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无缝管30MnCrMo钢接箍热处理探讨

2020/03/24 阅读:

摘要:通过对实验钢30MnCrMo与对比钢25CrMnMo淬透性检验发现30MnCrMo实验钢淬透性明显优于25CrMnMo对比钢。同时对30MnCrMo的热处理工艺进行探索,发现30MnCrMo钢回火温度升高80℃,屈服强度降低约240MPa,抗拉强度降低约180MPa,0℃冲击韧性提高了50J左右,相较于25CrMnMo强度降低明显。淬火试验结果表明:一定温度(880℃/890℃)淬火后进行不同程度的回火,力学性能可以满足不同的技术要求。

关键词:无缝管;30MnCrMo;25CrMnMo;热处理

无缝钢管是一种对我国国民经济建设起着重要的作用的钢铁材料,作为“工业血管”的无缝管在各个高尖端领域内都有着决定性的作用,特别是随着经济实力的发展,对无缝钢管的要求也更加的严格[1-2]。在我国,油气开采领域占有无缝钢管很大部分市场,但目前我国自己生产的无缝钢管大部分仍属于中低档级别,能够达到API级别的高钢级的油井管品种很少[3-6]。缝钢管经热处理之后性能的提升是由于在热处理过程中加热和冷却时,其内部的组织结构发生了变化,所以要制定行之有效的热处理工艺来保证成形的质量,必须首先了解材料在不同条件下的组织结构变化规律[7-12]。本文在满足APIspec5CT标准的条件下,选用设计开发成本低,性能优良的30MnCrMo钢材。通过对比研究25CrMnMo与新研发30MnCrMo钢材的淬透性,分析新开发的钢种的可靠性。然后对新研发的30MnCrMo钢材进行热处理实验,并对热处理之后的材料进行机械性能测试,分析是否达到设计标准。

1淬火温度计算

对30#试样30MnCrMo实验钢与25#试样25CrmnMo对比钢分别取样进行淬透性检验,经计算30MnCrMo实验钢AC3为814℃,25CrmnMo对比钢AC3为827℃。因此,30MnCrMo设定淬火温度为880℃,25CrMnMo淬火温度为890℃,端淬检验试样一致,保温时间均设为50分钟。

2淬透性实验

为保证结论的准确性,设立重复试验30MnCrMo四组,25CrMnMo两组。淬火后对端淬试样距离端淬面不同点进行HRC检验,距端淬面不同距离的测试点检验结果见表1所示,测试点到端淬面距离的HRC见图1。从表1和图1可以看出,30#试样即30MnCrMo实验钢距离端淬面25mm的测试点平均HRC为46.2,距离端淬面30mm的测试点平均HRC为41.9,从图1可以看出,实验钢硬度值在25mm以后出现明显拐点,说明淬火后显微组织在此阶段发生明显变化,通过公式计算实验钢90%以上马氏体最小硬度HRC为43.24,因此,实验钢可保证25mm以内获得90%以上的马氏体,针对API5CT标准最大壁厚22.22mm的尺寸,淬透性完全满足。25#试样即25CrMnMo对比钢距离端淬面7mm的测试点平均HRC为44.3,距离端淬面9mm的测试点平均HRC为40.1,通过公式计算对比钢90%以上马氏体最小硬度HRC为41.5,对比钢可保证7mm以内获得90%以上的马氏体。淬透性检验表明,实验钢测试点距端淬面25mm的HRC与对比钢7mm处的HRC相当,说明实验钢淬透性明显优于对比钢。PSL1对接箍料马氏体要求50%以上,因此,25CrMnMo接箍料生产持续很长一段时间,随着用户对材料各项性能指标要求越来越高,API5CT标准PSL2对接箍料提出90%以上的要求,25CrMnMo原有接箍料钢种因其淬透性制约了接箍料的生产供应及市场推广。

3热处理实验

无缝管的热处理主要为了获取具有更加优良性能的细小晶粒。金属晶粒细小而均匀时,拥有良好的塑韧性以及较高的强度。因此淬火温度不宜过高,保温时间不宜过长。淬火后的到的马氏体是一种不稳定的过饱和组织,需进行高温回火处理,形成回火索氏体,从而获得良好的综合机械性能。适当的回火时间可减少材料内部的热应力与组织应力,从而降低材料残余应力,保证材料组织与性能的均匀性。25CrMnMo及30MnCrMo具体热处理工艺如表2所示。

4械性能测试

25CrMnMo及30MnCrMo热处理后的力学性能见表4,因为本次实验为研究室研究,轧制厚度可以加工全尺寸试样,因穿管和轧板横向变形存在差异,因此仅取纵向试样进行检测。从检测结果可以看出,回火温度升高100℃,屈服强度降低约240MPa,抗拉强度降低约200MPa,延伸率得到明显改善,0℃冲击韧性提高了20J,890℃淬火,保温60分钟,620-640℃回火,保温90分钟,均能满足P110钢级各项指标技术要求,700℃回火,力学性能检测结果满足APISpec5CT对N80Q钢级的技术要求,720℃回火,满足L80-1力学性能技术要求。30MnCrMo回火温度升高80℃,屈服强度降低约240Pa,抗拉强度降低约180MPa,延伸率改善不明显,0℃冲击韧性提高了50J左右,相较于25CrMnMo强度降低明显,这主要是由于其Mo含量降低原因造成。880℃淬火,保温60分钟,610-630℃回火,保温90分钟,拉伸性能及冲击功均满足P110钢级各项指标技术要求,670℃回火,力学性能检测结果满足API5CT对N80Q钢级的技术要求,690℃回火,满足L80-1力学性能技术要求。从热处理工艺开来看,30MnCrMo与25CrMnMo调质成同钢级的产品,淬火温度低10℃,回火温度低10-30℃,图2为两种钢淬火温度及回火温度对比,因此相较于25CrMnMo,30MnCrMo调质接箍料降低了能源损耗。

5结论

(1)通过对实验钢30MnCrMo与对比钢25CrMnMo淬透性结果可以得出,30MnCrMo实验钢测试点距端淬面25mm的HRC与25CrMnMo对比钢7mm处的HRC相当,说明30MnCrMo实验钢淬透性明显优于25CrMnMo对比钢。(2)25CrMnMo钢回火温度升高100℃,屈服强度降低约240MPa,抗拉强度降低约200MPa,0℃冲击韧性提高了20J,890℃淬火后620-640℃回火,均能满足P110钢级各项指标技术要求,700℃回火,力学性能检测结果满足APISpec5CT对N80Q钢级的技术要求,720℃回火,满足L80-1力学性能技术要求。(3)30MnCrMo钢回火温度升高80℃,屈服强度降低约240MPa,抗拉强度降低约180MPa,0℃冲击韧性提高了50J,相较于25CrMnMo强度降低明显。880℃淬火后610-630℃回火拉伸性能及冲击功均满足P110钢级各项指标技术要求,670℃回火,力学性能检测结果满足API5CT对N80Q钢级的技术要求,690℃回火,满足L80-1力学性能技术要求。

作者:王婕 赵莉萍 石晓霞 单位:内蒙古科技大学材料与冶金学院 内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心

无缝管30MnCrMo钢接箍热处理探讨

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