專利名稱：一種相變誘發塑性鋼無縫管的生產方法
技術領域：
本發明屬于鋼管的制備領域，具體涉及一種相變誘發塑性鋼無縫管的生產方法。
背景技術：
為了滿足環境保護的需求，汽車輕量化已經成為一個被廣泛研究的重要課題，其中作為汽車主要用材的鋼鐵材料，則需要在保證高強度和成形性的前提下，盡量減小部件的厚度.于是一些學者開發出了相變誘發塑性鋼，并且應用于實際生產中.目前相變誘發塑性鋼板應用于汽車輕量化生產中的技術已日趨成熟，但是若要進一步進行輕量化生產， 則要通過使用空心部件代替實心部件的方法來實現，隨著管材內高壓生產技術的成熟，該方法是可行的，而實現該方法需要有高強度的空心件作為實現載體。管材內高壓成形，對管材的成形性有較高的要求，而應用于汽車上的部件對于強度也有很高的要求，所以應用于該工藝的管材應兼顧高強度和高塑性兩項技術指標。目前， 普通無縫鋼管主要是通過穿孔和軋制來生產，軋制后的無縫鋼管直接空冷至室溫，其組織主要為鐵素體+珠光體，但由于普通碳素鋼無縫管存在強度與塑性的矛盾，在內高壓成形領域的應用一直受到限制。目前無縫鋼管的生產中，熱處理大多是應用淬火加回火的傳統工藝.這樣的工藝優點是應用比較成熟，但是所得產品在達到汽車部件所要求強度時，不具有良好的成形性， 所以在內高壓成形過程中，加工的難度較大，并且成品率低。目前內高壓加工領域使用較為成熟的材料仍然以低強度鋼管、鈦管、鋁管以及鎂管等為主.很多學者使用這些材料制備了 T型三通管、Y型三通管、方管、波紋管等具有復雜截面形狀的零件，但是缺點是這些材料的強度普遍不高。后來，一些學者開始用不銹鋼作為內高壓加工的材料進行了實驗，也得到了不錯的結果，但是不銹鋼的成本較高，仍不能完全滿足生產的要求。

發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種相變誘發塑性鋼無縫管的生產方法， 目的是通過對經過一系列生產工藝加工成的低合金鋼無縫冷拔鋼管進行臨界區退火和貝氏體區等溫淬火的兩階段熱處理，生出產具有良好成形性能的相變誘發塑性鋼無縫管，滿足內高壓成形對管材強度和塑性的雙重要求。本發明中相變誘發塑性鋼的微觀組織由鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體和少量馬氏體組成。本發明中相變誘發塑性鋼的化學成分除含有C、Si和Mn外，還有少量的合金元素 Nb和Ti，具體成分按質量百分比為
C 0. Γο. 4%, Mn :0. 5 2. 0%, Si :0.廣2. 0%, Nb 彡 1. 0%, Ti 彡 1. 0%, Al 彡 0. 4%, P+S ^ 0. 01%，其余為鐵和冶煉條件下產生的雜質。實現本發明的技術方案按照以下步驟進行
冶煉-鍛棒-車削-加熱-穿孔-冷拔-兩階段熱處理-成品；將冶煉后的鑄錠鍛造成棒材，棒材經過車削除去外表面褶皺和缺陷形成管坯，將管坯加熱到1150 1250°C，保溫2小時，然后進行穿孔，穿孔后將管坯冷卻至室溫，再對管坯進行3-7道次冷拔，成為滿足尺寸外徑在12 100mm之間，壁厚< 20mm的無縫冷拔鋼管，將無縫冷拔鋼管放入電阻爐中于780-850°C的溫度下進行臨界區等溫退火，退火時間范圍為 180s到1200s，退火完成后投入含有質量分數50%NaN03+50%KN03作為熔鹽介質的鹽浴爐中于380-470°C的溫度下進行貝氏體區等溫淬火，等溫時間范圍為120s到1800s，即可得到相變誘發塑性鋼無縫管。與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是
