一种S32750双相不锈钢的热穿管工艺的制作方法

本发明涉及一种成型工艺，尤其涉及一种S32750双相不锈钢的热穿管工艺。

背景技术：

双相不锈钢综合了铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的性能特点，具有优异的耐腐蚀性、良好的可焊性及良好的综合力学性能，在20世纪80年代就已经成为与铁素体型、奥氏体型和马氏体型不锈钢相并列的一类钢种。

21世纪也是海洋世纪，2035年海上油田产量将占总产油量90％。海洋油气开采将向深海、远海及海况恶劣区域开展，传统碳钢及奥氏体钢管难以满足其要求，这将大大增加对高耐蚀、高强度的大口径海底油气的管道输送管的需求。要满足海洋工程耐蚀管材的使用，和原有普通管材相比，均一性和设计的安全系数优于焊管；屈服强度、点腐蚀系数比奥氏体不锈钢管提高一倍；热线膨胀系数与海洋平台主材——碳钢接近，具有良好的结构设计匹配性等性能特点。但在其实际工业生产中尚存在不少问题，特别是热变形过程中双相组织难以协调，热穿管易开裂和强度高，冷拔成型困难，且管壁表面和芯部组织不均匀。

因此，亟待解决上述难题。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种提高S32750双相不锈钢热变形过程中组织、机械性能均匀性以及成型后强度和韧性的的热穿管工艺。

技术方案：本发明的S32750双相不锈钢的热穿管工艺，包括以下步骤：

(1)将钢材加热至950～1100℃的穿管温度后，再以0.01～10m/s的穿管速率进行穿管成型；

(2)将成型后的管材在穿管温度下保温20～100s，然后进行冷却，以减少钢材内部脆性相的析出，以避免由于脆性相的析出导致的钢的韧性及耐局部腐蚀性能下降。

进一步的，在进行上述步骤(1)之前，可以先将钢材加热至1150～1250℃(该温度为固溶温度)，并保温30～60min(该时间为固溶保温时间)，该步骤的固溶处理使得合金中各种相溶解更加充分，从而强化固溶体，消除应力与软化，提高钢材的韧性及抗蚀性能，以便后续加工或成型；保温后，再将钢材降温至步骤(1)中所述的穿管温度，便可直接进行穿管成型。其中该步骤中加热和降温过程中尽量实现均匀加热或降温，避免出现待热、待时现象，使得钢材在加热或降温时各局部区域的温度差更小，继而材料组织差异更小，更加有利于后续热穿管的进行。

进一步的，所述步骤(1)中，热穿管温度优选为1025～1075℃，在其它工艺条件和参数都相同的情况下，以该温度做为穿管温度进行穿管成型，其成型后的两相晶粒度大小和比例分布都明显更为均匀。

进一步的，所述步骤(1)中，穿管工艺采用单道次穿管，且穿管速率优选为0.1～5m/s，更进一步优选为0.5～1.5m/s，其中，所述穿管成型应当在匀速条件下进行。因为单道次穿管和多道次穿管相比效率高，并节约成本，同时，多道次穿管由于穿管过后为形变组织，不经过处理进行二次穿管会加大穿管难度并对组织产生负面影响；在其它工艺条件和参数都相同的情况下，采用0.5～1.5m/s的速率进行穿管成型，在保证实际生产效益的前提下，其成型过程中，管体流变平稳，成型后晶粒度分布较为均匀。

进一步的，所述步骤(2)中，由于将成型后的管材在穿管温度下保温100s时，两相组织中铁素体比例已出现增大的趋势，所以该保温时间优选20～80s。

步骤(3)中的冷却优选用水淬处理。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：S32750双相不锈钢采用本发明的的穿管工艺进行穿管成型，首先，钢材在进行穿管时，管体流变更为平稳，各处的应力变化较小，更适合实际生产；其次，钢材在穿管成型后，其内部组织晶粒更小，两相分布更为均匀，使得成型后钢材晶间结构稳定，强度和韧性由此得到提高。

附图说明

图1-4分别为S32750双相不锈钢采用本发明的穿管工艺，将钢材加热至1250℃后保温60min，再在1050℃下以1m/s的速率进行穿管成型的流变曲线图、组织晶粒图、组织晶粒度分布图及组织两相分布图；

