CN110756616B - 一种高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法。本发明的制备方法包括熔炼、热轧、加热、热穿孔、保温加热、修磨和冷轧，本发明将三辊斜轧机与保温炉通过传送轨道直接连通，避免了二次加热的工艺控制，优化了保温工艺，进行分阶段降温，通过温度的控制避免了奥氏体直接向马氏体转变，使得管坯获得塑性极好的索氏体组织，加强了对各环节的温度控制，考虑到了冷却出炉温度、修磨温度、锯切头尾、轧制速率等因素导致管坯温度升高的风险，解决了高碳马氏体冷轧加工难度大，不利于后续加工的难题，能够提高生产效率和成材率，降低生产成本，制得的不锈钢的强韧性好，耐腐蚀性能优异。
Description
技术领域
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法。
背景技术
马氏体不锈钢是材料在一定介质中加热到Ac1温度以上时，铁素体相变成奥氏体，冷却方式为空冷时也能够得到马氏体的不锈钢。马氏体不锈钢淬透性很好，这使得马氏体不锈钢残余应力很大，有时还会引起表面裂纹。并且由于其经过热处理后一般得到马氏体组织，会使工件硬度增加而难以进行切削加工，因此热加工后应进行软化退火处理。由于以上的优点及缺点，所以马氏体不锈钢主要用于制作汽轮机叶片、耐磨零件以及阀体，而高碳马氏体不锈钢还适合制作耐蚀环境下的轴承。高碳马氏体不锈钢轴承的制作一般采用马氏体不锈钢经过钻床打孔到制定尺寸，再经过热处理磨削才能使用，材料利用率低，成本高，而且生产效率极低。
目前关于马氏体不锈钢的标准有GB 24512.3-2014《核电站用无缝钢管 第3部分不锈钢无缝钢管》规定了不锈钢无缝管的分类及代号、尺寸、外形、重量及允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志和质量文件，该标准只涉及到了奥氏体不锈钢，对马氏体不锈钢并未规定。GB/T 1220-2007《不修钢棒》和GB/T 1221-2007《耐热钢棒》对圆钢、扁钢、方钢及六角钢进行了规定，不涉及管材。GB/T 14975-2012《结构用不锈钢无缝钢管》和GB/T 14976-2012《流体输送用不锈钢无缝钢管》只规定了S42020以下的低碳马氏体不锈钢的化学成分及性能，并未对加工方法进行介绍。GB/T 18254-2016《高碳铬轴承钢》未涉及马氏体不锈钢。GJB 2294A-2014《航空用不锈钢及耐热钢棒规范》虽然涉及了马氏体不锈钢的加工方法及性能，但未对管材的加工进行说明。
现有马氏体不锈钢管材减量化的制备方法的专利大多涉及低碳低硬度马氏体不锈钢的制备，申请公布号为CN 102363863 A 的专利公开了一种20Cr13氏体不锈钢管坯及制备方法，属于低碳马氏体钢，国标中有规定。申请公布号为CN 102489944 A的专利公布了2Cr13矩形管材的加工方法，属于低碳马氏体钢，国标中有规定。申请公布号 CN 103981444A介绍了一种20Cr13马氏体不锈钢管坯及制备方法，属于低碳马氏体钢，国标中有规定。现有马氏体不锈钢基本上都是采用熔炼、浇注、穿孔、退火、冷轧（冷拉）等工序进行制备，属于低碳低硬度马氏体不锈钢领域，而当碳含量质量百分比达到0.30%以上时，由于现有方法的局限性，使得产品的生产成本高，或者工艺达不到要求，无法满足用户实际使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法。本发明将三辊斜轧机与保温炉通过传送轨道直接连通，避免了二次加热的工艺控制，优化了保温工艺，进行分阶段降温，通过温度的控制避免了奥氏体直接向马氏体转变，使得管坯获得塑性极好的索氏体组织，加强了对各环节的温度控制，考虑到了冷却出炉温度、修磨温度、锯切头尾、轧制速率等因素导致管坯温度升高的风险，解决了高碳马氏体冷轧加工难度大，不利于后续加工的难题，制得的不锈钢的强韧性好，耐腐蚀性能优异。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法，其特征在于，该高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法具有以下特征：
