CN108315532A - 钢管水雾冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢管水雾冷却方法，钢管为高压锅炉管且钢管的壁厚在30mm以上包括以下步骤：1)高温缓冷区，将已经完全奥氏体化的钢管运出炉后，空冷至保温温度以下20‑100℃之间，为后续快速冷却做组织准备；2)中温水雾快冷区，将钢管经过水雾快速冷却，通过水雾冷却装置使钢管的内表面和外表面同时冷却，使钢管的温度冷却到330‑550℃，析出铁素体+珠光体+(贝氏体)，或者析出马氏体；3)低温冷却区，将钢管空冷到室温，再通过回火工序进行处理即可。本发明实现冷却速度有效控制，最终得到理想的性能和组织，高压锅炉管质量得到明显提高，取得显著的经济效益，具体是指钢管同一截面硬度差≤20HBW，全长屈服强度差小于30MPa，厚壁高压锅炉管一检合格率高达97.55％。

Description

钢管水雾冷却方法

技术领域

本发明涉及钢管冷却领域，具体涉及一种钢管水雾冷却的方法，特别适用于无缝钢管的冷却。

背景技术

高压锅炉管主要应用在锅炉过热器、主蒸汽管等高压环境中。由于锅炉管长期在高温、高压及潮湿等恶劣的工作环境中使用，这就要求炉管材料必须具有良好的耐高温强度、抗腐蚀性能以及良好的组织稳定性，因此锅炉管在热处理方面有很严格的要求。

传统的高压锅炉管主要采用正火强制冷却或淬火后再通过后续的回火得到所要求的性能及组织。随着大功率火力发电项目的开发，对锅炉用管的壁厚要求逐渐增加，此时若使用传统的正火冷却，将会因冷却强度不够从而造成强度指标不足及晶粒度不合。

目前，对于厚壁的高压锅炉管，多数热处理厂家参照国标GB5310-2008要求，对壁厚大于30mm的高压锅炉管采用淬火+回火的热处理方式，虽然高压锅炉管性能满足要求，但是通过淬火+回火热处理后，由于炉管材料本身的淬透性差、炉管内外表面与其芯部的冷却速度差别巨大等原因，炉管横截面组织和性能差别巨大，同时淬火后的组织稳定性差，高温持久性能没有通过传统的正火+回火热处理方式的锅炉管优越。

此外，水雾冷却在棒材热处理也得到了部分应用，但没有对冷却强度和深度等进行有效控制，同时对于空心的锅炉管，更多的是考虑炉管外表面的水雾冷却，很少考虑通过锅炉管内外表面同时水雾冷却的方法，以此来保证厚壁高压锅炉管同时满足性能和显微组织的苛刻要求。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种钢管水雾冷却的方法。本发明的冷却方法实现冷却速度可控的状态，该方法适用于对性能均匀性和显微组织一致性有苛刻要求的钢管热处理工艺，主要应用于壁厚大于30mm以上的高压锅炉管的热处理冷却过程。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钢管水雾冷却方法，所述钢管为高压锅炉管，所述钢管水雾冷却方法包括以下步骤：高温缓冷步骤，将已经完全奥氏体化的钢管空冷至保温温度以下20-100℃之间且在Ar3以上；中温水雾快冷步骤，将经所述高温缓冷步骤的所述钢管进行水雾快速冷却处理，使所述钢管的内表面和外表面同时冷却，所述钢管经所述水雾快速冷却到330-550℃；低温冷却步骤，将经所述中温水雾快冷步骤的所述钢管空冷到室温。

根据如上所述的钢管水雾冷却方法，优选，所述方法还包括回火步骤，对经所述低温冷却步骤的所述钢管进行回火处理。

根据如上所述的钢管水雾冷却方法，优选，所述高温缓冷步骤中，所述钢管的空冷时间为60-400s。

根据如上所述的钢管水雾冷却方法，优选，所述中温水雾快冷步骤中，所述水雾快速冷却处理的水雾流量为60-250m³/h。

根据如上所述的钢管水雾冷却方法，优选，在所述水雾快速冷却处理过程中，使所述钢管周向旋转的同时发生轴向移动；优选地，所述钢管设置在可旋转托辊上，通过设定所述可旋转托辊的倾斜角度和旋转速度，来控制所述钢管轴向位移，确保所述水雾冷却装置对所述钢管的冷却均匀。

根据如上所述的钢管水雾冷却方法，优选，所述钢管的壁厚在30mm以上，优选地，所述钢管的外径为190-533mm；所述钢管壁厚为30-130mm；更优选地，所述钢管的品种为以正火或正火+回火交货的钢管。

