厚壁12CR1MOVG钢管的热处理工艺优化

盘蹬悔15厚壁12CRLMOVG钢管的热处理工艺优化郭元蓉，吴红，陈雨，邹友富，曾勇刚，张海东攀钢集团成都钢铁有限责任公司，四川成都610303摘要针对厚壁12CRLMOVG钢管在生产中暴露出冲击韧性低的问题，进行了优化热处理工艺的研究和生产实践。指出改善其冲击韧性的关键是控制正火冷却速度，提出了“水冷空冷”正火热处理工艺。实践证明采用“水冷空冷”热处理工艺后，厚壁12CRLMOVG钢管均能获得理想的金相组织和优良的综合性能。关键词12CRLMOV钢；高压锅炉管；冲击韧性；热处理；正火冷却速度；金相组织中图分类号TG16284文献标识码B文章编号10012311200805001505OPTIMIZATIONOFHEATTREATMENTPROCESSFOR12CRLMOVGHEAVYWALLSTEELTUBEGUOYUANRONG，WUHONG，CHENYU，ZOUYOUFU，ZENGYONGGANG，ZHANGHAIDONGPANGANGGROUPCHENGDUISCO，LTD，CHENGDU610303，CHINAABSTRACTADDRESSINGTHEPROBLEMOFLOWIMPACTTOUGHNESSASIDENTIFIEDINTHEMANUFACTUREOFTHE12CRLMOVGHEAVYWALLSTEELTUBE，THEHEATTREATMENTPROCESSTHEREFOREISOPTIMIZEDAND，THENPERFORMEDITISIDENTIFIEDTHATTHEKEYMEASURETOIMPROVETHETUBESIMPACTTOUGHNESSISPROPERLYCONTROLLINGTHENORMALIZATIONCOOLINGVELOCITYANDACCORDINGLYTHENORMALIZATIONHEATTREATMENTPROCESSOF“WATERCOOLINGAIRCOOLINGISDESIGNEDRELEVANTOPERATIONPRACTICEOFTHESAIDPROCESSHASPROVEDTHATDESIREDMETALLOGRAPHICSTRUCTUREANDSATISFACTORYOVERALLPERFORMANCEOFTHE12CRLMOVGTUBEISOBTAINEDKEYWORDS12CRLMOVSTEEL；HIPRESSUREBOILERTUBE；IMPACTTOUGHNESS；HEATTREATMENT；NORMALIZATIONCOOLINGVELOCITY；METALLOGR印HICSTRUCTURE0引言12CRLMOV钢是电站锅炉制造业用量最大的低合金耐热钢。该钢主要采用CR、MO合金元素进行固溶强化并加入一定量的V元素与C元素结合形成VC等碳化物进行弥散强化其组织结构稳定且具有较高的持久强度主要用于制作高压锅炉壁温580OC的过热器管以及管温570OC的集箱管、蒸汽导管和主蒸汽管等。研究发现该钢对热处理工艺较为敏感尤其对奥氏体化后冷却速度的影响更为敏感。生产实践证明厚壁12CRLMOVG钢管经“正火回火”处理后经常出现冲击韧性值低、郭元蓉1963，女，工学硕士，教授级高级工程师，攀钢集团公司专家，钢管研究所轧管研究室主任，主要从事无缝钢管新产品开发工作。STEELPIPEOCT2008，VO137，NO5冲击值不均甚至不合格的现象，主要是受热处理冷却速度的影响所致。因此，厚壁12CRLMOVG钢管是否具有良好的组织、性能，其技术关键是保证热处理工艺质量。攀钢集团成都钢铁有限责任公司简称攀成钢公司是国内生产高压锅炉管的主要生产企业之一于2000年前完成了厚壁12CRLMOVG钢管评定试验工作。经过近几年的生产实践，总结出了一套针对不同规格厚壁12CRLMOVG钢管的优化热处理工艺制度。本文主要介绍厚壁12CRLMOVG钢管的优化热处理工艺研究及生产实践。1优化12CRLMOV钢热处理工艺的研究11标准热处理工艺在实际生产中存在的问题厚壁12CRLMOVG钢管是攀成钢公司高压锅炉管的主要品种之一，自2000年完成厚壁12CRLMOVG钢管2008年1O月第37卷第5期、6试验与砜究钢管评定后就已形成批量生产能力。目前可生产的规格最大外径630NLNQ、最大壁厚60MM今后可生产的规格将扩大到1630711MINX6080MM常规生产的热处理工艺按GB53101995高压锅炉用无缝钢管标准执行。该标准规定为保证大中直径厚壁12CRLMOVG钢管的组织、性能合格，壁厚3040MM的钢管。