專利名稱：馬氏體類不銹鋼管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及馬氏體類不銹鋼管的制造方法。特別涉及能縮短熱處理工藝所需的時(shí) 間、高效率地制造馬氏體類不銹鋼管的方法。
背景技術(shù)：
由于馬氏體類不銹鋼管對(duì)CO2的耐蝕性強(qiáng)，所以從以往就被廣泛用于油井業(yè)等。另 一方面，對(duì)于馬氏體類不銹鋼管，由于其材料的淬透性極高，所以，如果全部用水冷的方式 進(jìn)行熱處理工藝中的淬火的冷卻，則容易產(chǎn)生淬裂。為此，馬氏體類不銹鋼管的熱處理工藝 中的淬火，通常是采用需要較長(zhǎng)時(shí)間的空冷方法，所以制造效率低。為了解決上述制造效率低的問題，例如，在國(guó)際公開第2005/035815號(hào)公報(bào)(專利 文獻(xiàn)1)中記載了一種解決方法。該專利文獻(xiàn)1中記載的方法是用Ms點(diǎn)(淬火中的冷卻時(shí)， 鋼的馬氏體相變開始的溫度)附近以外的溫度范圍，將冷卻速度快的水冷和空冷組合起來 的方法。具體地說，專利文獻(xiàn)1中公開了將鋼管加熱，使其奧氏體化后，用水冷、空冷、水冷 的順序進(jìn)行冷卻的淬火方法。具體地說，公開了在空冷前進(jìn)行的水冷工序中，使從980°C到 A點(diǎn)(680°C 350°C )的冷卻速度為1 40°C /sec地從鋼管的外表面進(jìn)行冷卻的技術(shù)。另 外，在上述水冷后，使從A點(diǎn)到B點(diǎn)(30°C 150°C )的冷卻速度為不足1°C /sec地進(jìn)行空 冷。如上所述，專利文獻(xiàn)1只公開了將空冷前的水冷的冷卻速度設(shè)定在1 40°C /sec 的范圍內(nèi)。通常認(rèn)為，為了盡量提高熱處理效率，以使上述空冷前的水冷的冷卻時(shí)間成為最 短的方式加快冷卻速度(專利文獻(xiàn)1中是40°C /sec)。但是，本發(fā)明人們經(jīng)過銳意研究，發(fā)現(xiàn)在馬氏體類不銹鋼管制造過程中的熱處理 工藝中，采用按照水冷、空冷、水冷的順序進(jìn)行冷卻的方法時(shí)，空冷前的水冷的冷卻速度越 快，在其后的空冷中，將鋼管冷卻到規(guī)定溫度所需的時(shí)間越長(zhǎng)，總的冷卻時(shí)間變長(zhǎng)。即，如果 空冷前的水冷的冷卻速度過快，雖然該水冷的冷卻時(shí)間縮短，但是總的冷卻時(shí)間反而加長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述以往技術(shù)而做出的，其目的在于提供能縮短熱處理工藝中為進(jìn) 行淬火的冷卻所需的時(shí)間、且高效率地制造馬氏體類不銹鋼管的方法。為了解決上述問題，本發(fā)明人們經(jīng)過銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在馬氏體類不銹鋼管制 造過程中的熱處理工藝中，在采用按照水冷、空冷、水冷的順序進(jìn)行冷卻的方法的情況下， 可獲得以下㈧ (C)的見解。(A)空冷前的水冷的速度越快，在其后的空冷中，將鋼管冷卻到規(guī)定溫度所需的時(shí) 間越長(zhǎng)，其原因在于，在水冷剛剛結(jié)束時(shí)(空冷開始時(shí))鋼管的內(nèi)外表面溫度差引起的回?zé)?