根据如上所述的钢管水雾冷却方法，优选，所述中温水雾快冷步骤中，所述冷却的时间为150-900s。

根据如上所述的钢管水雾冷却方法，优选，所述高温缓冷步骤中，空冷至保温温度以下50-100℃之间。

根据如上所述的钢管水雾冷却方法，优选，所述高温缓冷步骤中，所述保温温度是指对轧后钢管进行加热保温处理的温度，经所述加热保温处理后的钢管为完全奥氏体化的钢管；优选地，所述保温温度为900-1080℃。

根据如上所述的钢管水雾冷却方法，优选，所述中温水雾快冷步骤中，所述钢管经所述水雾快速冷却处理后钢管内外表面的温差不超过50℃。

根据如上所述的钢管水雾冷却方法，优选，所述中温水雾快冷步骤中，所述水雾快速冷却处理通过水雾冷却装置实现；优选地，所述水雾冷却装置包括：多个用于从外侧冷却所述钢管的高压水雾喷嘴和多个用于从内侧冷却所述钢管的常压水雾喷嘴；更优选地，在所述钢管处于所述水雾快速冷却处理的状态下，所述钢管的外部斜上方且沿着所述钢管的长度方向设置有多个高压水雾喷嘴，实现自所述钢管的外表面的冷却；所述钢管的内部沿着所述钢管的长度方向设置有常压水雾喷嘴，来实现自所述钢管内表面的冷却。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

1、本发明通过长达两年的生产实验验证得出(第一年采用现有技术中的冷却方法，第二年采用本发明的冷却方法)：第二年采用水雾冷却方法累计生产各类高压锅炉管42000吨，一检合格率从第一年的90％提升到97.55％以上；第一年的热处理成本每吨为689元，第二年累计降本42000*689*(97.55％-90％)＝218万元；第二年完成普通高压锅炉管入库36120吨，按每吨锅炉管利润500元，按每吨锅炉管利润500元，实现利润36120*500＝1806万元；累计创收218+1806＝2024万元。本发明中的一检合格率指的是性能的一检合格率，性能方面的不合格品可以重新热处理挽救，只是消耗热处理成本而已，与入库量没有直接关系，生产量×成材率，才是最终的入库量。

2、本发明通过实验验证，将本发明的钢管水雾冷却的方法成功应用于两条热处理生产线的在线生产，实现冷却速度有效控制，最终得到理想的性能和组织，高压锅炉管质量得到明显提高，取得显著的经济效益，具体是指钢管同一截面硬度差≤20HBW，全长屈服强度差小于30MPa，厚壁(即壁厚大于30mm以上)高压锅炉管一检合格率从使用前90.0％提升到现今的97.55％，高压锅炉管连续两年实现性能质量异议零投诉的指标。

附图说明

图1为本发明实施例中钢管水雾冷却过程的示意图；

图中：1-钢管；2-高压水雾喷嘴；3-常压水雾喷嘴。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本发明的具体实施例提供一种钢管水雾冷却方法，本发明的冷却方法实现冷却速度可控的状态，该方法适用于对性能均匀性和显微组织一致性有苛刻要求的钢管热处理工艺，主要应用于壁厚大于30mm以上的高压锅炉管的热处理冷却过程。

本发明的钢管1为高压锅炉管，优选钢管1的壁厚在30mm以上(比如31mm、35mm、40mm、50mm、55mm、60mm、80mm、100mm、120mm、135mm、145mm、155mm)。所述高压锅炉管是指符合中国国家标准GB/T5310-2008的无缝钢管。

本发明的一种钢管水雾冷却方法，也可以说，经过完全奥氏体化的钢管1的冷却方法，该钢管1水雾冷却方法包括以下步骤：

1)高温缓冷步骤，将已经完全奥氏体化的钢管1运出炉后，空冷(放置在空气中自然冷却)至保温温度(该保温温度是指对轧后钢管进行加热保温处理的温度，经所述加热保温处理后的钢管为完全奥氏体化的钢管；优选地，所述保温温度为900-1080℃)以下20-100℃(例如25℃、30℃、35℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、95℃)之间，必须在Ar3以上为前提，根据钢管1的规格和品种不同而选择不同的空冷时间，钢管1的空冷时间为60-400s(例如70s、100s、150s、200s、250s、300s、350s、390s)，为后续快速水雾冷却做组织准备。

