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1、(10)申请公布号 CN 103866185 A (43)申请公布日 2014.06.18 CN 103866185 A (21)申请号 201410096226.6 (22)申请日 2014.03.14 C22C 38/14(2006.01) C22C 38/12(2006.01) C22C 38/04(2006.01) C21D 8/10(2006.01) (71)申请人 莱芜钢铁集团有限公司 地址 271104 山东省莱芜市钢城区友谊大街 38 号 (72)发明人 侯晓英 王业勤 许荣昌 (74)专利代理机构 济南金迪知识产权代理有限 公司 37219 代理人 吕利敏 (54) 发明名称。
2、 一种在线制造低成本超细晶粒相变诱发塑性 钢无缝管的制备方法 (57) 摘要 本发明涉及一种在线制造低成本超细晶粒相 变诱发塑性钢无缝管及其制备方法。将铸锭经 锻棒、 车削、 加热、 穿孔和冷拔后得到无缝冷拔钢 管， 然后采用中频加热感应线圈进行 3 次循环 加热 + 淬火处理， 最后空冷、 水冷或自然冷却至室 温， 即得低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管。 本发明利用普通低碳钢的化学成分， 成本相对较 低， 其抗拉强度 900MPa， 屈强比 0.64， 延伸 率 24.0%， 加工硬化指数 0.23， 各向异性指数 1.01 ； 显微组织的平均晶粒尺寸均 3m， 其 中残余奥氏体体积分数 。
3、11.5 19.5%。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 10 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书10页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103866185 A CN 103866185 A 1/1 页 2 1. 一种低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管， 其特征在于， 化学组成按质量百分比 为 C ： 0.10% 0.25%， Si ： 1.0% 1.8%， Mn ： 1.0% 1.9%， Nb0.10%， Ti0.08%， P 0.006%， S 0.007%， 余量为 Fe 和冶炼条件下产生的杂质。低成。
4、本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管 的抗拉强度 900MPa， 屈强比 0.64， 延伸率 24.0%， 加工硬化指数 0.23， 各向异性指 数 1.01 ； 显微组织的平均晶粒尺寸均 3m， 其中残余奥氏体体积分数在 11.5 19.5% 范围内。 2. 如权利要求 1 所述的低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管， 其特征在于， 低成本 超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管的抗拉强度 900 1100MPa， 屈强比 0.58 0.64， 延伸率 24.0 30%， 加工硬化指数 0.23 0.35， 各向异性指数 1.01 1.40 ； 显微组织的平均晶粒 尺寸均 3m， 其中残余奥氏体体积分数在 1。
5、1.5 19.5% 范围内。 3.如权利要求1或2所述的低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管， 其特征在于， 低成 本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管的抗拉强度 900 1000MPa， 屈强比 0.58 0.64， 延伸 率 24.0 30%， 加工硬化指数 0.23 0.29， 各向异性指数 1.11 1.35 ； 显微组织的平均 晶粒尺寸均 3m， 其中残余奥氏体体积分数在 11.5 19.5% 范围内。 4.如权利要求1或2所述的低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管， 其特征在于， 低成 本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管的屈服强度 516 641MPa， 抗拉强度 905 1018MPa， 屈 。
