一种高强度低合金钢管及其热处理方法

本发明涉及金属材料加工，具体为一种高强度低合金钢管及其热处理方法。

背景技术：

1、钢管是工业社会发展和国民经济建设中重要的钢材产品，在能源、化工、机械等工程领域中具有重要的应用。在满足钢管高强度性能要求的前提下，如何进一步降低成本、提高生产效率一直是钢管生产领域的奋斗目标。因为钢管截面属于异型断面，在高温变形状态下，很容易产生不均匀的带状组织及尺寸粗大的轧后异常组织，造成性能恶化而无法满足产品预期要求。对此，钢管常采用离线热处理方法来弥补性能的损失，这无疑增加了生产成本，浪费了大量的能源，延长了生产周期。

2、随着经济的快速发展，电力的需求也飞速增长。火力发电一直是当前世界各国电力工业的主要生产构成。为保证电站装备工作时安全可靠，对管材用钢一般要求比较高，不仅要求具有良好的高温持久强度、持久塑性、高的蠕变极限，而且还要求高温下具有良好的抗氧化和耐腐蚀性能，同时作为动力管道，必须具备足够的组织稳定性、优异的焊接性以及良好的冷加工与热加工工艺性能。随着电站运行向高性能及长寿命方向发展，对承压耐热管相应提出了更高的质量要求。

3、12cr1movg钢是我国是我国在上世纪60年代自主研发的一种珠光体低合金耐热钢，在cr-mo钢基础上以少量的v代替了部分cr、mo元素。主要应用在高压、超高压、亚临界电站锅炉过热器、锅炉集箱和蒸汽管道等方面。12cr1movg钢中加入v元素，在热轧过程中会析出细小的v(c,n)颗粒，弥散分布在钢的组织中，起到析出强化的作用。12cr1movg钢管通常以热处理状态交货，常用的热处理工艺为正火+回火。

4、专利cn102373324a公开了一种热轧钢管的热处理工艺，为了消除经轧制后钢管残余的魏氏组织、提高其组织结构均匀性，将钢管再次加热至830～845℃，保温30～35min，然后空冷，此方法采用了离线热处理工艺，增加了能源消耗，增加了生产成本。

5、专利cn102965491a公开了一种高强度钢管的热处理工艺，该发明所述的热处理工艺，采用两次热处理淬火过程，虽然增强了钢管的强韧性能，但是此方法无疑增加了能耗，制造工序变得更加复杂。

6、专利cn103740896a公开了钢管在线淬火方法，该发明提供了一种钢管在线淬火方法，但是未对钢管冶炼和轧管等制造方面进行介绍，根据所给条件很难顺利实施并应用。并且单纯靠淬火来获得低温硬化组织，很容易造成钢管的脆性断裂。

7、专利cn106555107a公开了一种贝氏体型高强度无缝钢管的制造方法和贝氏体型高强度无缝钢管，该发明的主要合金元素c+mn/6≥0.38，不添加贵重合金元素，该钢管具有屈服强度≥550mpa，0℃全尺寸冲击功＞50j。但是本发明是利用冷却路径控制来得到单一的贝氏体组织，然而这对现场的冷却设备控制提出了更高要求，增加了控制难度。

8、专利cn110408862a公开了一种无缝钢管、制造方法及其应用。该方法在连铸过程中采用电磁搅拌工序，然后对坯料进行轧制，后续进行强制冷却、在线淬火及回火处理得到热轧钢管。在淬火槽中进行淬火，钢管内外壁很容易冷却不均匀，容易产生管型问题

9、但在采用传统正火+回火工艺处理的钢性能会超出国标上限，因此需要一种新的热处理方式使得材料满足国标要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有的大厚壁锅炉管采用传统的正火/淬火+回火工艺处理会超出国标上限的问题，提供一种高强度低合金钢管及其热处理方法。

2、本发明提供了一种高强度低合金钢管，由以下质量百分比的成分组成c：0.12％，si：0.28％，mn：0.54％，cr：0.99％，mo：0.28％，v：0.23％；n：0.0014％，余量为fe和杂质。