正火冷却时应进行强制冷却；壁厚大于40MM的钢管，需进行调质处理。由于12CRLMOV钢中含合金元素V，使热处理对组织结构及热强性的影响趋于复杂化，而且热处理过程中各个环节也相互制约，因此，给其热处理工艺的研究带来了一定的难度。在实际生产中发现厚壁12CRLMOVG钢管的冲击韧性指标分散稳定性较差尤其是DIS较小时，其性能随热处理工艺波动的问题更加突出。如219MMX29MM、508MMX20MM、194MM30MM等规格钢管在正火后采用普通空冷或风冷的工艺处理时，其冲击指标高低不均，1组试样中冲击功值有的高达200J，有的仅几焦耳。但是对于壁厚大于40MM的钢管，若按标准要求采用调质工艺处理后，其强度指标常常偏高。甚至超过标准规定的上限，且伸长率等塑性指标较低钢管的综合性能较差。因此，掌握正火后的冷却速度与钢的组织结构和性能变化间的关系，有助于在实际热处理时将冷却速度控制在合理的范围内。从而获得良好的综合性能。这就要求对不同规格的钢管热处理工艺进行优化。1_2优化热处理工艺的研究针对生产中出现的厚壁12CRLMOVG钢管冲击指标不均，重点分析研究了12CRLMOV钢的冷却转变特点及有关资料。结果表明12CRLMOV钢的奥氏体化温度和奥氏体化后的冷却速度对其组织结构均有较大的影响，其中正火后的冷却速度对其影响最大，也最为重要。特别是从发生转变开始到点的冷却速度较关键，可以认为，通过750500时，保持大于20CMIN的冷却速度能够得到具有良好蠕变强度性能的原始组织。事实上，在实际生产中，尤其是对厚壁管而言，普通空气冷却很难达到这种冷却速度若采用完全人水淬火，则强度指标会过高且不是最有效的解决办法。另外，在实验室进行正火后采取不同的冷却速度得到不同组织性能的试验，结果表明厚壁12CRLMOVG钢管具有良好的综合性能的最佳组织是回火贝氏体3040和铁素体珠光体60STEELPIPEOCT2008，VO137，NO570。因此，控制好正火后的钢管冷却速度是优化热处理工艺的关键，也是获得良好的组织以及优良的综合性能的保证。将理论分析与生产实际相结合，对不同规格的12CRLMOVG钢管制订了不同的正火冷却方式的热处理生产工艺壁厚小于20MM的钢管，正火后一般采取空冷的热处理工艺壁厚大于30MM的钢管，采用“水冷空冷”的优化热处理工艺；壁厚2030MM的钢管，根据外径壁厚OS的大小，选择风冷或“水冷空冷”的正火工艺。“水冷空冷”是从生产实践中总结出来的新工艺，同时也符合12CRLMOV钢的冷却转变特点。所谓“水冷空冷”是指水冷时不能使钢管冷透发生马氏体转变，而是使钢管经水冷到一定温度后出水再在空气中冷却。这样既可以满足钢管在750500快速冷却的要求，又可获得部分贝氏体组织。实际生产时，为防止强度指标过高，正火钢管出炉后并不直接入水，需要等待一定时间才人水冷却，等待和冷却的时间主要根据12CRLMOV钢的冷却转变曲线和钢管的不同壁厚与外径来选择钢管管壁越厚、外径越大，则入水前的等待时间越长，水中冷却的时间也越长。2优化热处理工艺的生产实践21力学性能和金相组织大量的生产实践证明某些规格的12CRLMOVG钢管按标准工艺热处理后。性能不合格的改用优化的热处理新工艺即“水冷空冷”进行处理，热处理后的力学性能指标、金相组织均达到标准要求，完全满足高压锅炉管的使用要求。211力学性能指标对比某些规格的12CRLMOVG钢管按标准热处理工艺和“水冷空冷”优化热处理工艺进行处理后的力学性能结果对比见表1。从表1可以看出采用“水冷空冷”优化热处理工艺处理的钢管，冲击韧性大幅度提高，其他性能指标也完全达到标准要求。212金相组织比较1对219MMX29MM、中508MMX20MM钢管，采用正火后空冷回火工艺处理，冲击性能指标不合格，其金相组织如图1和图2所示。2对377MMX50MM钢管采用直接“水冷”冷却方式正火处理，组织从内壁到外壁较为均鼢与鼢_17表112CRLMOVG钢管采用标准热处理工艺和优化热处理工艺处理后的力学性能对比图1中219MM29MM钢管热处理后的组织冲击功L0J，组织为铁素体珠光体少量的贝氏体匀，均为回火索氏体组织，如图3所示。3对1377MM45MM钢管，采用正火后“水冷空冷”优化热处理工艺，组织从内壁到外壁较为均匀，均为铁素体贝氏体珠光体组织，如图4所示。22热处理优化工艺的分析与讨论1正火后采用“水冷”的冷却方式处理，得到郭元蓉等厚壁12CRLMOVG钢管的热处理工艺优化图21508RAM20MM钢管热处理后的组织冲击功L2J，组织为铁素体贝氏体少量的珠光体的组织主要是回火索氏体图3。索氏体组织的强度高，但塑性指标较低。