一种高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼：采用真空感应电炉、电炉-AOD双联冶炼或电炉-AOD-VOD对原料进行冶炼，并在真空下浇铸成钢坯；
（2）热轧：将步骤（1）得到的钢坯装入温度为1130~1170℃的第一加热炉中进行加热并保温2~3小时，钢锭出炉后送入热轧机轧制，得到外径60~90mm热轧棒材；
（3）加热：将热轧后的棒材置于第二加热炉中进行分阶段加热，第一阶段温度温度升至700℃，保温0.5小时，第二阶段温度升至1100~1150℃，保温1-3小时；
（4）热穿孔：采用三辊斜轧机进行热轧穿孔，穿孔速度控制在1~10m/min，终轧温度控制在1140~1200℃；
（5）保温加热：将斜轧穿孔后的管坯直接通过传送轨道送到保温炉内，保证装炉温度大于900℃，然后进行阶段降温，第一阶段自然降温到880℃，然后控制降温速度≤20℃/小时，降到500℃以下时开始第二阶段随炉冷却，降到180℃以下后，开始空冷至室温；
（6）修磨：将保温加热后的管坯内外表面进行抛光修磨，将管坯头尾切除，保证端口平整；
（7）冷轧：第一根冷轧管坯轧制时送给量≤3mm/次，摆动频次控制在30~45Hz，待管坯头部超过芯棒后，方可提高送进量和摆动频次。
步骤（5）中所述保温炉设置有温控***，炉内进行加固处理，采用电阻加热，加热温度≤1200℃。
步骤（6）中所述管坯头尾切除时采用锯床切除。
步骤（6）中所述修磨过程中的管坯温度≤200℃。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明采用热穿管后直接入炉的工艺，相比于现有技术采用热产管后水冷再加热的工艺，因为采用高温加热，所以避免了二次加热过程中的能源和时间的浪费，提高了生产效率，降低了生产成本。
（2）本发明采用热产管后水冷的工艺，避免了水冷过程中内应力的产生及二次加热过程中马氏体不锈钢的脆性区间内的开裂问题，从而提高了成材率。
（3）本发明充分考虑到了生产各环节管坯温度的控制，从而避免马氏体转变，极大了提高了材料的塑性，保证了产品成材率和表面质量。
附图说明
图1为本发明高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法的流程图。
图2为本发明高碳马氏体不锈钢管材减量化制备方法获得的金相组织照片。
具体实施方式
实施例1
一种高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼：采用真空感应电炉进行冶炼，并在真空下浇铸成马氏体不锈钢钢坯；
（2）热轧：将步骤（1）得到的钢坯装入第一加热炉中进行加热，控制加热温度为1140℃，保温时间2小时，钢锭出炉后送入热轧机轧制，得到外径为60mm的热轧棒材；
（3）加热：将热轧后的棒材装入第二加热炉中进行阶段加热，第一阶段加热温度为700℃，保温0.5小时，第二阶段温度升至1130℃保温2小时；
（4）热穿孔：采用三辊斜轧机进行热轧穿孔，穿孔速度控制在6m/min，终轧温度在1160℃，轧制规格为φ60*5mm；
（5）保温加热：将斜轧穿孔后的管坯直接通过传送轨道送到温度968℃的保温炉内保温加热，然后进行阶段降温，第一阶段自然降温到880℃，然后控制降温速度为20℃/小时，降到498℃时开始第二阶段随炉冷却，降到180℃以下后，空冷至室温；
（6）修磨：将保温加热后的管坯内外表面进行抛光修磨，修磨过程中的管坯温度70℃，将管坯头尾切除，保证端口平整，内外表面没有夹杂、结疤、划伤、氧化铁皮皮等缺陷；
（7）冷轧：第一根冷轧管坯要控制好轧制速率，送进量3mm/次，摆动频次为36Hz，待管头部超过芯棒后，送进量提高到5mm/次，摆动频次提高到60Hz，轧制规格为φ36*2.6mm。
步骤（2）中所述加热炉采用天然气加热。
步骤（3）中所述加热炉采用天然气加热。
步骤（5）中所述保温炉设置有温控***，炉内进行加固处理，采用电阻加热，加热温度≤1200℃。
步骤（6）的管坯头尾切除，一般采用锯床切除，禁止采用砂轮切割机切割，防止端头过热，发生马氏体转变，导致冷轧开裂。
实施例2