6、强比 0.56 0.64， 延伸率 24.0 32.5%， 加工硬化指数 0.23， 各向异性指数 1.1 1.5 ； 显微组织的平均晶粒尺寸均 3m， 其中残余奥氏体体积分数在 11.5 19.5% 范围内。 5. 如权利要求 1 4 任一项所述的低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管， 其特征在 于， 低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管的强塑积为 22729 30220MPa.%。 6.一种如权利要求15任一项所述的低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管的制备 方法， 其特征在于包括以下步骤 ： (1) 将冶炼后的钢材原材料锻造成棒材， 棒材经过车削除去外表面褶皱和缺陷形成管 坯， 将管坯加热到1。
7、1001250并保温2小时后进行穿孔， 然后冷却至室温， 将冷却后的管 坯进行 3 7 道次冷拔， 即得到无缝冷拔钢管 ； (2)将无缝冷拔钢管采用中频加热感应线圈进行3次循环加热+淬火处理， 其中加热 速率 300 /s， 退火温度 (Ac3 40 ) (Ac3+10 )， 退火时间 5 15s ； (3) 将退火后的无缝冷拔钢管以 50 /s 的速率冷却到贝氏体区 380 430， 等温 处理 20 100s ； (4) 对等温处理后的钢管进行空冷、 水冷或自然冷却至室温， 获得超细晶粒相变诱发塑 性钢无缝管。 7. 如权利要求 6 所述的低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管的制备方法， 其。
8、特征在 于， 步骤 1） 得到的无缝冷拔钢管满足尺寸 ： 壁厚 20mm， 外径 1000mm。 8. 如权利要求 6 或 7 所述的低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管的制备方法， 其特 征在于， 所选述的钢材原材料的化学组成按质量百分比为 C ： 0.10% 0.25%， Si ： 1.0% 1.8%， Mn ： 1.0% 1.9%， Nb0.10%， Ti0.08%， P 0.006%， S 0.007%， 余量为 Fe 和冶炼条 件下产生的杂质。 权 利 要 求 书 CN 103866185 A 2 1/10 页 3 一种在线制造低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管的制 备方法 技术领域 。
9、0001 本发明属于钢管的制备领域， 具体涉及一种在线制造低成本超细晶粒相变诱发塑 性钢无缝管的制备方法。 背景技术 0002 近几年， 气候变化、 能源短缺等问题对现代工业的发展及人们的日常生活产生着 日益严重的影响。 节能减排、 低碳环保已经是当今各国工业发展所亟待解决的问题。 作为现 代工业的标志与象征的汽车工业既是拉动国民经济发展的支柱产业， 也是高消耗、 高排放， 造成环境污染的重点行业， 其所产生的一系列环境负面影响构成了汽车工业可持续发展面 临要解决的首要问题。 0003 为了满足环境保护的需求， 在保证整车性能的前提下实现轻量化， 已成为各汽车 企业研发新产品的目标， 除了采用。
10、更高强度的材料以外， 另一有效途径就是通过使用空心 部件代替实心部件的方法来实现。随着管材内高压生产技术的成熟， 高强度空心构件的工 业生产已经成为可能， 而实现该方案需要有高强度的空心件作为前提。其中相变诱发塑性 钢不但具有高的强度， 而且还具有高的断后延伸率， 它的研制成功为解决强度和塑性的矛 盾提供了方向， 因此成为近年来汽车用钢板的一大热点。 0004 目前， 钢管的热处理加热方式仍以燃气加热和电阻加热为主， 多数是将钢管整体 放入加热炉内进行加热， 这样所加工的钢管长度受到加热炉炉体大小的限制， 不能生产大 规格和长度较大的钢管， 从而限制了钢管的产品规格 ； 此外， 采用这种装置在。
11、加热过程中升 温较慢， 钢管表面的氧化层严重， 而且工作效率也不高 ； 再者， 炉体内的托辊道无法保证钢 管在加热炉内的匀速转动， 其加热不均， 可导致钢管的弯曲。 0005 CN1267736 公开了一种合金结构钢的晶粒超细化方法， 其特征在于该方法采用循 环快速热处理的主要工艺流程为 ： 正火 - 淬火 - 快速奥氏体化 (Ac3以上 )- 快速淬火 (Ms 以 下 )- 快速奥氏体化 (Ac3以上 )- 快速淬火 (Ms 以下 )-( 循环若干次 )， 具体步骤如下 ： 首先， 在中温盐浴炉中将零件加热到 Ac3+(50 80 )， 保温 10 60 分钟后空冷， 以使组织 均匀化， 然。
