無縫鋼管的加熱方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無縫鋼管的加熱方法，包括環(huán)形加熱爐的溫度制度、加熱時(shí)間、壓力制度、氣氛制度。本發(fā)明能夠形成均勻的奧氏體組織，減少氧化燒損，全部消除屈服強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度性能指標(biāo)偏低缺陷。
【專利說明】
無縫鋼管的加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種金屬壓力加工技術(shù)，具體說，涉及一種無縫鋼管的加熱方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 管坯在乳制前需要在環(huán)形加熱爐中加熱到合適的乳制溫度，然后乳制成管。結(jié)構(gòu) 管的技術(shù)要求是高屈服強(qiáng)度、高沖擊韌性，對(duì)管坯中的化學(xué)成分均勻性、碳化物均勻性有嚴(yán) 格要求。常溫下的結(jié)構(gòu)管組織狀態(tài)為鐵素體+滲碳體，管坯的加熱過程實(shí)際上是碳化物擴(kuò)散 和溶解以及奧氏體均勻化的過程。管坯加熱方法對(duì)改善產(chǎn)品性能有至關(guān)重要的作用。如果 加熱工藝不合理，不能形成均勻的奧氏體，將導(dǎo)致屈服強(qiáng)度、沖擊韌性等性能指標(biāo)不能滿足 標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0003] 管坯加熱時(shí)，隨溫度升高而發(fā)生相變。在鋼溫超過相變臨界點(diǎn)后，管坯內(nèi)部組織將 從常溫下的兩相組織狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嘟M織奧氏體。此時(shí)鋼的塑性較好，其變形抗力大為降 低，易于進(jìn)行壓力加工。因此確定合理的管坯加熱溫度范圍，有利于提高鋼的塑性，降低變 形抗力。
[0004] 米用350mm、390mm、430mm直徑的管還乳制322mm系列、403mm系列、482mm系列中厚 壁鋼管，乳制時(shí)乳制力相對(duì)小，管坯容易出現(xiàn)碳化物分布不均的特點(diǎn)，鋼管的屈服強(qiáng)度、沖 擊韌性指標(biāo)偏低。這就需要在管坯加熱、乳制、乳制控冷、乳后控冷過程中采用合理的工藝， 同時(shí)不能出現(xiàn)管坯過熱和過燒。因此如何制定合理的加熱方法，使奧氏體均勻分布，應(yīng)避免 鋼的過熱、過燒。過熱管坯內(nèi)部的晶粒增長過大、晶粒組織結(jié)合力降低，造成鋼管的屈服強(qiáng) 度、沖擊韌性等性能指標(biāo)變壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種無縫鋼管的加熱方法，能夠消除管坯碳化物 不均的問題，細(xì)化晶粒度、防止晶粒長大。
[0006] 技術(shù)方案如下：
[0007] -種無縫鋼管的加熱方法，包括環(huán)形加熱爐的溫度制度、加熱時(shí)間、壓力制度、氣 氛制度；
[0008] 溫度制度中，延長預(yù)熱段，預(yù)熱段要求全部關(guān)閉燒嘴，降低加熱區(qū)中低溫加熱區(qū)溫 度，低溫加熱區(qū)溫度為800°C-1100°C，緩慢加熱，加熱速度為50-160°C/小時(shí)，加熱時(shí)間為1-3小時(shí);強(qiáng)化加熱區(qū)中的高溫加熱區(qū)的溫度，當(dāng)管坯溫度超過600 °C以后快速加熱，加熱速度 范圍為250-270°C/小時(shí)，直到表面溫度迅速升高到出爐所要求的溫度;均熱段進(jìn)行均熱，加 熱速度為5-60°C/小時(shí)，均熱時(shí)間0.8-4小時(shí)，此時(shí)鋼的表面溫度不再升高，使中心溫度逐漸 上升，縮小斷面上的溫度差;控制出爐坯料穿孔后溫度，穿孔后溫度為1160_1250°C ;
[0009] 通過控制加熱爐的出鋼節(jié)奏50~200秒，來保證3-11小時(shí)的加熱時(shí)間；
[0010]壓力制度中，控制爐底附近的爐氣壓力，采取微正壓操作，爐膛壓力控制為0.5~ 15Pa；
[0011] 氣氛制度中，預(yù)熱段和加熱段氣氛為弱氧化性氣氛，弱氧化性氣氛使鋼中有害氣 體借助于高溫?cái)U(kuò)散作用被排除;夾雜或帶狀組織通過高溫?cái)U(kuò)散作用而被溶解或彌散化，以 利乳后均勻析出；
