一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控制方法，屬于金屬壓力加工方法技術(shù)領(lǐng)域。目的是為解決16Mn無縫鋼管成品性能指標(biāo)偏低的問題，提供一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控制方法，所述方法為：采用環(huán)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(yù)熱段、加熱段、均熱段，預(yù)熱段加熱溫度小于等于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于等于800℃小于等于1100℃，高溫加熱段加熱溫度大于等于1050℃小于等于1290℃，均熱段加熱溫度大于等于1260℃小于等于1300℃。本發(fā)明的方法屈服強度性能指標(biāo)偏低缺陷全部消除，性能合格率達到100％。適合于各種直徑規(guī)格的16Mn無縫鋼管管坯加熱時采用。
【專利說明】
一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明具體涉及一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控制方法，屬于金屬壓力加工方法技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 16Mn無縫鋼管管坯在乳制前需要在環(huán)形加熱爐中加熱到合適的乳制溫度，然后乳 制成管。結(jié)構(gòu)管由于高屈服強度、高沖擊韌性等要求，對鋼坯中的化學(xué)成分均勻性、碳化物 均勻性有嚴(yán)格要求。常溫下的結(jié)構(gòu)管組織狀態(tài)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(chǎn)品性能有至關(guān)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(dǎo)致屈服強度、沖擊韌性等性能指 標(biāo)不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0003] 管坯加熱時，隨溫度升高而發(fā)生相變。在鋼溫超過相變臨界點后，管坯內(nèi)部組織將 從常溫下的兩相組織狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嘟M織奧氏體。此時鋼的塑性較好，其變形抗力大為降 低，易于進行壓力加工。因此確定合理的管坯加熱溫度范圍，有利于提高鋼的塑性，降低變 形抗力。
[0004] 采用350、390、430直徑的管坯乳制322系列、403系列、482系列中厚壁鋼管，乳制時 乳制力相對小，管坯容易出現(xiàn)碳化物分布不均的特點，鋼管的屈服強度、沖擊韌性指標(biāo)偏 低。這就需要在管坯加熱、乳制和乳制控冷、乳后控冷過程中采用合理的工藝，同時不能出 現(xiàn)管坯過熱和過燒。因此如何制定合理的加熱方法，使奧氏體均勻分布，應(yīng)避免鋼的過熱、 過燒。過熱鋼錠內(nèi)部的晶粒增長過大、晶粒組織結(jié)合力降低，造成鋼管的屈服強度、沖擊韌 性等性能指標(biāo)變壞。
[0005] 目前，16Mn無縫鋼管由于上述缺陷造成的成品性能指標(biāo)偏低已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的通 病，尚無有效的解決方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，本發(fā)明的目的是為解決16Mn無縫鋼管成品性能指標(biāo)偏低的問題，提供一種 16Mn無縫鋼管管坯加熱控制方法，所述方法為:采用環(huán)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(yù)熱段、加熱段、均熱段，預(yù)熱段加熱溫度小于等于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于等于800°C小于等于1100°C，高溫 加熱段加熱溫度大于等于1050°C小于等于1290Γ，均熱段加熱溫度大于等于1260°C小于等 于 1300。。。
[0007] 進一步的，針對直徑350mm的16Mn無縫鋼管，所述環(huán)形加熱爐分為預(yù)熱區(qū)、一區(qū)、二 區(qū)、三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)、六區(qū)，預(yù)熱區(qū)和一區(qū)作為預(yù)熱段，預(yù)熱段加熱溫度小于等于700°C，二 區(qū)、三區(qū)作為低溫加熱段，二區(qū)加熱溫度大于等于800°C小于等于950°C，三區(qū)加熱溫度大于 等于800°C小于等于1100°C，四區(qū)作為高溫加熱段，加熱溫度大于等于1200°C小于等于1270 °C，五區(qū)和六區(qū)作為均熱段，五區(qū)加熱溫度大于等于1180°C小于等于1250Γ，六區(qū)加熱溫度 大于等于1260°C小于等于1290°C。
[0008] 進一步的，針對直徑390mm或430mm的16Mn無縫鋼管，所述環(huán)形加熱爐分為預(yù)熱區(qū)、 一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)、六區(qū)，預(yù)熱區(qū)作為預(yù)熱段，預(yù)熱段加熱溫度小于等于700°C，一 區(qū)、二區(qū)作為低溫加熱段，一區(qū)加熱溫度大于等于800°C小于等于950°C，二區(qū)加熱溫度大于 等于800°C小于等于1100°C，三區(qū)和四區(qū)作為高溫加熱段，三區(qū)加熱溫度大于等于1180°C小 于等于1250Γ，四區(qū)加熱溫度大于等于1240Γ小于等于1290Γ，五區(qū)和六區(qū)作為均熱段，五 區(qū)加熱溫度大于等于1180 °C小于等于1250 °C，六區(qū)加熱溫度大于等于1260 °C小于等于1290 Γ。
