CN102443691A - 钢管、钢管的加工方法和加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管的加工方法，包括对钢管进行内壁淬火，使钢管整体形成马氏体组织；以及对经过内壁淬火工艺加工之后的钢管外壁进行中温回火，使得外壁形成回火屈氏体组织，并同时对内壁进行低温回火，使得内壁和相邻外壁的部分形成为回火马氏体组织。从而使加工后的钢管内壁硬度较高而耐磨，外壁韧性较高，完全满足耐磨性和韧性的要求。本发明还公开一种钢管的加工设备，包括用于夹持钢管的夹持器和包括能够在钢管内部移动的淬火感应器的内壁淬火装置，以及包括能够在钢管外壁移动的回火感应器的外壁回火装置。该加工设备可同时完成内壁淬火工艺和外壁回火工艺，加工效率高。本发明还提供一种由本发明的加工方法和加工设备加工得到的钢管。

Description

钢管、钢管的加工方法和加工设备

技术领域

本发明涉及钢管的加工领域，具体地，涉及一种钢管的加工方法，完成该加工方法的加工设备，以及通过该加工方法加工出的钢管。

背景技术

目前，在例如混凝土泵车上等各种设备上广泛需求一种例如混凝土输送管的钢管。一方面要求这种钢管硬度高而不易磨穿，另一方面对管件整体重量有限制，不能因为设置耐磨层而使壁厚太厚。这就需要对例如这种输送管的钢管做耐磨的工艺处理。

在现有技术中，一种处理方法是先要将无缝钢管整体放入淬火炉中淬火以提高管体的硬度，但是这会使得管体变脆，强度减低增加了工作中的危险性。因此需要再将淬火后的钢管整体放入回火炉中进行回火，并通过控制回火工艺，使得管体靠外表部分的硬度降低，并增加韧性以提高管体的强度。另一种方法是将无缝钢管进行内壁淬火，并控制淬硬层的深度，以保证管体靠外表部分不被淬硬，从而保护管体的韧性。

在上述第一种方法中，由于需要进行整体淬火、回火设施体积大、投资大，并且需要一炉加工很多工件，工件进出炉的速度和先后都将对工件的性能产生很大影响导致热处理工艺控制难度高，工艺稳定性差，尤其是难以控制回火处理时钢管内外壁的温度，从而导致不能得到稳定的组织，使得钢管不能达到钢管既耐磨又保障韧性的目的。

在另一种方法中，由于需要控制钢管的外壁不被淬火，需要非常精确对内壁淬火工艺进行控制，然而在实际加工中，由于设备、输入电流不稳定等因素经常容易出现管壁被局部淬透的缺点，一旦管壁被局部淬透，通过常规检验无法检验出来，使得在工作中的管件会造成淬透点的爆裂，从而达不到预期寿命，还可能成为安全隐患。

因此，提供一种既能使钢管硬度较高而耐磨，又能保证钢管的韧性的钢管加工方法和加工设备具有积极意义。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种钢管的加工方法，该加工方法易于控制，使得通过该钢管的加工方法加工后的钢管内壁硬度较高而耐磨，外壁韧性较高，从而使钢管完全满足耐磨性和韧性的要求。

本发明的另一个目的是提供一种钢管的加工设备，通过该钢管的加工设备能够完成本发明提供的钢管的加工方法。

本发明的再一个目的是提供一种钢管，该钢管通过本发明提供的加工方法得到。

为了实现上述目的，本发明提供一种钢管的加工方法，所述钢管加工方法包括：内壁淬火工艺，该内壁淬火工艺包括对所述钢管的内壁进行淬火，使得所述钢管整体形成马氏体组织；以及外壁回火工艺，该外壁回火工艺包括对经过所述内壁淬火工艺加工之后的所述钢管的外壁进行中温回火，使得所述钢管的外壁形成回火屈氏体组织，并且所述外壁回火工艺还包括同时对所述内壁进行低温回火，使得所述内壁和相邻所述外壁的部分形成为回火马氏体组织。