[0012] 均熱區(qū)為弱還原氣氛，以減少管坯的氧化燒損，氣氛制度是通過調(diào)整燃料的空然 比和空氣過剩系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。
[0013] 進(jìn)一步:環(huán)形加熱爐包括預(yù)熱區(qū)以及一區(qū)至六區(qū)，直徑350mm的坯料將預(yù)熱區(qū)和一 區(qū)作為預(yù)熱段，直徑390mm和430mm坯料將爐子的預(yù)熱區(qū)當(dāng)預(yù)熱段，預(yù)熱區(qū)溫度<700°C;直 徑350mm管坯將二區(qū)、三區(qū)定為低溫加熱區(qū)，二區(qū)溫度為<950°C，三區(qū)溫度為<1100°C;直 徑390mm和直徑430mm管坯將一區(qū)、二區(qū)作為低溫加熱區(qū)，一區(qū)溫度為彡950°C，控制將二區(qū) 溫度為<1100°(：;三區(qū)和四區(qū)為高溫加熱區(qū)，控制三區(qū)溫度為1050-1250°(：之間，強(qiáng)化加熱 0.4-3小時(shí)，四區(qū)溫度為1200-1290 °C之間，強(qiáng)化加熱時(shí)間0.4-2小時(shí)，直徑350mm的管坯將四 區(qū)為高溫加熱區(qū)，加熱溫度為1200-1270°C之間，直徑390mm和430mm的坯料將三區(qū)和四區(qū)作 為高溫加熱區(qū)，三區(qū)溫度為1180-1250°C之間，四區(qū)溫度為1200-1290°C之間；控制五區(qū)溫度 為1260-1300°C，均熱保溫0.4-2小時(shí)，控制六區(qū)溫度為1250-1290°C，將均熱溫度降低5-10 °C后的保溫時(shí)間為0.4-2小時(shí)。
[0014]進(jìn)一步:預(yù)熱區(qū)的平面角度為87°，一區(qū)的角度為41°，二區(qū)的角度為43°，三區(qū)的角 度為47°，四區(qū)的角度為47°，五區(qū)的角度為40°，六區(qū)的角度為45°，裝料與出料區(qū)的夾角角 度為10°。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)效果包括：
[0016] 1、本發(fā)明能夠消除管坯碳化物不均的問題，細(xì)化了晶粒度、防止了晶粒長大。消除 了 16Mn無縫鋼管性能指標(biāo)偏低的問題，得到了穩(wěn)定的奧氏體組織，屈服強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度性能 指標(biāo)偏低缺陷全部消除，性能合格率達(dá)到100%。
[0017] 2、本發(fā)明兼顧了產(chǎn)量和質(zhì)量兩方面，本發(fā)明還加長了預(yù)熱段，出爐廢氣溫度較低， 熱能的利用較好，單位燃料消耗降低。加熱段可以強(qiáng)化供熱，快速加熱減少了氧化和脫碳， 并保證爐子有較高的生產(chǎn)率。
[0018] 3、均熱區(qū)為弱還原氣氛能減少管坯的氧化燒損，燒損率小于2.2%。
[0019] 4、經(jīng)濟(jì)效益顯著增強(qiáng)。
[0020] 年經(jīng)濟(jì)效益:共節(jié)能降耗1111.08萬元。月經(jīng)濟(jì)效益:共降成本98萬元。
[0021] (1)月節(jié)省熱處理費(fèi)用= 1400*500 = 70萬元。性能合格率提高了 1400/40000* 100 % = 3.5 %，月產(chǎn)量40000噸，性能不合格產(chǎn)品熱處理費(fèi)用為500元/噸。
[0022] (2)降低天然氣單耗:3.53m3/噸。降低天然氣成本:40000(月產(chǎn)量)*4.53(月單耗 降低值)*1.6(天然氣單價(jià)元/m3) = 29萬元/月。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明中環(huán)形加熱爐的分區(qū)示意圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明中未使用本發(fā)明技術(shù)的管坯金相圖；
[0025] 圖3是本發(fā)明中使用本發(fā)明技術(shù)后的管坯金相圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施 例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，基于本申請(qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其它類同實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的 范圍。
