CN107739794A - 在线淬火装置、钢管调质热处理的生产线和生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在线淬火装置、钢管调质热处理的生产线和生产工艺，所述在线淬火装置包括环形壳体(3)，环形壳体(3)的内表面设有多个扁口喷嘴(1)，环形壳体(3)上设有进水口(31)，环形壳体(3)内设有与扁口喷嘴(1)连通的内流道(30)，冷却水能够依次经过进水口(31)和内流道(30)后从扁口喷嘴(1)喷出并呈片状，环形壳体(3)的轴线相对于该片状的冷却水所在的平面倾斜设置。该在线淬火装置和钢管调质热处理的生产线能够替代现有的离线淬火，大大节约生产成本；并且改善强度性能，降低不合格量的占比，保证厚壁管的冷却温度大为降低，利于后续锯切等工序，使损耗大为减小，在线控冷，经济效益显著。

Description

在线淬火装置、钢管调质热处理的生产线和生产工艺
技术领域
本发明涉及钢管热处理领域，具体的是一种在线淬火装置，还是一种钢管调质热处理的生产线，更是一种钢管调质热处理的生产工艺。
背景技术
对于无缝钢管，通常采用退火、正火、淬火、回火等来热处理获得所需性能。淬火是将无缝钢管加热至相变温度以上的给定温度，保温一定时间，然后快速冷却的一种热处理工艺，是为得到马氏体以便适当温度回火后获得所需的力学性能；回火是将无缝钢管加热到奥氏体向珠光体转变温度以下的某一温度，经适当保温后，冷却到室温的热处理工艺，是为获得无缝钢管所需的组织和性能；为了获得一定强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来，称为调质热处理工艺。通常的调质在包含淬火炉和回火炉的连续步进热处理生产线上进行，淬火采用离线淬火，缺点是生产效率低。
发明内容
为了解决钢管调质热处理生产效率低的问题，本发明提供了一种在线淬火装置、钢管调质热处理的生产线和生产工艺，该在线淬火装置和钢管调质热处理的生产线能够替代现有的离线淬火，大大节约生产成本；并且改善强度性能，降低不合格量的占比，保证厚壁管的冷却温度大为降低，利于后续锯切等工序，使损耗大为减小，在线控冷，经济效益显著。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种在线淬火装置，包括至少一个环形壳体，环形壳体的内表面设有多个扁口喷嘴，环形壳体上设有进水口，环形壳体内设有与扁口喷嘴连通的内流道，冷却水能够依次经过进水口和内流道后从扁口喷嘴喷出并呈片状，环形壳体的轴线相对于该片状的冷却水所在的平面倾斜设置。
环形壳体为圆环形结构，环形壳体的断面呈矩形，多个扁口喷嘴在环形壳体的内表面呈规则的行列交错排布，沿环形壳体的轴线方向，所有的扁口喷嘴的喷射方向均相同。
扁口喷嘴含有依次连接的扇形段、过渡段、拧接段和螺纹段，扁口喷嘴通过螺纹段与环形壳体螺纹连接，螺纹段的中心线沿环形壳体的径向设置，扁口喷嘴的喷射口位于扇形段的一端，喷射口为弧形。
一种钢管调质热处理的生产线，含有依次设置的第一加热装置、穿孔机、轧制和脱管装置、定径机、第二加热装置、淬火装置和第三加热装置，该淬火装置为上述的在线淬火装置。
该第一加热装置为环形炉或步进炉。
该轧制和脱管装置为依次设置的连轧管机和脱管机，或者该轧制和脱管装置为斜轧机，或者该轧制和脱管装置为依次设置的CPE顶管机和脱棒机。
该第二加热装置为感应加热装置。
一种钢管调质热处理的生产工艺，所述钢管调质热处理的生产工艺采用了上述的钢管调质热处理的生产线，所述钢管调质热处理的生产工艺包括以下步骤：
步骤1、加热管坯；
步骤2、穿孔；
步骤3、轧制；
步骤4、脱管；
步骤5、定径；
步骤6、淬火；
步骤7、回火。
本发明的有益效果是：该在线淬火装置、钢管调质热处理的生产线和生产工艺能够替代现有的离线淬火，大大节约生产成本；并且改善强度性能，降低不合格量的占比，保证厚壁管的冷却温度大为降低，利于后续锯切等工序，使损耗大为减小，在线控冷，经济效益显著。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述在线淬火装置的总体结构轴测图。
图2是环形壳体的轴测图。
图3是环形壳体的主视图。
图4是环形壳体的剖视图。
图5是扁口喷嘴的主视图。
图6是扁口喷嘴的轴测图。
图7是本发明所述钢管调质热处理的生产线的结构示意图。
图8是本发明所述钢管调质热处理的生产工艺的流程图。
1、扁口喷嘴；2、进水管；3、环形壳体；4、热钢管；
10、喷射口；11、扇形段；12、过渡段；13、拧接段；14、螺纹段；
