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液氮深冷設備-防止中、高碳低合金鋼管淬火裂紋

來(lái)源:鑫鋒立      發(fā)布日期:2019-04-07

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液氮深冷設備-防止中、高碳低合金鋼管淬火裂紋 

  

鑫鋒立(北京)科技有限公司是國內專(zhuān)業(yè)研制超低溫深冷設備以及各種液氮深冷處理設備的國內品牌,首要出產(chǎn):深冷箱、低溫裝配設備、深冷處理設備、液氮高低溫試驗箱,模具深冷處理,超低溫處理工藝,超低溫處理技能、超低溫深加工設備,具有多年的低溫設備及食物機械設備的相關(guān)產(chǎn)品與效勞的出售和經(jīng)驗。

依據新日鐵的這項技能的鋼管的淬火辦法,對中、高碳鋼管(以低合金鋼或許中合金鋼為主的鋼管)或Cr系不銹鋼管可以不發(fā)生淬火裂紋地用急冷手法(水淬火)施行淬火處理。由此,可以穩定地制作具有馬氏體比率高的安排(詳細而言,馬氏體比率為80%以上)的高強度的鋼管。 液氮深冷設備
  
       詳細施行辦法 :
  
       為了解決上述課題,新日鐵的這項技能人等重復進(jìn)行了如下的水淬火試驗:將含高碳的低合金鋼和Cr系不銹鋼的鋼管試驗片加熱到A相變點(diǎn)溫度以上,從鋼管的外表面進(jìn)行水冷。其結果,可得到以下(a)~(f)的見(jiàn)地。 
 ?。╝)若用強的水淬火對鋼管全體進(jìn)行冷卻到馬氏體相變中止溫度(Mf點(diǎn))以下,則以高概率發(fā)生淬火裂紋。 
 ?。╞)由于淬火裂紋時(shí)的龜裂大致在鋼管的軸方向上擴展,因而可以為擴展裂紋的首要力為周方向的拉伸應力。 
 ?。╟)關(guān)于前述周方向的拉伸應力的發(fā)生源,可以為是因為在冷卻進(jìn)程中發(fā)生的壁厚方向上的溫度差(溫度不均勻)導致在鋼管的外表面側與內表面側的馬氏體相變的時(shí)機有偏差。 
 ?。╠)特別是在溫度不均勻較大(即,與內表面側的溫度差大)的冷卻面鄰近,簡(jiǎn)單發(fā)生依據脆性損壞的微裂紋,其簡(jiǎn)單成為龜裂擴展的起點(diǎn)。 
 ?。╡)龜裂在絕大部分狀況下是以鋼管端部為起點(diǎn)而擴展的。其理由可以為是因為具有自由表面的端部的應力增大系數與端部以外的該系數比較更大。 
 ?。╢)不進(jìn)行水冷地按捺冷卻速度的狀況下,含高碳的低合金鋼和Cr系不銹鋼的狀況均不發(fā)生淬火裂紋。需求闡明的是,關(guān)于含高碳的低合金鋼,按捺馬氏體化、制成貝氏體主體的安排的狀況下不發(fā)生淬火裂紋??傊梢詾?,淬火裂紋在絕大多數狀況下以發(fā)生于具有自由表面的鋼管端部的龜裂為起點(diǎn),該龜裂是作為通過(guò)微裂紋而發(fā)展的結果發(fā)生的,所述微裂紋是在冷卻進(jìn)程中發(fā)生的起因于壁厚方向的溫度不均勻的熱應力、進(jìn)而相變應力導致的周方向上的拉伸應力(以下也將“拉伸應力”簡(jiǎn)稱(chēng)為“應力”)發(fā)生作用而在冷卻面鄰近發(fā)生的。液氮深冷設備 

  新日鐵的這項技能人等進(jìn)而運用考慮了熱應力與相變應力的FEM(有限元法)剖析,計算了鋼管的周方向上發(fā)生的最大應力。該FEM剖析中,假設鋼管軸方向均勻地進(jìn)行冷卻,并應用了以鋼管2維截面為剖析目標的廣義平面應變模型。 
  如以上闡明的那樣,依據FEM剖析的結果也判明,通過(guò)對管端部進(jìn)行空冷、即不進(jìn)行水冷,可以大幅下降管端部的周方向應力。 
  新日鐵的這項技能人等依據上述見(jiàn)地和調查得到了以下(g)和(h)的啟發(fā),然后完成了新日鐵的這項技能。液氮深冷設備 
 ?。╣)即便是由水淬火中簡(jiǎn)單發(fā)生淬火裂紋的低合金鋼或許中合金鋼構成的鋼管,假如不對鋼管的端部進(jìn)行水冷,而是在除了端部以外的部分以可以保證充沛的馬氏體比率的冷卻速度進(jìn)行水冷,則可以不發(fā)生淬火裂紋地穩定地進(jìn)行水淬火。 
 ?。╤)將上述的水淬火辦法應用于由馬氏體類(lèi)不銹鋼制作的鋼管時(shí),也可以不發(fā)生淬火裂紋地保證高性能。新日鐵的這項技能如前所述,為一種鋼管的淬火辦法,其特征在于,其為將鋼管從外表面進(jìn)行水冷而淬火的淬火辦法,其間,不對管端部進(jìn)行水冷,而對所述管端部以外的部分的至少一部分進(jìn)行水冷。需求闡明的是,前述的“管端部”是指鋼管的兩頭部。 