[0027] 本發(fā)明中，加熱無縫鋼管的環(huán)形加熱爐共計(jì)有七個(gè)區(qū)，采用(預(yù)熱段、加熱段、均熱 段)三段式加熱，環(huán)形加熱爐各段采用最佳的加熱溫度、加熱時(shí)間、加熱速度、壓力制度、氣 氛制度。
[0028] 如圖1所示，是本發(fā)明中環(huán)形加熱爐的分區(qū)示意圖。
[0029] 加熱無縫鋼管的環(huán)形加熱爐共計(jì)有七個(gè)區(qū)，包括預(yù)熱區(qū)，以及一區(qū)到六區(qū)，其中預(yù) 熱區(qū)的平面角度為87°，一區(qū)的角度為41°，二區(qū)的角度為43°，三區(qū)的角度為47°，四區(qū)的角 度為47°，五區(qū)的角度為40°，六區(qū)的角度為45°，裝料與出料區(qū)的夾角角度為10°。三段式加 熱制度既考慮了加熱初期溫度應(yīng)力的危險(xiǎn)，又考慮了中期快速加熱和最后溫度的均勻性， 兼顧了產(chǎn)量和質(zhì)量兩方面。環(huán)形加熱爐由于有預(yù)熱段，出爐廢氣溫度較低，熱能的利用較 好，單位燃料消耗低。加熱段可以強(qiáng)化供熱，快速加熱減少了氧化和脫碳，并保證爐子有較 高的生產(chǎn)率。
[0030] 1、溫度制度。
[0031] (1)延長預(yù)熱段，預(yù)熱段要求全部關(guān)閉燒嘴，關(guān)閉燒嘴可以降低排煙溫度，利于節(jié) 能。
[0032] 直徑350mm的坯料將預(yù)熱區(qū)和一區(qū)作為預(yù)熱段，直徑390mm和430mm坯料將爐子的 預(yù)熱區(qū)當(dāng)預(yù)熱段用，預(yù)熱區(qū)溫度<700°C。
[0033] (2)降低加熱區(qū)中低溫加熱區(qū)溫度，低溫加熱區(qū)溫度為800°C-1100°C，緩慢加熱， 加熱速度為50_160°C/小時(shí)，加熱時(shí)間為1-3小時(shí)，這時(shí)溫度應(yīng)力小，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋。
[0034] 絕大多數(shù)的鋼種在600°C以下時(shí)其塑性較差，因此應(yīng)采取低溫慢速加熱，降低低溫 加熱區(qū)溫度、緩慢加熱，一般鋼溫應(yīng)當(dāng)比爐子電偶溫度低50-200度。因此直徑350mm坯料將 二區(qū)、三區(qū)定為低溫加熱區(qū)，二區(qū)溫度為<950°C，三區(qū)溫度為<1100°C;直徑390mm和直徑 430mm坯料將一區(qū)、二區(qū)作為低溫加熱區(qū)，一區(qū)溫度為<950°C，控制將二區(qū)溫度為<1100 cC。
[0035] (3)強(qiáng)化加熱區(qū)中的高溫加熱區(qū)的溫度。
[0036]當(dāng)管坯溫度超過600 °C以后，進(jìn)入塑性范圍，這時(shí)就可以快速加熱，詳見表3，加熱 速度范圍為250-270°C/小時(shí)，直到表面溫度迅速升高到出爐所要求的溫度?？刂迫齾^(qū)溫度 為1050-1250°C之間，強(qiáng)化加熱0.4-3小時(shí)，四區(qū)溫度為1200-1290°C之間，強(qiáng)化加熱時(shí)間 0.4-2小時(shí)。隨加熱溫度的提高，原子擴(kuò)散速率急劇加快，使得奧氏體化速度大大增加，形成 所需時(shí)間縮短。加熱溫度相同時(shí)，加熱速度越快，過熱度越大，奧氏體的實(shí)際形成溫度越高， 形核率的增加大于長大速度，使奧氏體晶粒越細(xì)小。因此采用快速加熱工藝來獲得超細(xì)化 晶粒。
[0037] 直徑350mm的坯料將四區(qū)為高溫加熱區(qū)，加熱溫度為1200-1270°C之間；直徑390mm 和430mm的坯料將三區(qū)和四區(qū)作為高溫加熱區(qū)，三區(qū)溫度為1180-1250°C之間，四區(qū)溫度為 1200-1290 °C 之間。
[0038] (4)均熱段進(jìn)行均熱。
[0039] 均熱段是奧氏體成分均勻化的關(guān)鍵階段。當(dāng)滲碳體剛剛?cè)咳谌電W氏體后，奧氏 體內(nèi)碳濃度仍是不均勻的，只有經(jīng)歷長時(shí)間的保溫或繼續(xù)加熱，讓碳原子急性充分的擴(kuò)散 才能獲得成分均勻的奧氏體。
