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一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法

一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法

本發明公開了一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法屬於金屬壓力加工方法技術領域。

目的是為解決16Mn無縫鋼管成品性能指標偏低的問題,提供一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法,所述方法為:采用環形加熱爐對16Mn無縫鋼管管坯進行加熱,加熱過程依次分為預熱段、加熱段、均熱段,預熱段加熱溫度小於等於700℃,加熱段分為低溫加熱段及高溫加熱段,低溫加熱段加熱溫度大於等於800℃小於等於1100℃,高溫加熱段加熱溫度大於等於1050℃小於等於1290℃,均熱段加熱溫度大於等於1260℃小於等於1300℃。本發明的方法屈服強度性能指標偏低缺陷全部消除,性能合格率達到100%。適合於各種直徑規格的16Mn無縫鋼管管坯加熱時采用。一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法技術領域 [0001 ]本發明具體涉及一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法,屬於金屬壓力加工方法技 術領域。 [0002] 16Mn無縫鋼管管坯在乳製前需要在環形加熱爐中加熱到合適的乳製溫度,然後乳 製成管。結構管由於高屈服強度、高衝擊韌性等要求,對鋼坯中的化學成分均勻性、碳化物 均勻性有嚴格要求。常溫下的結構管組織狀態為鐵素體+滲碳體,管坯的加熱過程實際上是 碳化物擴散和溶解以及奧氏體均勻化的過程。管坯加熱方法對改善產品性能有至關重要的 作用。如果加熱工藝不合理,不能形成均勻的奧氏體,將導致屈服強度、衝擊韌性等性能指 標不能滿足標準要求。 [0003] 管坯加熱時,隨溫度升高而發生相變。在鋼溫超過相變臨界點後,管坯內部組織將 從常溫下的兩相組織狀態轉變為單相組織奧氏體。此時鋼的塑性較好,其變形抗力大為降 低,易於進行壓力加工。因此確定合理的管坯加熱溫度範圍,有利於提高鋼的塑性,降低變 形抗力。 [0004] 采用350、390、430直徑的管坯乳製322係列、403係列、482係列中厚壁鋼管,乳製時 乳製力相對小,管坯容易出現碳化物分布不均的特點,鋼管的屈服強度、衝擊韌性指標偏 低。這就需要在管坯加熱、乳製和乳製控冷、乳後控冷過程中采用合理的工藝,同時不能出 現管坯過熱和過燒。因此如何製定合理的加熱方法,使奧氏體均勻分布,應避免鋼的過熱、 過燒。過熱鋼錠內部的晶粒增長過大、晶粒組織結合力降低,造成鋼管的屈服強度、衝擊韌 性等性能指標變壞。 [0005] 目前,16Mn無縫鋼管由於上述缺陷造成的成品性能指標偏低已經成為行業內的通 病,尚無有效的解決方法。 [0006] 因此,本發明的目的是為解決16Mn無縫鋼管成品性能指標偏低的問題,提供一種 16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法,所述方法為:采用環形加熱爐對16Mn無縫鋼管管坯進行 加熱,加熱過程依次分為預熱段、加熱段、均熱段,預熱段加熱溫度小於等於700 °C,加熱段 分為低溫加熱段及高溫加熱段,低溫加熱段加熱溫度大於等於800°C小於等於1100°C,高溫 加熱段加熱溫度大於等於1050°C小於等於1290Γ,均熱段加熱溫度大於等於1260°C小於等 於 1300。。。 [0007] 進一步的,針對直徑350mm的16Mn無縫鋼管,所述環形加熱爐分為預熱區、一區、二 區、三區、四區、五區、六區,預熱區和一區作為預熱段,預熱段加熱溫度小於等於700°C,二 區、三區作為低溫加熱段,二區加熱溫度大於等於800°C小於等於950°C,三區加熱溫度大於 等於800°C小於等於1100°C,四區作為高溫加熱段,加熱溫度大於等於1200°C小於等於1270 °C,五區和六區作為均熱段,五區加熱溫度大於等於1180°C小於等於1250Γ,六區加熱溫度 大於等於1260°C小於等於1290°C。 [0008] 進一步的,針對直徑390mm或430mm的16Mn無縫鋼管,所述環形加熱爐分為預熱區、 一區、二區、三區、四區、五區、六區,預熱區作為預熱段,預熱段加熱溫度小於等於700°C,一 區、二區作為低溫加熱段,一區加熱溫度大於等於800°C小於等於950°C,二區加熱溫度大於 等於800°C小於等於1100°C,三區和四區作為高溫加熱段,三區加熱溫度大於等於1180°C小 於等於1250Γ,四區加熱溫度大於等於1240Γ小於等於1290Γ,五區和六區作為均熱段,五 區加熱溫度大於等於1180 °C小於等於1250 °C,六區加熱溫度大於等於1260 °C小於等於1290 Γ。 [0009]進一步的,對於上述直徑的16Mn無縫鋼管,環形加熱爐加熱過程中爐膛壓力控製 為0.5-6Pa。環形加熱爐加熱過程中通過調整燃料的空然比和空氣過剩係數控製預熱段和 加熱段氣氛為弱氧化性氣氛。加熱時間控製為高溫加熱段加熱時間為1.2-3小時,均熱段 先保溫0.4-2小時,然後將均熱段加熱溫度降低5°C-10°C再保溫0.4-2小時。 [0010]本發明的有益效果在於:本發明的一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法,得到了 穩定的奧氏體組織,減少了氧化燒損,屈服強度性能指標偏低缺陷全部消除,性能合格率達 到100%。兼顧了產量和質量兩方麵,環形加熱爐由於有預熱段、預熱段可以加長,出爐廢氣 溫度較低,熱能的利用較好,單位燃料消耗降低。加熱段可以強化供熱,快速加熱減少了氧 化和脫碳,並保證爐子有較高的生產率。均熱區為弱還原氣氛能減少管坯的氧化燒損,燒損 率小於2.2%。