本發明是采用兩階段熱處理的方法獲得相變誘發塑性鋼組織，兩階段熱處理包括臨界區退火和貝氏體區等溫淬火，其中臨界區退火在普通電阻爐中實現，貝氏體區等溫淬火在鹽浴爐中實現；
本發明中的兩階段熱處理工藝參數中臨界區退火溫度和時間以及貝氏體區等溫淬火溫度和時間的確定是關鍵技術特征之一；相變誘發塑性鋼無縫管的臨界區退火溫度確定在 Acl和Ac3之間，臨界退火溫度和等溫時間應盡量滿足退火后鋼管組織中鐵素體與奧氏體的含量比為1:1 ；貝氏體區等溫淬火的目的是為了獲得含量盡可能高和穩定性較好的殘余奧氏體，在貝氏體較高的溫度區進行等溫淬火能獲得更大的相變動力，以減少最終組織中貝氏體含量；而在貝氏體較低的溫度區進行等溫淬火，相變動力相對較小，容易導致最終相變不完全，但是過高的等溫溫度可能會導致滲碳體的沉淀，使亞穩定殘余奧氏體中碳含量減少，亞穩定的殘余奧氏體可能會在隨后的冷卻中轉變成馬氏體，因此，在選擇貝氏體區等溫溫度時，將貝氏體區等溫淬火溫度取在馬氏體開始轉變溫度以上10°C左右；同樣，貝氏體區等溫淬火時間的選擇也非常重要，因為它直接影響到殘余奧氏體的含量及穩定性，進而影響到相變誘發塑性鋼無縫管最終的微觀組織和力學性能。如果貝氏體區等溫淬火時間過短，沒有足夠的碳富集到亞穩定的殘余奧氏體內，在隨后的冷卻過程中，含碳量較少的殘余奧氏體晶粒會轉變成馬氏體，從而導致殘余奧氏體含量減少，穩定性較差，最終會惡化 TRIP鋼無縫管的綜合力學性能；然而，過長的等溫時間會導致殘余奧氏體中含有過飽和的碳，這樣會導致碳化物的形成，同樣會減小最終組織中殘余奧氏體的體積分數；綜上所述， 本發明技術方案的臨界區退火溫度范圍選定為780°C到850°C，退火時間范圍為180s到 1200s ；貝氏體區等溫淬火溫度范圍為380°C到470°C，等溫時間范圍為120s到1800s ； 本發明的技術方案在工業生產中較易實現，工藝相對穩定，成本相對較低； 本發明是利用普通低碳鋼的化學成分生產出具有良好綜合力學性能的相變誘發塑性鋼無縫管，其屈服強度最高達580MPa，抗拉強度最高達763MPa，強塑積最高為 22029MPa · % ；
本發明的技術方案適合不同化學成分、不同尺寸的相變誘發塑性鋼無縫管的生產； 本發明的技術方案通過調整熱處理工藝參數，可以控制相變誘發塑性鋼無縫管的微觀組織中的各相比例，進而得到不同力學性能的相變誘發塑性鋼無縫管。


圖1為本發明的兩階段熱處理工藝示意圖2為本發明的相變誘發塑性鋼無縫管的工藝流程框圖；圖3為本發明實施例1得到的相變誘發塑性鋼無縫管的透射電鏡組織圖； 其中(a)鐵素體間的殘余奧氏體的形貌(b)殘余奧氏體的暗場衍射花樣(c)貝氏體鐵素體間的殘余奧氏體形貌(d)馬氏體間的薄膜狀殘余奧氏體形貌 F:鐵素體；BF:貝氏體；RA:殘余奧氏體；M 馬氏體； 圖4為本發明實施例2得到的相變誘發塑性鋼無縫管的透射電鏡組織圖； 其中(a)鐵素體間的殘余奧氏體的形貌(b)殘余奧氏體的暗場衍射花樣(c)貝氏體鐵素體間的殘余奧氏體形貌(d)馬氏體間的薄膜狀殘余奧氏體形貌 F:鐵素體；BF:貝氏體；RA:殘余奧氏體；M 馬氏體；
圖5為本發明實施例3采用三種熱處理工藝得到的相變誘發塑性鋼無縫管的微觀組織金相圖6為本發明實施例4采用四種熱處理工藝得到的相變誘發塑性鋼無縫管的微觀組織金相圖。
具體實施例方式實施例1
