1、1P110 钢 级 石 油 套 管 热 处 理 工 艺 探 讨郭 兆 成 石 晓 霞 马 爱 清 摘 要 ： 文 章 通 过 对 不 同 淬 火 温 度 、 回 火 温 度 以 及 回 火 保 温 时 间 下 的 30MnCr22钢 调 质 生 产 的 P110 钢 级 石 油 套 管 力 学 性 能 的 实 验 室 研 究 ， 得 出 热 处 理 对 P110 钢级 石 油 套 管 力 学 性 能 的 影 响 趋 势 ， 筛 选 出 最 佳 的 热 处 理 制 度 应 用 于 当 前 工 业 化 生产 中 。关 键 词 ： P110； 热 处 理 ； 力 学 性 能对 淬 火 工 艺 而 言
2、 ， 为 实 现 淬 火 首 先 必 须 将 钢 加 热 到 临 界 点 （ Ac3 或 Ac1） 以 上 获得 马 氏 体 组 织 ， 其 后 的 冷 却 速 度 必 须 大 于 临 界 淬 火 速 度 （ Vc） ， 以 得 到 全 部 马 氏体 组 织 。 为 此 ， 必 须 注 意 选 择 适 当 的 淬 火 温 度 和 冷 却 速 度 。 淬 火 加 热 温 度 的 选 择应 以 得 到 均 匀 细 小 的 奥 氏 体 晶 粒 为 原 则 ， 以 便 淬 火 后 获 得 细 小 的 马 氏 体 组 织 。 淬火 温 度 主 要 根 据 钢 的 临 界 点 确 定 ， 亚 共 析 钢
3、通 常 加 热 至 Ac3 以 上 30 50 ； 对 于 低合 金 钢 ， 淬 火 温 度 亦 应 根 据 临 界 点 Ac1 或 Ac3 确 定 ， 考 虑 合 金 元 素 的 作 用 ， 为 了 加速 奥 氏 体 化 ， 淬 火 温 度 可 偏 高 些 ， 一 般 为 Ac1 或 Ac3 以 上 50 100 。 回 火 是 将 淬火 钢 在 A1 以 下 温 度 加 热 ， 使 其 转 变 为 稳 定 的 回 火 组 织 ， 并 以 适 当 方 式 冷 却 到 室 温的 工 艺 过 程 。 回 火 的 主 要 目 的 是 减 少 或 消 除 淬 火 应 力 ， 保 证 相 应 的 组
4、织 转 变 ， 提高 钢 的 韧 性 和 塑 性 ， 获 得 硬 度 、 强 度 、 塑 性 和 韧 性 的 适 当 配 合 ， 以 满 足 各 种 用 途工 件 的 性 能 要 求 。1 CCT 曲 线实 验 室 对 30MnCr22 生 产 的 P110 钢 级 石 油 套 管 进 行 了 取 样 CCT 曲 线 实 验 ， 实验 结 果 见 图 1 所 示 。2图 1 30MnCr22 钢 的 CCT 曲 线 图2 热 处 理 制 度 对 P110 钢 级 石 油 套 管 性 能 的 影 响从 图 1 CCT 曲 线 实 验 结 果 可 以 看 出 ， 30MnCr22 钢 的 Ac1=
5、720 ， Ac3=804 。为 了 加 速 奥 氏 体 化 ， 淬 火 温 度 可 偏 高 些 ， 一 般 为 Ac1 或 Ac3 以 上 50 100 。 实 验 室采 用 的 P110 钢 级 石 油 套 管 规 格 为 177.80mm9.19mm， 试 样 为 热 轧 状 态 。 轧 态 化 学成 分 如 表 1 所 示 。表 1 30MnCr22 钢 化 学 成 分 （ 质 量 分 数 ） %C Si Mn P S Cr Al 0.35 0.35 1.50 0.030 0.020 1.10 0.030初 步 设 定 P110 钢 级 石 油 套 管 淬 火 温 度 为 850 92
6、0 ， 保 温 时 间 30 min， 回 火温 度 为 500 650 ， 回 火 保 温 时 间 为 30 80 min。2.1 回 火 保 温 时 间 对 P110 钢 级 石 油 套 管 性 能 的 影 响淬 火 温 度 为 890 保 温 30 min， 回 火 温 度 为 570 时 屈 服 强 度 、 抗 拉 强 度 、 延伸 率 及 冲 击 功 随 回 火 保 温 时 间 的 变 化 如 图 2 所 示 。图 2 回 火 保 温 时 间 对 强 硬 度 、 塑 韧 性 影 响从 图 2 可 以 看 出 ， 随 着 回 火 保 温 时 间 的 延 长 ， 抗 拉 强 度 、 屈
7、服 强 度 和 硬 度 值 均振 荡 走 低 ； 延 伸 率 和 冲 击 功 却 在 振 荡 走 高 。2.2 回 火 温 度 对 P110 钢 级 石 油 套 管 力 学 性 能 的 影 响当 淬 火 温 度 为 880 保 温 30 min， 回 火 温 度 为 500 650 ， 保 温 时 间 为 50 min 时 ， 回 火 温 度 对 力 学 性 能 的 影 响 见 图 3 所 示 。-2004006008001,0001,20030 40 50 60 70 80回 火 保 温 时 间 /minRt0.6，Rm /MPa020406080100120A/%,AKv/J屈 服 强 度