 

【附圖說明】u=1548955987,594184969&fm=11&gp=0.jpg

 

 [0011] 圖1為本發明【具體實施方式】中環形加熱爐的分區圖;

[0012] 圖2為本發明【具體實施方式】中加工的16Mn無縫鋼管的金相組織圖;

[0013] 圖3為【具體實施方式】中作為對比的現有技術的16Mn無縫鋼管的金相組織圖。

 [0014] 下麵結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行說明:

 [0015] 在本【具體實施方式】中,使用的環形加熱爐分區如圖1所示,圖中的溫度值表示相應 分區的角度分配值,加工的16Mn無縫鋼管有350mm、390mm、430mm三種直徑規格,具體如下:

 [0016] 為了消除管坯碳化物不均的問題,從而得到晶粒細小的奧氏體,本發明提供了一 種消除屈服強度、衝擊強度等性能指標偏低的無縫鋼管加熱方法。加熱無縫鋼管的環形加 熱爐共計有七個區,采用預熱段、加熱段、均熱段三段式加熱。環形加熱爐各段最佳的加熱 溫度、加熱時間、加熱速度、壓力製度、氣氛製度。 [0017] 表1是16Mn鋼的化學成分範圍。

 [0018]表1

 [0019]

[0020]溫度製度:

 [0021] 延長預熱段,預熱段要求全部關閉燒嘴、可以降低排煙溫度,利於節能。350的坯料 將預熱區和一區作為預熱段,390和430坯料將爐子的預熱區當預熱段用,溫度< 700°C。

