熱處理過程中冷卻速度對無縫鋼管組織和性能的影響

　　熱處理過程中冷卻速度對無縫鋼管組織和性能的影響

　　控製軋製和控製冷卻技術作為(wei) 經濟的強化性能的方法之一，已廣泛應用於(yu) 在線棒、板生產(chan) 中。受軋製設備和變形工藝的限製，無縫鋼管軋製過程中可控和可變因素較少。本文在合理的鋼成分設計基礎上，通過提高鋼管熱處理後的冷卻速度來實現細晶強化的效果。

　　熱軋工藝對組織和性能的影響

　　V和Ti都是強碳氮化物形成元素。在軋管過程中，V以V( C，V)的形式彌散析出，Ti以TiN的形式析出，釘紮奧氏體(ti) 晶界，在相變過程中還可以作為(wei) 異質核心，誘導鐵素體(ti) 在晶粒內(nei) 形核，促進鐵素體(ti) 晶粒的增多，產(chan) 生位錯亞(ya) 結構，達到細晶強化的效果

　　溶解在奧氏體(ti) 中的C、Mn等溶質元素可降低奧氏體(ti) 向鐵素體(ti) 的轉變溫度A3，Si、Cr、V等溶質元素可提高奧氏體(ti) 向鐵素體(ti) 的轉變溫度A3[3]。枝晶偏析導致連鑄坯成分分布不均勻，枝晶內(nei) 溶質元素含量明顯高於(yu) 枝晶間。

　　熱軋後，鋼管從(cong) 奧氏體(ti) 區開始冷卻。當溫度降至A3時，鐵素體(ti) 開始在富含Si、Cr、v等溶質元素的區域析出，當溫度降至A3以下時，鐵素體(ti) 仍能在富含C、Mn等溶質元素的區域析出，C、Mn等飽和溶質元素繼續向周圍擴散析出，導致過冷奧氏體(ti) 中C、Mn等溶質元素濃度不斷增加，溫度降至A1時濃度高。

　　熱處理工藝對組織和性能的影響

　　在奧氏體(ti) 化的加熱過程中，組織經曆了回複、再結晶和晶粒長大三個(ge) 過程。在恢複過程中，位錯通過滑動重新排列，不同數量的位錯相互抵消，相鄰亞(ya) 晶合並長大。很多因素導致位錯密度大大降低，內(nei) 應力消除。在再結晶過程中，畸變晶粒通過形核和長大形成未畸變的等軸晶粒，組織得到軟化和細化

　　析出的V( C，V)顆粒和TiN顆粒在熱處理過程中不能完全溶解到奧氏體(ti) 中，仍有一部分粘在奧氏體(ti) 晶界上。由於(yu) 晶粒細化，晶界麵積大大增加，釘紮在奧氏體(ti) 晶界的V( C，V)顆粒和TiN顆粒數量明顯不足，沉澱強化效果不明顯，軟化作用大於(yu) 細晶強化。因此，熱處理後管體(ti) 的強度降低，韌性大大提高。

　　冷卻速度對組織和性能的影響

　　元素C在奧氏體(ti) 中的擴散速度快於(yu) Mn、Si、Cr、V等溶質元素[4]。因此，在鋼管的熱處理和加熱過程中，C元素優(you) 先達到相對均勻的分布狀態，而Mn、Si、Cr、V等溶質元素不能均勻分布。

　　奧氏體(ti) 化後快速冷卻，一方麵可以提高相變時的形核率，增加晶粒數量；另一方麵可以縮短相變過程，使C、Mn、Si、Cr、V等溶質元素沒有足夠的時間進行長距離擴散[4]，控製了析出相的聚集和長大，達到細化晶粒、組織分布均勻的目的。

　　管材出熱處理爐後，水冷的強度明顯高於(yu) 空冷。因此水冷可以相對縮短冷卻時間，使管材組織更加均勻細化，韌性也相應提高。

　　工藝改進建議

　　(1)適當提高連鑄坯或鋼管的加熱溫度或延長保溫時間，使C、Mn、Si、Cr、V等溶質元素充分擴散，奧氏體(ti) 成分相對均勻分布，以減少枝晶偏析對相變的不利影響。

　　(2)加快鋼管軋製或熱處理後的冷卻速度，可以縮短相變過程，組織轉變過程中析出的C、Mn、Si、Cr、V等溶質元素不能長距離擴散，從(cong) 而達到細晶強化的目的。