适当的参数选择，钢管不会出现新的难以控制的 形变，工艺中的各步骤的有效配合，可以在保证钢管尺寸与形态要求的前提下，最大程度地 消除钢管在生产中产生的残余应力，提高其使用性能。
[0027] 3)本发明的优选实施方式中对回火热处理进行了进一步的优化，对升降温速率和 进出炉温度等进行了设定，能够确保钢管在经过回火热处理后的轴向弯曲和径向圆度误差 满足GB5310《高压锅炉用无缝钢管》的要求，经过该热处理工序后不再需要进行钢管矫直。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1为从实施例一中批号为HlOl的12CrIMoV无缝钢管中随机取样测得的其金相 组织图像；
[0029] 图2为从实施例一中批号为H102的12CrIMoV无缝钢管中随机取样测得的其金相 组织图像；
[0030] 图3为从实施例二中批号为H201的12CrIMoV无缝钢管中随机取样测得的其金相 组织图像；
[0031] 图4为从实施例二中批号为H202的12CrIMoV无缝钢管中随机取样测得的其金相 组织图像；
[0032] 图1?图4均为热轧12CrIMoV无缝钢管经过后处理以后，其外表面附近的金相组 织图像，其中，腐蚀溶液为4%的硝酸酒精溶液，金相组织图像放大倍数为100倍。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
[0034] 实施例一：
[0035] 生产规格为323. 9 X 16mm的热轧12Cr IMoV无缝钢管两批：
[0036] 其生产工艺流程为：热轧12CrlMoV无缝钢管一正火热处理一压矫一回火热处理 -探伤、检查一包装、入库。具体的生产工艺过程为：
[0037] 1)通过热轧成型批号分别为HlOl与H102的两批12CrlMoV无缝钢管；
[0038] 2)对该两批热轧12CrIMoV无缝钢管进行正火热处理，其升温速率为3. 5°C /min， 加热温度为ΙΟΟΟΓ,保温时间为80min,保温后进行空冷；
[0039] 3)待该两批钢管冷却至室温后，对其进行压力矫直至钢管的轴向弯曲和径向圆度 误差满足GB5310《高压锅炉用无缝钢管》的要求；
[0040] 4)将矫直后的热轧12CrlMoV无缝钢管在回火炉中进行回火，其入炉温度为 240°C，升温速率为15°C /min，加热温度为750°C，保温时间为120分钟，其后冷却时，首先在 回火炉中冷却，冷却速率为15°C /min，待炉温降至250°C后出炉并在静止的空气中继续冷 却；
[0041] 5)对所得的两批热轧12CrIMoV无缝钢管进行探伤、检查后包装入库，在检查中对 该两批钢管各取一组样品。
[0042] 样品经金相、力学检验、外观检查后，可以确定两批12CrlM〇V无缝钢管的金相组 织、力学性能、纵向弯曲和圆度误差均满足GB5310《高压锅炉用无缝钢管》的要求。 「00431 中，样品的力学件能涮试结里如下表所示：
【权利要求】
1. 一种热轧12CrlM〇V无缝钢管的后处理工艺，其包括无缝钢管经过热轧成型后的热 处理与矫直工艺，其特征在于：包括以下步骤： 1) 对所述热轧无缝钢管进行正火热处理，得到正火后钢管； 2) 对所述正火后钢管进行矫直处理，得到矫直后钢管； 3) 对所述矫直后钢管进行回火热处理。
2. 根据权利要求1所述的热轧12CrlM〇V无缝钢管的后处理工艺，其特征在于：所述正 火热处理中的冷却方式为空冷、雾冷或强制水冷，正火热处理后钢管的金相组织由铁素体、 珠光体和贝氏体组成，其中，铁素体含量最高，且不低于35%。
3. 根据权利要求1所述的热轧12CrlM〇V无缝钢管的后处理工艺，其特征在于：所述正 火热处理中的加热温度为980?1000°C，保温时间为80?150min。
4. 根据权利要求1?3中任一项所述的热轧12CrlM〇V无缝钢管的后处理工艺，其特征 在于：所述矫直处理使用压力矫直的方式。
5. 根据权利要求1所述的热轧12CrlM〇V无缝钢管的后处理工艺，其特征在于：所述 回火热处理中入炉温度不高于250°C，升温速率不大于15°C /min，在回火炉中的冷却速率 不大于15°C /min，炉温降至不高于250°C后出炉，并在空气中继续冷却。
6. 根据权利要求1或5所述的热轧12CrlM〇V无缝钢管的后处理工艺，其特征在于：所 述回火热处理中回火加热温度为740?760°C，回火保温时间为120?210min。
7. -种根据权利要求1?6中任一项所述的热轧12CrlM〇V无缝钢管的后处理工艺处 理得到的无缝钢管，其特征在于：按照GB5310《高压锅炉用无缝钢管》的测试方式，所述无 缝钢管的机械性能满足以下指标： 屈服强度：彡255MPa; 抗张强度：470?570MPa ; 延伸率：> 21% ; 表面硬度：140?178HBW。
【文档编号】C21D8/10GK104388653SQ201410660171
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】陈雨 申请人:攀钢集团成都钢钒有限公司