一种用于12Cr1MoVG高压钢管轧制后的热处理工艺

摘要

本发明公开了一种用于12Cr1MoVG高压钢管轧制后的热处理工艺，步骤一，将热压后的12Cr1MoVG高压钢管于奥氏体化温度970℃～1020℃下保温大于等于60min；步骤二，取出经空冷，温度由起始温度降至920～980℃；步骤三，淬火，温度为820～850℃；步骤四，高温回火，温度为720℃～760℃，保温时间大于等于120min。本发明的有益效果是：在淬火入水之前进行空中缓冷工艺，在析出足量的铁素体F组织后，入水快冷，避免了硬度过高的问题，从而使该钢种具有良好的室温加工性能、高温力学性能以及低的裂纹敏感性，适合用于高温、高压、腐蚀的环境的高压锅炉用管。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压锅炉设备使用的蒸汽管道用管，特别涉及一种用于厚壁12Cr1MoVG高压钢管硬度控制的热处理工艺。

背景技术

我国现阶段的能源主要是以燃煤为主的火力发电。为了提高发电效率，节约一次能源，降低二氧化碳排放，发展大容量、高参数的机组将是一个必然趋势。耐热钢管蕴含着巨大的市场需求，其中12Cr1MoVG钢种在机组建设中占主导位置，主要应用于水冷壁与主蒸汽管道等。

随着锅炉制造技术水平的提高，锅炉发电设备的安全取决于能够生产出满足工艺要求硬度值的12Cr1MoVG钢管。

中国专利公开号CN 104017976A、发明名称为一种12Cr1MoVG高压管锻后热处理工艺，仅提供了锻后热处理的一种方法，不适用于轧制后淬火+回火的热处理工艺。

根据国家标准壁厚达到30mm及以上规格需要进行淬火+回火的调质工艺，其硬度较高，存在较多超出硬度上限的问题，此时，若采用二次回火工艺降低产品硬度，其生产成本将大幅增加，而如果采用调整化学成分的方式降低硬度则将会导致壁厚小于30mm的管材硬度值偏低，对生产组织带来不利影响。

钢种12Cr1MoVG厚壁管材采用淬火+回火的热处理方式生产，由于该钢为含Cr低合金钢，经过淬火后的硬度高，裂纹敏感性高，不利于室温加工，同时对于高温抗腐蚀也有很大影响。采用长时间回火热处理工艺能够达到降低硬度的目的，但长时间的高温回火存在生产效率低、产品成本高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过采用淬火+回火工艺能够使钢管的性能完全满足GB5310-2008标准对机械性能要求的同时，将12Cr1MoVG厚壁钢种硬度降低到用户使用要求范围内的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于12Cr1MoVG高压钢管轧制后的热处理工艺，其步骤如下：

步骤一，将热压后的12Cr1MoVG高压钢管于奥氏体化温度970℃～1020℃下保温，保温时间大于等于60min；

步骤二，经步骤一保温结束后，将12Cr1MoVG高压钢管取出，经空冷时间t进行空冷，温度由起始温度(出炉温度)降至920～980℃；

步骤三，将经步骤二空冷后的12Cr1MoVG高压钢管进行淬火，淬火温度为820～850℃；

步骤四，将经步骤三淬火后的12Cr1MoVG高压钢管再进行高温回火，回火温度为720℃～760℃，回火保温时间大于等于120min。

所述空冷时间计算公式为：

其中：

t：淬火前停留时间min；

k：比例系数取值范围1.03×104～1.29×104，min·℃2/mm3/2

D：外径mm；

S：壁厚mm；

TC：出炉温度℃；

△T：空冷温差℃。

经所述步骤二保温后空冷，铁素体F析出量控制范围为30％～55％；经步骤三淬火后剩余的奥氏体A组织转变为贝氏体B+马氏体M组织，此时铁素体F析出量控制范围为35％～55％。

热处理后的12Cr1MoVG高压钢管常温下硬度能为170HB～185HB。

本发明的有益效果是：对传统工艺进行改进，在淬火入水之前进行空中缓冷工艺，在析出足量的铁素体F组织后，入水快冷，避免了硬度过高的问题，从而使该钢种具有良好的室温加工性能、高温力学性能以及低的裂纹敏感性，适合用于高温、高压、腐蚀的环境的高压锅炉用管。