[0040] 加熱期結(jié)束時(shí)，管坯斷面上還有較大的溫度差，需要進(jìn)入均熱期進(jìn)行均熱，因此應(yīng) 當(dāng)緩慢進(jìn)入均熱段，加熱速度為5_60°C/小時(shí)，均熱時(shí)間0.8-4小時(shí)，此時(shí)鋼的表面溫度不再 升高，而使中心溫度逐漸上升，縮小斷面上的溫度差。適當(dāng)降低均熱二段的溫度，利于加熱 長大的晶粒度進(jìn)一步細(xì)化?？刂凭鶡嵋欢?五區(qū)）溫度為1260-1300°C，均熱保溫0.4-2小時(shí)， 控制均熱二段(六區(qū)）溫度為1250-1290 °C，將均熱溫度降低5-10°C后的保溫時(shí)間為0.4-2小 時(shí)。
[00411 (5)控制出爐坯料穿孔后溫度，穿孔后溫度為1160-1250°C，該溫度范圍使金屬變 形抗力小、利于塑性變形。
[0042] 2、加熱時(shí)間。
[0043] 管坯的加熱時(shí)間是指管坯進(jìn)爐后經(jīng)過預(yù)熱、加熱及均熱過程達(dá)到所要求的加熱溫 度時(shí)所必需的最少時(shí)間。管坯加熱時(shí)，在高溫下奧氏體化過程中，除了體心立方點(diǎn)陣的鐵素 體轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎近c(diǎn)陣外還伴隨著滲碳體點(diǎn)陣的破壞，并溶解于奧氏體中，再加上碳原子 在奧氏體中的擴(kuò)散，使奧氏體的成分與組織進(jìn)一步均勻化。加熱溫度和保溫時(shí)間愈長，奧氏 體成分愈均勻，晶粒越粗大，增大奧氏體的穩(wěn)定性?？茖W(xué)的管坯加熱時(shí)間能改善鋼的組織性 能，使其組織均勻化。管坯的加熱時(shí)間取決于鋼種、斷面尺寸、爐型、爐溫及分布、管坯在爐 內(nèi)的擺放情況、鋼表面的黒度、鋼的導(dǎo)熱性及其加熱速度等。通過控制加熱爐的出鋼節(jié)奏50 ~200秒，來保證3-11小時(shí)的加熱時(shí)間。
[0044] 3、壓力制度。
[0045]爐膛壓力是指單位體積的環(huán)形加熱爐內(nèi)熱煙氣與外界空氣之間的壓力差。控制爐 膛壓力，是指控制爐底附近的爐氣壓力，應(yīng)采取微正壓操作，爐膛壓力控制為0 · 5~15Pa。穩(wěn) 定的微正壓操作時(shí)，爐門或其它爐底縫隙處稍有火苗，但沒有冷空氣吸入爐內(nèi)，能有效的減 少爐膛的上下溫差，保證爐底溫度穩(wěn)定，有利于管坯均勻加熱。
[0046] 4、氣氛制度。
[0047] 預(yù)熱段和加熱段氣氛為弱氧化性氣氛，弱氧化性氣氛可使鋼中有害氣體借助于高 溫的擴(kuò)散作用被排除；有些夾雜或帶狀組織通過高溫?cái)U(kuò)散作用而被溶解或彌散化，以利乳 后均勻析出。
[0048] 均熱區(qū)為弱還原氣氛能減少管坯的氧化燒損。氣氛制度是通過調(diào)整燃料的空然比 和空氣過剩系數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，將殘氧控制在一定范圍內(nèi)。
[0049] 下面以16Mn鋼為例，對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
[0050] l、16Mn鋼的化學(xué)成分如表1所示。
[0051] 表 1
[0053] 2、溫度制度，如表2所示。
[0054] 表 2
[0059] 4、空燃比的控制。
[0060] 空氣：天然氣=9~10:1
[0061 ] 5、空氣過剩系數(shù)的控制，如表4所示。
[0062]表 4

[0067] 7、金相圖。
[0068] 如圖2所示，是本發(fā)明中未使用本發(fā)明技術(shù)的管坯金相圖。
[0069] 未使用本加熱方法前，性能指標(biāo)不合格，金相組織含有魏氏組織，顯微組織為F(鐵 素體)+P(珠光體)+W(魏氏體）；晶粒度為6.5級(jí)。
[0070] 如圖3所示，是本發(fā)明中使用本發(fā)明技術(shù)后的管坯金相圖。
[0071] 通過本發(fā)明的應(yīng)用，產(chǎn)品性能得到很好的改善，性能指標(biāo)均合格，金相組織為F(鐵 素體)+P(珠光體）；晶粒度為7.5級(jí)。