优选地，所述内壁淬火工艺包括使用高频淬火工艺将所述钢管加热到840℃～860℃。

优选地，所述内壁淬火工艺包括对加热到840℃～860℃的所述钢管的所述内壁喷射浓度为6.85％～8％的淬火液，并且设置所述淬火液的温度＜55℃。

优选地，当所述钢管的所述外壁的温度降至400℃～500℃时，同时所述内壁的温度降至200℃～250℃，此时，对所述外壁进行中温回火，以使所述外壁形成回火屈氏体组织，同时所述内壁和相邻所述外壁的部分形成为回火马氏体组织。

优选地，所述外壁回火工艺包括使所述钢管的所述外壁的温度维持440℃～460℃。

根据本发明的另一方面，提供一种钢管的加工设备，所述加工设备包括夹持器和内壁淬火装置，所述夹持器用于夹持所述钢管，所述内壁淬火装置包括位于所述钢管内侧的淬火感应器，该淬火感应器和所述钢管的内壁相对移动，所述加工设备还包括外壁回火装置，该外壁回火装置包括位于所述钢管外侧的回火感应器，该回火感应器和所述钢管的外壁相对移动。

优选地，所述夹持器固定设置，所述淬火感应器和所述回火感应器能够分别沿所述钢管移动。

优选地，所述加工设备包括控制单元，该控制单元分别与所述内壁淬火装置和所述外壁回火装置电连接，通过所述控制单元的控制，所述回火感应器和所述淬火感应器同向移动，并且使得所述内壁的淬火工艺完成后，所述钢管的外壁温度降至250℃～500℃时，内壁温度降至150℃～250℃。

优选地，通过所述回火感应器和所述淬火感应器的同向移动，使得所述钢管的外壁温度降至400℃～500℃时，所述内壁的温度降至200℃～250℃。

优选地，通过所述控制单元的控制，所述回火感应器能使所述钢管外壁的温度维持在440℃～460℃。

优选地，所述加工设备还包括保温罩，该保温罩罩在所述钢管外壁回火装置的外部。

根据本发明的再一方面，提供一种钢管，所述钢管的外壁为回火屈氏体组织，所述钢管的内壁和相邻所述外壁的部分为回火马氏体组织。

通过上述技术方案，由于钢管可以单根加工，并且淬火和回火工艺方便控制，因此使得通过内部淬火工艺后的钢管在通过外壁回火工艺之后，即能够在外壁上形成了具有韧性回火屈氏体，又能使钢管的内壁和相邻外壁的部分形成为硬度较高的回火马氏体，并且耐磨层较厚，从而使钢管达到耐磨目的的同时，满足韧性的要求。并且，通过本发明提供的钢管的加工设备，能够高效完成本发明提供的钢管的加工方法，并得到本发明提供的钢管。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的钢管的加工设备的结构示意图。

附图标记说明

1     夹持器          2     外壁淬火装置

3     钢管            4     内壁回火装置

21    回火感应器      41    淬火感应器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

根据本发明，提供一种钢管的加工方法，钢管加工方法包括：内壁淬火工艺，该内壁淬火工艺包括对钢管的内壁进行淬火，使得钢管整体形成马氏体组织；以及外壁回火工艺，该外壁回火工艺包括对经过内壁淬火工艺加工之后的钢管的外壁进行中温回火，使得钢管的外壁形成回火屈氏体组织，并且本发明的外壁回火工艺还包括同时对内壁进行低温回火，使得相邻外壁的部分和内壁形成为回火马氏体组织。