本實施例中所選用的相變誘發塑性鋼的化學成分按質量百分比為c:0. 16%，Mn 1. 45%, Si :1. 31%, Nb :0. 028%, Al :0. 04%, P:0. 005%, S :0. 005%，其余為鐵和冶煉條件下產生的雜質。將冶煉后的鑄錠鍛造成棒材，棒材經過車削除去外表面褶皺和缺陷形成管坯， 將管坯加熱到1150°C，保溫2小時，然后進行穿孔，穿孔后將管坯冷卻至室溫，然后對管坯進行4道次冷拔，成為外徑43mm，壁厚1. 3mm的無縫冷拔鋼管，將無縫冷拔鋼管放入電阻爐中于800°C的溫度下進行臨界區等溫退火600s，退火完成后投入含有質量分數 50%NaN03+50%KN03作為熔鹽介質的鹽浴爐中于410°C的溫度下進行貝氏體區等溫淬火 240s，獲得相變誘發塑性鋼無縫管，經測定，其屈服強度為317MPa，抗拉強度為690MPa，斷后延展率為28. 5%，殘余奧氏體含量為6. 91%，強塑積為19665MPa · %。對得到的相變誘發塑性鋼無縫管進行透射電鏡掃描，得到如圖3所示的透射電鏡組織圖，從圖3可以看出，鋼管的微觀組織主要由鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體和少量馬氏體組成，殘余奧氏體的存在能通過其衍射花樣(圖3(b))確定，殘余奧氏體主要分布在鐵素體的晶界(圖3 (a))，或者與馬氏體混合分布于多邊形貝氏體鐵素體的內部(圖3 (c))，以及板條條狀貝氏體鐵素體之間(圖3 (d))，而鐵素體的形態除多邊形鐵素體之外，還有分布于貝氏體內部的多邊形鐵素體以及板條狀貝氏體鐵素體。馬氏體則總是分布在與殘余奧氏體相連的區域，在貝氏體內部或者貝氏體與鐵素體相鄰的邊界均能看到馬氏體。實施例2
本實施例中所選用的相變誘發塑性鋼的化學成分按質量百分比為c:0. 15%，Mn 1. 44%, Si :1. 34%, Nb :0. 029%, Ti :0. 024%, Al :0. 04%, P :0. 007%, S :0. 002%，其余為鐵和冶
煉條件下產生的雜質。將冶煉后的鑄錠鍛造成棒材，棒材經過車削除去外表面褶皺和缺陷形成管坯， 將管坯加熱到1250°C，保溫2小時，然后進行穿孔，穿孔后將管坯冷卻至室溫，再對管坯進行4道次冷拔，成為外徑43mm，壁厚1. 3mm的冷拔無縫鋼管，將冷拔無縫鋼管放入電阻爐中于800°C的溫度下進行臨界區等溫退火600s，退火完成后投入含有質量分數 50%NaN03+50%KN03作為熔鹽介質的鹽浴爐中于410°C的溫度下進行貝氏體區等溫淬火 240s,即獲得相變誘發塑性鋼無縫管，經測定，其屈服強度為300MPa，抗拉強度為618MPa， 斷后延展率為35. 5%，殘余奧氏體含量為7. 02%，強塑積為21939MPa · %。對得到的相變誘發塑性鋼無縫管進行透射電鏡掃描，得到如圖4所示的透射電鏡組織圖，
從圖4可以看出，與實施例1得到的鋼管相似，其組織同樣是由鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體和少量馬氏體組成，同樣通過電子衍射花樣能確定組織中殘余奧氏體的存在(圖 4(b))。從圖4(a)可以看出，部分殘余奧氏體呈島狀分布于貝氏體鐵素體的內部，或者貝氏體鐵素體的晶界處，少量馬氏體呈現與殘余奧氏體相類似的分布，同時，部分馬氏體分布于鐵素體的晶界處，馬氏體是由貝氏體等溫淬火后不穩定的殘余奧氏體在冷卻至室溫過程中轉化而來的，另外，在圖4(a)和4(d)中貝氏體鐵素體和多邊形鐵素體中可以發現有大量的位錯存在，位錯的存在對強化鐵素體基體有著一定的作用，在多邊形鐵素體的內部能看到沉淀的碳化物，如圖4(d)。實施例3
本實施例中所選用的相變誘發塑性鋼的化學成分按質量百分比為c :0. 14%，Si 0. 97%, Mn 1. 39%, Nb :0. 028%, Ti :0. 024%, Al :0. 04%, S :0. 003%, P :0. 005%，其余為鐵和冶
