CN102560057B - 一种热轧无缝钢管的热处理工艺方法及系统 - Google Patents

Abstract

热轧无缝钢管的热处理工艺方法及系统，热处理工艺包括以下步骤：1)上料；2)淬火加热：钢管在淬火炉(3)中加热，淬火炉(3)采用燃气式步进梁式加热炉；3)高压水除鳞：加热出炉后钢管通过高压水除鳞装置(4)去除表面的氧化铁皮；4)淬火：采用隧道式淬火装置(5)进行淬火；5)回火加热，回火炉(7)采用燃气步进梁式加热炉；6)矫直和冷却；7)无损检测；8)成品及半成品收集：无缺陷的钢管在成品收集台架(17)上进行收集，有缺陷管在半成品收集台架(16)上进行收集。采用燃气式步进梁式加热炉对钢管进行淬火加热以及回火加热，使钢管加热更均匀，加热处理后的钢管组织性能好。采用隧道式水淬方式进行淬火，用水量少、节约能源、生产安全、设备维护简单。

Description

一种热轧无缝钢管的热处理工艺方法及系统

技术领域

本发明涉及热轧无缝钢管的热处理工艺方法及系统，属于钢管热处理技术领域，还可用于加厚油套管及钻杆的热处理。

背景技术

现有的热轧无缝钢管热处理的工艺方法中，主要包括淬火加热处理、淬火、回火加热、矫直、冷床冷却、探伤、成品收集等工序。淬火加热处理过程中，目前使用比较多的是用电感应线圈对钢管进行加热处理，该方法存在保温时间受到限制，钢管整体的温度均匀性差，而且在处理端部加厚的油管和钻杆时，钢管端部加厚部分的温度与管体的温度有一定的差异会造成管端与管体的组织状态和力学性能有差异等问题；此外，用电感应线圈加热钢管的方法所需的装机容量非常大，耗电量高造成日常运行成本较高。淬火处理通常用外淋内喷式淬火设备对钢管进行水淬处理，需要大量的水，增加了水资源以及能源的消耗。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种热轧无缝钢管的热处理工艺方法，采用燃气步进梁式加热炉对钢管进行淬火加热以及回火加热，使钢管加热更均匀，加热处理后的钢管组织性能好，耗能少；同时采用隧道式水淬方式进行淬火，用水量少、降低能耗、生产安全、设备维护简单。该工艺同时可用于对管端加厚的油套管及钻杆进行热处理。

为实现上述目的，采用以下技术方案：一种热轧无缝钢管的热处理工艺方法，具体工艺为：

1)上料：热处理钢管由吊车运输上料，钢管在台架上摊平后，逐根经运输辊道进入淬火炉加热。

2)淬火加热：钢管在淬火炉中加热，淬火炉采用燃气步进梁式加热炉。根据不同钢种要求，钢管在炉内加热至870～1100℃。通过加热速度、加热温度及保温时间的控制，满足不同钢种的加热要求。加热后的钢管经出炉运输辊道输出。

3)高压水除鳞：加热出炉后钢管通过压力为18Mpa的高压水除鳞装置去除表面的氧化铁皮。此工序的设置既可减少氧化铁皮进入淬火装置带来的清理上的不便，也使淬火钢管性能更加均匀。除鳞后钢管于淬火前的运输辊道上进行温度检测，以保证钢管的淬火温度要求，确保淬火质量。

4)淬火：采用隧道式水淬装置进行淬火。钢管进入喷淋淬火区，采用环状冷却装置连续将水流喷射到被加热的钢管表面，从而达到完全淬透管壁所要求的快速均匀散热的效果。强喷淋5～15S之内达到淬火马氏体组织转变，要求的压力为1.0～1.2MPa，流量450～500m³/h，保证使工件表面产生的蒸汽膜破坏，使钢管迅速达到马氏体转变温度，全部转变为淬火马氏体。

5)回火加热：为使淬火后的钢管获得稳定的内部组织，提高钢管的综合性能，淬火后钢管经过回火处理。为适应不同钢种的要求，钢管在回火炉内加热至为540～850℃，保温时间为15～35min。回火炉采用步进梁式炉。