在上述技术方案中，钢管可以单根加工，淬火和回火工艺同样易于控制，能够保证加工后的钢管满足既耐磨又有韧性的要求。具体地，首先对钢管的内壁进行淬火加工，并且使整个钢管被淬透，以使钢管整体形成马氏体组织，该马氏体组织的硬度较高，但是由于具有淬火应力脆性较大，容易在使用时出现爆管的问题，还不能满足实际工作之用。因此对其进行外壁回火工艺，该外壁回火工艺只对外壁进行中温回火，因此外壁会形成回火屈氏体，回火屈氏体的硬度略低于马氏体组织，但是韧性极大改善，能够使整个钢管在实际工作中安全工作。另外，在对外壁进行中温回火的同时，对内壁进行低温回火，因此能够自内壁和相邻外壁的部分中形成回火马氏体组织，该回火马氏体组织硬度基本和马氏体组织相同，具有较强的耐磨性，在使用中不易被磨穿，并且淬火应力降低，能够提高了管体的韧性和强度，另外由于相邻外壁的部分也形成为回火马氏体，使得钢管的耐磨层加厚，耐磨性更好，并且结合形成为回火屈氏体的外壁，整根钢管的耐磨性和韧性得到了同时保证。

需要说明的是，能够实现上述发明目的的实施方式有多种，例如各种参数的控制、内壁低温回火的方式等，为了方便说明，本发明只介绍其中的优选实施方式，该优选实施方式只用于说明本发明，并用于限制本发明。

在优选实施方式中，在内部淬火工艺中，为了达到将整个钢管淬透而形成马氏体的目的，优选地，内壁淬火工艺包括使用高频淬火工艺将钢管加热到等于或大于840℃，更为优选地，淬火温度为840℃～860℃。并且优选地，内壁淬火工艺包括对加热到840℃～860℃的钢管的内壁喷射浓度为6.85％～8％的淬火液。以及优选设置淬火液的温度＜55℃，以使内壁迅速冷却。通过上述参数的设置，以原材料为45Mn2的Φ133*4.2的钢管为例，首先使用高频淬火感应设备将钢管加热到840-860℃，此时向内壁喷射淬火液，以阻止奥氏体向珠光体转变，使其形成为高硬度的马氏体组织。其中在淬火时，钢中的奥氏体急剧冷却，并且溶于奥氏体中的碳和锰等元素来不及分解和扩散，从而形成饱和的α固溶体，即马氏体。通常其硬度在HRC55-60(洛氏硬度)之间。

其中，所涉及的高频淬火感应设备为本领域内常见的淬火设备，在此不做过多赘述。另外，淬火中使用的淬火液同样为本领域内常见的产品，在本发明的优选实施方式中，其浓度在6.85％-8％之间。本领域技术人员应当了解的是，淬火液浓度的含义为：淬火液原液占兑水后淬火液的百分比，例如可采用淬火液牌号为好富顿公司的AQ251水溶液淬火液。只要满足本发明的目的，本发明对此不做限制。

此时，该钢管由于较脆并且具有淬火应力还不能用于实际工作，因此需要对其进行回火，以消除其淬火应力并提高韧性。在本发明的构思下，根据外壁和内壁不同耐磨和韧性的要求，需在对外壁进行中温回火提高韧性的同时对内壁进行低温回火，以保证钢管增加韧性的同时保证内壁的硬度和耐磨性。为了提高生产效率，本发明利用内壁淬火后内壁稳定迅速降低，而外壁的降温速度慢于内壁的条件，能够在钢管的一部分淬火加工后同时进行该部分的回火加工，即，能够在一台加工设备上(如下所述的本发明提供的钢管的加工设备)完成上述的本发明的工艺过程，从而提高钢管加工的生产效率。即在该优选实施方式中，需要专门的内壁低温回火设备，通过内壁淬火的残余温度和外壁回火的温度，即可完成对外壁的中温回火和内壁的低温回火。整个过程同时完成，有效提高了钢管的加工效率。

