12Cr1Mo VG无缝钢管步进炉热处理工艺研究

罗 能,郭元蓉,胡 铂,鄢 勇,涂露寒

(攀钢集团成都钢钒有限公司,四川成都 610303)

12Cr1Mo VG无缝钢管步进炉热处理工艺研究

罗 能,郭元蓉,胡 铂,鄢 勇,涂露寒

(攀钢集团成都钢钒有限公司,四川成都 610303)

12Cr1Mo VG是合金钢高压锅炉管的代表品种,也是通常热处理时性能波动最大,最难以控制的品种。通过在攀成钢钢管总厂508机组步进式加热炉对12Cr1Mo VG无缝钢管进行正火+回火、淬火+回火热处理工艺研究,12Cr1Mo VG无缝钢管在步进炉热处理取得成功,各项力学性能指标满足标准要求。

12Cr1Mo VG;高压锅炉管;步进炉;热处理

1 引言

12Cr1MoVG是合金钢高压锅炉管的代表品种,主要用于制造高压锅炉的蒸汽管道,在500～550℃使用具有较高的热强性能,广泛地应用在电力工业中。12Cr1MoVG热处理后力学性能波动较大,其热处理工艺难以把控。攀成钢公司钢管总厂508机组是生产高压锅炉管的主力,其所生产的高压锅炉管中,12Cr1MoVG无缝钢管占比例较高。同时由于508机组因热轧生产不饱和,热轧步进加热炉常处于空置状态,为有效地利用热轧生产线产能,目前在热轧空置期已将该热轧步进式加热炉用于热处理生产。由于该热轧步进加热炉并非专门的热处理炉,故用于热处理12Cr1Mo VG无缝钢管这类热处理后力学性能波动较大的品种存在较大的难点。

2 难点分析

12Cr1Mo V无缝钢管在步进式加热炉进行热处理存在以下难点:

(1)采用热轧步进加热炉进行热处理,存在炉膛长度较短、步进梁齿数少、炉门辊道吸热等影响热处理效果的难题。

(2)12Cr1Mo VG无缝钢管因管径壁厚差异,且以厚壁管居多,单一的正火或者淬火冷却速度,难以获得满足良好的热强性和热稳定性要求的金相组织。

3 技术措施

为满足高压锅炉管热处理对温度的精确控制要求,在步进炉热处理12Cr1Mo VG无缝钢管时采取了以下措施,以确保管温均匀且波动小。

(1)针对步进加热炉炉膛长度短、步进梁齿数少、加热段与均热段距离短,炉温不均匀等情况,通过摸索及反复试验积累的数据,制定了温度控制及工艺调整措施:采用红外测温枪手动测量倒数第二支钢管温度作为实际炉内管温,热处理过程抽测并记录该值,以正常生产状态下的炉内管温与炉温的差异来修正炉温设定,以保证炉内管温在控制范围内。

(2)由于出炉辊道采用了水冷轴承,钢管在到达出炉辊道的位置时会产生一定的温降,影响热处理效果。经过摸索,对于逐齿布料的钢管,出料时采用进3步退2步的方式进行控制;对于隔1齿布料的钢管,出料时采用进3步退1步的方式进行控制,避免了因出炉辊道吸热对钢管产生温降。

4 工艺研究

4.1 正火热处理工艺研究及试验结果分析

4.1.1 正火热处理工艺研究

12Cr1MoVG无缝钢管正火+回火热处理后获得的显微组织为铁素体+珠光体,冷却时根据钢管外径及壁厚的不同,需要不同的冷却速度以期得到所需要的组织。冷却速度的控制是获得所需性能及金相组织的关键。

冷却速度的变化对12Cr1Mo VG性能有着直接影响,因此必须根据钢管规格及成分的不同研究最适宜的冷却方式,以满足其力学性能和金相组织要求。

通过对不同规格的12Cr1Mo VG无缝钢管正火后采取不同冷却方式并在回火后得到的力学性能数据进行分析研究,制定了根据12Cr1Mo VG钢管外径、壁厚及碳当量不同采取不同的冷却方式即空冷、风冷、风+雾冷,见表1。

表1 12Cr1Mo VG步进加热炉正火冷却方式

4.1.2 试验结果分析

在508机组步进炉进行了12Cr1Mo VG无缝钢管φ273 mm×14 mm、φ219 mm×18 mm、φ325 mm×25 mm、φ426 mm×30 mm共5种规格共7批次进行正火热处理试验。508机组步进炉温控制:加热段炉温(1 005± 15)℃,均热段炉温(1005±10)℃。在650机组回火炉温控制:加热段(760±15)℃,均热段(760±10)℃。出炉后按规格及碳当量不同采取了不同的冷却方式,回火后力学性能情况见图1～图4。

