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無縫鋼管的熱處理缺陷——組織性能不合格

   2019-10-22 18
核心提示:無縫鋼管熱處理的目的就是要通過加熱、保溫、冷卻的過程,使鋼管得到良好的預期組織和性能。但在熱處理時,常常因為鋼管的加熱溫度不正確,或者保溫時間不合理,或者冷卻速度太快或太慢等,致使鋼管得到了不希望獲得的組織,進而造成鋼管的性能不符合標準要求。
       無縫鋼管熱處理的目的就是要通過加熱、保溫、冷卻的過程,使鋼管得到良好的預期組織和性能。但在熱處理時,常常因為鋼管的加熱溫度不正確,或者保溫時間不合理,或者冷卻速度太快或太慢等,致使鋼管得到了不希望獲得的組織,進而造成鋼管的性能不符合標準要求。

在鋼的奧氏體化進程中,一般需經歷三個基本過程,即奧氏體的形核與長大,殘余奧氏體的溶解和奧氏體的均勻化。為使這三個過程順利進行,需要通過加熱溫度來提供動力,由加熱時間給予保證,否則鋼的奧氏體化過程不完全,鋼管冷卻后的組織和性能就不會合格。

在制訂加熱工藝時,應充分考慮鋼中的合金元素、鋼管的加熱溫度、原始組織和尺寸對鋼的奧氏體變化的影響。一般來講,鋼管的加熱溫度越高,奧氏體轉變的時間就越短;合金元素含量越高,奧氏體化時間就越長;鋼的原始組織越彌散,奧氏體化速度就越快;而鋼管的壁厚越厚,則需要加熱的時間就越長。

鋼管奧氏體化之后,根據其不同的碳含量和不同的冷卻速度,可以得到珠光體類型組織、貝氏體類型組織、馬氏體類型組織。如果熱處理工藝控制不當,就有可能產生魏氏組織,如圖3-6所示。
 

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魏氏組織是因鋼在高溫加熱條件下形成的粗晶粒奧氏體在冷卻時,游離的鐵素體除沿晶界析出之外,還有一部分會從晶界伸向晶粒內部或在品粒內部獨自析出,形成片狀的鐵素體而分布在珠光體上的一種組織。魏氏組織被認為是鋼的一種過熱組織,對鋼管的綜合性能有不良影響(但該組織在高溫持久性能方面比較優異),魏氏組織中鐵素體和滲碳體的針片,橫七豎八的割裂了鋼的基體而形成許多脆弱面.以致使鋼的常溫強度降低,脆性增加。

程度較輕的魏氏組織可采用適當溫度的正火來消除,而程度較重的魏氏組織可用二次正火來消除。第一次正火溫度較高.第二次正火溫度較低。同時還有細化晶粒的作用。

鐵一碳平衡圖是制訂鋼管熱處理加熱溫度的重要依據,也是研究平衡狀態下鐵一碳合金的成分、金相組織與性能的基礎。它說明了鐵一碳合金在極其緩慢的加熱和冷卻過程中的相組織、成分、溫度及其相互之間的關系。如圖3-7所示。

 

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過冷奧氏體等溫轉變圖(簡稱TTT圖)以及過冷奧氏體連續冷卻轉變圖(簡稱CCT圖),是制訂熱處理冷卻速度的重要依據。

TTT圖表示奧氏體化后的鋼在臨界溫度(A1)以下的不同溫度條件下保溫時的等溫時間和轉變址之問的關系。圖3-8是共析碳鋼的TTT圖。圖3-8中左邊一條曲線是等溫轉變開始線,右邊一條曲線是轉變終了線。其上部向A1線趨近而不相交,下部則與Ms線相交。Ms線是馬氏體轉變開始線。

 

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尤其需要指出的是,當鋼的成分、奧氏體化條件、形變和應力狀態不同時,TTT圖的形狀和在溫度一時間坐標中的位置有很大的差異。但是,其轉變的基本規律大致相同.都有三個等溫轉變區間,即高溫區為珠光體轉變區;中溫區為貝氏體轉變區;低溫區為馬氏休轉變區。

 

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圖3-9是共析碳鋼的CCT圖。CCT圖反映了奧氏體化后的鋼以不同冷速連續冷卻時,其組織轉變開始及終止的溫度與時間的關系。由圖3-9可見,共析碳鋼的連續冷卻轉變比較簡單,基本上是三條線分成四個區,當冷卻速度較慢時,形成珠光體類組織;而冷卻速度大于臨界速度(致使全部馬氏體化的最小冷卻速度)υk時,便形成了馬氏體組織;在略低于υk  速度冷卻時,可形成屈氏體+馬氏體組織。

與TTT圖類似,當鋼的成分和奧氏體化的條件、形變和應力狀態不同時,雖然過冷奧氏體鋼連續轉變圖的形狀和位置有差異,但是其轉變的基本規律卻是大致相同的,即以大于臨界冷卻速度“連續冷卻,可以抑止珠光體及貝氏體轉變,而全部發生馬氏體轉變;轉變溫度比等溫轉變的低,所需時間也長;在連續冷卻條件下,共析碳鋼只有珠光體轉變而無貝氏體轉變,過共析碳鋼多一個碳化物析出區,亞共析碳鋼多一個鐵素體和貝氏體轉變區。

CCT圖還顯示出,鋼在不同的連續冷卻條件下,可以得到的組織和相應的硬度。為了使鋼管獲得優良的組織和性能在某些無縫鋼管產品標準中,明確規定了熱處理的方式、加熱溫度、回火溫度和冷卻速度。

 

 

 

 

 
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