  新日鐵的這項技能中,以將鋼管從外表面進(jìn)行水冷而淬火為前提,這是因為:與內表面冷卻比較,外表面冷卻不會(huì )隨同技能的困難性,別的,在將Cr系不銹鋼管作為處理的目標時(shí),假如可以從外表面進(jìn)行水冷而不發(fā)生淬火裂紋地進(jìn)行淬火處理,則可明顯提高出產(chǎn)率。 
  需求闡明的是,僅進(jìn)行了軋制的狀態(tài)的管端部形狀并非緊密的圓筒形,因而抱負的是一般在后處理中切斷去除150~400mm左右。這樣貝氏體主體且馬氏體比率低的管端部可以在淬火工序后的工序中切斷去除。新日鐵的這項技能的鋼管的淬火辦法是通過(guò)淬火來(lái)使鋼的安排成為馬氏體的辦法,對馬氏體的生成比率沒(méi)有特別限制。但是,低合金鋼、中合金鋼中,一般假如安排的80%以上為馬氏體,則可得到期望的強度。淬火處理的目標為Cr系不銹鋼管時(shí),在冷卻速度小的狀況下也馬氏體化,但依據新日鐵的這項技能的淬火辦法,可保證期望的耐腐蝕性。在任一狀況下,均預想在新日鐵的這項技能中會(huì )得到馬氏體比率至少為80%以上的鋼管。 液氮深冷設備

  抱負的是,在上述的從強水冷轉換為弱水冷或空冷的冷卻辦法中,運用強水冷冷卻到Ms點(diǎn)鄰近的比Ms點(diǎn)高的溫度,然后轉換為弱水冷或空冷,由此使鋼管的外表面側因來(lái)自?xún)缺砻鎮鹊膶岫鴱蜔?,盡可能地減小鋼管內表面與外表面的溫度差,然后運用強制空冷等冷卻到Ms點(diǎn)、抱負的是Mf點(diǎn)以下的溫度。依據該施行辦法,在例如鋼管的壁厚較厚的狀況下特別有用。鋼管的壁厚較厚的狀況下,從外表面起的水冷中的壁厚方向的溫度不均勻變大,由于隨同外表面的馬氏體相變的脹大引起的大的拉伸應力,有時(shí)發(fā)生以外表面為龜裂的起點(diǎn)的脆性損壞。液氮深冷設備

       為了按捺該脆性損壞,延遲外表面的馬氏體相變的開(kāi)始、縮小內外表面的馬氏體相變的開(kāi)始時(shí)間之差的上述施行辦法是有用的。依據上述的施行辦法,可以平緩壁厚方向的溫度梯度、下降周方向發(fā)生的拉伸應力。特別抱負的是,在作為冷卻面的外表面通過(guò)Ms點(diǎn)之前平緩內外表面的溫度差。實(shí)際上抱負的是,監督鋼管的外表面水冷部的溫度,并在通過(guò)Ms點(diǎn)前中止水冷。關(guān)于強水冷的冷卻速度,依據鋼種而不同,低合金鋼的狀況下,若開(kāi)始的冷卻階段的冷卻速度過(guò)小,則發(fā)生貝氏體相變而不能保證充沛的馬氏體比率,因而抱負的是依據目標鋼的CCT圖確定恰當的冷卻速度。此外,在新日鐵的這項技能的施行辦法中,包括由如下辦法制作的冷卻進(jìn)程:運用強水冷冷卻到Ms點(diǎn)鄰近的比Ms點(diǎn)高的溫度,然后轉換為弱水冷或空冷,由此使鋼管的外表面側因來(lái)自?xún)缺砻鎮鹊膶岫鴱蜔?,盡可能地減小鋼管內表面與外表面的溫度差,但通過(guò)運用前述間歇水冷代替該冷卻進(jìn)程也可得到相同的作用。即,新日鐵的這項技能中,也可以在Ms點(diǎn)鄰近的比Ms點(diǎn)高的溫度下中止前述本發(fā)明(3)中記載的間歇水冷(間歇性地重復施行和中止水冷的操作),然后進(jìn)行強制空冷等強冷卻。但是,該施行辦法歸于前述新日鐵的這項技能(3)的領(lǐng)域。以上所述的新日鐵的這項技能的鋼管的淬火辦法中,作為水冷的辦法,可以適當地挑選選用層流冷卻、噴發(fā)冷卻、噴霧冷卻等以往所運用的辦法。抱負的是,在此基礎上通過(guò)在水冷中增減水量、或間歇性地重復施行水冷和中止水冷來(lái)使壁厚方向溫度不均勻均勻化,削減鋼管的周方向應力。抱負的是鋼管內部不進(jìn)行水冷地放冷或強制空冷。別的,在水冷進(jìn)程中使鋼管旋轉可以使周方向的溫度分布均一化,因而是抱負的。 