12、后， 在中温盐浴炉中将零件加热到 Ac3+(30 50 ) 以使 Cr、 Mo、 Nb、 Ti 等合金化 元素充分溶解， 保温时间以零件截面内外温度一致为准， 一般为 10 30 分钟， 当零件均热 后取出， 置于 Ms 以下温度的油中淬油， 以使零件获得全马氏体组织， 淬油后进行如下循环 快速热处理 ： 将零件置于 Ac3+(30 50 ) 的盐浴炉中保温 1 2 分钟后， 取出零件迅速淬 油， 油温低于 Ms， 淬油时间 0.5 1 分钟 ； 再迅速将零件置于 Ac3+(30 50 ) 的盐浴炉中 保温、 淬油， 重复进行上述操作34次。 虽然该方法成功实现合金结构钢的晶粒超细化， 但 是。
13、存在以下不足之处 ：（1） 仅适用于 C 0.35% 且含有较高含量的 Cr、 Mo 等贵重合金元素 的材料 ；（2） 没有进一步详细分析晶粒超细化对力学性能产生的影响 ；（3） 制造工序较长， 工艺过程比较复杂， 工艺控制难度较大。 说 明 书 CN 103866185 A 3 2/10 页 4 发明内容 0006 针对目前钢管制造技术存在的诸多问题， 本发明提供一种在线制造低成本超细晶 粒相变诱发塑性钢无缝管及其制备方法， 目的是采用中频感应热处理工艺， 利用普通低碳 钢的化学成分生产出具有良好综合力学性能的低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管。 0007 一种在线制造低成本超细晶粒相变诱发。
14、塑性钢无缝管， 化学组成按质量百分比为 C ： 0.10% 0.25%， Si ： 1.0% 1.8%， Mn ： 1.0% 1.9%， Nb0.10%， Ti0.08%， P 0.006%， S 0.007%， 余量为 Fe 和冶炼条件下产生的杂质。低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管 的抗拉强度 900MPa， 屈强比 0.64， 延伸率 24.0%， 加工硬化指数 0.23， 各向异性指 数 1.01 ； 显微组织的平均晶粒尺寸均 3m， 其中残余奥氏体体积分数在 11.5 19.5% 范围内。 0008 优选的， 低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管的抗拉强度 900 1100MPa， 屈。
15、强 比 0.58 0.64， 延伸率 24.0 30%， 加工硬化指数 0.23 0.35， 各向异性指数 1.01 1.40 ； 显微组织的平均晶粒尺寸均 3m， 其中残余奥氏体体积分数在 11.5 19.5% 范围 内。 0009 更优选的， 低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管的抗拉强度 900 1000MPa， 屈 强比 0.58 0.64， 延伸率 24.0 30%， 加工硬化指数 0.23 0.29， 各向异性指数 1.11 1.35 ； 显微组织的平均晶粒尺寸均 3m， 其中残余奥氏体体积分数在 11.5 19.5% 范围 内。 0010 优选的， 低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝。
16、管的屈服强度 516 641MPa， 抗拉 强度 905 1018MPa， 屈强比 0.56 0.64， 延伸率 24.0 32.5%， 加工硬化指数 0.23， 各 向异性指数 1.1 1.5 ； 显微组织的平均晶粒尺寸均 3m， 其中残余奥氏体体积分数在 11.5 19.5% 范围内。 0011 优 选 的， 低 成 本 超 细 晶 粒 相 变 诱 发 塑 性 钢 无 缝 管 的 强 塑 积 为 22729 30220MPa.%。 0012 实现本发明的技术方案按照以下步骤进行 ： 0013 冶炼锻棒车削加热穿孔冷拔中频感应热处理成品 0014 一种在线制造低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝。
17、管的制备方法， 其特征在于包 括以下步骤 ： 0015 (1) 将冶炼后的钢材原材料锻造成棒材， 棒材经过车削除去外表面褶皱和缺陷形 成管坯， 将管坯加热到11001250并保温2小时后进行穿孔， 然后冷却至室温， 将冷却后 的管坯进行 3 7 道次冷拔， 即得到无缝冷拔钢管 ； 0016 (2)将无缝冷拔钢管采用中频加热感应线圈进行3次循环加热+淬火处理， 其中 加热速率 300 /s， 退火温度 (Ac3 40 ) (Ac3+10 )， 退火时间 5 15s ； 0017 (3) 将退火后的无缝冷拔钢管以 50 /s 的速率冷却到贝氏体区 380 430， 等温处理 20 100s ； 0。