6)矫直和冷却：对抗硫化氢及抗挤毁油井管需在400～600℃热状态下进行矫直，避免冷矫直时残余应力对性能的影响。热矫直前通过第一过渡链床，在第一过渡链床上冷却至设定矫直温度，并经测温装置确认后进入热矫直机矫直。热矫后的钢管在双向链式冷床上一边旋转一边前进，达到均匀冷却的目的。钢管出冷床温度≤80℃。经过冷床冷却的钢管由吹吸灰装置采用压缩空气吸刷管内细微的氧化铁皮，利于随后的无损探伤检测。

7)无损检测：钢管经过吸灰装置吸灰后，在直度检查工位上对钢管直度进行人工检查。对直度不合格的钢管做上标记剔出生产线，根据情况进行后续处理。直度合格的钢管通过超声波探伤装置对管体缺陷进行无损探伤检测，以检查表面及内部的纵向及横向缺陷，同时测量钢管的壁厚，并标出合格钢管和有缺陷钢管。

8)成品及半成品收集：无缺陷的钢管在成品收集台架上进行收集。有缺陷管由人工用手提超声波探伤装置检查缺陷的确切位置，并进行修磨，修磨处的壁厚再用手提超声波检测，壁厚超差的部分由带锯切除，之后输送至半成品收集台架上进行收集。

本发明的另一方面，提供一种热轧无缝钢管的热处理系统，包括：上料台架、运输辊道、淬火炉、高压水除鳞装置、淬火装置、控水过渡台架、回火炉、第一过渡链床、第二过渡链床、矫直机、冷床、吹吸灰装置、直度检查工位、第一过渡台架、第二过渡台架、超声波探伤装置、带锯、半成品收集台架、成品收集台架。其中，淬火炉采用燃气步进梁式加热炉，淬火装置采用隧道式水淬装置，回火炉采用燃气步进梁式加热炉。上料台架、淬火炉、淬火装置、控水过渡台架、回火炉、矫直机、冷床、直度检查工位、超声波探伤装置通过运输辊道依次顺序连接，钢管在运输辊道上输送。淬火炉与淬火装置之间设置有高压水除鳞装置。回火炉与矫直机之间设置第一过渡链床，冷床与直度检查工位之间设置第二过渡链床，并在第二过渡链床的上料端设置吹吸灰装置。直度检查工位与超声波探伤装置之间设置第一过渡台架，超声波探伤装置经运输辊道连接第二过渡台架。经超声波探伤装置检测无缺陷的钢管在成品收集台架上进行收集。有缺陷的钢管经修磨、带锯切除壁厚超差部分后输送至半成品收集台架上进行收集。

本发明的有益效果：采用燃气步进梁式加热炉进行淬火加热和回火加热，使钢管加热更均匀，即使是管端加厚的油管和钻杆，钢管全长温度偏差可以达到≤5℃，从而使钢管组织性能更好，且耗能少。水淬前采用高压水除鳞去除表面的氧化铁皮，可减少氧化铁皮进入淬火装置带来的清理上的不便，也使淬火钢管性能更加均匀。采用隧道式水淬装置进行淬火，用水量少、降低能耗、环保、安全、设备维护简单。

附图说明

图1为本发明热轧无缝钢管热处理工艺的生产线示意图。

其中：1、上料台架；2、运输辊道；3、淬火炉；4、高压水除鳞装置；5、淬火装置；6、控水过渡台架；7、回火炉；8a、第一过渡链床；8b、第二过渡链床；9、矫直机；10、冷床；11、吹吸灰装置；12、直度检查工位；13a、第一过渡台架；13b、第二过渡台架；14、超声波探伤装置；15、带锯；16、半成品收集台架；17、成品收集台架。

具体实施方式

为了进一步了解本发明的发明内容、特点及本发明的功效，配合附图，进行进一步说明。

如图所示，热轧无缝钢管热处理工艺为：

1)上料：热处理钢管由吊车运输上料，钢管是经前工序检查后，其性能、表面质量、尺寸精度均是满足热处理加工要求的钢管。钢管在上料台架1上摊平后，逐根经运输辊道2进入淬火炉3进行加热。

2)淬火加热：钢管在淬火炉3中加热，淬火炉3采用燃气步进梁式加热炉。根据不同钢种要求，钢管在淬火炉3内加热至870～1100℃。通过加热速度、加热温度及保温时间的控制，满足不同钢种的加热要求。加热后的钢管经出炉辊道2输出。

3)高压水除鳞：加热出炉后钢管通过压力为18Mpa的高压水除鳞装置4去除表面的氧化铁皮。此工序的设置既可减少氧化铁皮进入淬火装置带来的清理上的不便，也使淬火钢管性能更加均匀。除鳞后钢管于淬火前的辊道2上进行温度检测，以保证钢管的淬火温度要求，确保淬火质量。