8、 抗 拉 强 度延 伸 率 冲 击 功3图 3 回 火 温 度 对 性 能 的 影 响 从 图 3 可 以 看 出 ， 880 淬 火 保 温 30 min， 随 着 回 火 温 度 的 升 高 ， 抗 拉 强度 和 屈 服 强 度 振 荡 走 低 ， 延 伸 率 和 冲 击 功 振 荡 走 高 。2.3 淬 火 温 度 对 P110 钢 级 石 油 套 管 力 学 性 能 的 影 响850 920 淬 火 ， 保 温 30 min， 580 回 火 保 温 50 min 时 力 学 性 能 随 淬 火温 度 的 变 化 趋 势 如 图 4 所 示 。图 4 淬 火 温 度 对 性 能 影 响
9、从 图 4 可 以 看 出 ， 抗 拉 强 度 和 屈 服 强 度 随 淬 火 温 度 升 高 振 荡 走 低 ， 延 伸 率和 冲 击 功 随 淬 火 温 度 升 高 振 荡 走 高 。3 分 析 与 讨 论（1）低合金钢力学性能随回火温度升高的变化趋势是强度下降，塑性韧性上升 1。随着回火温度升高，屈服强度、抗拉强度呈降低趋势，延伸率和冲击韧性呈上升趋势。因为淬火得到马氏体组织，回火时随回火温度升高到 500以上时再升高温度得到的回火索氏体组织中的碳化物发生聚集长大，造成强度、硬度下降，塑性、韧性提高。（ 2） 同 样 温 度 回 火 时 ， 随 着 淬 火 温 度 的 升 高 ， 材 料
10、 的 屈 服 强 度 、 抗 拉 强 度-2004006008001,0001,200850 880 900 920淬 火 温 度 /Rt0.6,Rm/MPa020406080100120A/%,AKv/J屈 服 强 度 抗 拉 强 度延 伸 率 冲 击 功020040060080010001200500 550 580 600 620 650回 火 温 度 /Rt0.6，Rm/MPa020406080100A/%，Akv/J屈 服 强 度 抗 拉 强 度延 伸 率 冲 击 功4呈 上 升 趋 势 ， 延 伸 率 和 冲 击 韧 性 呈 下 降 趋 势 。 30MnCr22属 于 亚 共 析
11、钢 ， 淬 火 加 热温 度 要 高 于 Ac3， 使 钢 的 组 织 全 部 奥 氏 体 化 ， 淬 火 温 度 越 高 ， 奥 氏 体 晶 粒 越 粗 大 ，碳 化 物 充 分 溶 入 奥 氏 体 且 成 分 均 匀 化 ， 淬 火 后 马 氏 体 中 的 含 碳 量 增 加 ， 强 度 、 硬 度增 加 。 但 由 于 随着淬火加热温度的增加，原子扩散的激活能Q减小，晶粒长大速度增加，奥氏体晶粒开始粗化，淬火后形成的马氏体板条也越粗大 2。钢 的 塑性 、 韧 性 降 低 。（ 3） 通 过 以 上 实 验 结 果 ， 筛 选 出 最 佳 热 处 理 制 度 为 880 淬 火 保 温
12、30 min， 580 回 火 保 温 50 min。4 现 场 工 业 生 产现 场 试 验 热 无 缝 钢 管 规 格 为 177.8mm9.19mm， 热 处 理 制 度 为 880 淬 火 保温 30 min， 580 回 火 保 温 50 min， 力 学 性 能 见 表 2 所 示 。表 2 现 场 试 验 力 学 性 能 检 测 结 果编 号 Rt0.6 /MPa Rm/MPa A/% Akv/J1 831 911 26 84 83 762 838 935 21 74 74 80标 准 要 求 758 965 862 15 32注 ： 冲 击 试 样 为 3/4 尺 寸 纵 向
13、试 样 ， 实 验 环 境 为 0 。从 现 场 热 处 理 的 试 验 力 学 性 能 检 测 结 果 可 以 看 出 屈 服 强 度 、 抗 拉 强 度 、 延 伸 率及 0 下 V 型 冲 击 韧 性 完 全 符 合 API SPEC 5CT 标 准 3的 要 求 。5 结 论（ 1） 回 火 保 温 时 间 延 长 ， 抗 拉 强 度 、 屈 服 强 度 和 硬 度 值 均 振 荡 走 低 ， 延 伸 率和 冲 击 功 却 在 振 荡 走 高 ； 回 火 温 度 升 高 ， 屈 服 强 度 、 抗 拉 强 度 降 低 ， 延 伸 率 与 冲 击功 升 高 ； 淬 火 温 度 升 高 ，
14、 屈 服 强 度 与 抗 拉 强 度 升 高 ， 延 伸 率 与 冲 击 功 降 低 。（ 2） 筛 选 的 最 佳 热 处 理 制 度 为 880 淬 火 保 温 30 min， 580 回 火 保 温 50 min， 并 将 其 应 用 于 工 业 化 生 产 中 ， P110 钢 级 石 油 套 管 屈 服 强 度 ， 抗 拉 强 度 、 冲击 韧 性 、 延 伸 率 完 全 符 合 API 标 准 要 求 。5参 考 文 献 1 中 国 冶 金 百 科 全 书 , 中 国 冶 金 百 科 全 书 总 编 辑 委 员 会 . 金 属 材 料 M.北 京 ： 冶 金 工 业出 版 社 ， 20012 李 亚 欣 , 刘 雅 政 , 赵 金 锋 等 . P110 级 25MnV 钢 石 油 套 管 热 处 理 工 艺 的 优 化 J. 特 殊钢 ， 2009， 6： 38.3 API spec 5CT 套 管 和 油 管 规 范 S.