18、018 (4) 对等温处理后的钢管进行空冷、 水冷或自然冷却至室温， 获得超细晶粒相变诱 发塑性钢无缝管。 0019 优选的， 步骤 1） 得到的无缝冷拔钢管满足尺寸 ： 壁厚 20mm， 外径 1000mm。 0020 Ac3为热处理加热过程中铁素体完全转变为奥氏体的温度。 说 明 书 CN 103866185 A 4 3/10 页 5 0021 本发明所选用的钢材原材料的化学组成按质量百分比为 C ： 0.10% 0.25%， Si ： 1.0% 1.8%， Mn ： 1.0% 1.9%， Nb0.10%， Ti0.08%， P 0.006%， S 0.007%， 余量为 Fe 和冶炼条件。
19、下产生的杂质。 0022 与现有技术相比较， 本发明的特点和有益效果是 ： 0023 1. 本发明的目标是利用现有的普通低碳钢的化学成分研究开发出具有良好综合 力学性能的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管， 在工业生产中成本较低。此外通过调整热处 理工艺参数， 可以控制相变诱发塑性钢无缝管的微观组织中的各相比例， 进而得到不同力 学性能的相变诱发塑性钢无缝管， 适合不同化学成分、 不同尺寸的相变诱发塑性钢无缝管 的生产， 工艺相对稳定， 成本相对较低， 达到节能环保的效果。 0024 2. 本发明的技术方案是利用中频加热感应线圈， 将初始组织为铁素体 + 珠光体的 无缝冷拔钢管进行3次循环加热+淬火。
20、处理， 从而有效地细化了晶粒尺寸， 也即增加了晶 界面积。由于晶界可把塑性变形限制在一定的范围， 使变形均匀， 同时又阻碍裂纹扩展， 从 而提高钢管的强塑性， 这大大发挥了材质的潜力。 而且在以满足技术条件为准则的前提下， 可合理控制循环次数， 这样也可彰显节约能耗方面的良好前景。 0025 3.本发明的技术方案在进行循环加热+淬火处理时， 其中加热速率300/s， 超 快速加热使热处理加热过程中的再结晶开始温度升高， 再结晶温度范围扩大， 而最终再结 晶晶粒尺寸减小。 再结晶晶粒尺寸的减小受形核率和长大率的控制， 超快速加热时， 在形核 初期没有足够的时间发生回复， 因而再结晶前回复所消耗的。
21、形变储能相对于加热速率较低 时来说很少， 同时再结晶温度被推迟到相对高的温度， 这也是退火温度参数制定为 (Ac3 40)(Ac3+10)， 相对于常规相变诱发塑性钢退火温度要高的缘故。 超快速加热时因为 要在有限的时间内要求达到可观的形核量， 所以在较高的再结晶温度下增加了形核率， 结 果使得晶粒尺寸更为细小， 而细化晶粒是惟一既能提高强度， 同时又增加其塑性性能的有 效措施， 因而成品相变诱发塑性钢钢管的强度和塑性同步增加。 此外， 超快速加热使得最终 组织的基体中保留有大量高密度位错 ( 如图 6 所示 )， 由于基体对屈服强度有重要的贡献， 因而本发明的技术方案制备得到的相变诱发塑性钢。
22、无缝管的屈服强度较高 ( 515MPa)。 0026 4. 本发明的技术方案制备得到的相变诱发塑性钢无缝管的显微组织中， 弥散分布 着11.5%19.5%的残余奥氏体， 其形态不仅仅局限于块状结构， 而且在贝氏体铁素体板条 间能观察到大量的片层状残余奥氏体， 见图 4 和 5。由于在贝氏体相变的过程中， 两侧的贝 氏体同时向残余奥氏体中排碳， 使得这种片层状残余奥氏体接收到更多从贝氏体中排出的 碳， 因而稳定性更高， 对相变诱发塑性效应的贡献也更大。 而且由于周围的贝氏体产生水静 压力， 能使马氏体相变发生在很大的应变范围， 从而使其具有优异的强塑性匹配。 0027 5. 本发明的超细晶粒相变。
23、诱发塑性钢无缝管产品具有优异的强塑性匹配， 达 到 22729MPa% 以上， 在拉伸过程中不存在屈服点或屈服平台， 具有高的加工硬化指数 （n 0.23） 和各向异性指数 （r 1.01） ， 以及 0.64 的低屈强比， 其成形性能优良， 可以 作为冷弯异型管的原材料 ； 同时满足内高压成形对管材强度和塑性的双重要求， 因而也可 以应用于汽车防撞梁等变形量大和形状复杂的薄壁内高压成形管件。 0028 中频感应加热处理后的产品质量良好、 控制精度高、 设备投资小、 生产成本低、 劳 动条件好、 节能环保、 设备维护简单， 是一项值得推广的技术。 说 明 书 CN 103866185 A 5 。