4)淬火：采用隧道式淬火装置5进行淬火。碳含量在0.3以下的钢管进入喷淋淬火区。采用环状冷却装置连续将水流喷射到被加热的钢管表面，从而达到完全淬透管壁所要求的快速均匀散热的效果。强喷淋5～15s之内达到淬火马氏体组织转变，要求的压力为1.0～1.2MPa，流量450～500m³/h，保证使工件表面产生的蒸汽膜破坏，使钢管迅速达到马氏体转变温度，全部转变为淬火马氏体。淬火后的钢管经过控水过渡台架6，在控水过渡台架6上将钢管内部残留的水控出。

5)回火加热：为使淬火后的钢管获得稳定的内部组织，提高钢管的综合性能，淬火后钢管经过回火处理。为适应不同钢种的要求，钢管在回火炉7内加热至为540～850℃，保温时间为15～35min。回火炉7采用燃气步进梁式加热炉。

6)矫直和冷却：对抗硫化氢及抗挤毁油井管需在400～600℃热状态下进行矫直，避免冷矫直时残余应力对性能的影响。经回火炉加热后的钢管，热矫直前通过第一过渡链床8a，在第一过渡链床8a上冷却至设定矫直温度，并经测温装置确认后进入热矫直机9矫直。热矫直后的钢管在双向链式冷床10上一边旋转一边前进，达到均匀冷却的目的。钢管出冷床温度≤80℃。经过冷床10冷却的钢管由吹吸灰装置11采用压缩空气吸刷管内细微的氧化铁皮，利于随后的无损探伤检测。

7)无损检测：吸灰后，在直度检查工位12上对钢管直度进行人工检查。对直度不合格的钢管做上标记，在第一过渡台架13a上剔出生产线，根据情况进行后续处理。直度合格的钢管通过超声波探伤装置14对管体缺陷进行无损探伤检测，以检查表面及内部的纵向及横向缺陷，同时测量钢管的壁厚，并标出合格钢管和有缺陷钢管。

8)成品及半成品收集：无缺陷的钢管在成品收集台架17上进行收集。有缺陷管由人工用手提超声波探伤装置检查缺陷的确切位置，并进行修磨，修磨处的壁厚再用手提超声波检测，壁厚超差的部分由带锯15切除，处理后的钢管在半成品收集台架16上进行收集。

热轧无缝钢管的热处理系统，包括：上料台架1、运输辊道2、淬火炉3、高压水除鳞装置4、淬火装置5、控水过渡台架6、回火炉7、第一过渡链床8a、第二过渡链床8b、矫直机9、冷床10、吹吸灰装置11、直度检查工位12、第一过渡台架13a、第二过渡台架13b、超声波探伤装置14、带锯15、半成品收集台架16、成品收集台架17。其中，淬火炉3采用燃气步进梁式加热炉，淬火装置5采用隧道式水淬装置，回火炉7采用燃气步进梁式加热炉。

上料台架1、淬火炉3、淬火装置5、控水过渡台架6、回火炉7、矫直机9、冷床10、直度检查工位12、超声波探伤装置14通过运输辊道2依次顺序连接，钢管在运输辊道2上输送。淬火炉3与淬火装置5之间设置有高压水除鳞装置4。回火炉7与矫直机9之间设置有第一过渡链床8a，冷床10与直度检查工位12之间设置第二过渡链床8b，并在第二过渡链床8b的上料端设置吹吸灰装置11。直度检查工位12与超声波探伤装置14之间设置第一过渡台架13a，超声波探伤装置14经运输辊道2连接第二过渡台架13b。对直度不合格的钢管做上标记，在第一过渡台架13a上剔出生产线。经超声波探伤装置14检测无缺陷的钢管在成品收集台架17上进行收集。有缺陷管由人工用手提超声波探伤装置检查缺陷的确切位置，并进行修磨，修磨处的壁厚再用手提超声波检测，壁厚超差的部分由带锯15切除，处理后的钢管在半成品收集台架16上进行收集。

全线设备采用自动控制，电控系统采用德国西门子S7-315可编程控制器PLC，能实现机组调整控制、手动控制、半自动控制、全自动控制。同时根据工艺要求，对生产线上每一部分设备实现连锁保护功能、工作状态显示功能，并根据操作指令分别执行相应的工艺程序。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种热轧无缝钢管的热处理工艺方法，包括以下步骤：