图1 屈服强度波动图

图2 抗拉强度波动图

图3 延伸率波动图

图4 冲击功波动图

对12Cr1Mo VGφ219 mm×18 mm规格的正火+回火热处理后取样进行了金相组织观察,见图5。

根据上述力学性能波动情况及金相组织分析,12Cr1Mo VG无缝钢管在步进炉正火+回火热处理试验结果符合GB 5310-2008标准要求。

4.2 淬火热处理工艺研究及试验结果分析

4.2.1 淬火热处理工艺研究

对于壁厚较厚的12Cr1Mo VG无缝钢管,为了获得满足良好热强性和热稳定性要求的铁素体+贝氏体组织或铁素体+珠光体+贝氏体比例的组织,需要进行淬火+回火热处理。淬火时应根据其规格和碳当量的差异控制不同的水冷速度。通过对大量不同规格、不同碳当量的12Cr1Mo VG厚壁管淬火+回火热处理后性能数据的分析研究,制定了根据钢管外径、壁厚及碳当量不同的12Cr1Mo VG钢管进行淬火热处理的范围,见表2。

图5 铁素体+珠光体+贝氏体(100×)

表2 12Cr1Mo VG步进加热炉淬火热处理的范围

上述规格范围内的12Cr1Mo VG厚壁钢管在热处理淬火时通过控制钢管入水温度及出水温度(测内孔)来控制钢管的水冷速度及铁素体析出比例。经过摸索及反复试验积累的数据,确定了具体控制12Cr1Mo VG厚壁钢管淬火时冷却速度及冷却均匀性的工艺方法:

(1)钢管出炉先空冷,根据不同的规格,待内璧温度降到820～880℃再入水冷却。

(2)水冷时间按壁厚每毫米1秒预定,以出水后内孔温度(650℃±15℃)进行修正。

(3)淬火时采用全浸淬+轴流,同时开启旋转托辊。开启循环水系统,保证淬火水温≤60℃。

(4)钢管出水后根据不同的规格空冷或者风冷。

4.2.2 试验结果分析

图6 屈服强度波动图

图7 抗拉强度波动图

图8 延伸率波动图

图9 冲击功波动图

对12Cr1Mo VG厚壁钢管中φ298.5 mm ×55 mm规格在淬火+回火热处理后取样进行了金相组织观察,见图10。

图10 铁素体+粒状贝氏体(100×)

根据上述力学性能波动情况及金相组织分析,12Cr1Mo VG无缝钢管在步进炉淬火+回火热处理试验结果符合GB 5310-2008标准要求。

5 结论

(1)12Cr1Mo VG无缝钢管在热轧步进式加热炉进行12Cr1Mo VG热处理,应根据该步进炉的特点采取独特布料和步进方式解决步进炉膛长度短、步进梁齿数少、炉门辊道吸热影响热处理效果的难题。

(2)12Cr1Mo VG无缝钢管在步进炉正火热处理,结合钢管规格和实际化学成分的差异,制定空冷、风冷、风+雾冷等控制冷却速度的工艺规范,得到所需比例的铁素体+珠光体铁组织。

(3)12Cr1Mo VG厚壁无缝钢管在步进炉进行淬火热处理,通过控制钢管入水温度及出水温度来控制钢管的冷却速度,得到所需比例的铁素体+贝氏体或者铁素体+珠光体+贝氏体组织。

12Cr1MoVG Seamless Steel Tube Into
the Step Furnace Heat Treatment Process Study

LUO Neng,GUO Yuan-rong,HU Bo,YAN Yong,TU Lu-han

(Pangang group chengdu steel vanadium Co.,Ltd.,Chengdu 610303,Sichuan,China)

12Cr1Mo VG is representative varieties of alloy steel high pressure boiler tube,is also often the performance fluctuations due to the heat treatment,the most difficult to control.By climbing Angle steel pipe factory 508 units step furnace 12Cr1Mo VG seamless steel tubes for normalizing+tempering,quenching and tempering heat treatment process study,seamless steel tube to success in the step furnace heat treatment,the mechanical performance indicators meet the standard requirements.

12Cr1Mo VG,high pressure boiler tube,step furnace,heat treatment

TG156

A

罗能,高级工程师,主要从事无缝钢管品种研发工作。

1001-5108(2016)05-0022-06