 [0022] 絕大多數的鋼種在600°C以下時其塑性較差,因此應采取低溫慢速加熱,降低低溫 加熱區溫度、緩慢加熱,一般鋼溫應當比爐子電偶溫度低50-200度。因此350坯料將二區、三 區定為低溫加熱區,二區溫度為< 950°C,三區溫度為< 1100°C ;390和430坯料將一區、二區 作為低溫加熱區,一區溫度為< 950°C,控製將二區溫度為< 1100°C。 [0023] 隨加熱溫度的提高,原子擴散速率急劇加快,使得奧氏體化速度大大增加,形成所 需時間縮短。加熱溫度相同時,加熱速度越快,過熱度越大,奧氏體的實際形成溫度越高,形 核率的增加大於長大速度,使奧氏體晶粒越細小。因此采用快速加熱工藝來獲得超細化晶 粒。強化加熱高溫加熱區,350坯料四區為高溫加熱區、溫度為1200-1270°C之間,390和430 坯料三區和四區為高溫加熱區、三區溫度為1180-1250°C之間、四區溫度為1240-1290°C之 間。 [0024]均熱段是奧氏體成分均勻化的關鍵階段。當滲碳體剛剛全部融入奧氏體後,奧氏 體內碳濃度仍是不均勻的,隻有經曆長時間的保溫或繼續加熱,讓碳原子急性充分的擴散 才能獲得成分均勻的奧氏體。因此應緩慢進入均熱段,此時鋼的表麵溫度不再升高,而使中 心溫度逐漸上升,縮小斷麵上的溫度差。同時降低均熱二段的溫度,利於加熱長大的晶粒度 進一步細化。控製均熱一區溫度為1270-1300°C,控製均熱二區溫度為1260-1290°C。 [0025]控製出爐鋼坯穿孔後溫度1160_1250°C,此溫度範圍內金屬變形抗力小、利於塑性 變形。 [0026] 表2是溫度製度表。 [0027] 表 2 [0028] [0029]加熱時間: [0030]管坯的加熱時間是指管坯進爐後經過預熱、加熱及均熱過程達到所要求的加熱溫 度時所必需的最少時間。管坯加熱時,在高溫下奧氏體化過程中,除了體心立方點陣的鐵素 體轉變為麵心立方點陣外還伴隨著滲碳體點陣的破壞,並溶解於奧氏體中,再加上碳原子 在奧氏體中的擴散,使奧氏體的成分與組織進一步均勻化。加熱溫度和保溫時間愈長,奧氏 體成分愈均勻,晶粒越粗大,增大奧氏體的穩定性。科學的管坯加熱時間能改善鋼的組織性 能,使其組織均勻化。管坯的加熱時間取決於鋼種、斷麵尺寸、爐型、爐溫及分布、管坯在爐 內的擺放情況、鋼表麵的黒度、鋼的導熱性及其加熱速度等。通過控製加熱爐的出鋼節奏 50-200秒,來保證3-11小時的加熱時間。 [0031 ] 表3是升溫速度(°C /h)和加熱時間(小時)的控製表。 [0032]表 3 [0034] 壓力製度: [0035]爐膛壓力是指單位體積的爐內熱煙氣與外界空氣之間的壓力差。控製爐膛壓力, 是指控製爐底附近的爐氣壓力,應采取微正壓操作,爐膛壓力控製為〇. 5~6Pa。穩定的微正 壓操作時,爐門或其它爐底縫隙處稍有火苗,但沒有冷空氣吸入爐內,能有效的減少爐膛的 上下溫差,保證爐底溫度穩定,有利於管坯均勻加熱。 [0036] 氣氛製度: [0037] 預熱段和加熱段氣氛為弱氧化性氣氛,弱氧化性氣氛可使鋼中有害氣體借助於高 溫的擴散作用被排除;有些夾雜或帶狀組織通過高溫擴散作用而被溶解或彌散化,以利乳 後均勻析出。均熱區為弱還原氣氛能減少管坯的氧化燒損。氣氛製度是通過調整燃料的空 然比和空氣過剩係數來實現的,將殘氧控製在一定範圍內。 [0038]空燃比的控製為空氣:天然氣=9~10:1。殘氧量的控製1 %-6% (正常生產)。 [0039]空氣過剩係數的控製如表4所示。 [0040]表 4 [0043] 上述三種直徑規格的16Mn無縫鋼管成品的性能實際指標值如表5所示。 [0044] 表 5 [0045] [0046] 使用同一個環形加熱爐,同樣的生產環境下,采用現有技術加熱工藝的16Mn無縫 鋼管成品的性能實際指標值如表6所示。 [0047] 表 6 [0049] 通過表5與表6的對比可知,在使用本發明的加熱方法後,屈服強度性能指標偏低 缺陷全部消除,性能合格率達到100%。 [0050] 本發明的加熱方法加工的16Mn無縫鋼管的金相組織圖如圖2所示,金相組織為F (鐵素體)+P(珠光體);晶粒度為7.5級。現有技術方法加工的16Mn無縫鋼管的金相組織圖如 圖3所示,金相組織含有魏氏組織,顯微組織為F(鐵素體)+P(珠光體)+W(魏氏體);晶粒度為 6.5 級。 [0051] 以上所述是本發明的優選實施方式,應當指出,對於本技術領域的普通技術人員 來說,在不脫離本發明所述原理的前提下,還可以作出若幹改進和潤飾,這些改進和潤飾也 應視為本發明的保護範圍。 1. 一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法,其特征在於,所述方法為:采用環形加熱爐對 16Mn無縫鋼管管坯進行加熱,加熱過程依次分為預熱段、加熱段、均熱段,預熱段加熱溫度 小於等於700°C,加熱段分為低溫加熱段及高溫加熱段,低溫加熱段加熱溫度大於等於800 °〇J、於等於1100°C,高溫加熱段加熱溫度大於等於1050°C小於等於1290Γ,均熱段加熱溫 度大於等於1260°C小於等於1300°C。2. 如權利要求1所述的16Mn無縫鋼管乳製前管坯加熱控製方法,其特征在於,所述環形 加熱爐分為預熱區、一區、二區、三區、四區、五區、六區,預熱區和一區作為預熱段,預熱段 加熱溫度小於等於700°C,二區、三區作為低溫加熱段,二區加熱溫度大於等於800°C小於等 於950°C,三區加熱溫度大於等於800°C小於等於1100°C,四區作為高溫加熱段,加熱溫度大 於等於1200Γ小於等於1270Γ,五區和六區作為均熱段,五區加熱溫度大於等於1180°C小 於等於1250°C,六區加熱溫度大於等於1260°C小於等於1290°C。3. 如權利要求1所述的16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法,其特征在於,所述環形加熱爐 分為預熱區、一區、二區、三區、四區、五區、六區,預熱區作為預熱段,預熱段加熱溫度小於 等於700°C,一區、二區作為低溫加熱段,一區加熱溫度大於等於800°C小於等於950°C,二區 加熱溫度大於等於800°C小於等於1100°C,三區和四區作為高溫加熱段,三區加熱溫度大於 等於1180°C小於等於1250°C,四區加熱溫度大於等於1240°C小於等於1290°C,五區和六區 作為均熱段,五區加熱溫度大於等於1180°C小於等於1250Γ,六區加熱溫度大於等於1260 °〇J、於等於 1290°C。4. 如權利要求1至3任一項所述的16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法,其特征在於,環形 加熱爐加熱過程中爐膛壓力控製為0.5-6Pa。5. 如權利要求1所述的16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法,其特征在於,環形加熱爐加熱 過程中通過調整燃料的空然比和空氣過剩係數控製預熱段和加熱段氣氛為弱氧化性氣氛。6. 如權利要求2或3所述的16Mn無縫鋼管管坯加熱控製方法,其特征在於,高溫加熱段 加熱時間為1.2-3小時,均熱段先保溫0.4-2小時,然後將均熱段加熱溫度降低5°C_10°C再 保溫0.4-2小時。

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