的影響。具體如下所述。將鋼管的外表面水冷時(shí)，水冷剛剛結(jié)束時(shí)的鋼管的內(nèi)表面溫度高于外表面溫度。因此，在進(jìn)入空冷的初期階段，鋼管的內(nèi)表面、內(nèi)部的熱量向外表面?zhèn)鲗?dǎo)，這樣，就產(chǎn)生了鋼 管的外表面溫度與水冷剛剛結(jié)束時(shí)的溫度相比上升的回?zé)岈F(xiàn)象。水冷剛剛結(jié)束時(shí)的鋼管內(nèi) 外表面的溫度差越大，該回?zé)嵋鸬臏囟壬仙?回?zé)崃?就越大。回?zé)崃吭酱?，水冷后?空冷將鋼管冷卻到規(guī)定溫度所需的時(shí)間越長(zhǎng)。另外，水冷的冷卻速度越大，水冷剛剛結(jié)束時(shí) 的鋼管內(nèi)外表面的溫度差越大。因此，水冷的冷卻速度越快(越是在空冷階段的回?zé)崃孔?大的條件下進(jìn)行水冷)，在其后的空冷中將鋼管冷卻到規(guī)定溫度所需的時(shí)間越長(zhǎng)。(B)上述㈧的回?zé)崃恳来嬗谒涞睦鋮s速度，并且，也依存于鋼管的壁厚。S卩，鋼 管的壁厚越大，水冷剛剛結(jié)束時(shí)的鋼管的內(nèi)外表面溫度差越大，回?zé)崃恳苍酱蟆?C)通常，水冷的冷卻速度比空冷的冷卻速度快得多，所以，通過減低回?zé)崃慷s 短的空冷的冷卻時(shí)間比通過加快水冷的冷卻速度而縮短的水冷的冷卻時(shí)間長(zhǎng)得多。因此， 為了縮短淬火時(shí)的冷卻時(shí)間(整個(gè)冷卻工序所需的時(shí)間)，根據(jù)鋼管的壁厚決定水冷的冷 卻速度以使回?zé)崃砍蔀橐?guī)定值以下是至關(guān)重要的。本發(fā)明人根據(jù)上述見解進(jìn)行進(jìn)一步研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果使回?zé)崃砍蔀?0°C以下 地決定水冷的冷卻速度，則即使把水冷后進(jìn)行的空冷的冷卻速度設(shè)定為通常采用的速度， 也能縮短淬火時(shí)的整個(gè)冷卻工序所需的冷卻時(shí)間，可以提高熱處理效率，從而提高制造效 率，據(jù)此完成了本發(fā)明。S卩，本發(fā)明是一種馬氏體類不銹鋼管的制造方法，其特征在于，具有包含加熱工 序、第1冷卻工序、第2冷卻工序和第3冷卻工序的熱處理工藝；上述加熱工序?qū)摴芗訜?到其外表面溫度為(A3相變點(diǎn)+20°C)以上、980°C以下的規(guī)定溫度；上述第1冷卻工序?qū)⑸?述被加熱后的鋼管水冷到其外表面溫度為350°C以上的規(guī)定溫度；上述第2冷卻工序?qū)⑸?述被水冷后的鋼管空冷到其外表面溫度為250°C以下的規(guī)定溫度；上述第3冷卻工序?qū)⑸?述被空冷后的鋼管水冷或空冷到其外表面溫度成為常溫。另外，在本發(fā)明中，使上述第2冷 卻工序中的鋼管的外表面溫度的回?zé)崃繛?0°C以下地、根據(jù)鋼管的壁厚決定上述第1冷卻 工序中的鋼管的冷卻速度。另外，在本發(fā)明中的"A3相變點(diǎn)”是指在加熱工序中鋼管材料的奧氏體相變結(jié)束的 溫度。另外，“外表面溫度的回?zé)崃俊笔侵冈诘?冷卻工序中，溫度最高的鋼管的外表面溫度 與空冷開始時(shí)的鋼管外表面溫度之差。若采用本發(fā)明的馬氏體類不銹鋼管的制造方法，則能夠?qū)⒃跓崽幚砉に囍?、尤?是為進(jìn)行淬火的冷卻時(shí)所需的時(shí)間(進(jìn)行第1冷卻工序 第3冷卻工序所需的時(shí)間)縮短， 能夠高效率地制造馬氏體類不銹鋼管。


