一种无缝钢管的热处理工艺的制作方法

本发明涉及钢管热处理的
技术领域：
，尤其是涉及一种无缝钢管的热处理工艺。
背景技术：
：无缝钢管热处理工艺是将无缝钢管工件加热到发生相变或部分相变的温度，保温一段时间后缓慢冷却的热处理方法。热处理的目的是为了降低硬度、提高塑性、改善加工性能；消除内应力、稳定钢管尺寸、放置变形和开裂；细化晶粒、改善组织、提高无缝钢管的力学性能。目前，公告号为cn102191437b的专利公开了一种石油裂化用无缝钢管，该钢管的成份按重量％为c0.08～0.15％、si0.20～0.50％、mn0.30～0.60％、p≤0.020％，s≤0.020％、ni≤0.20％、cr4.00～6.00％、mo0.40～0.55％、cu≤0.20％、al≤0.015％、v≤0.08％、nb≤0.01％、n≤0.008％，余量为fe。同时还提供一种生产上述无缝钢管的正火加回火的热处理工艺。本发明效果是通过严格控制化学成分，采用gb9948标准以外的热处理制度对该钢管进行热处理，热处理后的各种性能均满足标准要求，可用于石油裂化的高温炉管及部件。渗硼是应用广泛的表面强化热处理工艺，工件渗硼后能够显著提高钢件表面硬度和耐磨性，但是现有技术中的渗硼工艺存在渗硼层脆性大，容易剥落的问题，限制了渗硼工艺的使用范围，因此还有待改进。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种无缝钢管的热处理工艺，可有效提高钢管渗硼层的韧性，避免渗硼层脆性大易剥落的问题。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种无缝钢管的热处理工艺，包括以下步骤：s1、退火处理；将成品的无缝钢管输送至马弗炉中，温度为500-540℃，保温40-50min；s2、共渗处理；将共渗剂用硅酸乙酯调匀，涂在退火后的钢管上，厚度80-90μm，在520-580℃下保温2-4h；s3、分级淬火处理；将共渗处理后的无缝钢管输送至淬火炉中进行分级淬火，淬火处理完成后在淬火液中冷却45-55s；s4、回火处理；将无缝钢管输送到回火炉中；先将无缝钢管以30-35℃/s的加热速度升温至580-610℃，保温2-3h，再以100-150℃/s的冷却速度冷却至360-400℃，保温1-2h，回火结束后出炉自然冷却至室温。通过采用上述技术方案，热处理可提高钢管的塑性和韧性，降低和消除淬火应力，稳定组织及工件的尺寸和形状；当共渗层的厚度为80-90μm，在520-580℃下进行保温处理时，共渗层的韧性较佳；共渗处理后再通过分级淬火，使共渗层与钢管的结合更紧密。本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述s2中的所述共渗剂包括如下重量份的组分：60-70份氧化硼；20-30份碳化硅；4-6份粘结剂。通过采用上述技术方案，氧化硼熔点为450℃，在高温条件下以液态渗入碳化硅孔隙之间并浸润碳化硅表面，而碳化硅弥散分布于氧化硼之间，耐磨性好，使二者之间的结合更紧密，形成致密结构，在粘结剂的粘结作用下，氧化硼和碳化硅形成稳定的粘结混合物，由此可降低共渗层的脆性并提高共渗层的韧性，使共渗层不易因脆性过大而剥落。本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：按重量份数计，所述共渗剂还包括2-3份酚醛树脂。通过采用上述技术方案，氧化硼遇到空气中的水易生成硼酸，硼酸特有的三羟基结构，可将酚醛树脂中的苄羟基和酚羟基反应而链接起来，另一方面，氧化硼也可以物理混合和化学键连的方式与酚醛树脂结合，从而将酚醛树脂结构和硼元素结合，在粘结剂的作用下连结形成更大的粘结网络，通过与高分子树脂的聚合使渗硼层组织更致密，并由此增强共渗层的韧性。本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：按重量份数计，所述共渗剂还包括1-2份二甲基乙酰胺。通过采用上述技术方案，二甲基乙酰胺可作为溶剂，对酚醛树脂具有一定的溶解能力，从而可促进氧化硼和酚醛树脂、以及硼酸和酚醛树脂的反应的顺利进行，并使化合物之间的混合更易实现，表现出显著的促进作用，从而可使渗层快速混合，有利于提高渗层的结合紧密度。本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述粘结剂为羧酸甲基纤维素。通过采用上述技术方案，以羧酸甲基纤维素做粘结剂，实现各组分间的稳定粘合。本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：按重量份数计，还包括0.2-0.3份壳聚糖。