一种厚壁L80-13Cr无缝钢管的热处理方法与流程

本发明属于金属热处理
技术领域：
，涉及一种厚壁l80-13cr无缝钢管的热处理方法。
背景技术：
：l80-13cr是一种石油天然气开采用钢，具有良好的耐二氧化碳腐蚀性能，良好的耐海水腐蚀性，是成本低廉的耐腐蚀合金，在油气田开采中，l80-13cr无缝钢管应用较为广泛。l80-13cr不仅要求具备api5ct的80ksi强度性能，而且要求具备良好的韧性。壁厚30mm以下的无缝钢管加热奥氏体化后出炉，采用空气为淬火介质同时强制空气高速流动，使无缝钢管冷却到室温后进入回火炉，可以实现要求的力学性能；然而壁厚30mm以上的13cr热处理很难淬透，导致很难获得强度和冲击韧性同时具备的性能。目前为解决这个问题，通常采用两种热处理方法来获得厚壁l80-13cr的性能：①无缝钢管加热保温保证奥氏体化完全且均匀后出炉，采用搅动油为淬火介质，无缝钢管冷却至室温后进入回火炉。②无缝钢管加热保温保证奥氏体化完全且均匀后出炉，采用搅动合成淬火液为淬火介质，无缝钢管冷却至室温后进入回火炉。采用油淬的方式可避免无缝钢管产生淬火裂纹，同时实现较好的机械性能。但是油淬不仅需要油槽，且油容易燃烧，安全性较差，还需要相应的冷却系统，同时，油易老化，增加了更换新油的成本，且淬火后无缝钢管不易清洗，增加了清洗工序，导致油淬的成本比较高；采用淬火液方式进行冷却时可获得较好机械性能，但批量生产需要大量的合成淬火液，且消耗较快，成本较高。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是提供一种厚壁l80-13cr无缝钢管的热处理方法，优化无缝钢管的热处理过程，提高热处理后厚壁l80-13cr无缝钢管的质量，降低生产成本。本发明的技术方案是：厚壁l80-13cr无缝钢管的热处理方法，利用热处理装置进行处理，处理过程包括以下步骤：步骤一：将无缝钢管在淬火炉中加热到980℃～1010℃，到加热温度后保温35min～50min，完成组织的奥氏体化过程；步骤二：无缝钢管完成保温后立刻出炉，迅速将所述无缝钢管水平放置到装满循环水的水槽上方的旋转托轮上，转动旋转托轮同时开启内喷嘴，沿轴向无缝钢管内孔中喷入循环水；拖轮转速40～45rpm/min，内喷水压力0.10～0.25mpa；步骤三：旋转托轮带动无缝钢管旋转且托轮逐渐下沉，使无缝钢管管体二分之一到三分之二沉入水面以下，内喷装置随托轮同时下沉；当无缝钢管温度冷却到220℃～280℃时，旋转托轮升起使无缝钢管离开水面；步骤四：将出水后的无缝钢管迅速输送至冷床，用轴流风机进行吹风冷却，待无缝钢管温度冷却至60℃以下后输送至回火炉，在715℃～725℃进行回火处理。l80-13cr无缝钢管的材质为：apispec5ct中的l80-13cr标准材质。无缝钢管外圆直径在φ127～φ325mm之间；壁厚在30mm～60mm之间。l80-13cr无缝钢管热处理后的拉伸性能满足apispec5ct的规定，且0℃横向冲击性能≥30j。热处理装置包括淬火炉、冷却水槽、风冷却床和回火炉，淬火炉、冷却水槽、风冷却床和回火炉依次布置。冷却水槽设有内喷嘴和旋转托轮。旋转托轮用于冷却时水平放置无缝钢管，内喷嘴用于沿轴向无缝钢管内孔中喷入循环水。冷却水槽装满循环水，冷却水槽设有出水口，出水口通过水泵连接到内喷嘴。本发明的有益效果是：厚壁l80-13cr无缝钢管在马氏体转变开始温度以上快速冷却，避免了过冷奥氏体向珠光体转变，使过冷奥氏体迅速越过最不稳定的温度范围，冷却温度到了马氏体开始转变温度区间。在风冷条件下完成过冷奥氏体向马氏体的转变，降低了马氏体转变过程中的冷却速度，减小了马氏体形成时的内应力，避免了无缝钢管产生淬火裂纹。使用水和空气作为淬火介质，进行分阶段淬火，不仅实现了无缝钢管的良好淬透，而且避免了13cr无缝钢管在单一水介质中冷却导致的淬火裂纹。以水替代油作为淬火介质，免去了无缝钢管的清洗工序，价格低廉，操作方便，安全性高降低了生产成本，提高了生产效率。