圖1是說明在采用本發(fā)明的制造方法的情況下鋼管的外表面溫度隨時(shí)間變化的 示意圖，圖1中(a)是表示鋼管外表面溫度隨時(shí)間變化的曲線，圖1中(b)表示圖1中(a) 所示區(qū)域A的放大圖。圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例中的淬火試驗(yàn)和數(shù)值模擬的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面，適當(dāng)參照

本發(fā)明的馬氏體類不銹鋼管的制造方法的一實(shí)施方式。
首先說明適用于本發(fā)明的制造方法的馬氏體類不銹鋼管的材料。(I)C :0. 15 0.20 質(zhì)量％ (下面簡(jiǎn)記為 “％”)C是為了獲得具有適當(dāng)強(qiáng)度、硬度的鋼所需的元素。如果C的含量不足0. 15%, 就無法得到規(guī)定的強(qiáng)度。另一方面，如果C的含量超過了 0.20%，則強(qiáng)度過高，難以調(diào)節(jié)屈 服比、硬度。另外，有效固溶C量增大則容易產(chǎn)生延遲破壞。因此，C的含量?jī)?yōu)選為0.15 0. 21%，更優(yōu)選為 0. 17 0. 20%。(2)Si :0. 05 1. 0%Si是作為鋼的脫氧劑添加的。為了獲得其效果，Si的含量需要在0.05%以上。另 一方面，如果Si的含量超過了 1.0%，則韌性變差。因此，Si的含量?jī)?yōu)選為0.05 1.0%。 更優(yōu)選的含量的下限值為0. 16%，最優(yōu)選的下限值為0.20%。另外，優(yōu)選含量上限值為 0. 35%。(3)Μη :0· 30 1. 0%Mn也具有與Si同樣的脫氧作用，但是，如果其含量不足0. 30%，則效果不明顯。另 外，如果含量超過了 1. 0%，則韌性變差。因此，Mn的含量?jī)?yōu)選為0. 30 1. 0%。為了確保 熱處理后的韌性，其含量的上限值優(yōu)選為0. 6%。(4) Cr 10. 5 14. 0%Cr是使鋼具有所需耐蝕性的基本成分。通過使Cr的含量為10. 5%以上，能改善 對(duì)點(diǎn)腐蝕及時(shí)間性腐蝕的耐蝕性，并且，在CO2環(huán)境下的耐蝕性顯著提高。另一方面，由于 Cr是鐵素體生成元素，所以，如果含量超過14.0%，在高溫加工時(shí)，容易生成δ鐵素體，使 熱加工性受損。另外，熱處理后的鋼的強(qiáng)度降低。因此，Cr的含量?jī)?yōu)選為10. 5 14.0%。(5) P :0· 020% 以下P的含量多時(shí)，鋼的韌性變差。因此，P的含量?jī)?yōu)選在0.020%以下。(6) S :0· 0050% 以下S的含量多時(shí)，鋼的韌性變差。另外，由于產(chǎn)生偏析，鋼管的內(nèi)表面品質(zhì)變差。因 此，S的含量?jī)?yōu)選在0. 0050%以下。(7) Al :0· 10% 以下Al作為雜質(zhì)存在于鋼中，如果其含量超過了 0.10%，鋼的韌性變差。因此，Al的 含量?jī)?yōu)選在0. 10%以下，更優(yōu)選在0.05%以下。(8)Μο:2·0% 以下將Mo添加到鋼中，可獲得提高鋼的強(qiáng)度、提高耐蝕性的效果。