[0009]進一步的，對于上述直徑的16Mn無縫鋼管，環(huán)形加熱爐加熱過程中爐膛壓力控制 為0.5-6Pa。環(huán)形加熱爐加熱過程中通過調(diào)整燃料的空然比和空氣過剩系數(shù)控制預(yù)熱段和 加熱段氣氛為弱氧化性氣氛。加熱時間控制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，然后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(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控制方法，得到了 穩(wěn)定的奧氏體組織，減少了氧化燒損，屈服強度性能指標(biāo)偏低缺陷全部消除，性能合格率達 到100%。兼顧了產(chǎn)量和質(zhì)量兩方面，環(huán)形加熱爐由于有預(yù)熱段、預(yù)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，并保證爐子有較高的生產(chǎn)率。均熱區(qū)為弱還原氣氛能減少管坯的氧化燒損，燒損 率小于2.2%。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明【具體實施方式】中環(huán)形加熱爐的分區(qū)圖；
[0012] 圖2為本發(fā)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(xiàn)有技術(shù)的16Mn無縫鋼管的金相組織圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)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(huán)形加熱爐分區(qū)如圖1所示，圖中的溫度值表示相應(yīng) 分區(qū)的角度分配值，加工的16Mn無縫鋼管有350mm、390mm、430mm三種直徑規(guī)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(xì)小的奧氏體，本發(fā)明提供了一 種消除屈服強度、沖擊強度等性能指標(biāo)偏低的無縫鋼管加熱方法。加熱無縫鋼管的環(huán)形加 熱爐共計有七個區(qū)，采用預(yù)熱段、加熱段、均熱段三段式加熱。環(huán)形加熱爐各段最佳的加熱 溫度、加熱時間、加熱速度、壓力制度、氣氛制度。
[0017] 表1是16Mn鋼的化學(xué)成分范圍。
[0018]表1
[0019]
[0020]溫度制度：
[0021] 延長預(yù)熱段，預(yù)熱段要求全部關(guān)閉燒嘴、可以降低排煙溫度，利于節(jié)能。350的坯料 將預(yù)熱區(qū)和一區(qū)作為預(yù)熱段，390和430坯料將爐子的預(yù)熱區(qū)當(dāng)預(yù)熱段用，溫度< 700°C。
[0022] 絕大多數(shù)的鋼種在600°C以下時其塑性較差，因此應(yīng)采取低溫慢速加熱，降低低溫 加熱區(qū)溫度、緩慢加熱，一般鋼溫應(yīng)當(dāng)比爐子電偶溫度低50-200度。因此350坯料將二區(qū)、三 區(qū)定為低溫加熱區(qū)，二區(qū)溫度為< 950°C，三區(qū)溫度為< 1100°C ;390和430坯料將一區(qū)、二區(qū) 作為低溫加熱區(qū)，一區(qū)溫度為< 950°C，控制將二區(qū)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 核率的增加大于長大速度，使奧氏體晶粒越細(xì)小。因此采用快速加熱工藝來獲得超細(xì)化晶 粒。強化加熱高溫加熱區(qū)，350坯料四區(qū)為高溫加熱區(qū)、溫度為1200-1270°C之間，390和430 坯料三區(qū)和四區(qū)為高溫加熱區(qū)、三區(qū)溫度為1180-1250°C之間、四區(qū)溫度為1240-1290°C之 間。
[0024]均熱段是奧氏體成分均勻化的關(guān)鍵階段。當(dāng)滲碳體剛剛?cè)咳谌電W氏體后，奧氏 體內(nèi)碳濃度仍是不均勻的，只有經(jīng)歷長時間的保溫或繼續(xù)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(yīng)緩慢進入均熱段，此時鋼的表面溫度不再升高，而使中 心溫度逐漸上升，縮小斷面上的溫度差。同時降低均熱二段的溫度，利于加熱長大的晶粒度 進一步細(xì)化。控制均熱一區(qū)溫度為1270-1300°C，控制均熱二區(qū)溫度為1260-1290°C。
[0025]控制出爐鋼坯穿孔后溫度1160_1250°C，此溫度范圍內(nèi)金屬變形抗力小、利于塑性 變形。
[0026] 表2是溫度制度表。
[0027] 表 2
[0028]
[0029]加熱時間：
[0030]管坯的加熱時間是指管坯進爐后經(jīng)過預(yù)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(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎近c陣外還伴隨著滲碳體點陣的破壞，并溶解于奧氏體中，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(wěn)定性。科學(xué)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于鋼種、斷面尺寸、爐型、爐溫及分布、管坯在爐 內(nèi)的擺放情況、鋼表面的黒度、鋼的導(dǎo)熱性及其加熱速度等。通過控制加熱爐的出鋼節(jié)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)的控制表。