图5-8分别为S32750双相不锈钢采用本发明的穿管工艺，将钢材加热至1250℃后保温60min，再在1050℃下以10m/s的速率进行穿管成型的流变曲线图、组织晶粒图、组织晶粒度分布图及组织两相分布图；

图9-12分别为S32750双相不锈钢采用本发明的穿管工艺，将钢材加热至1250℃后保温60min，再在1050℃下以0.01m/s的速率进行穿管成型的流变曲线图、组织晶粒图、组织晶粒度分布图及组织两相分布图；

图13-16分别为S32750双相不锈钢采用本发明的穿管工艺，将钢材加热至1250℃后保温60min，再在1170℃下以0.01m/s的速率进行穿管成型的流变曲线图、组织晶粒图、组织晶粒度分布图及组织两相分布图；

图17-20分别为S32750双相不锈钢采用本发明的穿管工艺，将钢材加热至1250℃后保温60min，再在1050℃下以1m/s的速率进行穿管成型后，并在1050℃下保温20s的流变曲线图、组织晶粒图、组织晶粒度分布图及组织两相分布图；

图21-24分别为S32750双相不锈钢采用本发明的穿管工艺，将钢材加热至1250℃后保温60min，再在1050℃下以1m/s的速率进行穿管成型后，并在1050℃下保温80s的流变曲线图、组织晶粒图、组织晶粒度分布图及组织两相分布图。

具体实施方式

实施例1

将S32750双相不锈钢棒材加热至1250℃(该温度为固溶温度)保温60min，在热穿管温度为1050℃下以1m/s的速率下进行热穿管，穿管过程中的流变曲线以及变形组织分析结果如图1-4所示，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例1

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是加热至1200℃的固溶温度，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例2

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是加热至1150℃的固溶温度，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例3

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是，不进行初始的固溶处理，晶粒度和两相比例数据见表1。

通过实施例1、对比例1-3，观察图1-4可知，通过流变曲线来看，变形过程中十分平顺稳定，有利于生产，两相晶粒度分布均匀，两相分布比较均匀。采用相同的穿管温度、穿管速率和穿管后保温时间，实施例1和对比例1-2分别采用1250℃、1200℃和1150℃的固溶温度，其变形组织的晶粒度和两相分布都比较均匀，且它们的晶粒度大小和两相比例较为接近，说明1150～1250℃的固溶温度范围内，变形组织的性能变化不大；对比例3未采用本发明的固溶处理，其变形组织出现晶粒粗大现象，导致产品组织性能弱化，说明在穿管前进行固溶处理有利于提高成型后产品的组织性能。

对比例4

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是固溶处理过程中不进行保温处理，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例5

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是固溶保温时间为45min，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例6

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是固溶保温时间为30min，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例7

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是固溶保温时间为90min，晶粒度和两相比例数据见表1。

通过实施例1、对比例4-7在表1中的数据可得，采用相同的固溶温度、穿管温度、穿管速率、穿管后保温时间，实施例1和对比例4-7分别采用60min、0min、45min、30min和90min的固溶保温时间，变形组织晶粒度会随着固溶保温时间的增加而增大；对比例7中采用本发明技术范围以外的90min的固溶保温时间，其变形组织晶粒已明显粗大，不利于产品性能；对比例4中也未进行本发明技术方案中的固溶保温处理，则会使合金中的相溶解不充分，不利于后续的加工成型；所以本发明固溶保温时间优选为30～60min。

对比例8

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管速率为15m/s，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例9

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管速率为10m/s，穿管过程中的流变曲线以及内部组织分析结果如图5-8所示，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例10

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管速率为5m/s，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例11

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管速率为1.5m/s，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例12

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管速率为0.5m/s，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例13

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管速率为0.1m/s，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例14

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管速率为0.01m/s，穿管过程中的流变曲线以及内部组织分析结果如图9-12所示，晶粒度和两相比例数据见表1。