但是，如果其含量超 過2.0%，則鋼的馬氏體相變變得困難。因此，Mo的含量?jī)?yōu)選在2.0%以下。另外，由于Mo 是昂貴的合金元素，所以，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，其含量?jī)?yōu)選盡可能少。(9)V:0. 50% 以下將V添加到鋼中，可獲得提高鋼的屈服比的效果。但是，如果其含量超過了 0.50%，則鋼的韌性變差。因此，V的含量?jī)?yōu)選在0.50%以下。另外，由于V是昂貴的合金 元素，所以，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，其含量?jī)?yōu)選在0. 30 %以下。(IO)Nb :0· 020% 以下將Nb添加到鋼中，可獲得提高鋼強(qiáng)度的效果。但是，如果其含量超過了 0.020%， 則鋼的韌性變差。因此，Nb的含量?jī)?yōu)選在0.020%以下。另外，由于Nb是昂貴的合金元素，所以，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，其含量?jī)?yōu)選盡可能少。(Il)Ca :0· 0050% 以下如果Ca的含量超過了 0. 0050%，鋼中的雜質(zhì)增多，鋼的韌性變差。因此，Ca的含 量?jī)?yōu)選在0. 0050%以下。(12) N :0· 1000% 以下如果N的含量超過了 0. 1000%，則鋼的韌性變差。因此，V的含量?jī)?yōu)選在0. 1000% 以下。另外，在該范圍內(nèi)，N的含量較多時(shí)，通過增大有效固溶N量，容易產(chǎn)生延遲破壞。另 一方面，N的含量較少時(shí)，脫氮工序的效率降低，成為阻礙生產(chǎn)率的原因。因此，N的含量?jī)?yōu) 選為 0. 0100 0. 0500%。(13) Ti、B、NiTi、B、M能在鋼中作為少量的添加物或作為雜質(zhì)含有。但是，如果M的含量超過 0. 2%，則鋼的耐蝕性變差，所以，Ni的含量?jī)?yōu)選在0. 2%以下。(14) Fe和不可避免的雜質(zhì)用本發(fā)明制造的馬氏體類不銹鋼管的材料除了含有上述(1) (13)的成分外，還 含有Fe和不可避免的雜質(zhì)。下面，說明用本發(fā)明制造含有上述成分的馬氏體類不銹鋼管的方法。但是，由于淬 火工序以外的其它工序可采用公知的方法。所以，本說明書中，只說明淬火工序。圖1是采用本發(fā)明的制造方法時(shí)的鋼管的外表面溫度隨時(shí)間變化的示意圖，圖1 中(a)是表示鋼管的外表面溫度隨時(shí)間變化的曲線，圖1中(b)表示圖1中(a)所示區(qū)域 A的放大圖。另外，為了便于說明，圖1中(a)中也一并示出了采用比較例的制造方法時(shí)的 鋼管外表面溫度隨時(shí)間變化的曲線。如圖1所示，在本發(fā)明的制造方法中的熱處理工藝中， 為了將鋼管淬火，包含了加熱工序、第1冷卻工序、第2冷卻工序和第3冷卻工序。加熱工序是將鋼管加熱到其外表面溫度為(A3相變點(diǎn)+20°C )以上、980°C以下的 規(guī)定溫度Tl的工序。將鋼管的外表面溫度加熱到(A3相變點(diǎn)+20°C)以上的目的在于使鋼 管材料完全相變?yōu)閵W氏體組織。另一方面，將鋼管的外表面溫度加熱成為980°C以下的原因 在于，如果加熱到超過了 980°C，則鋼管材料的晶粒粗大化，鋼管的韌性降低。