煉條件下產生的雜質。將冶煉后的鑄錠鍛造成棒材，棒材經過車削除去外表面褶皺和缺陷形成管坯，將管坯加熱到1200°C，保溫2小時，然后進行穿孔，穿孔后將管坯冷卻至室溫，然后對管坯進行4道次冷拔，成為外徑在43mm，壁厚1. 3mm的冷拔無縫鋼管，采用如表1所示的三種熱處理工藝對其進行兩階段熱處理，制備相變誘發塑性鋼無縫管。表1實施例3鋼管熱處理工藝
編號臨界退火溫度臨界區退火時間貝氏體區等溫溫度貝氏體區等溫時間I800 "C600s410°C180sII800 "C600s410 °C360sIII800 "C600s410 °C540s
對得到的相變誘發塑性鋼無縫管進行力學性能測試和組織成分分析，結果如表2所
示
表2實施例3熱處理后的軸向力學性能與組織體積分數
權利要求
1.一種相變誘發塑性鋼無縫管的生產方法，其特征在于按照以下步驟進行 將冶煉后的鑄錠鍛造成棒材，棒材經過車削除去外表面褶皺和缺陷形成管坯，將管坯加熱并保溫，然后進行穿孔，穿孔后將管坯冷卻至室溫，再對管坯進行3-7道次冷拔，得到無縫冷拔鋼管，將無縫冷拔鋼管放入電阻爐中于78(T850°C的溫度下進行臨界區等溫退火18(Tl200s，退火完成后投入鹽浴爐中于38(T470°C的溫度下進行貝氏體區等溫淬火 12(T1800S，獲得相變誘發塑性鋼無縫管。
2.根據權利要求1所述的一種相變誘發塑性鋼無縫管的生產方法，其特征在于所述的相變誘發塑性鋼無縫管的化學成分按質量百分比為=C 0. Γ0. 4%，Mn 0. 5 2. 0%，Si 0. Γ2. 0%，Nb ( 1. 0%，Ti ( 1. 0%，Al ( 0. 4%，P+S ( 0. 01%,其余為鐵和冶煉條件下產生的雜質，其微觀組織由鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體和少量馬氏體組成。
3.根據權利要求1所述的一種相變誘發塑性鋼無縫管的生產方法，其特征在于將車削后得到的管坯加熱到115(T125(TC，保溫2h。
4.根據權利要求1所述的一種相變誘發塑性鋼無縫管的生產方法，其特征在于得到的無縫冷拔鋼管滿足尺寸外徑在12 IOOmm之間，壁厚彡20mm。
5.根據權利要求1所述的一種相變誘發塑性鋼無縫管的生產方法，其特征在于所述的鹽浴爐中的熔鹽介質按質量百分比為50%NaN03+50%KN03。
全文摘要
本發明屬于鋼管的制備領域，具體涉及一種相變誘發塑性鋼無縫管的生產方法。將冶煉后的鑄錠經鍛棒、車削、加熱、穿孔和冷拔后得到無縫冷拔鋼管，將無縫冷拔鋼管放入電阻爐中于780~850℃進行臨界區等溫退火180~1200s，退火完成后迅速投入鹽浴爐中于380~470℃進行貝氏體區等溫淬火120~1800s，即得到相變誘發塑性鋼無縫管。本發明的技術方案利用普通低碳鋼的化學成分生產出具有良好綜合力學性能的相變誘發塑性鋼無縫管，其屈服強度最高達580MPa，抗拉強度最高達763MPa，強塑積最高為22029MPa·%，在工業生產中較易實現，工藝相對穩定，成本相對較低，適合不同化學成分和不同尺寸的相變誘發塑性鋼無縫管的生產。
文檔編號C21D1/20GK102407245SQ201110333479
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月28日 優先權日2011年10月28日
發明者劉紀源, 張明亞, 張自成, 朱伏先, 李艷梅 申請人:東北大學