24、4/10 页 6 附图说明 0029 图 1 为本发明实施例中频感应热处理工艺示意图 ； 0030 图 2 为本发明实施例工艺 2- 制备的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管在 LEICA DMIRM 多功能光学显微镜下的金相组织 ； 0031 图 3 为本发明实施例工艺 2- 制备的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管在 Quanta600 扫描电镜下的金相组织 ； 0032 图 4 为本发明实施例工艺 2- 制备的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管在透射电 镜下观察到的片层状残余奥氏体形貌。 0033 其中 (a) ： 片层状残余奥氏体的明场形貌， (b) ： 片层状残余奥氏体的暗场形貌， (c) ： (a)。
25、 中圆圈所标识的衍射花样。 0034 图 5 为本发明实施例工艺 2- 中制备的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管在透射 电镜下观察到的块状残余奥氏体形貌 ； 0035 其中 (a) ： 块状残余奥氏体的明场形貌， (b) ： 块状残余奥氏体的暗场形貌， (c) ： (a) 中圆圈所标识的衍射花样。 0036 图 6 为本发明实施例工艺 2- 中制备的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管在透射 电镜下观察到的基体组织中存在的高密度位错 ； 0037 图 7 为本发明实施例工艺 5-II、 5-III、 5- 和 5- 制备的超细晶粒相变诱发塑 性钢无缝管的拉伸曲线图。 具体实施方式 0038 本发明实施例中。
26、所选用的钢材原材料的化学组成按质量百分比为 C ： 0.10% 0.25%， Si ： 1.0% 1.8%， Mn ： 1.0% 1.9%， Nb0.10%， Ti0.08%， P 0.006%， S 0.007%， 余量为 Fe 和冶炼条件下产生的杂质。 0039 本发明实施例中将冶炼后的铸锭锻造成棒材， 棒材经过车削除去外表面褶皱和缺 陷形成管坯， 将管坯加热到11001250并保温2小时后进行穿孔， 然后冷却至室温， 将冷 却后的管坯进行 3 7 道次冷拔， 即得到满足尺寸壁厚 20mm、 外径 1000mm 的无缝冷拔 钢管。 0040 本发明实施例中将无缝冷拔钢管采用中频加热感应线圈。
27、进行3次循环加热+淬 火处理， 其中加热速率 300 /s， 退火温度 (Ac3 40 ) (Ac3+10 )， 退火时间 5 15s。 0041 本发明实施例中将退火后的无缝冷拔钢管以 50 /s 的速率冷却到贝氏体区 380 430， 等温处理 20 100s 后空冷、 水冷或自然冷却至室温， 获得超细晶粒相变诱发 塑性钢无缝管。 0042 本发明实施实例中从制备得到的相变诱发塑性钢无缝管的中部线切割出金相试 样， 经研磨抛光后采用4%硝酸酒精进行侵蚀， 对其显微组织在LEICADMIRM多功能光学显 微镜和 Quanta600 扫描电镜下进行观察。利用 H-800 型透射电镜观察残奥及位。
28、错形貌。 0043 本发明实施实例中沿制备得到的相变诱发塑性钢无缝管的管壁取样进行透射和 X 射线衍射分析， 分别观察残余奥氏体形貌和体积分数。 X射线衍射仪测定试样的残余奥氏体 相对量时， 测定 (220)和 (200)峰的衍射强度， 采用式 V=1.4I/(I+1.4I) 求得残余 说 明 书 CN 103866185 A 6 5/10 页 7 奥氏体的相对量 ； 铁素体晶粒尺寸取 5 张组织图进行分析计算， 然后取平均值， 晶粒尺寸采 用割线法来测定。 0044 本发明实施实例中从制备得到的相变诱发塑性钢无缝管上取样按标准制成拉伸 试样， 有效标距为 5015mm， 在 SANA 万能实。
29、验机上进行力学性能测试， 拉伸速度 5mm/min。 0045 下面对本发明的具体实施方式作进一步详细说明， 但本发明的实施方式不限于 此。 0046 实施例 1 0047 本实施例所选用的钢材化学组成按质量百分比为 C ： 0.101%， Si ： 1.80%， Mn ： 1.09%， P ： 0.002%， S ： 0.005%， 余量为Fe。 由热膨胀曲线测得其Ac1和Ac3分别为721和849。 所述的 Ac1为退火加热过程中铁素体向奥氏体转变开始温度， Ac3为退火加热过程中铁素体 向奥氏体转变结束温度。由于钢的成分不同 ( 如碳含量硅含量等的变化 ) 工艺参数变 化 ( 如加热速率。