另外，形成在 鋼管表面的氧化皮的性狀惡化，檢查時(shí)產(chǎn)生不良影響。上述加熱工序可以將鋼管運(yùn)入適當(dāng)?shù)募訜釥t內(nèi)進(jìn)行。另外，為了將鋼管的外表面 溫度控制在規(guī)定溫度Tl，只要將加熱爐內(nèi)的爐溫設(shè)定在溫度Tl即可。第1冷卻工序是將通過上述加熱工序被加熱后的鋼管水冷到其外表面溫度為 3500C以上的規(guī)定溫度T2的工序。將進(jìn)行該第1冷卻工序的外表面溫度的下限值設(shè)定為 350°C以上的規(guī)定溫度T2的原因在于，若在Ms點(diǎn)(鋼管材料的馬氏體相變開始溫度約 330°C左右)附近的溫度對(duì)鋼管進(jìn)行水冷(以約2V /sec的冷卻速度冷卻)，則會(huì)導(dǎo)致鋼管 產(chǎn)生淬裂。上述第1冷卻工序可以采用向鋼管的外表面噴射冷卻水的噴淋方式的水冷裝置 等進(jìn)行。另外，上述第1冷卻工序也可以不采用該噴淋方式的水冷卻裝置，而采用用于除去 鋼管外表面的氧化皮的除氧化皮裝置進(jìn)行，或者也可以同時(shí)采用除氧化皮裝置與該噴淋方 式的水冷卻裝置。另外，為了將鋼管的外表面溫度控制為規(guī)定溫度T2，例如只要將輻射溫度 計(jì)設(shè)置在上述水冷裝置內(nèi)、水冷裝置出側(cè)且噴射冷卻水直到用該輻射溫度計(jì)測(cè)定的鋼管的外表面溫度達(dá)到T2即可。第2冷卻工序是將通過上述第1冷卻工序被水冷后的鋼管空冷(例如以不足1°C / sec的冷卻速度冷卻)到其外表面溫度為250°C以下的規(guī)定溫度T3的工序。將進(jìn)行該第2 冷卻工序的外表面溫度的下限值設(shè)定為250°C以下的原因在于，為了在后續(xù)的第3冷卻工 序中選擇水冷時(shí)可靠地避免在上述Ms點(diǎn)附近的溫度進(jìn)行水冷時(shí)鋼管產(chǎn)生淬裂。上述第2冷卻工序可采用具有朝鋼管外表面及/或內(nèi)表面噴射空氣的噴嘴等的空 冷裝置進(jìn)行。或者，也可以不采用空冷裝置，而使其自然地放冷。另外，為了將鋼管的外表 面溫度控制為250°C以下的規(guī)定溫度T3，例如，只要將輻射溫度計(jì)設(shè)置在上述空冷裝置內(nèi)、 空冷裝置出側(cè)且噴射空氣直到該輻射溫度計(jì)測(cè)定的鋼管的外表面溫度成為T2即可。第3冷卻工序是將通過上述第2冷卻工序被空冷后的鋼管水冷或空冷到其外表面 溫度為常溫的工序。如上所述，在第2冷卻工序中，由于鋼管的外表面溫度被冷卻到250°C 以下的規(guī)定溫度T3，不用擔(dān)心鋼管會(huì)產(chǎn)生淬裂，所以，為了縮短冷卻時(shí)間，優(yōu)選采用水冷。在上述第3冷卻工序中采用水冷時(shí)，可采用與第1冷卻工序中使用的同樣的水冷 裝置等。另一方面，在上述第3冷卻工序中采用空冷時(shí)，可采用與第2冷卻工序中使用的同 樣的空冷裝置等，另外，當(dāng)然也可以將第2冷卻工序的冷卻時(shí)間延長(zhǎng)而作為第3冷卻工序。 另外，為了將鋼管的外表面溫度控制為常溫，例如，只要將輻射溫度計(jì)設(shè)置在上述水冷裝置 (或空冷裝置)內(nèi)、水冷裝置(或空冷裝置)出側(cè)且噴射冷卻水(或空氣)直到該輻射溫度 計(jì)測(cè)定的鋼管外表面溫度成為常溫即可。