通过实施例1、对比例8-14，结合表1，观察图5-8可知，从流变曲线来看，出现了十分明显的快速硬化过程，不利于产品的性能；观察图9-12可知，从流变曲线看，变形过程中较为平顺，变形组织两相晶粒度分布均匀，但其速率太低很明显不符合实际生产的要求；采用相同的固溶温度、固溶保温时间、穿管温度和穿管后保温时间，对比例8-14分别采用15m/s、10m/s、5m/s、1.5m/s、0.5m/s、0.1m/s和0.01m/s的穿管速率，所得成品的晶粒度随穿管速率的增大而增大，即穿管速率越大，越不利于产品的组织性能；对比例9-14为本发明的技术范围，其中除了对比例9出现了晶粒粗大的趋势，其余变形组织两相晶粒度分布较为均匀；而对比例8采用本发明技术范围以外的15m/s的穿管速率，其变形组织中晶粒已明显粗化，铁素体主要以大晶粒为主，奥氏体主要以小晶粒为主，说明该对比例已严重影响成品的组织性能；对比例13和14中，虽然变形组织两相晶粒度分布均匀，但其速率低使得生产效率较低；实施例1、对比例10、11和12的两相晶粒度和两相比例分布均匀，尤其是实施例1、对比例11和12的两相晶粒度和两相比例分布更为均匀，产品的组织性能最佳，所以在保证生产效率的同时，采用0.5～1.5m/s的穿管速率可以获得组织性能较好的产品。

实施例2

将S32750双相不锈钢棒材采用和对比例14相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管温度为950℃，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例15

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例2相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管温度为850℃，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例16

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例2相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管温度为1000℃，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例17

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例2相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管温度为1025℃，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例18

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例2相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管温度为1075℃，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例19

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例2相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管温度为1100℃，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例20

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例2相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管温度为1170℃，穿管过程中的流变曲线以及内部组织分析结果如图13-16所示，晶粒度和两相比例数据见表1。

通过实施例2、对比例15-20，结合表1，观察图9-12和图13-16可知，从流变曲线来看，穿管温度的升高使得穿管过程中较为平顺稳定，较有利于生产，采用相同的固溶温度、固溶保温时间、穿管速率和穿管后保温时间，实施例2和对比例16-19中分别采用950℃、1000℃、1025℃、1075℃和1100℃的穿管温度，所得成品的两相晶粒度大小和比例分布都比较均匀，特别是对比例17和18中的两相晶粒度大小和比例分布更为均匀，说明对比例17和18的成品的组织性能最为突出，其中，对比例19开始出现组织晶粒粗化现象，采用1100℃的穿管温度，成品的组织性能开始产生不利的影响；对比例15和对比例20分别采用850℃和1170℃的穿管温度，其成品变形组织晶粒粗化十分严重，并且铁素体奥氏体两相晶粒度分布差异化十分明显，说明穿管温度过低或者过高都会给产品的组织性能带来不利影响。

对比例21

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管后保温20s，穿管过程中的流变曲线以及内部组织分析结果如图17-20所示，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例22

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管后保温40s，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例23

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管后保温60s，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例24

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管后保温80s，穿管过程中的流变曲线以及内部组织分析结果如图21-24所示，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例25

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管后保温100s，晶粒度和两相比例数据见表1。

对比例26

将S32750双相不锈钢棒材采用和实施例1相同的加工工艺和参数，唯一不同的是穿管后保温140s，晶粒度和两相比例数据见表1。

通过实施例1对比例21-26，结合表1，观察图1-4、图17-20和图21-24可知，保温过后变形组织进行了较好的恢复，晶粒度减小并且两相比例更加接近，分布更加均匀，采用相同的固溶温度、固溶保温时间、穿管温度和穿管速率，对比例21-25中，穿管后分别保温20s、40s、60s、80s和100s，所得成品的晶粒度大小及分布很好，且差距不明显，铁素体比例也接近在60％左右波动，明显比实施例1中穿管后不保温所得成本的两相分布更加均匀，且其中对比例25中由于保温时间的增加，铁素体比例已出现增大的趋势，从而给成品的组织性能带来不利的影响；对比例26由于保温时间的增加到140s，超出了本发明的技术范围，晶粒已经明显粗大，其两相比例也出现大的波动，该情况下的成品的组织性能也较差。

表1热穿管组织晶粒度及相比例表

综合以上实施例和对比例的分析结果结合表1可以得到，将S32750双相不锈钢棒材加热至1150～1250℃后保温30～60min，再在950～1100℃的热穿管温度下以0.01～10m/s的速率进行热穿管成形，并保温20～100s，最后进行水淬得到的成型产品的组织性能良好，尤其在1025～1075℃穿管温度下以0.5～1.5m/s的速率下进行热穿管成形，并保温20～80s得到的产品的组织性能更为突出。