[0032]表 3
[0034] 壓力制度：
[0035]爐膛壓力是指單位體積的爐內(nèi)熱煙氣與外界空氣之間的壓力差。控制爐膛壓力， 是指控制爐底附近的爐氣壓力，應(yīng)采取微正壓操作，爐膛壓力控制為〇. 5~6Pa。穩(wěn)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(nèi)，能有效的減少爐膛的 上下溫差，保證爐底溫度穩(wěn)定，有利于管坯均勻加熱。
[0036] 氣氛制度：
[0037] 預(yù)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于高 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 后均勻析出。均熱區(qū)為弱還原氣氛能減少管坯的氧化燒損。氣氛制度是通過調(diào)整燃料的空 然比和空氣過剩系數(shù)來實現(xiàn)的，將殘氧控制在一定范圍內(nèi)。
[0038]空燃比的控制為空氣:天然氣=9~10:1。殘氧量的控制1 %-6% (正常生產(chǎn)）。
[0039]空氣過剩系數(shù)的控制如表4所示。
[0040]表 4
[0043] 上述三種直徑規(guī)格的16Mn無縫鋼管成品的性能實際指標(biāo)值如表5所示。
[0044] 表 5
[0045]
[0046] 使用同一個環(huán)形加熱爐，同樣的生產(chǎn)環(huán)境下，采用現(xiàn)有技術(shù)加熱工藝的16Mn無縫 鋼管成品的性能實際指標(biāo)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(fā)明的加熱方法后，屈服強度性能指標(biāo)偏低 缺陷全部消除，性能合格率達到100%。
[0050] 本發(fā)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(xiàn)有技術(shù)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(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也 應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種16Mn無縫鋼管管坯加熱控制方法，其特征在于，所述方法為:采用環(huán)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(yù)熱段、加熱段、均熱段，預(yù)熱段加熱溫度 小于等于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于等于800 °〇J、于等于1100°C，高溫加熱段加熱溫度大于等于1050°C小于等于1290Γ，均熱段加熱溫 度大于等于1260°C小于等于1300°C。2. 如權(quán)利要求1所述的16Mn無縫鋼管乳制前管坯加熱控制方法，其特征在于，所述環(huán)形 加熱爐分為預(yù)熱區(qū)、一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)、六區(qū)，預(yù)熱區(qū)和一區(qū)作為預(yù)熱段，預(yù)熱段 加熱溫度小于等于700°C，二區(qū)、三區(qū)作為低溫加熱段，二區(qū)加熱溫度大于等于800°C小于等 于950°C，三區(qū)加熱溫度大于等于800°C小于等于1100°C，四區(qū)作為高溫加熱段，加熱溫度大 于等于1200Γ小于等于1270Γ，五區(qū)和六區(qū)作為均熱段，五區(qū)加熱溫度大于等于1180°C小 于等于1250°C，六區(qū)加熱溫度大于等于1260°C小于等于1290°C。3. 如權(quán)利要求1所述的16Mn無縫鋼管管坯加熱控制方法，其特征在于，所述環(huán)形加熱爐 分為預(yù)熱區(qū)、一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)、六區(qū)，預(yù)熱區(qū)作為預(yù)熱段，預(yù)熱段加熱溫度小于 等于700°C，一區(qū)、二區(qū)作為低溫加熱段，一區(qū)加熱溫度大于等于800°C小于等于950°C，二區(qū) 加熱溫度大于等于800°C小于等于1100°C，三區(qū)和四區(qū)作為高溫加熱段，三區(qū)加熱溫度大于 等于1180°C小于等于1250°C，四區(qū)加熱溫度大于等于1240°C小于等于1290°C，五區(qū)和六區(qū) 作為均熱段，五區(qū)加熱溫度大于等于1180°C小于等于1250Γ，六區(qū)加熱溫度大于等于1260 °〇J、于等于 1290°C。4. 如權(quán)利要求1至3任一項所述的16Mn無縫鋼管管坯加熱控制方法，其特征在于，環(huán)形 加熱爐加熱過程中爐膛壓力控制為0.5-6Pa。5. 如權(quán)利要求1所述的16Mn無縫鋼管管坯加熱控制方法，其特征在于，環(huán)形加熱爐加熱 過程中通過調(diào)整燃料的空然比和空氣過剩系數(shù)控制預(yù)熱段和加熱段氣氛為弱氧化性氣氛。6. 如權(quán)利要求2或3所述的16Mn無縫鋼管管坯加熱控制方法，其特征在于，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，然后將均熱段加熱溫度降低5°C_10°C再 保溫0.4-2小時。
【文檔編號】C21D1/74GK105886719SQ201610353484
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】藺俐枝, 楊世龍, 吳明宏, 倪鑫, 趙強, 郭利中, 房旭, 馬俊強
【申請人】內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司