本發(fā)明的制造方法的特征在于，使得上述說明的第2冷卻工序中的鋼管的外表面 溫度的回?zé)崃縎 T(見圖1中(b))成為50°C以下地、根據(jù)鋼管的壁厚決定第1冷卻工序中 的冷卻速度。在圖1中(a)所示的比較例的情況下，由于第1冷卻工序中的冷卻速度比本發(fā)明 快，所以，鋼管的外表面溫度從Tl降到T2的時(shí)間tl'比本發(fā)明中的時(shí)間tl短。但是，在比 較例的情況下，由于第1冷卻工序中的冷卻速度較快，所以，在第1冷卻工序剛剛結(jié)束時(shí)的 鋼管內(nèi)外表面的溫度差變大，回?zé)崃? 1~超過501。因此，在第2冷卻工序中，鋼管的外表 面溫度達(dá)到250°C以下的規(guī)定溫度T3的時(shí)間t2'比本發(fā)明中的時(shí)間t2長(zhǎng)。在此，由于第1冷卻工序中的水冷的冷卻速度比第2冷卻工序中的空冷的冷卻速 度快得多，所以，如圖ι中(a)所示，通過降低回?zé)崃慷s短的空冷的冷卻時(shí)間(t2' -t2) 比通過加快第1冷卻工序中的冷卻速度而縮短的水冷的冷卻時(shí)間(tl-tl')長(zhǎng)得多。因 此，如本發(fā)明這樣，使回?zé)崃縎 T成為50°C以下地決定第1冷卻工序中的冷卻速度，使第2 冷卻工序的冷卻時(shí)間大幅度縮短，則可以使整個(gè)冷卻工序(第1冷卻工序、第2冷卻工序和 第3冷卻工序)所需的時(shí)間比比較例縮短。即，可以使(tl+t2+t3) < (tl' +t2' +t3')。另外，上述的回?zé)崃喀?T與鋼管的壁厚有關(guān)，所以，如上所述，只要根據(jù)鋼管的壁 厚決定第1冷卻工序中的冷卻速度即可。另外，第1冷卻工序中的冷卻速度例如可以通過調(diào)節(jié)從上述水冷裝置等噴射的冷 卻水的每單位時(shí)間水量來控制。另外，第2冷卻工序中的回?zé)崃喀腡例如可通過將輻射溫 度計(jì)設(shè)在上述空冷裝置內(nèi)且檢測(cè)利用該輻射溫度計(jì)測(cè)定的鋼管外表面溫度的變化量(從 空冷剛剛開始后的變化量)來測(cè)定。另外，只要使測(cè)定的回?zé)崃喀摩吵蔀?0°C以下地調(diào)節(jié) 第1冷卻工序中的每單位時(shí)間的水量即可。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，由于縮短了淬火時(shí)的冷卻時(shí)間(進(jìn)行第1冷卻 工序 第3冷卻工序所需的時(shí)間tl+t2+t3)，所以，可高效率地制造馬氏體類不銹鋼管。下面，通過表示實(shí)施例更清楚地說明本發(fā)明的特征。對(duì)外徑為180mm、壁厚分別為5mm、10mm、15mm的鋼管實(shí)施了淬火試驗(yàn)。具體地說， 對(duì)具有上述尺寸、含有表1所示成分的鋼管加熱，使其外表面溫度成為950°C (相當(dāng)于本發(fā) 明的加熱工序)。再把該被加熱后的鋼管水冷，使其外表面溫度成為350以上的規(guī)定溫度 (目標(biāo)溫度500°C)(相當(dāng)于本發(fā)明的第1冷卻工序)。接著，將該被水冷后的鋼管空冷，使 其外表面溫度成為250°C以下的規(guī)定溫度(目標(biāo)溫度200°C)(相當(dāng)于本發(fā)明的第2冷卻工 序)，再將其水冷到常溫(相當(dāng)于本發(fā)明的第3冷卻工序)。表1
