调质无缝钢管的热扩工艺探讨

王建文，肖长明

（衡阳鸿大特种钢管股份有限公司，湖南 衡阳 421001）

目前，生产大直径薄壁无缝钢管时均采用局部中频感应加热推式扩管，为大幅提高钢管的性能，对热扩后的钢管采用调质热处理是最有效的措施，目前大部分生产的低碳锰钢和低碳微合金钢为亚共析钢，钢管调质中淬火加热温度高（一般860℃以上），保温时间较长，钢管在炉内移动和出炉后在辊道传输过程中表面容易产生碰撞凹坑和变形，而凹坑无法在后续矫直时恢复，如果采用液压顶在钢管内壁冷态顶圆，对钢管机械性能又会产生影响，从而造成废品。热扩原料管采用小直径钢管，壁厚相对较厚，调质淬火时不易产生碰撞凹坑和变形，即使有轻微变形，热扩也可使其表面平整［1-9］。为此，选取具有抗低温（-100℃）冲击的含Ni低碳钢进行试验。根据热扩变径量大小的不同，分别对Φ406.4 mm×7.92 mm和Φ610 mm×9.53 mm规格的局部中频感应加热热扩钢管进行试验。热轧钢管的化学成分见表1。

表1 热轧钢管的化学成分（质量分数） %

1 试生产过程

1.1 Φ406.4 mm×7.92 mm规格热扩钢管

热扩原料管规格为Φ351 mm×8.6 mm，长约12.5 m，满足热处理步进炉对钢管长度的要求，钢管热扩温度（730±10）℃，速度280 mm/min，考虑到此规格钢管在热处理过程中，高温加热时有可能发生垮塌现象导致钢管变形，故先进行调质处理，淬火温度（870±10）℃，回火温度（600±10）℃，调质热处理后再热扩成Φ406.4 mm×7.92 mm钢管取样分析，进行热处理工艺研究。同时热轧管直接热扩后经调质热处理，再做取样分析。Φ406.4 mm×7.92 mm规格热扩钢管的力学性能见表2。

1.2 Φ610 mm×9.53 mm规格热扩钢管

对Φ351 mm×11.5 mm热扩原料管进行调质处理，淬火温度（870±10）℃，回火温度（600±10）℃，调质后进行热扩，热扩温度为720～750℃，速度150 mm/min，随后进行试验，结果发现低温冲击值下降很多，且极不稳定，同时屈服强度也下降很多，后来对热扩后钢管进行调质。Φ610 mm×9.53 mm规格热扩钢管的力学性能见表3。

1.3 金相组织

不同状态钢管的金相组织如图1所示。

表2 Φ406.4 mm×7.92 mm规格热扩钢管的力学性能

表3 Φ610 mm×9.53 mm规格热扩钢管的力学性能

图1 不同状态钢管的金相组织

2 试验结果分析

（1）热轧管调质热处理后再热扩，对于热扩变径量不大的钢管，如Φ351 mm热轧管热扩到Φ406.4 mm，因扩管速度较快，扩管温度虽然在730℃左右，但加热变形时间很短，钢管由600℃加热到730℃的时间不超过80 s，热扩钢管出感应圈后温度逐渐下降，相当于回火后空冷。热扩钢管的拉伸测试性能较调质母管有所下降，冲击功也有小的下降，但与热扩钢管再调质后的性能差别不大。

（2）对于一道次热扩的Φ610 mm×9.53 mm钢管，温度也控制在730℃左右，因变形量大，扩管速度慢，扩管芯模变径区长，钢管加热变形时间较长，钢管由600℃加热到730℃的时间超过300 s，热扩后钢管的性能变化很大，特别是冲击功大幅下降，热扩钢管再经调质后的性能与调质前的相比拉伸性能接近，但热扩钢管再经调质后的低温冲击性能提高很多。

（3）变径量很小的热扩钢管，加热变形温度虽然在两相区，但由于时间短，钢的内部组织结构还来不及发生较大的转变，基本保持原有的金相组织；因此，拉伸性能和冲击性能虽有所下降，但仍然较高。变径量大的热扩钢管，由于扩管速度低，加热变形温度在两相区，但由于时间长，钢的内部组织结构出现较大的转变，冲击性能大幅下降。

（4）对于Φ406.4 mm×7.92 mm热扩钢管，其晶粒较热轧管调质处理后的钢管相比稍有拉长变大，但仍然较细。对于Φ610 mm×9.53 mm热扩钢管，其晶粒较热轧钢管调质处理后的钢管明显变粗大且拉长，晶粒度大小与热轧钢管接近。

（5）两种规格的母管调质后，其机械性能接近，热扩后Φ610 mm×9.53mm的抗拉强度和屈服强度下降幅度大，但与其热轧钢管热扩后再调质的抗拉强度和屈服强度相比变化不大，冲击性能却大幅提高。热扩后Φ406.4 mm×7.92mm钢管的抗拉强度和屈服强度较热轧钢管下降幅度小，与其再调质后的钢管的抗拉强度和屈服强度相比变化也不大，但冲击性能却非常好且保持稳定。

（6）对于 Φ406.4 mm×7.92 mm 和 Φ610 mm×9.53 mm热扩钢管调质后抗拉强度和屈服强度的差异，认为调质Φ406.4 mm×7.92 mm钢管时出炉后很快进行了水淬，而调质Φ610 mm×9.53 mm钢管时出炉后行走慢，钢管温度下降较大后才水淬。这一因素影响了调质的效果。

3 结 语

（1）热轧钢管直接热扩，其拉伸性能（特别是屈服强度）与其他两种情况（热轧管调质后热扩及热轧管扩后调质）相比都偏低，-100℃冲击功几乎为0。

（2）采用局部中频感应加热热扩钢管试生产的超低温钢管，对于变径量小的Φ406.4 mm×7.92 mm规格，在保证钢管外观尺寸前提下（扩后不再调质处理）获得了很好的-100℃冲击性能。

（3）热扩生产其他钢级的大直径薄壁钢管，特别是热轧钢管经调质热处理后的高钢级大直径薄壁钢管，拉伸性能有很大余量，低温冲击性能稳定良好，并且在对热扩成品钢管最终交货状态未有热处理要求的情况，预先对小直径的热轧钢管调质，当热扩变径量小（变径比1.2以内）时，热扩成品钢管可达到很好的综合机械性能，特别是其低温冲击性能仍然可保持较高值。

（4）对于变径量大的热扩钢管，热扩原料管虽调质后性能好，但热扩后钢管机械性能下降幅度大，特别是低温冲击性能，因此调质不适合变径量大的钢管热扩。

（5）针对其他低碳锰钢及微合金钢钢管，通过调质后，在变径量不大时，可直接热扩成大直径薄壁钢管。