30、 )， Ac1 Ac3都会随之发生变化。本发明所采用的钢由热膨胀曲线测得其 Ac1和 Ac3。 0048 将冶炼后的铸锭锻造成棒材， 棒材经过车削除去外表面褶皱和缺陷形成管坯， 将 管坯加热到1100并保温2小时后进行穿孔， 然后冷却至室温， 将冷却后的管坯进行5道次 冷拔， 即得到壁厚 1.2mm、 外径 41mm 的无缝冷拔钢管。 0049 将无缝冷拔钢管采用中频加热感应线圈进行 4 次循环加热 + 淬火处理， 具体退火 工艺参数见表 1， 其中加热速率约 300 /s， 退火温度 (Ac3 39 ) (Ac3+1 )， 退火时间 5 15s。将退火后的无缝冷拔钢管以 50 /s 的速率冷。
31、却到贝氏体区 380 430， 等 温处理 30 90s 后空冷至室温， 获得超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管， 在本实施例所制定 的工艺条件下， 平均晶粒尺寸均 3m， 显微组织中残余奥氏体体积分数在 13.9 19.5% 范围内。 0050 表 1 实施例 1 的退火工艺参数和力学性能 0051 0052 其中 ： n 为加工硬化指数， 该指数由真应力应变关系定义， 指金属薄板成形时真应 力 S 一真应变 关系式中的幂指数 n， 关系式如下 ： 0053 S=Kn， 式中 K 为强度系数。 说 明 书 CN 103866185 A 7 6/10 页 8 0054 r 为各向异性指数， 根据塑性。
32、变形前后体积不变原理由下式计算得到 ： 0055 r=ln(b/b0)/ln(b0/Lb)， 式中 L 为试样进行制定应变后的标距， b 为试样进行制定 应变后的宽度， b0为试样原始宽度。 0056 对制备得到的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管在拉伸试验机上进行力学性能 测试， 测试结果见表 1。在本实施例所制定的工艺条件下， 其抗拉强度 905MPa， 屈强比 0.60， 延伸率 27.6%， 强塑积 25834MPa.%。高的延伸率、 加工硬化指数 （n 0.25） 以 及各向异性指数 （r 1.24） ， 证明本发明的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管在室温状态下 具有良好的成形性能， 适合于复。
33、杂形状的管材加工。 0057 实施例 2 0058 本实施例所选用的钢材化学组成按质量百分比为 C ： 0.16%， Si ： 1.35%， Mn ： 1.51%， P ： 0.005%， S ： 0.007%， 余量为 Fe。由热膨胀曲线测得其 Ac1和 Ac3分别为 735 和 870。 0059 将冶炼后的铸锭锻造成棒材， 棒材经过车削除去外表面褶皱和缺陷形成管坯， 将 管坯加热到1100并保温2小时后进行穿孔， 然后冷却至室温， 将冷却后的管坯进行4道次 冷拔， 即得到壁厚 2.1mm、 外径 53mm 的无缝冷拔钢管。 0060 将无缝冷拔钢管采用中频加热感应线圈进行 4 次循环加热。
34、 + 淬火处理， 具体退火 工艺参数见表 2， 其中加热速率约 400 /s， 退火温度 (Ac3 40 ) (Ac3+10 )， 退火时 间 5 15s。将退火后的无缝冷拔钢管以 50 /s 的速率冷却到贝氏体区 380 426， 等温处理 30 90s 后空冷至室温， 获得超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管， 在本实施例所制 定的工艺条件下， 平均晶粒尺寸均 2.5m， 显微组织中残余奥氏体体积分数在 11.6 15.7% 范围内。 0061 表 2 实施例 2 的退火工艺参数和力学性能 0062 0063 以工艺 2- 为例， 说明低成本超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管的显微组织。实施 例2-工艺。
35、制备的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管的显微组织和扫描组织分别如图2和3 所示。由图可见， 组织由铁素体、 贝氏体和 15.7% 的残余奥氏体 （图 3 箭头所示） 组成， 平均 说 明 书 CN 103866185 A 8 7/10 页 9 晶粒尺寸为 (2.00.5)m， 可以推断， 将冷拔无缝钢管在连续数次的奥氏体化 + 淬火处理 后进行中频感应加热处理后得到基体为超细晶组织的相变诱发塑性钢无缝钢管是可行的。 0064 组织中残余奥氏体的形态不仅仅局限于块状结构， 而且在贝氏体铁素体板条间能 观察到大量的片层状残余奥氏体， 见图 4 和 5。由于在贝氏体相变的过程中， 两侧的贝氏体 同时向残。