[0072] 此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包 含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無縫鋼管的加熱方法，其特征在于:包括環(huán)形加熱爐的溫度制度、加熱時(shí)間、壓 力制度、氣氛制度； 溫度制度中，延長預(yù)熱段，預(yù)熱段要求全部關(guān)閉燒嘴，降低加熱區(qū)中低溫加熱區(qū)溫度， 低溫加熱區(qū)溫度為800°C-1100°C，緩慢加熱，加熱速度為50-160°C/小時(shí)，加熱時(shí)間為1-3小 時(shí)；強(qiáng)化加熱區(qū)中的高溫加熱區(qū)的溫度，當(dāng)管坯溫度超過600°C以后快速加熱，加熱速度范 圍為250-270°C/小時(shí)，直到表面溫度迅速升高到出爐所要求的溫度;均熱段進(jìn)行均熱，加熱 速度為5-60°C/小時(shí)，均熱時(shí)間0.8-4小時(shí)，此時(shí)鋼的表面溫度不再升高，使中心溫度逐漸上 升，縮小斷面上的溫度差;控制出爐坯料穿孔后溫度，穿孔后溫度為1160-1250°C ; 通過控制加熱爐的出鋼節(jié)奏50~200秒，來保證3-11小時(shí)的加熱時(shí)間； 壓力制度中，控制爐底附近的爐氣壓力，采取微正壓操作，爐膛壓力控制為0.5~15Pa; 氣氛制度中，預(yù)熱段和加熱段氣氛為弱氧化性氣氛，弱氧化性氣氛使鋼中有害氣體借 助于高溫?cái)U(kuò)散作用被排除;夾雜或帶狀組織通過高溫?cái)U(kuò)散作用而被溶解或彌散化，以利乳 后均勻析出； 均熱區(qū)為弱還原氣氛，以減少管坯的氧化燒損，氣氛制度是通過調(diào)整燃料的空然比和 空氣過剩系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。2. 如權(quán)利要求1所述無縫鋼管的加熱方法，其特征在于:環(huán)形加熱爐包括預(yù)熱區(qū)以及一 區(qū)至六區(qū)，直徑350mm的還料將預(yù)熱區(qū)和一區(qū)作為預(yù)熱段，直徑390mm和430mm還料將爐子的 預(yù)熱區(qū)當(dāng)預(yù)熱段，預(yù)熱區(qū)溫度<700°C;直徑350mm管坯將二區(qū)、三區(qū)定為低溫加熱區(qū)，二區(qū) 溫度為彡950 °C，三區(qū)溫度為彡1100°C;直徑390mm和直徑430mm管坯將一區(qū)、二區(qū)作為低溫 加熱區(qū)，一區(qū)溫度為<950°C，控制將二區(qū)溫度為<1100°C;三區(qū)和四區(qū)為高溫加熱區(qū)，控制 三區(qū)溫度為1050-1250°C之間，強(qiáng)化加熱0.4-3小時(shí)，四區(qū)溫度為1200-1290°C之間，強(qiáng)化加 熱時(shí)間0.4-2小時(shí)，直徑350mm的管坯將四區(qū)為高溫加熱區(qū)，加熱溫度為1200-1270°C之間， 直徑390mm和430mm的坯料將三區(qū)和四區(qū)作為高溫加熱區(qū)，三區(qū)溫度為1180-1250°C之間，四 區(qū)溫度為1200_1290°C之間；控制五區(qū)溫度為1260-1300°C，均熱保溫0.4-2小時(shí)，控制六區(qū) 溫度為1250-1290°C，將均熱溫度降低5-10°C后的保溫時(shí)間為0.4-2小時(shí)。3. 如權(quán)利要求2所述無縫鋼管的加熱方法，其特征在于:預(yù)熱區(qū)的平面角度為87°，一區(qū) 的角度為41°，二區(qū)的角度為43°，三區(qū)的角度為47°，四區(qū)的角度為47°，五區(qū)的角度為40°， 六區(qū)的角度為45°，裝料與出料區(qū)的夾角角度為10°。
【文檔編號(hào)】B21B37/74GK106086372SQ201610631342
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月2日 公開號(hào)201610631342.2, CN 106086372 A, CN 106086372A, CN 201610631342, CN-A-106086372, CN106086372 A, CN106086372A, CN201610631342, CN201610631342.2
【發(fā)明人】藺俐枝, 楊世龍, 吳明宏, 倪鑫, 趙強(qiáng), 郭利中, 房旭, 馬俊強(qiáng), 馬新宇
【申請(qǐng)人】內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司