30、内流道；31、进水口；32、出水螺孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种在线淬火装置，包括至少一个环形壳体3，环形壳体3的内表面设有多个扁口喷嘴1，环形壳体3上设有进水口31，环形壳体3内设有与扁口喷嘴1连通的内流道30，冷却水能够依次经过进水口31和内流道30后从扁口喷嘴1喷出并呈片状，环形壳体3的轴线相对于该片状的冷却水所在的平面倾斜设置，如图1所示。
在本实施例中，该在线淬火装置可以含有多个环形壳体3，每个环形壳体3的大小和结构均相同，每个环形壳体3的轴线均重合。在进行淬火工艺时，热钢管4沿着方向A行进，从而快速的冷却到相变点(相变温度)附近。该在线淬火装置可以替代离线淬火装置，从而大大节约生产成本，提高生产效率。
在本实施例中，环形壳体3为圆环形结构，环形壳体3的断面呈矩形，多个扁口喷嘴1在环形壳体3的内表面呈规则的行列交错排布，沿环形壳体3的轴线方向，所有的扁口喷嘴1的喷射方向均相同，即扁口喷嘴1的喷射方向均朝向图3的纸面外侧，也可以理解为扁口喷嘴1的喷射方向均朝向图4的右侧。
在本实施例中，扁口喷嘴1含有依次连接的扇形段11、过渡段12、拧接段13和螺纹段14，扁口喷嘴1通过螺纹段14与环形壳体3的出水螺孔32螺纹连接，螺纹段14的中心线沿环形壳体3的径向设置，扁口喷嘴1的喷射口10位于扇形段11的一端，喷射口10为弧形，如图5和图6所示。
在本实施例中，进水口31外连接有进水管2，多个扁口喷嘴1沿环形壳体3的内表面的周向排布，多个扁口喷嘴1在环形壳体3的内表面规则的排布成鱼鳞层状，如图2至图4所示。弧形的喷射口10能够喷出成片状的冷却水朝向热钢管4的进入侧，如图1所示。所述的扇形段11与拧接段13的轴线呈一定角度倾斜，由过渡段12衔接。所述的拧接段13用于使螺纹段14拧入环形壳体3的出水螺孔32。
下面介绍一种钢管调质热处理的生产线，该钢管调质热处理的生产线含有依次设置的第一加热装置、穿孔机、轧制和脱管装置、定径机、第二加热装置、淬火装置和第三加热装置，该淬火装置为上述的在线淬火装置。
在本实施例中，该第一加热装置为环形炉或步进炉等加热装置。该轧制和脱管装置为依次设置的连轧管机和脱管机，或者该轧制和脱管装置为斜轧机，或者该轧制和脱管装置为依次设置的CPE顶管机和脱棒机。该第二加热装置可以为能够给钢管加热的感应加热装置。第三加热装置也可以为能够给钢管加热的感应加热装置。
该钢管调质热处理的生产线还可以含有冷床，该冷床位于该第三加热装置之后，即该钢管调质热处理的生产线含有依次设置的第一加热装置、穿孔机、轧机、脱管机、定径机、第二加热装置、淬火装置、第三加热装置和冷床，如图7所示，冷床用于实现热钢管的空冷工艺。或即该钢管调质热处理的生产线含有依次设置的第一加热装置、穿孔机、斜轧机、定径机、第二加热装置、淬火装置、第三加热装置和冷床，或即该钢管调质热处理的生产线含有依次设置的第一加热装置、穿孔机、CPE顶管机、脱棒机、定径机、第二加热装置、淬火装置、第三加热装置和冷床。
该钢管调质热处理的生产线还可以用于处理仅淬火不回火的钢管，即对于不需要调质的钢种，可采取直接空过，此时该第三加热装置不工作，即钢管经过淬火装置后不再进行加热。
下面介绍一种钢管调质热处理的生产工艺，所述钢管调质热处理的生产工艺采用了上述的钢管调质热处理的生产线，该生产工艺包括以下步骤：
步骤1、加热管坯；
步骤2、穿孔；
步骤3、轧制；
步骤4、脱管；
步骤5、定径；
步骤6、淬火；
步骤7、回火，如图8所示。
下面对上述钢管调质热处理的生产工艺，进行详细的说明：
步骤1，加热管坯；
管坯进入第一加热装置(如环形炉)，该第一加热装置将该管坯加热至1200℃～1300℃形成热管坯，然后出炉将该热管坯运输至穿孔机；
步骤2，穿孔；
该热管坯经穿孔机穿轧成毛管，在该穿孔过程中，该毛管的温度处于1100℃～1200℃，然后再将该毛管运输至轧机(如连轧管机)；
步骤3、轧制；
该毛管经轧机(如连轧管机)轧制成荒管，在该轧制过程中，该荒管的温度处于950℃～1050℃，然后再将该荒管输送至脱管机；
步骤4、脱管；
脱管机将该荒管从芯棒上脱开，然后再将该荒管运输至定径机；
步骤5、定径；
该荒管在定径机上经过定径得到热成品管，在该定径过程中，该热成品管的温度处于760℃～860℃，因成品管壁厚的大小温度可能会存在差异；
步骤6、淬火；
该热成品管从定径机出来后，采用第二加热装置(如感应加热装置)将该热成品管加热至950℃以上；然后采用上述在线淬火装置在数十秒内以一定的速度将该热成品管快速冷却到500℃以下；