36、余奥氏体中排碳， 使得这种片层状残余奥氏体接收到更多从贝氏体中排出的碳， 因而稳定性更高， 对相变诱发塑性效应的贡献也更大。而且由于周围的贝氏体产生水静压 力， 能使马氏体相变发生在很大的应变范围， 延伸率达到 25.7%。在透射电镜下观察到除了 残余奥氏体存在于铁素体中之外， 高密度位错分布于基体组织中， 如图 6 所示， 由于基体对 屈服强度有重要的贡献， 因而连续退火钢的屈服强度较高， 达到 571MPa。 0065 对制备得到的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管在拉伸试验机上进行力学性能 测试， 测试结果见表 2。在本实施例所制定的工艺条件下， 其抗拉强度 920MPa， 屈强比 0.63，。
37、 延伸率 24.5%， 加工硬化指数 （n） 0.23， 各向异性指数 （r） 1.07， 强塑积 22729MPa.%。 0066 实施例 3 0067 本实施例所选用的钢材化学组成按质量百分比为 C ： 0.184%， Si ： 1.00%， Mn ： 1.87%， P ： 0.006%， S ： 0.003%， 余量为Fe。 由热膨胀曲线测得其Ac1和Ac3分别为730和850。 0068 将冶炼后的铸锭锻造成棒材， 棒材经过车削除去外表面褶皱和缺陷形成管坯， 将 管坯加热到1200并保温2小时后进行穿孔， 然后冷却至室温， 将冷却后的管坯进行4道次 冷拔， 即得到壁厚 1.20mm、 。
38、外径 43mm 的无缝冷拔钢管。 0069 将无缝冷拔钢管采用中频加热感应线圈进行 4 次循环加热 + 淬火处理， 具体退火 工艺参数见表3， 其中加热速率约300/s， 退火温度(Ac340)(Ac3+10)， 退火时间 5 10s。将退火后的无缝冷拔钢管以 50 /s 的速率冷却到贝氏体区 385 430， 等 温处理20100s后空冷至室温， 获得超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管， 在本实施例所制定 的工艺条件下， 平均晶粒尺寸均 3m， 显微组织中残余奥氏体体积分数在 12.9 16.1% 范围内。 0070 对制备得到的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管在拉伸试验机上进行力学性能 测试， 测试。
39、结果见表 3。在本实施例所制定的工艺条件下， 其抗拉强度 942MPa， 屈强比 0.64， 延伸率 24.5%， 加工硬化指数 （n） 0.23， 各向异性指数 （r） 1.01， 强塑积 23618MPa.%。 0071 表 3 实施例 3 的退火工艺参数和力学性能 0072 说 明 书 CN 103866185 A 9 8/10 页 10 0073 实施例 4 0074 本实施例所选用的钢材化学组成按质量百分比为 C ： 0.20%， Si ： 1.23%， Mn ： 1.32%， Nb ： 0.0298%， Ti ： 0.031%， P ： 0.001%， S ： 0.004%， 余量。
40、为 Fe。由热膨胀曲线测得其 Ac1和 Ac3 分别为 755 和 880。 0075 将冶炼后的铸锭锻造成棒材， 棒材经过车削除去外表面褶皱和缺陷形成管坯， 将 管坯加热到1250并保温2小时后进行穿孔， 然后冷却至室温， 将冷却后的管坯进行7道次 冷拔， 即得到壁厚 0.8mm、 外径 100mm 的无缝冷拔钢管。 0076 将无缝冷拔钢管采用中频加热感应线圈进行 4 次循环加热 + 淬火处理， 具体退火 工艺参数见表 4， 其中加热速率约 400 /s， 退火温度 (Ac3 40 ) (Ac3+10 )， 退火时 间 5 15s。将退火后的无缝冷拔钢管以 50 /s 的速率冷却到贝氏体区。
41、 380 430， 等温处理 30 90s 后空冷至室温， 获得超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管， 在本实施例所制 定的工艺条件下， 平均晶粒尺寸均 2.5m， 显微组织中残余奥氏体体积分数在 14.9 17.2% 范围内。 0077 对制备得到的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管在拉伸试验机上进行力学性能 测试， 测试结果见表 4。在本实施例所制定的工艺条件下， 其抗拉强度 954MPa， 屈强比 0.63， 延伸率 24.0%， 加工硬化指数 （n） 0.23， 各向异性指数 （r） 1.10， 强塑积 23352MPa.%。 0078 表 4 实施例 4 的退火工艺参数和力学性能 0079 说 明。
