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2023-06-23
管材热处理工艺优化方案
【摘要】：同其他产品一样，根据产品标准的技术条件要求，精密管材常用的热处理工艺主要有淬火、回火、正火及退火等。冷拔管材的正火：指将钢材或钢件加热到Ac3或Acm以上30～50℃，保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。冷拔管材的固溶处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。
精密管材作为一种产品，必须具备一定的性能才能满足使用条件的需求。改善管材的性能有两个途径，一是调整钢的化学成分，即合金化的方法；二是热处理及热处理和塑性变形相结合的办法。在现代工业技术领域，热处理在改善管材的性能方面仍占据着主导地位。
管材的种类繁多，并虽然已制定出了相应的标准，但所使用的钢种千差万别，有时用户根据自身的需求还要增加附加条件。在标准中，作为交货条件之一的性能指标必须达到规定要求。管材性能主要指力学性能、物理性能、工艺性能及使用性能等。而热处理则通过加热、保温及冷却使管材获得一定的金相组织和与之相对应的各种性能，以满足产品标准及用户的要求。
管材热处理可分为三类：即为了满足产品使用性能要求的最终热处理；用户和标准要求的以热处理状态交货的热处理；管材在制造过程中的工序间的热处理。
同其他产品一样，根据产品标准的技术条件要求，精密管材常用的热处理工艺主要有淬火、回火、正火及退火等。例如：石油专用管中的套管、油管、钻杆、管线管等，根据钢级的高低则相应采用正火、正火加回火、淬火加回火（调质）的工艺；高压锅炉管、高压化肥管通常采用正火、正火加回火、淬火加回火（厚壁管）及奥氏体不锈钢管的固溶处理；轴承用钢管的球化退火等。有些合金含量较高的管材，为防止用户使用前开裂、变形等，用户和标准通常要求生产厂以热处理状态交货，生产厂需要进行如退火、正火等热处理。工序间的热处理用于冷轧、冷拔钢管生产过程中，通常采用再结晶退火、软化退火，目的在于消除冷作硬化效应，降低硬度，提高塑性，有利于实施进一步的冷加工变形。
表6-4为冷轧冷拔管材的管料、半成品、成品热处理制度范例。
（1）冷拔管材的退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。常见的退火工艺有：再结晶退火、去应力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。
（2）冷拔管材的正火：指将钢材或钢件加热到Ac3或Acm（钢的上临界点温度）以上30～50℃，保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高低碳钢的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。
（3）冷拔管材的淬火：指将钢件材加热到Ac3或Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目的：是使钢件材获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，、强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。
（4）冷拔管材的回火：指钢件材经淬硬后，再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有较高的硬度和耐磨性外还，并具有所需要的塑性和韧性等。
（5）冷拔管材的调质：指将钢材或钢件进行淬火及回火的复合热处理工艺。使用于调质处理状态的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。
（6）冷拔管材的化学热处理：指金属或合金工件管材置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分，、组织和性能的热处理工艺。常见的化学热处理工艺有：渗碳，渗氮，碳氮共渗，渗铝，渗硼等。化学热处理的目的：主要是提高钢件表面的硬度，耐磨性，抗蚀性，抗疲劳强度和抗氧化性等。
（7）冷拔管材的固溶处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。固溶处理的目的：主要是改善钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理作好准备等。
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