可见，采用此工艺处理的钢管虽然冲击指标合格，且冲击值较高，但综合性能不佳，表现为抗拉强度较高，多数接近GB53101995标准的上限值屈强比也较高O83085，而伸长率较低一般为2225。显然，对于长期服役于高温、高压状况下的厚壁12CRLMOVG钢钢管2008年10月第37卷第5期弋8试验S研究图3377RAM50MM钢管热处理后的组织组织为回火索氏体图4中377MINX45MM钢管热处理后的组织组织为铁素体十贝氏体珠光体管采用此工艺处理的钢管组织、性能并不是最理想的。2冲击性能不合格的12CRLMOVG钢管，有两种较典型的组织一种是“铁素体珠光体少量的贝氏体甚至没有贝氏体”图1，该种组织常常出现在壁厚较厚或DS值较小按标准正火工艺处理后的钢管的组织中。即正火冷却方式是空冷或风冷的情况这种组织状态的冲击韧性均较差；另一种是“铁素体贝氏体珠光体”图2，由于其组织中存在较多的粗大贝氏体团，回火脆化加剧，造成冲击值高低不均。很分散3，这种粗大贝氏体团的产生与轧管终轧温度过高而致使钢管产生粗大晶粒组织有很大的关系，而晶粒粗大的组织在随后的热处理过程中，出现粗大贝氏体团混晶组织的几率很高尤其在正火后冷速较慢的情况下更容易产生这也与在ACCUROLL轧管机组上发现“一火成材”轧制的168MMXL4MM、QB219MMXL6MM等钢管经热处理后出现粗大贝氏体团的实际生产条件相吻合。对冲击性能不合格的这两种典型组织，在实验室采取同样正火温度、同样空冷方式处理后，其粗STEELPIPEOCT2008，VO37，NO5大贝氏体团组织会有明显改善，这是因为小试样的冷却速度比整根钢管的实际冷却快得多，所以冲击指标也大大提高图5，6。这类组织的钢管在实际生产中采用正火后“水冷空冷”的优化工艺处理，均能获得较理想的金相组织和性能指标表1。图5实际生产钢管试样QB219MMXL6MM的组织冲击功18J，组织为铁素体粗贝氏体少量的珠光体图6实验室热处理钢管试样219MMXL6MM冲击功280J，组织为铁素体贝氏体珠光体3在大生产中采用正火后“水冷空冷”热处理工艺，主要是为了使钢管在750500获得较快的冷却速度。以得到具有良好综合性能的原始组织。在该温度范围内提高正火冷却速度，可使钢管金相组织中的铁素体晶粒度与粒状贝氏体团的尺寸明显变细小，粒状贝氏体中岛状物的亚结构亦明显细化。因此，在一定的温度范围内采用提高正火冷却速度的生产工艺后，钢管的冲击性能明显提高，在管壁各处的组织也较为均匀，而钢管的其他常温力学性能也较为理想。这种热处理工艺处理后的钢管金相组织一般为铁素体粒状贝氏体珠光体图4，6，对于长期服役于高温、高压条件下的12CRLMOVG钢管来说，这是较为理想的一种金相组织跚与麟193结论1厚壁12CRLMOVG钢管获得良好综合性能的关键是将正火冷却速度控制在合适的范围内，以获得具有“铁素体粒状贝氏体珠光体”的良好的金相组织。2实践证明攀成钢公司针对厚壁12CRLMOVG钢管制定的“水冷空冷”优化热处理工艺处理的钢管均能得到优良的力学性能和理想的金相组织4参考文献1刘荣藻低合金热强钢的强化机理M北京冶金工业出版社19812周波，崔润炯，郭元蓉，等12CRLMOV钢大直径厚壁锅炉钢管的热处理工艺优化J钢管，2001，3013483孙树文，雷廷权，唐之秀，等12CRLMOV大直径高压锅炉钢管冲击韧性的质量控制J_钢铁，1997，32124145修定日期20080306信息宝山钢铁股份有限公司UOE大直径直缝埋弧焊管生产线正式投产2008年9月19日，宝山钢铁股份有限公司简称宝钢UOE大直径直缝埋弧焊管生产线正式投产。UOE大直径直缝埋弧焊管生产线是宝钢“十一五”规划重大项目也是目前世界上装备最先进的大直径直缝埋弧焊管生产线之一。该生产线于2006年2月9日开工建设，主要由成型线、焊接线、精整线等组成，设计年产能为50万T，其中管线管40万T、结构管等10万T，产品设计最大钢级为X100。目前，该生产线月产已提升到2万T，并通过了中国石油天然气集团公司相关部门的新产品鉴定标志着宝钢大直径直缝焊管生产线进入大批量生产及供货阶段。该生产线的建成投产不仅填补了我国高档次大直径油气输送管的生产空白，带动我国大直径直缝埋弧焊管生产技术的进步。还将有力地推动我国西气东输二线工程及其他重点工程的建设对我国能源战略的实施，促进国民经济发展都具有重要而深远的意义。宝山钢铁股份有限公司左宏志俄罗斯钢管冶金公司首次向中国公司转让石油套管生产技术俄罗斯钢管冶金公司于2008年9月上旬同中国BEIJINGHUAYOUXINGYEMATERIALSCO公司签署了转让该公司独