  新日鐵的這項技能作為處理目標的是淬火時(shí)簡(jiǎn)單發(fā)生淬火裂紋的鋼管。特別是依據新日鐵的這項技能的處理的目標物為(A)含有0.20~1.20%的C的鋼管、其間為低合金鋼或中合金鋼的鋼管的狀況下、或(B)含有0.10~0.30%的C和11~18%的Cr的Cr系不銹鋼管、其間為13Cr不銹鋼管的狀況下,新日鐵的這項技能的作用明顯。前述(A)的含有0.20~1.20%的C的鋼管是指由以該規模含有C的原料構成的鋼管,一般為低合金鋼或中合金鋼的鋼管。C的含量低于0.20%時(shí),因馬氏體化引起的體積脹大比較小,因而淬火裂紋根本不會(huì )成為問(wèn)題。 液氮深冷設備

  另一方面,若C超越1.20%,Ms點(diǎn)下降,簡(jiǎn)單有奧氏體殘留,難以得到馬氏體率為80%以上的安排。因而,C含量為0.20~1.20%從發(fā)揮新日鐵的這項技能作用的方面來(lái)看是抱負的。更抱負的C含量為0.25~1.00%、進(jìn)一步抱負的是0.30~0.65%。含有0.20~1.20%的C的低合金鋼、中合金鋼的鋼管中,如前述圖1所示,對鋼管的中央部整體進(jìn)行水冷、不對管端部進(jìn)行水冷,由此可使管端的鄰近成為不發(fā)生淬火裂紋的貝氏體主體的安排。作為低合金鋼或中合金鋼,例如可列舉出如下的鋼:C:0.20~1.20、Si:2.0%以下、Mn:0.01~2.0%、且含有Cr:7.0%以下、Mo:2.0%以下、Ni:2.0%以下、Al:0.001~0.1%、N:0.1%以下、Nb:0.5%以下、Ti:0.5%以下、V:0.8%以下、Cu:2.0%以下、Zr:0.5%以下、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、B:0.01%以下中的1種以上,剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成,作為雜質(zhì)的P:0.04%以下、S:0.02%以下。需求闡明的是,若Cr含量超越7.0%,則在不進(jìn)行水冷的管端部也簡(jiǎn)單發(fā)生馬氏體,因而抱負的是7.0%以下。接著(zhù),前述(B)的含有0.10~0.30%的C和11~18%的Cr的Cr系不銹鋼管是指由以該規模含有C和Cr的Cr系不銹鋼制作的鋼管(馬氏體類(lèi)不銹鋼管)。 

  若C的含量低于0.10%,則即便進(jìn)行淬火也無(wú)法得到充沛的強度,另一方面,若C超越0.30%,則難以避免奧氏體的殘留、難以保證馬氏體比率80%以上。因而,C含量為0.10~0.30%從發(fā)揮新日鐵的這項技能作用的方面來(lái)看是抱負的。使Cr的含量為11~18%是因為,為了提高耐腐蝕性,Cr為11%以上是抱負的,另一方面,若Cr超越18%則簡(jiǎn)單發(fā)生δ鐵素體,熱加工性下降。更抱負的是Cr:10.5~16.5%。作為含有0.10~0.30%的C和11~18%的Cr的Cr系不銹鋼,例如可列舉出如下的鋼:C:0.10~0.30、Si:1.0%以下、Mn:0.01~1.0%、Cr:11~18%(更抱負的是10.5~16.5%)、且含有Mo:2.0%以下、Ni:1.0%以下、Al:0.001~0.1%、N:0.1%以下、Nb:0.5%以下、Ti:0.5%以下、V:0.8%以下、Cu:2.0%以下、Zr:0.5%以下、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、B:0.01%以下中的1種以上,剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成,作為雜質(zhì)的P:0.04%以下、S:0.02%以下。其間13Cr不銹鋼管在許多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中通用,作為新日鐵的這項技能的處理目標是適宜的。 液氮深冷設備

  新日鐵的這項技能的淬火辦法當然可以應用于將鋼管從常溫起再加熱而進(jìn)行的所謂再加熱淬火,但也可作為無(wú)縫鋼管的制作時(shí)從剛熱軋后的、鋼管為A以上的溫度的狀態(tài)進(jìn)行淬火的所謂直接淬火、進(jìn)而可作為在熱軋后鋼管的保有熱量未大幅下降的階段以A點(diǎn)以上的溫度均熱(補熱)后進(jìn)行淬火的、所謂在線(xiàn)熱處理(在線(xiàn)淬火)的淬火辦法來(lái)應用。運用新日鐵的這項技能的淬火辦法,可以有用地避免淬火裂紋,因而可以穩定地制作具有馬氏體比率高的安排的高強度的鋼管。 液氮深冷設備

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