27SiMn厚壁無縫鋼管熱處理工藝研究

王 華，紀(jì)寶材，潘敬平，時(shí) 盼

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司管加工部，天津300301）

27SiMn厚壁無縫鋼管熱處理工藝研究

王 華，紀(jì)寶材，潘敬平，時(shí) 盼

（天津鋼管集團(tuán)股份有限公司管加工部，天津300301）

針對(duì)27SiMn的厚壁無縫鋼管淬透性較差，熱處理后鋼管性能穩(wěn)定性較差，兩端差異性較大，強(qiáng)度、硬度匹配性較差等問題，通過調(diào)整淬火溫度、淬火保溫時(shí)間，回火溫度及保溫時(shí)間，可以改善產(chǎn)品的狀態(tài)，提高了產(chǎn)品強(qiáng)度，降低了硬度。

27SiMn；厚壁無縫鋼管；熱處理；工藝；研究

1 引言

27SiMn液壓支柱用無縫鋼管是液壓設(shè)備缸、柱的母材，廣泛應(yīng)用于煤礦、大型機(jī)械等多種行業(yè)。產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 17396，一般采用熱軋態(tài)供貨，也可采用熱處理態(tài)交貨。本文主要針對(duì)27SiMn的厚壁無縫鋼管產(chǎn)品，研究并提出了一種熱處理方法，使產(chǎn)品滿足特殊合同設(shè)定的性能要求。

2 產(chǎn)品要求及成分

產(chǎn)品涉及 2個(gè)規(guī)格：?299 mm×27 mm、?377 mm×32 mm，性能、成分相關(guān)要求見表1、表2。

3 熱處理生產(chǎn)試驗(yàn)

為了摸索該27SiMn的厚壁無縫鋼管產(chǎn)品的熱處理工藝制度，前期，對(duì)該類產(chǎn)品進(jìn)行了熱處理生產(chǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)用料為熱軋態(tài)交貨的?420 mm×37 mm規(guī)格產(chǎn)品，用一支該產(chǎn)品進(jìn)行熱處理，采用熱處理制度為：940℃淬火+550℃回火，其中淬火保溫時(shí)間約40 min，回火保溫時(shí)間約80 min，采用步進(jìn)梁式連續(xù)熱處理爐加熱，內(nèi)噴外淋式水淬火，淬火流量：內(nèi)噴≥4 000 m3/h，外淋大于≥5 000 m3/h。

淬火后兩端取淬透性樣，其結(jié)果見表3。如果參照API 5CT淬透性計(jì)算公式來計(jì)算[1]，90%馬氏體硬度值為 HRC43．2，95%馬氏體硬度值為HRC45．5。可見，產(chǎn)品淬火后基本能達(dá)到90%馬氏體。但噴淬近端、遠(yuǎn)端差異明顯，硬度最大差值HRC11．7，產(chǎn)生原因?yàn)椋寒a(chǎn)品壁厚較厚，長(zhǎng)度約11 m，從而鋼管兩端淬火冷速存在較大差異。

從力學(xué)性能結(jié)果來看，產(chǎn)品屈服強(qiáng)度較低（比合同用要求低近60 MPa），硬度較高（處于合同要求中上限），如果將強(qiáng)度提高至合同要求值，理論上硬度也接近要求的上限區(qū)間。可見，該產(chǎn)品熱處理難點(diǎn)在于提高強(qiáng)度、降低的硬度，這是較為矛盾的兩方面。

表1 性能要求

表2 成分范圍 /ωt%

表3 淬火后硬度（HRC）

4 熱處理生產(chǎn)及工藝研究

根據(jù)生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果，熱處理工藝制定原則應(yīng)首先考慮提高產(chǎn)品的屈服強(qiáng)度，同時(shí)也應(yīng)考慮降低硬度。為保證強(qiáng)度，沖擊指標(biāo)，應(yīng)采用較高的淬火溫度、保證淬火效果，同時(shí)也應(yīng)采用較低的回火溫度。為保證硬度指標(biāo)，應(yīng)采用較高的回火溫度，較長(zhǎng)的保溫時(shí)間。綜合考慮這些相關(guān)因素及上述生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果，將?299 mm×27 mm規(guī)格產(chǎn)品熱處理制度設(shè)定如下：940℃（保溫約40 min）淬火+540℃回火（保溫約80 min），同時(shí)保證淬火設(shè)備達(dá)到最大的內(nèi)外噴淬火能力進(jìn)行淬火。

首先用一爐產(chǎn)品進(jìn)行試生產(chǎn)，試生產(chǎn)結(jié)果見表5。從生產(chǎn)結(jié)果可見，該爐產(chǎn)品雖然屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、沖擊值滿足要求，但是拉伸行性能較高，伸長(zhǎng)率低、不滿足合同要求，硬度值高，不滿足要求。另外，沖擊值雖然滿足要求，但是兩端差異較大，內(nèi)噴遠(yuǎn)端值較低，這可能是由于淬火遠(yuǎn)端淬火效果不理想，從而組織轉(zhuǎn)變不充分所致。

為提高伸長(zhǎng)率、降低硬度，采用560℃回火處理，保溫時(shí)間約90 min，第二次生產(chǎn)后產(chǎn)品合格，但是硬度值接近要求的上限范圍。其結(jié)果見表6。