元素 CSiMnPSCrAlCa質(zhì)量％0. 1800. 3100. 4000. 0180. 002612. 580.00080.0006 在上述第1冷卻工序中，先用除氧化皮裝置將鋼管的外表面溫度從950°C冷卻到 8500C，接著，采用向鋼管的外表面噴射冷卻水的噴淋方式的水冷裝置將外表面溫度冷卻到 350°C以上的規(guī)定溫度(目標(biāo)溫度500°C)。這時(shí)，調(diào)節(jié)從水冷裝置噴射的冷卻水的每單位 時(shí)間水量，將冷卻速度變更為各種值。另外，上述第2冷卻工序是采用具有向鋼管外表面和 內(nèi)表面噴射空氣的噴嘴等的空冷裝置進(jìn)行的。另外，上述第3冷卻工序是采用與上述第1 冷卻工序中使用的同樣的噴淋方式的水冷裝置進(jìn)行的。將輻射溫度計(jì)設(shè)置在第1冷卻工序中使用的水冷裝置的出側(cè)，測(cè)定水冷剛剛結(jié)束 時(shí)(空冷開始時(shí))的鋼管的外表面溫度。另外，一邊進(jìn)行第2冷卻工序，一邊用便攜式輻射 溫度計(jì)測(cè)定鋼管的外表面溫度，檢測(cè)所測(cè)定的外表面溫度的變化量，從而測(cè)出外表面溫度 的回?zé)崃俊Ａ硪环矫?，與上述淬火試驗(yàn)并行地，用基于傳熱計(jì)算的數(shù)值模擬算出第1冷卻工 序剛剛結(jié)束時(shí)的鋼管內(nèi)外表面溫度。具體地說，基于下式(1)算出鋼管內(nèi)外表面溫度的每 單位時(shí)間的溫度變化量Δ T，將該溫度變化量Δ T以第1冷卻工序的冷卻時(shí)間進(jìn)行時(shí)間積 分，這樣，算出鋼管的外表面溫度從850°C到500°C時(shí)的內(nèi)表面溫度。ΔΤ = tw+{(tm-tw)X(X/ag)}/(X/ag-AX/2)··· (1)上式⑴中，Δ T是每單位時(shí)間的溫度變化量，tw是冷卻水的水溫，tm是鋼管的溫 度，λ是鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)，Cig是導(dǎo)熱系數(shù)(外表面是水和鋼管之間的導(dǎo)熱系數(shù)，內(nèi)表面是 空氣和鋼管之間的導(dǎo)熱系數(shù))，△ X是鋼管的單位厚度。另外，如下式(2)所示，鋼管的內(nèi)外表面溫度受鋼管壁厚方向的溫度分布的影響。tmx = {t ηι(Χ-ΔΧ/2)+ ηι(Χ+ΔΧ/2)} /2- · ·⑵
在上述式⑵中，tmx是在壁厚方向離開鋼管表面(內(nèi)表面或外表面)的距離X位 置處的鋼管的溫度。因此，用本數(shù)值模擬算出的鋼管的表面(內(nèi)表面或外表面)溫度是將上述式(1) 時(shí)間積分獲得的鋼管的表面(內(nèi)表面或外表面)溫度與在壁厚方向距該表面ΔΧ處的壁中 部的溫度的中間值。上述式⑴所示的導(dǎo)熱系數(shù)(鋼管的外表面的導(dǎo)熱系數(shù))α g是由冷卻水的每單 位時(shí)間水量及鋼管的溫度決定的值。因此，在數(shù)值模擬中，根據(jù)上述淬火試驗(yàn)時(shí)設(shè)定的冷卻 水的每單位時(shí)間水量改變了該導(dǎo)熱系數(shù)ag。圖2表示上述淬火試驗(yàn)和數(shù)值模擬的結(jié)果。另外，圖2中所示的“冷卻時(shí)間”和“冷 卻速度”，是指在第1冷卻工序中采用噴淋方式的水冷裝置的冷卻時(shí)間和冷卻速度。