42、 书 CN 103866185 A 10 9/10 页 11 0080 实施例 5 0081 本实施例所选用的钢材化学组成按质量百分比为 C ： 0.22%， Si ： 1.52%， Mn ： 1.63%， Nb ： 0.099%， Ti ： 0.071%， P ： 0.004%， S ： 0.003%， 余量为 Fe。由热膨胀曲线测得其 Ac1和 Ac3分 别为 723 和 876。 0082 将冶炼后的铸锭锻造成棒材， 棒材经过车削除去外表面褶皱和缺陷形成管坯， 将 管坯加热到1250并保温2小时后进行穿孔， 然后冷却至室温， 将冷却后的管坯进行7道次 冷拔， 即得到壁厚 0.8mm、 外。
43、径 100mm 的无缝冷拔钢管。 0083 将无缝冷拔钢管采用中频加热感应线圈进行 4 次循环加热 + 淬火处理， 具体退火 工艺参数见表 5， 其中加热速率约 300 /s， 退火温度 (Ac3 36 ) (Ac3+4 )， 退火时间 5 15s。将退火后的无缝冷拔钢管以 50 /s 的速率冷却到贝氏体区 385 430， 等 温处理30100s后空冷至室温， 获得超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管， 在本实施例所制定 的工艺条件下， 平均晶粒尺寸均 3m， 显微组织中残余奥氏体体积分数在 16.6 19.0% 范围内， 见表 5。 0084 对制备得到的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管在拉伸试验机上。
44、进行力学性能测 试， 工艺 5-II、 5-III、 5- 和 5- 在室温时的拉伸曲线如图 7 所示， 拉伸曲线均呈连续屈 服状态， 没有出现屈服平台或上、 下屈服点。在本实施例所制定的工艺条件下， 其抗拉强度 960MPa， 屈强比 0.63， 延伸率 26.1%， 加工硬化指数 （n） 0.23， 各向异性指数 （r） 1.02， 强塑积 25632MPa.%。 0085 表 5 实施例 5 的退火工艺参数和力学性能 0086 说 明 书 CN 103866185 A 11 10/10 页 12 0087 实施例 6 0088 本实施例所选用的钢材化学组成按质量百分比为 C ： 0.25。
45、%， Si ： 1.02%， Mn ： 1.90%， P ： 0.005%， S ： 0.003%， 余量为 Fe。由热膨胀曲线测得其 Ac1和 Ac3分别为 726 和 845。 0089 将冶炼后的铸锭锻造成棒材， 棒材经过车削除去外表面褶皱和缺陷形成管坯， 将 管坯加热到1100并保温2小时后进行穿孔， 然后冷却至室温， 将冷却后的管坯进行4道次 冷拔， 即得到壁厚 5.0mm、 外径 1000mm 的无缝冷拔钢管。 0090 将无缝冷拔钢管采用中频加热感应线圈进行 7 次循环加热 + 淬火处理， 其中加热 速率约 300 /s， 退火温度 (Ac3 35 ) (Ac3+5 )， 退火时。
46、间 5 15s。将退火后的无 缝冷拔钢管以 50 /s 的速率冷却到贝氏体区 380 430， 等温处理 30 100s 后空冷 至室温， 获得本发明的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管。 0091 实施例 7 0092 本实施例所选用的钢材化学成分同实施例 5。 0093 将冶炼后的铸锭锻造成棒材， 棒材经过车削除去外表面褶皱和缺陷形成管坯， 将 管坯加热到1250并保温2小时后进行穿孔， 然后冷却至室温， 将冷却后的管坯进行3道次 冷拔， 即得到壁厚 20mm、 外径 33mm 的无缝冷拔钢管。 0094 将无缝冷拔钢管采用中频加热感应线圈进行 7 次循环加热 + 淬火处理， 其中加热 速率约 。
47、400 /s， 退火温度 (Ac3 36 ) (Ac3+4 )， 退火时间 5 15s。将退火后的无 缝冷拔钢管以 50 /s 的速率冷却到贝氏体区 380 430， 等温处理 30 100s 后空冷 至室温， 获得本发明的超细晶粒相变诱发塑性钢无缝管。 说 明 书 CN 103866185 A 12 1/5 页 13 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103866185 A 13 2/5 页 14 图 3 说 明 书 附 图 CN 103866185 A 14 3/5 页 15 图 4 说 明 书 附 图 CN 103866185 A 15 4/5 页 16 图 5 说 明 书 附 图 CN 103866185 A 16 5/5 页 17 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103866185 A 17 。