通过采用上述技术方案，在二甲基乙酰胺存在的条件下，壳聚糖可形成溶液并包覆于羧酸甲基纤维素上与之产生协同作用，搅拌均匀后，一方面有利于得到均匀分散的羧酸甲基纤维素，使各个部分的交联更均匀且稳定；另一方面壳聚糖可吸附硼，使硼的分散更均匀。本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述共渗剂的制备方法包括以下步骤：（1）将重量份数占氧化硼总量的20-25%的氧化硼、酚醛树脂和二甲基乙酰胺在常温下搅拌混合2-3min，然后缓慢升温至30-35℃，反应15-20min，得到初混合物；（2）向步骤（1）中的初混合物中加入剩余的氧化硼、粘结剂和壳聚糖，搅拌均匀，然后升高温度至500-550℃，再加入碳化硅，混合搅拌15-30min，反应40-60min，然后降温至40-45℃，得到共渗剂。通过采用上述技术方案，根据各组分的功能，常温下氧化硼吸水生成硼酸可先与酚醛树脂反应；再通过壳聚糖包覆粘结剂并吸附硼，搅拌均匀后再加入碳化硅，使碳化硅和氧化硼更均匀地结合在一起，形成紧密的交联网络，由此提高共渗层的韧性。本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述s3的分级淬火处理为：先以10-20℃/s的加热速度升温至550-600℃，保温2-3h，再以20-30℃/s的加热速度升温至650-700℃，保温1-2h，再以200-210℃/s的冷却速度急速冷却至300-350℃。通过采用上述技术方案，以分级淬火的方式进一步增强共渗层和钢管的结合紧密度。本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述淬火液为聚异丁烯基丙二酸钠。通过采用上述技术方案，聚合物淬火液可在介于水淬火速度、油淬火速度范围内淬火，从而一方面可避免水淬快速冷却导致工件产生应变而易于破裂的问题，另一方面又可避免油淬的冷却速度较慢使工件无法达到理想的物理性能的问题；且通过实验得出，聚异丁烯基丙二酸钠的使用对共渗层具有更好的增韧效果。综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：1.热处理可提高钢管的塑性和韧性，降低和消除淬火应力，稳定组织及工件的尺寸和形状；当共渗层的厚度为80-90μm，在520-580℃下进行保温处理时，共渗层的韧性较佳；共渗处理后再通过分级淬火，使共渗层与钢管的结合更紧密；2.二甲基乙酰胺作为溶剂，氧化硼遇到空气中的水易生成硼酸，硼酸特有的三羟基结构，可将酚醛树脂中的苄羟基和酚羟基反应而链接起来，另一方面，氧化硼也可以物理混合和化学键连的方式与酚醛树脂结合，粘结剂的作用下连结形成更大的粘结网络，通过与高分子树脂的聚合使渗硼层组织更致密，并由此增强共渗层的韧性；3.在二甲基乙酰胺存在的条件下，壳聚糖可形成溶液并包覆于羧酸甲基纤维素上与之产生协同作用，搅拌均匀后，一方面有利于得到均匀分散的羧酸甲基纤维素，使各个部分的交联更均匀且稳定；另一方面壳聚糖可吸附硼，使硼的分散更均匀，从而使共渗层的交联网络更均匀牢固，有利于提高共渗层的韧性。附图说明图1是本发明的工艺流程图。具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步详细说明。实施例实施例1参照图1，为本发明公开的一种无缝钢管的热处理工艺，包括以下步骤：s1、退火处理；将成品的无缝钢管输送至马弗炉中，温度为540℃，保温50min；s2、共渗处理；将共渗剂用硅酸乙酯调匀，涂在退火后的钢管上，厚度120μm，在580℃下保温4h；s3、分级淬火处理；将共渗处理后的无缝钢管输送至淬火炉中进行分级淬火，淬火处理完成后在淬火液中冷却55s；s4、回火处理；将无缝钢管输送到回火炉中；先将无缝钢管以35℃/s的加热速度升温至610℃，保温3h，再以150℃/s的冷却速度冷却至400℃，保温2h，回火结束后出炉自然冷却至室温。其中，共渗剂的制备方法包括以下步骤:（1）将重量份数占氧化硼总量的25%的氧化硼、酚醛树脂和二甲基乙酰胺在常温下搅拌混合2-3min，然后缓慢升温至35℃，反应20min，得到初混合物；（2）向步骤（1）中的初混合物中加入剩余的氧化硼、粘结剂和壳聚糖，搅拌均匀，然后升高温度至550℃，再加入碳化硅，混合搅拌30min，反应60min，然后降温至45℃，得到共渗剂。各组分含量如下表1所示。实施例2参照图1，为本发明公开的一种无缝钢管的热处理工艺，包括以下步骤：s1、退火处理；将成品的无缝钢管输送至马弗炉中，温度为500℃，保温40min；s2、共渗处理；将共渗剂用硅酸乙酯调匀，涂在退火后的钢管上，厚度110μm，在520℃下保温2h；s3、分级淬火处理；将共渗处理后的无缝钢管输送至淬火炉中进行分级淬火，淬火处理完成后在淬火液中冷却45s；s4、回火处理；将无缝钢管输送到回火炉中；先将无缝钢管以30℃/s的加热速度升温至580℃，保温2h，再以100℃/s的冷却速度冷却至360℃，保温1h，回火结束后出炉自然冷却至室温。