一种高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法，包括以下步骤：
（1）熔炼：采用真空感应电炉进行冶炼，并在真空下浇铸成马氏体不锈钢钢坯；
2）热轧：将步骤（1）得到的钢坯装入温度为1130℃的第一加热炉中进行加热并保温3小时，钢锭出炉后送入热轧机轧制，得到外径90mm热轧棒材；
（3）加热：将热轧后的棒材置于第二加热炉中进行分阶段加热，第一阶段温度温度升至700℃，保温0.5小时，第二阶段温度升至1150℃，保温3小时；
（4）热穿孔：采用三辊斜轧机进行热轧穿孔，穿孔速度控制在10m/min，终轧温度控制在1200℃，轧制规格为φ90*10mm；
（5）保温加热：将斜轧穿孔后的管坯直接通过传送轨道送到998℃保温炉内然后进行阶段降温，第一阶段自然降温到890℃，然后控制降温速度为18℃/小时，降到500℃以下时开始第二阶段随炉冷却，降到180℃以下后，开始空冷至室温；
（6）修磨：将保温加热后的管坯内外表面进行抛光修磨，修磨过程中的管坯温度58℃。将管坯头尾切除，保证端口平整，内外表面没有夹杂、结疤、划伤、氧化铁皮皮等缺陷；
（7）冷轧：第一根冷轧管坯要控制好轧制速率，送进量3mm/次，摆动频次为36Hz，待管头部超过芯棒后，送进量提高到5mm/次，摆动频次提高到55Hz，轧制规格为φ48*5.6mm。
步骤（2）中所述加热炉采用天然气加热。
步骤（3）中所述加热炉采用天然气加热。
步骤（5）中所述保温炉设置有温控***，炉内进行加固处理，采用电阻加热，加热温度≤1200℃。
步骤（6）的管坯头尾切除，一般采用锯床切除，禁止采用砂轮切割机切割，防止端头过热，发生马氏体转变，导致冷轧开裂。
本发明制备方法的原理基于高温马氏体不锈钢处于奥氏体完全再结晶状态，如慢冷奥氏体的晶粒将在冷却过程中长大，碳原子进行长时间扩散，将不会发生马氏体转变，而转变为珠光体或更细的索氏体组织，从而降低材料的硬度，提高材料的塑性。高碳马氏体不锈钢区别于普通马氏体不锈钢的主要区别在于钢中的碳含量不同，当碳含量大于0.3%后，钢的淬透性增强，原始奥氏体组织极易转化为马氏体，因此必须控制好降温速度，使得马氏体不锈钢在缓慢的冷却速度下获得珠光体或索氏体组织，有利于下一步冷轧加工。
最后说明的是，以上实施例仅以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行参数范围内的修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）熔炼：采用真空感应电炉、电炉-AOD双联冶炼或电炉-AOD-VOD对原料进行冶炼，并在真空下浇铸成钢坯；
（2）热轧：将步骤（1）得到的钢坯装入温度为1130~1170℃的第一加热炉中进行加热并保温2~3小时，钢锭出炉后送入热轧机轧制，得到外径60~90mm热轧棒材；
（3）加热：将热轧后的棒材置于第二加热炉中进行分阶段加热，第一阶段温度升至700℃，保温0.5小时，第二阶段温度升至1100~1150℃，保温1-3小时；
（4）热穿孔：采用三辊斜轧机进行热轧穿孔，穿孔速度控制在1~10m/min，终轧温度控制在1140~1200℃；
（5）保温加热：将斜轧穿孔后的管坯直接通过传送轨道送到保温炉内，保温炉设置有温控***，保证装炉温度满足：900℃<装炉温度≤1200℃，然后进行阶段降温，第一阶段自然降温到880℃，然后控制降温速度≤20℃/小时，降到500℃以下时开始第二阶段随炉冷却，降到180℃以下后，开始空冷至室温；
（6）修磨：将保温加热后的管坯内外表面进行抛光修磨，将管坯头尾切除，保证端口平整；
（7）冷轧：第一根冷轧管坯轧制时送给量≤3mm/次，摆动频次控制在30~45Hz，待管坯头部超过芯棒后，方可提高送进量和摆动频次。
2.根据权利要求1所述高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法，其特征在于，步骤（5）中所述保温炉内进行加固处理，采用电阻加热。
3.根据权利要求1所述高碳马氏体不锈钢管材减量化的制备方法，其特征在于，步骤（6）中所述管坯头尾切除时采用锯床切除。
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