無縫管30MnCrMo鋼接箍熱處理探討范文

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摘要：通過對實驗鋼30MnCrMo與對比鋼25CrMnMo淬透性檢驗發現30MnCrMo實驗鋼淬透性明顯優于25CrMnMo對比鋼。同時對30MnCrMo的熱處理工藝進行探索，發現30MnCrMo鋼回火溫度升高80℃，屈服強度降低約240MPa，抗拉強度降低約180MPa，0℃沖擊韌性提高了50J左右，相較于25CrMnMo強度降低明顯。淬火試驗結果表明：一定溫度(880℃/890℃)淬火后進行不同程度的回火，力學性能可以滿足不同的技術要求。

關鍵詞：無縫管；30mncrmo；25CrMnMo；熱處理

無縫鋼管是一種對我國國民經濟建設起著重要的作用的鋼鐵材料，作為“工業血管”的無縫管在各個高尖端領域內都有著決定性的作用，特別是隨著經濟實力的發展，對無縫鋼管的要求也更加的嚴格[1-2]。在我國，油氣開采領域占有無縫鋼管很大部分市場，但目前我國自己生產的無縫鋼管大部分仍屬于中低檔級別，能夠達到API級別的高鋼級的油井管品種很少[3-6]。縫鋼管經熱處理之后性能的提升是由于在熱處理過程中加熱和冷卻時，其內部的組織結構發生了變化，所以要制定行之有效的熱處理工藝來保證成形的質量，必須首先了解材料在不同條件下的組織結構變化規律[7-12]。本文在滿足APIspec5CT標準的條件下，選用設計開發成本低，性能優良的30MnCrMo鋼材。通過對比研究25CrMnMo與新研發30MnCrMo鋼材的淬透性，分析新開發的鋼種的可靠性。然后對新研發的30MnCrMo鋼材進行熱處理實驗，并對熱處理之后的材料進行機械性能測試，分析是否達到設計標準。

1淬火溫度計算

對30#試樣30MnCrMo實驗鋼與25#試樣25CrmnMo對比鋼分別取樣進行淬透性檢驗，經計算30MnCrMo實驗鋼AC3為814℃，25CrmnMo對比鋼AC3為827℃。因此，30MnCrMo設定淬火溫度為880℃，25CrMnMo淬火溫度為890℃，端淬檢驗試樣一致，保溫時間均設為50分鐘。

2淬透性實驗

為保證結論的準確性，設立重復試驗30MnCrMo四組，25CrMnMo兩組。淬火后對端淬試樣距離端淬面不同點進行HRC檢驗，距端淬面不同距離的測試點檢驗結果見表1所示，測試點到端淬面距離的HRC見圖1。從表1和圖1可以看出，30#試樣即30MnCrMo實驗鋼距離端淬面25mm的測試點平均HRC為46.2，距離端淬面30mm的測試點平均HRC為41.9，從圖1可以看出，實驗鋼硬度值在25mm以后出現明顯拐點，說明淬火后顯微組織在此階段發生明顯變化，通過公式計算實驗鋼90%以上馬氏體最小硬度HRC為43.24，因此，實驗鋼可保證25mm以內獲得90%以上的馬氏體，針對API5CT標準最大壁厚22.22mm的尺寸，淬透性完全滿足。25#試樣即25CrMnMo對比鋼距離端淬面7mm的測試點平均HRC為44.3，距離端淬面9mm的測試點平均HRC為40.1，通過公式計算對比鋼90%以上馬氏體最小硬度HRC為41.5，對比鋼可保證7mm以內獲得90%以上的馬氏體。淬透性檢驗表明，實驗鋼測試點距端淬面25mm的HRC與對比鋼7mm處的HRC相當，說明實驗鋼淬透性明顯優于對比鋼。PSL1對接箍料馬氏體要求50%以上，因此，25CrMnMo接箍料生產持續很長一段時間，隨著用戶對材料各項性能指標要求越來越高，API5CT標準PSL2對接箍料提出90%以上的要求，25CrMnMo原有接箍料鋼種因其淬透性制約了接箍料的生產供應及市場推廣。

3熱處理實驗

無縫管的熱處理主要為了獲取具有更加優良性能的細小晶粒。金屬晶粒細小而均勻時，擁有良好的塑韌性以及較高的強度。因此淬火溫度不宜過高，保溫時間不宜過長。淬火后的到的馬氏體是一種不穩定的過飽和組織，需進行高溫回火處理，形成回火索氏體，從而獲得良好的綜合機械性能。適當的回火時間可減少材料內部的熱應力與組織應力，從而降低材料殘余應力，保證材料組織與性能的均勻性。25CrMnMo及30MnCrMo具體熱處理工藝如表2所示。

4械性能測試

25CrMnMo及30MnCrMo熱處理后的力學性能見表4，因為本次實驗為研究室研究，軋制厚度可以加工全尺寸試樣，因穿管和軋板橫向變形存在差異，因此僅取縱向試樣進行檢測。從檢測結果可以看出，回火溫度升高100℃，屈服強度降低約240MPa，抗拉強度降低約200MPa，延伸率得到明顯改善，0℃沖擊韌性提高了20J，890℃淬火，保溫60分鐘，620-640℃回火，保溫90分鐘，均能滿足P110鋼級各項指標技術要求，700℃回火，力學性能檢測結果滿足APISpec5CT對N80Q鋼級的技術要求，720℃回火，滿足L80-1力學性能技術要求。30MnCrMo回火溫度升高80℃，屈服強度降低約240Pa，抗拉強度降低約180MPa,延伸率改善不明顯，0℃沖擊韌性提高了50J左右，相較于25CrMnMo強度降低明顯，這主要是由于其Mo含量降低原因造成。880℃淬火，保溫60分鐘，610-630℃回火，保溫90分鐘，拉伸性能及沖擊功均滿足P110鋼級各項指標技術要求，670℃回火，力學性能檢測結果滿足API5CT對N80Q鋼級的技術要求，690℃回火，滿足L80-1力學性能技術要求。從熱處理工藝開來看，30MnCrMo與25CrMnMo調質成同鋼級的產品，淬火溫度低10℃，回火溫度低10-30℃，圖2為兩種鋼淬火溫度及回火溫度對比，因此相較于25CrMnMo，30MnCrMo調質接箍料降低了能源損耗。

5結論

（1）通過對實驗鋼30MnCrMo與對比鋼25CrMnMo淬透性結果可以得出，30MnCrMo實驗鋼測試點距端淬面25mm的HRC與25CrMnMo對比鋼7mm處的HRC相當，說明30MnCrMo實驗鋼淬透性明顯優于25CrMnMo對比鋼。（2）25CrMnMo鋼回火溫度升高100℃，屈服強度降低約240MPa，抗拉強度降低約200MPa，0℃沖擊韌性提高了20J，890℃淬火后620-640℃回火，均能滿足P110鋼級各項指標技術要求，700℃回火，力學性能檢測結果滿足APISpec5CT對N80Q鋼級的技術要求，720℃回火，滿足L80-1力學性能技術要求。（3）30MnCrMo鋼回火溫度升高80℃，屈服強度降低約240MPa，抗拉強度降低約180MPa，0℃沖擊韌性提高了50J，相較于25CrMnMo強度降低明顯。880℃淬火后610-630℃回火拉伸性能及沖擊功均滿足P110鋼級各項指標技術要求，670℃回火，力學性能檢測結果滿足API5CT對N80Q鋼級的技術要求，690℃回火，滿足L80-1力學性能技術要求。

作者：王婕 趙莉萍 石曉霞 單位：內蒙古科技大學材料與冶金學院 內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司技術中心