热处理过程中冷却速度对无缝钢管组织和性能的影响

　　热处理过程中冷却速度对无缝钢管组织和性能的影响

　　控制轧制和控制冷却技术作为经济的强化性能的方法之一，已广泛应用于在线棒、板生产中。受轧制设备和变形工艺的限制，无缝钢管轧制过程中可控和可变因素较少。本文在合理的钢成分设计基础上，通过提高钢管热处理后的冷却速度来实现细晶强化的效果。

　　热轧工艺对组织和性能的影响

　　V和Ti都是强碳氮化物形成元素。在轧管过程中，V以V( C，V)的形式弥散析出，Ti以TiN的形式析出，钉扎奥氏体晶界，在相变过程中还可以作为异质核心，诱导铁素体在晶粒内形核，促进铁素体晶粒的增多，产生位错亚结构，达到细晶强化的效果

　　溶解在奥氏体中的C、Mn等溶质元素可降低奥氏体向铁素体的转变温度A3，Si、Cr、V等溶质元素可提高奥氏体向铁素体的转变温度A3[3]。枝晶偏析导致连铸坯成分分布不均匀，枝晶内溶质元素含量明显高于枝晶间。

　　热轧后，钢管从奥氏体区开始冷却。当温度降至A3时，铁素体开始在富含Si、Cr、v等溶质元素的区域析出，当温度降至A3以下时，铁素体仍能在富含C、Mn等溶质元素的区域析出，C、Mn等饱和溶质元素继续向周围扩散析出，导致过冷奥氏体中C、Mn等溶质元素浓度不断增加，温度降至A1时浓度高。

　　热处理工艺对组织和性能的影响

　　在奥氏体化的加热过程中，组织经历了回复、再结晶和晶粒长大三个过程。在恢复过程中，位错通过滑动重新排列，不同数量的位错相互抵消，相邻亚晶合并长大。很多因素导致位错密度大大降低，内应力消除。在再结晶过程中，畸变晶粒通过形核和长大形成未畸变的等轴晶粒，组织得到软化和细化

　　析出的V( C，V)颗粒和TiN颗粒在热处理过程中不能完全溶解到奥氏体中，仍有一部分粘在奥氏体晶界上。由于晶粒细化，晶界面积大大增加，钉扎在奥氏体晶界的V( C，V)颗粒和TiN颗粒数量明显不足，沉淀强化效果不明显，软化作用大于细晶强化。因此，热处理后管体的强度降低，韧性大大提高。

　　冷却速度对组织和性能的影响

　　元素C在奥氏体中的扩散速度快于Mn、Si、Cr、V等溶质元素[4]。因此，在钢管的热处理和加热过程中，C元素优先达到相对均匀的分布状态，而Mn、Si、Cr、V等溶质元素不能均匀分布。

　　奥氏体化后快速冷却，一方面可以提高相变时的形核率，增加晶粒数量；另一方面可以缩短相变过程，使C、Mn、Si、Cr、V等溶质元素没有足够的时间进行长距离扩散[4]，控制了析出相的聚集和长大，达到细化晶粒、组织分布均匀的目的。

　　管材出热处理炉后，水冷的强度明显高于空冷。因此水冷可以相对缩短冷却时间，使管材组织更加均匀细化，韧性也相应提高。

　　工艺改进建议

　　(1)适当提高连铸坯或钢管的加热温度或延长保温时间，使C、Mn、Si、Cr、V等溶质元素充分扩散，奥氏体成分相对均匀分布，以减少枝晶偏析对相变的不利影响。

　　(2)加快钢管轧制或热处理后的冷却速度，可以缩短相变过程，组织转变过程中析出的C、Mn、Si、Cr、V等溶质元素不能长距离扩散，从而达到细晶强化的目的。