根據(jù)以上生產(chǎn)數(shù)據(jù)將該規(guī)格產(chǎn)品的熱處理工藝確定為940℃淬火+560℃回火，保溫時(shí)間設(shè)定為（60+120）min，對(duì)三爐產(chǎn)品進(jìn)行連續(xù)熱處理生產(chǎn)，其結(jié)果見表7。

從生產(chǎn)結(jié)果看，產(chǎn)品硬度值全部超出合同要求。對(duì)比試生產(chǎn)結(jié)果，可以得出，保溫時(shí)間及回火溫度的增加，對(duì)于產(chǎn)品的硬度及強(qiáng)度影響不大。為研究這種影響，取X782爐、B-2試樣進(jìn)行系列回火溫度的小樣熱處理試驗(yàn)。

表4 力學(xué)性能

表5 ?299 mm×27 mm試生產(chǎn)結(jié)果

表6 ?299 mm×27 mm二次回火生產(chǎn)結(jié)果

表7 ?299 mm×27 mm生產(chǎn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果（見表8），580℃回火后產(chǎn)品能滿足要求，拉伸及硬度均有小幅降低，但是硬度仍然偏高。超過580℃以上的回火，產(chǎn)品拉伸不合格，拉伸、硬度性能降幅明顯。可見，產(chǎn)品的回火穩(wěn)定性較差。

綜上，為保證硬度指標(biāo)，產(chǎn)品屈服強(qiáng)度不應(yīng)控制過高，需采用較長(zhǎng)的回火保溫時(shí)間。較高的回火溫度，但是為保證強(qiáng)度，回火溫度不能過高。同時(shí)，為保障較好的淬火效果，考慮采用較高的淬火溫度，這樣可以避免晶粒度粗大，但淬火溫度不能過高，淬火保溫時(shí)間應(yīng)短，這樣有利于增加屈強(qiáng)比，提高沖擊、降低硬度等。有文獻(xiàn)報(bào)道，該鋼種采用零保溫淬火效果理想[2-4]。為此，后續(xù)?377 mm×32 mm規(guī)格產(chǎn)品，設(shè)計(jì)熱處理工藝為920℃保溫20 min淬火，淬火后，取淬火樣進(jìn)行小樣回火試驗(yàn)，結(jié)果見表9。

根據(jù)小樣結(jié)果，選擇回火溫度600℃進(jìn)行正式生產(chǎn)，回火保溫時(shí)間為90 min，結(jié)果見表10。

表8 小樣熱處理試驗(yàn)結(jié)果

表9 小樣回火試驗(yàn)結(jié)果

表10 ?377 mm×32 mm生產(chǎn)結(jié)果

對(duì)比?299 mm×27 mm規(guī)格產(chǎn)品，本次熱處理工藝做了較大的調(diào)整，淬火溫度降20～920℃，淬火保溫時(shí)間縮短（減少約40 min），從結(jié)果看，生產(chǎn)結(jié)果合格，而且同樣的回火溫度、保溫時(shí)間，屈強(qiáng)比有所增加，硬度、強(qiáng)度均有所降低。

5 結(jié)語

（1）27SiMn厚壁無縫鋼管淬透性較差，穩(wěn)定性差，波動(dòng)幅度隨壁厚、外徑增大而增大。鋼管兩端性能差異較大。

（2）產(chǎn)品多次重現(xiàn)回火溫度存在一拐點(diǎn)，在某一區(qū)間，增加回火溫度對(duì)于產(chǎn)品的強(qiáng)度、硬度影響很小，而超過一定溫度，強(qiáng)度、硬度急劇下降。

（3）回火保溫時(shí)間：長(zhǎng)時(shí)間的保溫（2 h以上），可有效降低硬度。

（4）在一定范圍內(nèi)降低淬火溫度的有助于提高產(chǎn)品的屈強(qiáng)比，有利于同等淬火條件下提高產(chǎn)品屈服強(qiáng)度。采用零保溫時(shí)間淬火工藝，或降低淬火保溫時(shí)間，可以防止高溫保溫引起奧氏體晶粒粗大，從而影響強(qiáng)度、韌性。

[1]李安銘，王向杰，黃麗娟，等．淬火工藝對(duì)27SiMn鋼組織和性能的影響[J]．礦冶工程，2007（8）：80-82．

[2] 馮巖，王鳳香，簡(jiǎn)方．27SiMn液壓支柱管組織演變規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究[J]．包鋼科技，2006（2）：32-35.

[3]付士軍，李春艷.零保溫淬火條件下回火對(duì)27SiMn鋼硬度的影響[J].材料熱處理技術(shù)，2009（1）：20-23．

Study on Heat Treatment Process for 27SiMn Thick-walled Seamless Steel Pipe

WANG Hua,JI Bao-cai,PAN Jing-ping and SHI Pan
(Machining Department of Tianjin Pipe[Group]Corporation,Tianjin 300301,China)

In order to deal with the problems of the poor hardenability,unsatisfactory property stability after heat treatment,big difference at pipe ends and mismatching of strength and hardness of 27SiMn thick-walled seamless steel pipe,measures were taken by adjusting quenching temperature,quenching holding time,tempering temperature and tempering holding time so as to improve product state,increase product strength and lower hardness．

27SiMn;thick-walled seamless steel pipe;heat treatment

10．3969/j．issn．1006-110X．2014．02．012

2013-09-17

2013-10-12

王華（1977—），男，碩士，工程師，主要從事熱處理工藝方面的研究工作。