熱處理過(guò)程中冷卻速度對(duì)無(wú)縫鋼管組織和性能的影響

　　控制軋制和控制冷卻技術(shù)作為經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化性能的方法之一，已廣泛應(yīng)用于在線棒、板生產(chǎn)中。受軋制設(shè)備和變形工藝的限制，無(wú)縫鋼管軋制過(guò)程中可控和可變因素較少。本文在合理的鋼成分設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過(guò)提高鋼管熱處理后的冷卻速度來(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化的效果。

　　熱軋工藝對(duì)組織和性能的影響

　　V和Ti都是強(qiáng)碳氮化物形成元素。在軋管過(guò)程中，V以V( C，V)的形式彌散析出，Ti以TiN的形式析出，釘扎奧氏體晶界，在相變過(guò)程中還可以作為異質(zhì)核心，誘導(dǎo)鐵素體在晶粒內(nèi)形核，促進(jìn)鐵素體晶粒的增多，產(chǎn)生位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化的效果

　　溶解在奧氏體中的C、Mn等溶質(zhì)元素可降低奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變溫度A3，Si、Cr、V等溶質(zhì)元素可提高奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變溫度A3[3]。枝晶偏析導(dǎo)致連鑄坯成分分布不均勻，枝晶內(nèi)溶質(zhì)元素含量明顯高于枝晶間。

　　熱軋后，鋼管從奧氏體區(qū)開始冷卻。當(dāng)溫度降至A3時(shí)，鐵素體開始在富含Si、Cr、v等溶質(zhì)元素的區(qū)域析出，當(dāng)溫度降至A3以下時(shí)，鐵素體仍能在富含C、Mn等溶質(zhì)元素的區(qū)域析出，C、Mn等飽和溶質(zhì)元素繼續(xù)向周圍擴(kuò)散析出，導(dǎo)致過(guò)冷奧氏體中C、Mn等溶質(zhì)元素濃度不斷增加，溫度降至A1時(shí)濃度高。

　　熱處理工藝對(duì)組織和性能的影響

　　在奧氏體化的加熱過(guò)程中，組織經(jīng)歷了回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)過(guò)程。在恢復(fù)過(guò)程中，位錯(cuò)通過(guò)滑動(dòng)重新排列，不同數(shù)量的位錯(cuò)相互抵消，相鄰亞晶合并長(zhǎng)大。很多因素導(dǎo)致位錯(cuò)密度大大降低，內(nèi)應(yīng)力消除。在再結(jié)晶過(guò)程中，畸變晶粒通過(guò)形核和長(zhǎng)大形成未畸變的等軸晶粒，組織得到軟化和細(xì)化

　　析出的V( C，V)顆粒和TiN顆粒在熱處理過(guò)程中不能完全溶解到奧氏體中，仍有一部分粘在奧氏體晶界上。由于晶粒細(xì)化，晶界面積大大增加，釘扎在奧氏體晶界的V( C，V)顆粒和TiN顆粒數(shù)量明顯不足，沉淀強(qiáng)化效果不明顯，軟化作用大于細(xì)晶強(qiáng)化。因此，熱處理后管體的強(qiáng)度降低，韌性大大提高。

　　冷卻速度對(duì)組織和性能的影響

　　元素C在奧氏體中的擴(kuò)散速度快于Mn、Si、Cr、V等溶質(zhì)元素[4]。因此，在鋼管的熱處理和加熱過(guò)程中，C元素優(yōu)先達(dá)到相對(duì)均勻的分布狀態(tài)，而Mn、Si、Cr、V等溶質(zhì)元素不能均勻分布。

　　奧氏體化后快速冷卻，一方面可以提高相變時(shí)的形核率，增加晶粒數(shù)量；另一方面可以縮短相變過(guò)程，使C、Mn、Si、Cr、V等溶質(zhì)元素沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行長(zhǎng)距離擴(kuò)散[4]，控制了析出相的聚集和長(zhǎng)大，達(dá)到細(xì)化晶粒、組織分布均勻的目的。

　　管材出熱處理爐后，水冷的強(qiáng)度明顯高于空冷。因此水冷可以相對(duì)縮短冷卻時(shí)間，使管材組織更加均勻細(xì)化，韌性也相應(yīng)提高。

　　工藝改進(jìn)建議

　　(1)適當(dāng)提高連鑄坯或鋼管的加熱溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，使C、Mn、Si、Cr、V等溶質(zhì)元素充分?jǐn)U散，奧氏體成分相對(duì)均勻分布，以減少枝晶偏析對(duì)相變的不利影響。

　　(2)加快鋼管軋制或熱處理后的冷卻速度，可以縮短相變過(guò)程，組織轉(zhuǎn)變過(guò)程中析出的C、Mn、Si、Cr、V等溶質(zhì)元素不能長(zhǎng)距離擴(kuò)散，從而達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化的目的。