另外， “外表面溫度”和“內(nèi)表面溫度”是指第1冷卻工序剛剛結(jié)束時(shí)的鋼管的外表面溫度和內(nèi)表 面溫度。另外，“總冷卻時(shí)間”是指整個(gè)冷卻工序(第1冷卻工序、第2冷卻工序、第3冷卻 工序)所需的冷卻時(shí)間。另外，圖2中所示的“評(píng)價(jià)”欄中，相對(duì)于將第2冷卻工序中的回?zé)?量假設(shè)為0°C時(shí)所需的總冷卻時(shí)間，需要1. 3倍以上的總冷卻時(shí)間時(shí)為“ X ”，需要不足1. 3 倍的總冷卻時(shí)間時(shí)為“O”。如圖2所示，試驗(yàn)證明，如果使回?zé)崃砍蔀?0°C以下地決定水冷的冷卻速度(試驗(yàn) No. 1 6、9及10)，可以縮短整個(gè)冷卻工序所需的冷卻時(shí)間。另外，使回?zé)崃繛?0°C以下 所需的冷卻速度，即使回?zé)崃看笾孪嗤?，也因鋼管的壁厚不同而不?例如，即使回?zé)崃客?樣為47°C，冷卻速度(實(shí)測(cè)值)在試驗(yàn)No. 4中是59°C /sec，而在試驗(yàn)No. 10中，是14°C / sec。)因此，需要根據(jù)鋼管的壁厚來決定第1冷卻工序中的鋼管的冷卻速度。另外，從數(shù)值 模擬的結(jié)果可知，為了使回?zé)崃砍蔀?0°C以下，需要使第1冷卻工序剛剛結(jié)束時(shí)的鋼管的 內(nèi)外表面溫度差為約100°C以下。
權(quán)利要求
一種馬氏體類不銹鋼管的制造方法，其特征在于，具有包含加熱工序、第1冷卻工序、第2冷卻工序和第3冷卻工序的熱處理工藝；其中，上述加熱工序?qū)摴芗訜岬狡渫獗砻鏈囟葹?A3相變點(diǎn)+20℃)以上、980℃以下的規(guī)定溫度；上述第1冷卻工序?qū)⑸鲜霰患訜岷蟮匿摴芩涞狡渫獗砻鏈囟葹?50℃以上的規(guī)定溫度；上述第2冷卻工序?qū)⑸鲜霰凰浜蟮匿摴芸绽涞狡渫獗砻鏈囟葹?50℃以下的規(guī)定溫度；上述第3冷卻工序?qū)⑸鲜霰豢绽浜蟮匿摴芩浠蚩绽涞狡渫獗砻鏈囟葹槌?，根?jù)鋼管的壁厚決定上述第1冷卻工序中的鋼管的冷卻速度以使上述第2冷卻工序中的鋼管的外表面溫度的回?zé)崃砍蔀?0℃以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能縮短熱處理工藝中為進(jìn)行淬火的冷卻所需的時(shí)間、且高效率地制造馬氏體類不銹鋼管的方法。本發(fā)明的馬氏體類不銹鋼管的制造方法的特征在于具有包含將鋼管加熱到其外表面溫度為(A3相變點(diǎn)+20℃)以上、980℃以下的規(guī)定溫度的加熱工序、將上述被加熱后的鋼管水冷到其外表面溫度為350℃以上的規(guī)定溫度的第1冷卻工序、將上述被水冷后的鋼管空冷到其外表面溫度為250℃以下的規(guī)定溫度的第2冷卻工序、將上述被空冷后的鋼管水冷或空冷到其外表面溫度為常溫的第3冷卻工序的熱處理工藝。另外，使上述第2冷卻工序中的鋼管的外表面溫度的回?zé)崃砍蔀?0℃以下地、根據(jù)鋼管的壁厚決定上述第1冷卻工序中的鋼管的冷卻速度。
文檔編號(hào)C21D9/08GK101932736SQ20088001043
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者森伸行 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社