1)上料：热处理钢管由吊车运输上料，钢管在上料台架(1)上摊平后，逐根进入淬火炉(3)进行加热；

2)淬火加热：钢管在淬火炉(3)中加热，淬火炉(3)采用燃气步进梁式加热炉；

3)高压水除鳞：加热出炉后钢管通过压力为18MPa的高压水除鳞装置(4)去除表面的氧化铁皮；

4)淬火：采用隧道式淬火装置(5)进行淬火，淬火后的钢管经过控水过渡台架(6)，在控水过渡台架(6)上将钢管内部残留的水控出；

5)回火加热：钢管在回火炉(7)内加热至为540～850℃，保温时间为15～35min，回火炉(7)采用燃气步进梁式加热炉；

6)矫直和冷却：经回火炉加热后的钢管，热矫直前通过第一过渡链床(8a)，在第一过渡链床(8a)上冷却至设定矫直温度，并经测温装置确认后进入热矫直机(9)矫直，热矫直后的钢管在双向链式冷床(10)上一边旋转一边前进，钢管出冷床温度≤80℃，经过冷床(10)冷却的钢管由吹吸灰装置(11)采用压缩空气吸刷管内细微的氧化铁皮；

7)无损检测：在直度检查工位(12)上对钢管直度进行人工检查，对直度不合格的钢管做上标记剔出生产线，直度合格的钢管通过超声波探伤装置(14)对管体缺陷进行无损探伤检测，并标出合格钢管和有缺陷钢管；

8)成品及半成品收集：无缺陷的钢管在成品收集台架(17)上进行收集，有缺陷管由人工用手提超声波探伤装置检查缺陷的确切位置，并进行修磨，修磨处的壁厚再用手提超声波检测，壁厚超差的部分由带锯(15)切除，处理后的钢管在半成品收集台架(16)上进行收集；

其特征在于：采用隧道式淬火装置(5)进行淬火具体为，钢管进入喷淋淬火区，采用环状冷却装置连续将水流喷射到被加热的钢管表面。

2.一种热轧无缝钢管的热处理系统，包括：上料台架(1)、运输辊道(2)、淬火炉(3)、高压水除鳞装置(4)、淬火装置(5)、控水过渡台架(6)、回火炉(7)、第一过渡链床(8a)、第二过渡链床(8b)、矫直机(9)、冷床(10)、吹吸灰装置(11)、直度检查工位(12)、第一过渡台架(13a)、第二过渡台架(13b)、超声波探伤装置(14)、带锯(15)、半成品收集台架(16)、成品收集台架(17)，其特征在于：淬火炉(3)采用燃气步进梁式加热炉，淬火装置(5)采用隧道式水淬装置，回火炉(7)采用燃气步进梁式加热炉。

3.根据权利要求2所述的热轧无缝钢管的热处理系统，其特征在于：上料台架(1)、淬火炉(3)、淬火装置(5)、控水过渡台架(6)、回火炉(7)、矫直机(9)、冷床(10)、直度检查工位(12)、超声波探伤装置(14)通过运输辊道(2)依次顺序连接，钢管在运输辊道(2)上输送。

4.根据权利要求2所述的热轧无缝钢管的热处理系统，其特征在于：淬火炉(3)与淬火装置(5)之间设置有高压水除鳞装置(4)。

5.根据权利要求2所述的热轧无缝钢管的热处理系统，其特征在于：回火炉(7)与矫直机(9)之间设置第一过渡链床(8a)，冷床(10)与直度检查工位(12)之间设置第二过渡链床(8b)，并在第二过渡链床(8b)的上料端设置吹吸灰装置(11)。

6.根据权利要求2所述的热轧无缝钢管的热处理系统，其特征在于：直度检查工位(12)与超声波探伤装置(14)之间设置第一过渡台架(13a)，超声波探伤装置(14)经运输辊道(2)连接第二过渡台架(13b)，直度不合格的钢管在第一过渡台架(13a)上剔出生产线。

7.根据权利要求2所述的热轧无缝钢管的热处理系统，其特征在于：经超声波探伤装置(14)检测无缺陷的钢管在成品收集台架(17)上进行收集，有缺陷的钢管经修磨、带锯(15)切除壁厚超差部分后输送至半成品收集台架(16)上进行收集。

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