附图

图1本发明热处理控制组织比例温度制度示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

一种用于厚壁12Cr1MoVG高压锅炉无缝钢管硬度控制的热处理工艺方式与空中停留时间计算加以说明：

生产厚壁12Cr1MoVG高压锅炉无缝钢管热处理方法采用淬火+回火热处理工艺，在进水淬火前采用室内空中缓冷工艺，在达到足量铁素体F析出要求后，进水快冷，从而获得目标组织分布状态。具体工艺方法为：

奥氏体化温度970℃～1020℃，保温时间大于等于60min，空冷起始温度(出炉温度)920～980℃，淬火温度820～850℃，回火采用720℃～760℃进行高温回火，回火保温时间大于等于120min。

本发明用于厚壁12Cr1MoVG高压锅炉无缝钢管硬度控制的热处理工艺方式与空中停留时间计算公式是基于如下：

①热处理工艺

对热轧后的12Cr1MoVG厚壁钢管进行淬火及回火的热处理工艺，经过测定12Cr1MoVG的奥氏体化温度临界值AC1在890℃～920℃之间，为保证合金元素充分固溶，将奥氏体化温度设定为970℃～1020℃，考虑钢完全奥氏体化和合金元素完全固溶，保温时间大于等于60min，并在达到保温时间后，于920～980℃出炉开始缓冷；考虑到铁素体组织析出量不可过多，设定淬火温度820～850℃，回火采用720℃～750℃进行高温回火，以保证钢管的室温强度和硬度在标准和用户要求范围内(具体要求见实施例3)，但不能超过奥氏体化温度临界值AC1温度约760℃，保温时间需要适当延长以降低室温强度和硬度，保温时间大于等于120min。

②中停留时间计算公式：

空中缓冷(以下称空冷)目的在于使钢管温度下降，进入两相区析出足量的铁素体(F)组织，而如果空冷时间过长则导致温降过大，析出铁素体组织过量，但如果空冷时间过短则导致温降不足，析出的铁素体量过少。因此，需要精确控制空中缓冷时间。出炉温度920～980℃开始缓冷，在温度降低至淬火入水温度820～850℃过程中，影响冷却时间的主要因素为壁厚、外径与出炉温度，通过计算空冷的时间公式为：

其中：

t：淬火前停留时间，单位：min；

k：比例系数，取值范围：1.03×104～1.29×104，

单位：min·℃2/mm3/2

D：外径，单位：mm；

S：壁厚，单位：mm；

TC：出炉温度，单位：℃

△T：空冷温差，单位：℃

③热处理温控制组织比例制度：

如图1所示，热轧后的12Cr1MoVG厚壁钢管在950℃时进行保温，保温一段时间后进行空冷，此时温度下降，温度下降后再迅速水冷，温度继续下降，当全部吸收了冷却水是温度后开始升温到自身温度。图中Ar1为奥氏体转变终了温度，Ar3为奥氏体开始转变温度。热处理控制F析出量温度制度控制中，通过保温后空冷工艺，保证F足量析出，然后通过水淬工艺促使轧件快速冷却，此时剩余的奥氏体A组织转变为贝氏体B+马氏体M组织。最终合理的F量控制保证了产品硬度值的合格。

实施例1：

设定以下热处理工艺，并进行热处理工序：

实施例2：根据实施例1中热处理工艺进行热处理之后，按以下时间控制冷却时间：

钢管规格，MM出炉温度，℃停留时间T，MIN淬火温度，℃Φ219×309506.8830Φ273×359508.2840Φ355.6×4095010.7840Φ406.4×4595012.2845

实施例3：

根据实施例1和实施例2，热处理后检测无缝钢管的拉伸和硬度性能均满足GB5310-2008标准及用户对12Cr1MoVG的要求，具体如下：

钢管规格屈服强度(MPA)抗拉强度(MPA)硬度(HBW)GB5310-2008≥255470～640151～190Φ219×30431502176Φ273×35423517174Φ355.6×40451533179Φ406.4×45449531180