步骤7、回火；
完成在线淬火后，采用第三加热装置(如感应加热装置)将该热成品管加热至650℃～700℃，再将该成品热管空冷(可以在或不在冷床上实现空冷)。
在上述定径工序(步骤)在，可采用张减工艺。对于不需要调质的钢种，可采取直接空过，此时不需要在进行回火工序，即钢管经过淬火装置后不再进行加热。
在上述步骤6中，当该热成品管由950℃以上冷却至奥氏体的相变点温度(相变温度)时，在线淬火装置采用第一冷却速度冷却该热成品管，使该热成品管的金相组织形成铁素体和珠光体；或采用第二冷却速度冷却该热成品管，使该热成品管的金相组织形成贝氏体和铁素体；或采用第三冷却速度冷却该热成品管，使该热成品管的金相组织形成马氏体；该第三冷却速度大于第二冷却速度，该第二冷却速度大于第一冷却速度。上述第一冷却速度、第二冷却速度、第三冷却速度的具体数值可以通过多次实验测量得到。
即在上述步骤6中，当该热成品管的A组织(奥氏体)冷却到动态相变点附近，采用第一冷却速度得到F+P组织(铁素体+珠光体)；采用第二冷却速度得到B+F组织(贝氏体+铁素体)；采用第三冷却速度得到M组织(马氏体)。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种在线淬火装置，其特征在于，所述在线淬火装置包括至少一个环形壳体(3)，环形壳体(3)的内表面设有多个扁口喷嘴(1)，环形壳体(3)上设有进水口(31)，环形壳体(3)内设有与扁口喷嘴(1)连通的内流道(30)，冷却水能够依次经过进水口(31)和内流道(30)后从扁口喷嘴(1)喷出并呈片状，环形壳体(3)的轴线相对于该片状的冷却水所在的平面倾斜设置。
2.根据权利要求1所述的在线淬火装置，其特征在于，环形壳体(3)为圆环形结构，环形壳体(3)的断面呈矩形，多个扁口喷嘴(1)在环形壳体(3)的内表面呈规则的行列交错排布，沿环形壳体(3)的轴线方向，所有的扁口喷嘴(1)的喷射方向均相同。
3.根据权利要求1所述的在线淬火装置，其特征在于，扁口喷嘴(1)含有依次连接的扇形段(11)、过渡段(12)、拧接段(13)和螺纹段(14)，扁口喷嘴(1)通过螺纹段(14)与环形壳体(3)螺纹连接，螺纹段(14)的中心线沿环形壳体(3)的径向设置，扁口喷嘴(1)的喷射口(10)位于扇形段(11)的一端，喷射口(10)为弧形。
4.一种钢管调质热处理的生产线，其特征在于，该钢管调质热处理的生产线含有依次设置的第一加热装置、穿孔机、轧制和脱管装置、定径机、第二加热装置、淬火装置和第三加热装置，该淬火装置为权利要求1至3中任意一项所述的在线淬火装置。
5.根据权利要求4所述的钢管调质热处理的生产线，其特征在于，该第一加热装置为环形炉或步进炉。
6.根据权利要求4所述的钢管调质热处理的生产线，其特征在于，该轧制和脱管装置为依次设置的连轧管机和脱管机，或者该轧制和脱管装置为斜轧机，或者该轧制和脱管装置为依次设置的CPE顶管机和脱棒机。
7.根据权利要求4所述的钢管调质热处理的生产线，其特征在于，该第二加热装置为感应加热装置。
8.一种钢管调质热处理的生产工艺，其特征在于，所述钢管调质热处理的生产工艺采用了权利要求4至7中任意一项所述的钢管调质热处理的生产线，所述钢管调质热处理的生产工艺包括以下步骤：
步骤1、加热管坯；
步骤2、穿孔；
步骤3、轧制；
步骤4、脱管；
步骤5、定径；
步骤6、淬火；
步骤7、回火。
9.根据权利要求8所述的钢管调质热处理的生产工艺，其特征在于，
在步骤1中，将该管坯加热至1200℃～1300℃；
在步骤2中，毛管的温度处于1100℃～1200℃；
在步骤3中，荒管的温度处于950℃～1050℃；
在步骤6中，首先将成品热管加热至950℃以上，再将该成品热管冷却至500℃以下；
在步骤7中，首先将该成品热管加热至650℃～700℃，再将该成品热管空冷。
10.根据权利要求8所述的钢管调质热处理的生产工艺，其特征在于，在步骤7中，
当成品热管冷却至奥氏体的相变点温度时，采用第一冷却速度冷却该成品热管，使该成品热管的金相组织形成铁素体和珠光体；
当该成品热管冷却至奥氏体的相变点温度时，采用第二冷却速度冷却该成品热管，使该成品热管的金相组织形成贝氏体和铁素体；
当该成品热管冷却至奥氏体的相变点温度时，采用第三冷却速度冷却该成品热管，使该成品热管的金相组织形成马氏体；
该第三冷却速度大于第二冷却速度，该第二冷却速度大于第一冷却速度。
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