[发明专利]含钒中碳合金钢管的调质热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含钒中碳合金钢管的调质热处理方法，尤其是一种添加合金元素钒的低合金高强度钢管的调质热处理方法。

背景技术

随着工业的发展，人们对钢管强韧性的要求在不断提高。钒等合金元素的加入对钢的力学性能产生了显著的影响。加入钒元素以后，钢的强度变高、韧性变低。断裂理论的研究表明，钢材内部的显微缺陷发展成为宏观裂纹的临界尺寸a_c＝α(K_IC/σ_y)²，其中K_IC为断裂韧性，σ_y为屈服强度，α为系数。这就要求钢材的强度和韧性要有良好的匹配性，越高的强度需要匹配的韧性就越高。强度高而韧性不足易导致钢管因断裂而失效。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种含钒中碳合金钢管的调质热处理方法，经过该方法热处理的钢管在具备高强度的同时拥有良好的韧性。

按照本发明提供的技术方案，所述含钒中碳合金钢管，特征是，包括以下成份：C：0.30～0.38％、Si：0.17～0.37％、Mn：1.40～1.70％、V：0.08～0.15％、P≤0.02％、S≤0.01％、Als≤0.02％、Cu≤0.20％、Ni≤0.20％、Cr≤0.15％，其余为铁和不可避免的杂质。

本发明还保护一种含钒中碳合金钢管的调质热处理方法，特征是，包括以下工艺步骤：

(1)将含钒中碳合金钢管进行淬火处理：先在加热炉中加热至875～905℃，加热时间为t，单位为min，t＝A×δ，其中A为加热系数，数值可取3～5，δ为含钒中碳合金钢管的壁厚，单位为mm；加热后进行淬火，淬火介质为水或油，淬火终止温度为室温～320℃；

(2)将经步骤(1)淬火处理后的含钒中碳合金钢管在加热炉中进行回火处理，回火温度为580～680℃，保温时间为t’，单位为min，t’＝A’×δ’，其中A’为5～9，δ’为含钒中碳合金钢管的壁厚，单位为mm；

(3)将经步骤(2)回火处理后的含钒中碳合金钢管在空气中冷却至室温。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

(1)淬火未溶碳化物粒子的数量、大小和原始奥氏体晶粒尺寸可通过调整淬火温度控制，进而控制热处理后钢管的强韧性，最佳淬火温度与钢管化学成分和规格有关，可通过试验确定；

(2)回火析出碳化物的数量、尺寸、分布和α相的回复与再结晶可通过调整回火温度来控制，通过改变回火温度，可在相当大的范围内调节钢管的强韧性，满足不同的需要；

(3)本发明简单实用，便于大规模推广。

附图说明

图1为实施例1钢管回火后的金相组织照片。组织为均匀的回火索氏体。

图2为实施例1钢管回火后的0℃冲击断口的扫描电镜照片。可见在端口处主要分布着韧窝，呈韧性断裂的特征。韧窝中有少量第二相粒子。

图3为实施例1钢管淬火后未溶碳化物粒子的透射电镜照片。这些粒子大致呈圆形，尺寸在几纳米～30纳米之间。

图4为实施例1钢管淬火后未溶碳化物粒子(即图3中用字母B标记的那个粒子)的能谱(EDS)分析。图的横坐标代表谱峰的能量，纵坐标代表强度。C、V、Cu分别表示C元素、V元素和Cu元素的峰。

图5为实施例1钢管淬火后原奥氏体晶粒的金相照片。可见奥氏体晶粒没有明显长大。

图6为实施例2钢管回火后的金相组织照片，组织为均匀的回火索氏体。

图7为实施例3钢管回火后的金相组织照片，组织为均匀的回火索氏体。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明所述的Als是酸溶铝，有细化晶粒的作用。炼钢生产工艺中为了降低钢中的含氧量，常用铝、钡、钙、硅、锰等脱氧材料(或其复合合金)与氧发生反应成氧化物炉渣上浮到钢水上层而降低钢中的氧含量，其中铝是优良的脱氧剂，铝易与氧反应生成Al₂O₃(极少量氮化铝)，同时有部分单质铝溶入钢中，这部分单质铝可被酸溶解称为酸溶铝；而极少量的Al₂O₃也会滞留在钢中形成夹杂物，降低钢的性能，这部分Al₂O₃一般不易被酸溶解。单质铝和Al₂O₃的总含量成为全铝(含量)。