其中，共渗剂的制备方法包括以下步骤:（1）将重量份数占氧化硼总量的20%的氧化硼、酚醛树脂和二甲基乙酰胺在常温下搅拌混合2min，然后缓慢升温至30℃，反应15min，得到初混合物；（2）向步骤（1）中的初混合物中加入剩余的氧化硼、粘结剂和壳聚糖，搅拌均匀，然后升高温度至500℃，再加入碳化硅，混合搅拌15min，反应40min，然后降温至40℃，得到共渗剂。各组分含量如下表1所示。实施例3参照图1，为本发明公开的一种无缝钢管的热处理工艺，包括以下步骤：s1、退火处理；将成品的无缝钢管输送至马弗炉中，温度为530℃，保温45min；s2、共渗处理；将共渗剂用硅酸乙酯调匀，涂在退火后的钢管上，厚度115μm，在550℃下保温3h；s3、分级淬火处理；将共渗处理后的无缝钢管输送至淬火炉中进行分级淬火，淬火处理完成后在淬火液中冷却50s；s4、回火处理；将无缝钢管输送到回火炉中；先将无缝钢管以33℃/s的加热速度升温至600℃，保温2h，再以130℃/s的冷却速度冷却至380℃，保温1-2h，回火结束后出炉自然冷却至室温。其中，共渗剂的制备方法包括以下步骤:（1）将重量份数占氧化硼总量的23%的氧化硼、酚醛树脂和二甲基乙酰胺在常温下搅拌混合3min，然后缓慢升温至33℃，反应18min，得到初混合物；（2）向步骤（1）中的初混合物中加入剩余的氧化硼、粘结剂和壳聚糖，搅拌均匀，然后升高温度至520℃，再加入碳化硅，混合搅拌18min，反应50min，然后降温至43℃，得到共渗剂。各组分含量如下表1所示。对比例对比例1与实施例1的区别在于，步骤s2的共渗处理中，共渗层的厚度为100μm，温度为500℃，各组分含量如下表2所示。对比例2与实施例1的区别在于，步骤s2的共渗处理中，共渗层的厚度为130μm，温度为600℃，各组分含量如下表2所示。对比例3与实施例1的区别在于，不添加二甲基乙酰胺，各组分含量如下表2所示。对比例4与实施例1的区别在于，不添加酚醛树脂，各组分含量如下表2所示。对比例5与实施例1的区别在于，不添加酚醛树脂和二甲基乙酰胺，各组分含量如下表2所示。对比例6与实施例1的区别在于，不添加羧酸甲基纤维素，各组分含量如下表2所示。对比例7与实施例1的区别在于，不添加壳聚糖，各组分含量如下表2所示。对比例8与实施例1的区别在于，不添加羧酸甲基纤维素和壳聚糖，各组分含量如下表2所示。对比例9与实施例1的区别在于，将聚异丁烯基丙二酸钠替换为聚乙二醇，各组分含量如下表2所示。性能检测试验断裂韧性kic的测试试验依据标准astme399kic测试标准进行，将涂覆共渗层的钢管制成标准试样，对试样用ag-10ta万能材料力学试验机进行三点弯曲断裂韧性的测试，加载速率为0.5mm/min，温度为20℃；空白对照组的试样未涂覆共渗层。表1各实施例组分含量表实施例1实施例2实施例3氧化硼706068碳化硅302024粘结剂645酚醛树脂323二甲基乙酰胺211壳聚糖0.30.20.3表2各对比例组分含量表对比例1对比例2对比例3对比例4对比例5对比例6对比例7对比例8对比例9氧化硼707070707070707070碳化硅303030303030303030粘结剂66666/6/6酚醛树脂333//3333二甲基乙酰胺22/2/2222壳聚糖0.30.30.30.30.30.3//0.3表3各实施例和对比例的韧性测试结果kic（mpa·m1/2）空白对照组37.54实施例146.85实施例243.66实施例345.51对比例142.42对比例242.89对比例340.27对比例440.33对比例539.46对比例639.35对比例741.82对比例838.97对比例943.56综上所述，可以得出以下结论：1．根据实施例1、实施例2、实施例3和空白对照组、对比例1、对比例2的对比，可知当共渗层的厚度为110-120μm，在520-580℃下保温可使共渗层具有较好的韧性。2.根据实施例1和对比例3、对比例4、对比例5的对比可知，二甲基乙酰胺和酚醛树脂的单独加入均可增强试样的韧性，且二甲基乙酰胺和酚醛树脂具有协同作用，二者同时加入可增强试样的韧性。3.根据实施例1和对比例6、对比例7、对比例8的对比可知，羧酸甲基纤维素和壳聚糖的单独加入均可增强试样的韧性，且羧酸甲基纤维素和壳聚糖具有协同作用，二者同时加入可增强试样的韧性。4.根据实施例1和对比例9的对比，可知聚异丁烯基丙二酸钠的使用相对于其他共聚物淬火液的使用对共渗层具有更好的增韧效果。本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3