本发明优化了无缝钢管的热处理过程，克服了传统淬火方法中不易淬透、易老化和不易清洗缺点，有利于提高热处理后厚壁l80-13cr无缝钢管的质量，降低生产成本。附图说明图1为本发明厚壁l80-13cr无缝钢管的热处理装置的流程示意图；图2为冷却水槽的示意图；其中：1—内喷嘴、2—无缝钢管、3—旋转托轮、4—循环水、5—冷却水槽、6—淬火炉、7—冷床、8—回火炉。具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。厚壁l80-13cr无缝钢管的热处理装置如图1所示，包括淬火炉6、冷却水槽5、风冷却床7和回火炉8，淬火炉、冷却水槽、风冷却床和回火炉依次布置。淬火炉6与无缝钢管仓连通，回火炉8连通道产品仓。如图2所示，冷却水槽设有内喷嘴1、旋转托轮3。旋转托轮用于冷却时水平放置无缝钢管，内喷嘴1用于沿轴向无缝钢管内孔中喷入循环水。冷却水槽5装满循环水4，冷却水槽设有出水口，出水口通过水泵连接到内喷嘴。淬火炉6由炉体、炉门、加热元件、通风机构和控制系统组成。炉体由型钢及钢板焊接而成，炉衬内壁采用不锈钢板与炉壳连接成整体。加热元件采用高电阻合金的电阻带或电阻丝。通风机由鼓风机和导风板组成，控制部分采用可控硅、数显表，对温度控制及报警。炉门设计在炉体的下部，炉门的起闭动作采用机械传动的方式。回火炉8包括外壳、通风机、炉衬、炉门、加热元件和控制系统。外壳有钢板和型钢焊接而成，炉衬为玻璃纤维，通风机有鼓风机和导风板组成，加热元件为高温电阻丝或电阻带，炉门采用带升降结构的炉门。冷床7为滑轨式冷床。本发明对厚壁l80-13cr无缝钢管进行热处理。无缝钢管外圆直径为φ158mm，壁厚38.1mm，长度6500mm。材质成为apispec5ct标准l80-13cr标准材质，材质具体成分见表1。表1.l80-13cr无缝钢管的成分(质量分数％)cmncrsispcunimo0.200.4312.780.290.00270.0140.0640.120.078本发明厚壁l80-13cr无缝钢管的热处理方法，热处理步骤如下：⑴无缝钢管在淬火炉中加热至990±5℃，保温454min，完成组织的奥氏体化过程；⑵无缝钢管完成保温后立刻出炉，迅速放置到如图2所示的装满循环水4的水槽5上方的旋转托轮2上，转动旋转托轮同时开启内喷嘴1，沿轴向无缝钢管12的内孔中喷入循环水；拖轮转速40～45rpm/min，内喷水压力0.20mpa；⑶旋转托轮4带动无缝钢管旋转且托轮逐渐下沉，使无缝钢管管体二分之一沉入水面以下，另外二分之一漏在水面以上，内喷头1的轴线始终与无缝钢管的轴线重合；当无缝钢管温度冷却到250℃时，旋转托轮升起使无缝钢管离开水面；⑷将出水后的无缝钢管迅速输送至冷床，用轴流风机进行吹风冷却，待无缝钢管温度冷却至60℃以下后输送至回火炉，在715℃～725℃进行回火处理，回火保温时间200min～210mmin。经过质量检测和性能测试，本发明热处理方法处理后的厚壁l80-13cr无缝钢管的质量为：淬火后组织：细小马氏体；硬度：hrc42～48；淬火后管子表面：光洁、平整；无淬火裂纹；回火后组织：回火索氏体；硬度：hrc18～22。回火后技术性能：抗拉强度＞690mpa、屈服强度580～630mpa、延伸率18～23％、0℃横向冲击功35～60j。以上数据表明，热处理方法后的厚壁l80-13cr无缝钢管完全符合l80-13cr无缝钢管热处理后的拉伸性能，满足apispec5ct的规定和0℃横向冲击性能。本发明通过使用水和空气作为淬火介质，进行分阶段淬火，不仅实现了无缝钢管的良好淬透，避免了13cr无缝钢管在单一水介质中冷却导致的淬火裂纹。以水替代油作为淬火介质，免去了无缝钢管的清洗工序。优化了无缝钢管的热处理过程，克服了传统淬火方法中不易淬透、淬火油容易燃烧、易老化、无缝钢管淬火后不易清洗和成本高等缺点，有利于提高热处理后厚壁l80-13cr无缝钢管的质量，降低生产成本。当前第1页12