因此优选地，当钢管的外壁的温度降至400℃～500℃时，内壁的温度降至200℃～250℃，此时，对外壁进行中温回火，以使外壁形成回火屈氏体组织，并且由于此时内壁为低温回火，使得相邻外壁的部分和内壁形成为回火马氏体组织。其中回火屈氏体的硬度略低于马氏体的硬度，但是其韧性却有极大的改善，能够使钢管的强度满足正常工作的要求，例如在输送高压混凝土时，不会发生爆管，使用安全性高。同时由于内壁的温度在200～250℃，为低温回火，因此能够使内壁和相邻外壁的部分形成为回火马氏体，该回火马氏体的硬度为HRC55-60，和马氏体基本相同，但是淬火应力得到降低，提升了韧性，能够保证内壁的耐磨性而且提高了钢管的韧性和强度。

除此之外，在其他未提及的实施方式中，也可以在钢管内壁淬火工艺整体完成后，再进行外壁回火工艺，即在不同的设备上完成本发明的目的。在这种实施方式中，由于钢管内外壁的温度通常会降低至符合回火加工要求以下，因此需要回火设备重新将钢管的内外壁加热到符合要求的温度。当然这样同样能够完成本发明的目的，也应理解为落在本发明的保护范围内。

在优选实施方式的技术方案中，为了保证外壁回火工艺的加工效果，优选地，外壁回火工艺包括使钢管的外壁的温度维持440℃～460℃。其中最优选为450℃。此时得到的回火屈氏体硬度在HRC45，与淬火后的马氏体基本相同，但是韧性却得到了极大改善，使钢管的强度大大增加，不会在使用中发生爆管现象，安全性高。需要说明的是，该上述优选温度的维持时间取决于所需要回火层的厚度，对于如何控制回火层的厚度则为本领域技术人员所公知，例如当采用回火感应头进行回火加工时，则需要控制该回火感应头的功率和行进速度来控制。

其中，在本发明的一个实施方式中，所采用的钢管的壁厚为4.2mm，则通过本发明提供的加工方法，外壁回火工艺包括使钢管的外壁温度维持在440-460℃的时间为10-25秒，则得到的钢管外壁的回火屈氏体厚度为1.5-2.8mm，内壁和相邻外壁的部分的回火马氏体厚度为1.8-2.3mm。得到的钢管耐磨性好，并且可以承受19Mpa以上的压力而不爆管，可以完全满足实际工作之用。

因此，本发明提供的钢管的加工方法既能够满足钢管的耐磨性有同时满足钢管的韧性和强度，并且工艺简单易行。

根据本发明的另一方面，提供一种钢管的加工设备，加工设备包括夹持器1和内壁淬火装置4，夹持器1用于夹持钢管3，内壁淬火装置4包括位于钢管3内侧的淬火感应器41，该淬火感应器41和钢管3的内壁相对移动，另外，本发明提供的加工设备还包括外壁回火装置2，该外壁回火装置2包括位于钢管3外侧的回火感应器21，该回火感应器21和钢管3的外壁相对移动。

其中，淬火、回火感应器41、21和钢管3的相对运动可以通过多种方式实现，例如可采用淬火感应器41和回火感应器21固定，而夹持器1带动钢管3移动的方式，或者淬火感应器41和回火感应器21以及夹持器1都能移动的方式，只要满足本发明的目的，均落在本发明的保护范围中。

在本发明的优选实施方式中，为了使加工工艺的控制更加精确，优选地，夹持器1固定设置，淬火感应器41和回火感应器21能够分别沿钢管3移动。即本发明提供的加工设备的优选方式为钢管3固定，而淬火感应器41和回火感应器21移动，因此，不仅方便地控制两个感应器41、21执行各自的工作，而且夹持器简单固定设置在加工设备上即可，能够使本发明提供的加工设备的结构更加简单，易于制造。

因此，在上述技术方案中，通过本发明提供的钢管的加工设备，能够完成本发明提供的钢管加工方法。具体地，通过控制淬火感应器41和回火感应器21的各项参数(感应器温度、给进速度等)，能够在一台设备上同时完成钢管的内壁淬火工艺和外壁回火工艺，在完成本发明提供的加工方法的同时，使得加工效率有效增加，并且易于控制，工艺性能更加稳定，加工效果更好。