3、可选地，所述钢材在平衡冷却过程中都由奥氏体、铁素体、mn、m(c,n)相组成，室温下为铁素体相，组织中细小弥散的第二相粒子。

4、可选地，一种高强度低合金钢管的热处理方法，其步骤如下：

5、淬火操作：以10℃/s的速度加热到980℃保温10min后，先采用水冷以20～25℃/s冷至900-830℃的中间温度。再以0.5～0.6℃/s空冷到室温，其中冷却时要采用外淋内喷设备进行淬火的同时进行旋转操作，具体操作为先进行外淋内喷一定的时间使温度到达设定温度区间，然后空冷自然冷却，同时在淬火和空冷过程中一直保持钢管旋转，这样，钢管在淬火过程中可以保持一直旋转，可以大大提高钢管圆周方向性能的均匀性。

6、回火操作：采用箱式电阻炉将各试样加热至720℃，保温30min后空冷至室温。

7、本发明的有益效果如下：试验钢得到了组织中含有铁素体、贝氏体和索氏体组织，析出相主要是v元素的碳化物，其屈服强度≥400mpa(国标要求≥255mpa)，抗拉强度470～640mpa，伸长率≥21/19％，冲击功≥290j(国标要求≥40/27j)，硬度145～190hb，在500℃屈服强度≥350mpa(国标要求≥201mpa)，在550℃屈服强度≥350mpa(国标要求≥187mpa)，同时本发明利用外淋内喷的淬火回火技术一方面获得了铁素体、贝氏体和索氏体组织，另一方面使得钢管在淬火过程中可以保持一直旋转，可以大大提高钢管圆周方向性能的均匀性，使得圆周方向和轴线方向上材料性能均匀，特别是冲击功得到了极大的提高，具有较高的强度硬度和拉伸性外，冲击韧性非常好，提高了承压耐热钢的质量，满足电站装备设计和制造的需要。

技术特征：

1.一种高强度低合金钢管，其特征在于，包括：钢管所使用钢材的化学成分按重量百分比为c：0.12％，si：0.28％，mn：0.54％，cr：0.99％，mo：0.28％，v：0.23％；n：0.0014％，余量为fe和杂质。

2.根据权利要求1所述的高强度低合金钢管，其特征在于，所述钢材在平衡冷却过程中都由奥氏体、铁素体、mn、m(c,n)相组成，室温下为铁素体相，组织中细小弥散的第二相粒子。

3.根据权利要求2所述的高强度低合金钢管的热处理方法，其特征在于，以10℃/s的速度加热到980℃保温10min后，先采用水冷以20～25℃/s冷至900-830℃的中间温度，再以0.5～0.6℃/s空冷到室温。

4.根据权利要求3所述的高强度低合金钢管的热处理方法，其特征在于，水冷工序为冷却液以外淋内喷方式使工件以20～25℃/s冷至900-830℃的中间温度。

5.根据权利要求4所述的高强度低合金钢管的热处理方法，其特征在于，在淬火和空冷工序中，钢管持续保持旋转状态。

6.根据权利要求4所述的高强度低合金钢管的热处理方法，其特征在于，所述外淋内喷的具体操作为水冷过程使用外淋内喷设备将钢管固定并绕轴旋转，钢管上方淋水和内部喷水同时进行。

技术总结本发明公开了一种高强度低合金钢管及其热处理方法，其化学成分为C：0.12％，Si：0.28％，Mn：0.54％，Cr：0.99％，Mo：0.28％，V：0.23％；N：0.0014％，余量为Fe和杂质；轧后热处理使用外淋内喷设备进行淬火回火取代传统热处理工艺，以10℃/s的速度加热到980℃保温10mi n后，先采用水冷以20～25℃/s冷至900‑830℃的中间温度，再以0.5～0.6℃/s空冷到室温，水冷过程使用外淋内喷设备将钢管固定并绕轴旋转，通过钢管上方淋水和内部喷水的方式实现均匀冷却内壁的作用；回火温度为755℃并150mi n保温，与同样采用传统淬火回火工艺相比钢管性能在接近国标上限的同时，所生产的钢管具有高耐热性、高温稳定性、冲击韧性、高耐腐蚀性和良好的可加工性能。技术研发人员：于浩,张翔云,薛寒琪受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2