熱處理工藝對12Cr1MoVG厚壁無縫鋼管表面硬度的影響

12Cr1MoVG無縫鋼管主要用于制造高壓鍋爐蒸汽管道,使用溫度可達(dá)580℃,具有較高的耐高溫持久強(qiáng)度。12Cr1MoVG鋼管是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中加入適量合金元素,提高其力學(xué)性能、強(qiáng)韌性和淬透性,通常以熱處理(正火+回火或淬火+回火)狀態(tài)交貨。隨著用戶需求的不斷提高,要求12Cr1MoVG鋼管的表面硬度為145~190HB,而傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的厚壁鋼管不能滿足這一要求(正火+回火工藝生產(chǎn)的鋼管硬度為135~161HB,低于標(biāo)準(zhǔn)下限值;淬火+回火工藝生產(chǎn)的鋼管硬度為175~200HB,超過標(biāo)準(zhǔn)上限值)。

無縫鋼管

為了得到12Cr1MoVG厚壁鋼管的理想表面硬度,通過分析12Cr1MoVG的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(CCT曲線),在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行熱處理工藝研究,對不同工藝熱處理后的鋼管進(jìn)行性能檢測,以找出最佳熱處理工藝。

鋼的硬度主要由其金相組織決定,回火索氏體S回硬度較高,鐵素體F硬度較低。傳統(tǒng)工藝熱處理后的12Cr1MoVG厚壁無縫鋼管的金相組織為S回+B回(回火貝氏體),在淬火過程中生成了大量M(馬氏體體)組織,經(jīng)過回火后M轉(zhuǎn)變?yōu)镾回;正火+回火后組織為F+P(鐵素體+珠光體),F(xiàn)含量高達(dá)75%。由于淬火工藝?yán)鋮s速率較快,F(xiàn)來不及析出就進(jìn)入B轉(zhuǎn)變區(qū)域,最終形成了M+B組織,產(chǎn)品硬度值偏高;而正火+回火工藝?yán)鋮s速率較慢,F(xiàn)大量析出,產(chǎn)品硬度值偏低。 試樣規(guī)格Φ219mm×45mm,其生產(chǎn)工藝:電爐冶煉→LF精煉→VD精煉→模鑄→鍛造→退火→管坯加熱→穿孔→Assel軋管機(jī)軋制→定徑→探傷。選取探傷合格的12Cr1MoVG鋼管,在其中部截取長度為500mm的管段,在實(shí)驗(yàn)室熱處理后制備滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的試樣。

試驗(yàn)研究分兩步進(jìn)行:通過控制F析出溫度的停留時(shí)間,改變F的析出量,研究水淬時(shí)間與冷卻水循環(huán)方式對鋼管性能的影響;找出性能匹配最佳時(shí)的水淬時(shí)間及水循環(huán)方式,進(jìn)行最佳回火工藝制度研究。研究結(jié)果表明:

(1)通過控制淬火時(shí)間,減少F析出量,避免大量M組織析出,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品硬度的控制,確定出Φ219mm×45mm12Cr1MoVG厚壁無縫鋼管的最佳熱處理工藝為:淬火970℃×60min、水淬20s,回火750℃×150min。采用該熱處理工藝后的產(chǎn)品組織為F+B,F(xiàn)、B組織的含量比例分別為55%、45%。

(2)新熱處理工藝實(shí)現(xiàn)了12Cr1MoVG厚壁無縫鋼管硬度的有效控制,經(jīng)批量生產(chǎn)驗(yàn)證,產(chǎn)品硬度值為161~182HB,表面硬度合格率達(dá)100%,且各項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

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