其中为了方便控制整个加工过程，优选地，本发明提供的加工设备包括控制单元，该控制单元分别与内壁淬火装置4和外壁回火装置2电连接，通过该控制单元的控制，回火感应器21和淬火感应器41同向移动，并且使得内壁的淬火工艺完成后，钢管的外壁温度降至250℃～500℃时，内壁温度降至150℃～250℃，此时通过回火感应器21对外壁进行中温回火，同时内壁的温度调节为低温回火的温度条件。因此，外壁形成回火屈氏体，而内壁和相邻外壁的部分形成为回火马氏体。

其中，在内壁淬火工艺时，首先将钢管夹持在加工设备的夹持器1上，并且启动内壁淬火装置4的淬火感应器41，并通过给进装置使淬火感应器41在钢管内部移动，以同时对钢管内壁进行淬火，其中在淬火感应器中设置有喷淋装置，以对加热到设定温度后的内壁喷射冷却水或淬火液，以使内壁的温度迅速降低，而形成马氏体。

由于，在淬火时内壁和外壁的温度均维持在840～860℃。因此，能够实现上述本发明所要求的内外壁的温度降幅的方法有多种，例如由于内壁淬火时会通过喷淋装置对内壁喷射冷却水或冷却液，以使内壁温度迅速降低，而此时外壁温度减低的速度较慢，因此只需将回火感应器21晚于淬火感应器41开始移动，并且通过这段延时启动的时间差即可使内外壁的降幅符合本发明的要求。但是，在实际操作中，由于内壁不断喷淋作用，会使外壁的温度降得很快，很难保证二者的降幅同时满足实现本发明的要求，因此可在开始启动淬火感应器41的同时启动回火感应器21并和淬火感应器进行同向移动，此时通过对回火感应器21的设置合适的功率和给进速度可辅助当内壁降低到150～250℃时，外壁的温度降低到250～500℃，从而满足本发明对降幅的要求。上述过程均需由控制单元的控制系统完成，因此，可以优选控制单元的控制系统为两个独立控制系统，以分别更好地控制回火感应器21和淬火感应器41。

为了更好地完成外壁回火工艺，优选地，通过回火感应器21和淬火感应器41的同向移动，使得钢管的外壁温度降至400℃～500℃时，内壁的温度降至200℃～250℃。更优选地，通过控制单元的控制，回火感应器21能使钢管外壁的温度维持在440℃～460℃，具体的维持时间等参数可参照本发明提供的钢管的加工方法。

以上的条件可通过本领域技术人员所公知的参数设定实现，例如感应头的功率、行进速度等，其中感应头的功率和相应电源有关，优选采用双电源对两个感应头分别供电，以更好地完成感应头的工作，另外行进速度则和给进装置有关，并且电源和给进装置都是本领域内常见的设备，在此不做过多赘述。只要满足本发明的目的，本发明对此不做限制。

另外优选地，加工设备还包括保温罩，该保温罩罩在钢管外壁回火装置2的外部。该保温罩可以是一个或可以是多个，由于内壁淬火采用水冷工艺，因此对淬火效果不会有影响。优选将其和回火感应头固定在一起运动，能够减少热量散失，并防止冷却水四处飞溅，还能起到一定的回火作用，并因此减少回火感应头的功率损耗并加快行进速度，以提高钢管的生产效率。

因此，通过本发明提供的钢管的加工设备，能够完成本发明提供的钢管加工方法，得到符合本发明要求的钢管。并且，本发明提供的加工设备可通过对现有的内壁淬火装置进行改装而得到，因此实用性较高，具有较强推广价值。

根据本发明的再一方面，提供一种钢管，该钢管的外壁为回火屈氏体组织，相邻外壁的部分和内壁为回火马氏体组织。因此，本发明提供的钢管既能够保障耐磨性而不要磨穿，又能够保障韧性和强度而不易在使用中发生爆管，可以广泛用于混凝土输送管路的各种高压输送管路上。另外，由于本发明提供的钢管整体耐磨高并且保证了整体韧性，不需在进行现有技术中在内壁上镶嵌耐磨内套的工艺，并且整体耐磨的钢管也优于加装耐磨内套的钢管，寿命更高，并且可以减少工艺环节和工艺成本。因此，本发明提供的钢管同样具有较强实用性和推广价值。

尽管对跟发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种钢管的加工方法，其特征在于，所述钢管加工方法包括：

内壁淬火工艺，该内壁淬火工艺包括对所述钢管的内壁进行淬火，使得所述钢管整体形成马氏体组织；以及

外壁回火工艺，该外壁回火工艺包括对经过所述内壁淬火工艺加工之后的所述钢管的外壁进行中温回火，使得所述钢管的外壁形成回火屈氏体组织，并且所述外壁回火工艺还包括同时对所述内壁进行低温回火，使得所述内壁和相邻所述外壁的部分形成为回火马氏体组织。

2.根据权利要求1所述的钢管的加工方法，其特征在于，所述内壁淬火工艺包括使用高频淬火工艺将所述钢管加热到840℃～860℃。

3.根据权利要求2所述的钢管的加工方法，其特征在于，所述内壁淬火工艺包括对加热到840℃～860℃的所述钢管的所述内壁喷射浓度为6.85％～8％的淬火液，并设置该淬火液的温度＜55℃。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的钢管的加工方法，其特征在于，当所述钢管的所述外壁的温度降至400℃～500℃时，同时所述内壁的温度降至200℃～250℃，此时，对所述外壁进行中温回火，以使所述外壁形成回火屈氏体组织，同时所述内壁和相邻所述外壁的部分形成为回火马氏体组织。

5.根据权利要求4所述的钢管的加工方法，其特征在于，所述外壁回火工艺包括使所述钢管的所述外壁的温度维持440℃～460℃。

6.一种钢管的加工设备，所述加工设备包括夹持器(1)和内壁淬火装置(4)，所述夹持器(1)用于夹持所述钢管(3)，所述内壁淬火装置(4)包括位于所述钢管(3)内侧的淬火感应器(41)，该淬火感应器(41)和所述钢管(3)的内壁相对移动，其特征在于，所述加工设备还包括外壁回火装置(2)，该外壁回火装置(2)包括位于所述钢管(3)外侧的回火感应器(21)，该回火感应器(21)和所述钢管(3)的外壁相对移动。

7.根据权利要求6所述的钢管的加工设备，其特征在于，所述夹持器(1)固定设置，所述淬火感应器(41)和所述回火感应器(21)能够分别沿所述钢管(3)移动。

8.根据权利要求7所述的钢管的加工设备，其特征在于，所述加工设备包括控制单元，该控制单元分别与所述内壁淬火装置(4)和所述外壁回火装置(2)电连接，通过所述控制单元的控制，所述回火感应器(21)和所述淬火感应器(41)同向移动，并且使得所述内壁的淬火工艺完成后，所述钢管的外壁温度降至250℃～500℃时，内壁温度降至150℃～250℃。

9.根据权利要求8所述的钢管的加工设备，其特征在于，通过所述回火感应器(21)和所述淬火感应器(41)的同向移动，使得所述钢管的外壁温度降至400℃～500℃时，所述内壁的温度降至200℃～250℃。

10.根据权利要求9所述的钢管的加工设备，其特征在于，通过所述控制单元的控制，所述回火感应器(21)能使所述钢管外壁的温度维持在440℃～460℃。

11.根据权利要求6-10中任意一项所述的钢管的加工设备，其特征在于，所述加工设备还包括保温罩，该保温罩罩在所述钢管外壁回火装置(4)的外部。

12.一种钢管，其特征在于，所述钢管的外壁为回火屈氏体组织，所述钢管的内壁和相邻所述外壁的部分为回火马氏体组织。

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