在本实施例中，经过完全奥氏体化的钢管中奥氏体化温度根据钢管1品种而异，一般锅炉管为900-1080℃，保温时间为每个壁厚1.5-2分钟。已经完全奥氏体化的钢管1是通过如下处理得到的：在步进炉式热处理炉内根据不同品种将轧后钢管加热到900-1080℃不等，按每个壁厚保温1.5-2分钟来处理。本发明中的奥氏体化保温时间为对应钢管壁厚S的1.5到2倍之间。本实施例中采用空冷至保温温度以下的区间温度必须以在Ar3以上为前提基础，是基于若缓冷温度低于Ar3，会在晶界之间析出铁素体，影响最终组织及冲击性能。本实施例中钢管1在经过高温缓冷步骤后仅仅冷却到Ar3以上，不能析出铁素体，该步骤为下一阶段发生组织转变的孕育期，该步骤对控制组织均匀性很重要。

进一步优选地，本实施例中通过对完全奥氏体化的钢管1出炉后放置在空气中自然冷却到保温温度以下50-100℃(例如55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃)之间。

在本发明中，中温水雾快冷处理通过水雾冷却装置实现；优选地，水雾冷却装置包括：多个用于从外侧冷却钢管1的高压水雾喷嘴和多个用于从内侧冷却钢管1的常压水雾喷嘴；更优选地，在钢管1处于水雾快速冷却处理的状态下，钢管1的外部斜上方且沿着钢管1的长度方向设置有多个高压水雾喷嘴，实现自钢管1的外表面的冷却；钢管1的中空内部沿着钢管1的长度方向设置有常压水雾喷嘴，来实现自钢管1内表面的冷却，从而保证钢管冷却后内外表面及芯部温差小。此外，需要说明的是本实施例中的高压水雾喷嘴中的高压指0.4-0.6MPa。本实施例中外表面使用高压水雾喷嘴是为了形成更均匀雾状，同时高压直接打到钢管外表面，可以除去冷却过程的蒸汽使冷却更均匀，内表面使用常压水雾喷嘴主要是因为钢管内部空间受限，所述常压水雾喷嘴的压力是指0.1MPa。

在本实施例中，如图1所示，水雾冷却装置为在钢管1的外部且沿着钢管1的长度方向设置多个高压水雾喷嘴2，实现对钢管1的外表面的冷却；钢管1的内部设置常压水雾喷嘴3，来实现钢管1内表面的冷却。钢管1设置在可旋转托辊上，通过设定旋转托辊的倾斜角度和旋转速度，来控制钢管1轴向位移，确保水雾冷却装置对钢管1的冷却均匀；通过水雾流量和冷却时间的控制，实现不同类型的冷却速度和强度，从而达到控制钢管1性能及组织的目的，并提高生产效率。本实施例中的轴向位移指的是沿着钢管1长度方向的移动速度，通过倾斜角度和旋转速度大小来控制，钢管1的轴向移动可以有效避免个别水雾喷嘴临时堵塞造成的局部不均匀现象。此外，本发明中的倾斜角度是设备特制的一固定角度，生产过程可以通过旋转速度大小来控制轴向移动速度，相同的倾斜角度下，旋转速度越大，轴向移动速度越快。

2)中温水雾快冷步骤，将步骤1)空冷后的钢管1经过水雾快速冷却处理，通过水雾冷却装置使钢管1的内表面和外表面同时冷却，根据钢管1的品种和规格控制一定的水雾流量，经过150-900s(例如200s、250s、300s、400s、500s、600s、700s、800s、850s)的冷却时间使钢管1的温度冷却到330-550℃(例如350℃、380℃、400℃、420℃、450℃、480℃、500℃、520℃、540℃)，析出铁素体+珠光体+(贝氏体)，或者析出马氏体。针对不同的钢管1的品种类别而析出贝氏体或马氏体，例如P91、P92不锈钢仅析出均匀的马氏体组织。本实施例中需要严格控制冷却温度和冷却速度的原因是为了防止冷却过快，发生应力开裂的问题缺陷。在本实施例中水雾快速冷却的水雾流量为60-250m³/h(例如80m³/h、100m³/h、120m³/h、140m³/h、160m³/h、180m³/h、200m³/h、220m³/h、240m³/h)，且流量无极可调(流量大小可以根据工艺要求任意调节)。

本实施例中水雾快速冷却过程中钢管1周向旋转的同时发生轴向移动，使经冷却结束后的钢管1内、外表面温差保持在50℃以下。

本实施例中，经过一定水雾冷却时间后，确保钢管1的钢温在330-550℃之间，此钢管1的钢温根据不同的品种和规格是有所不同的，例如106C水雾冷却后温度控制500-550℃，P12水雾冷却后温度控制在330-380℃，P91水雾冷却后温度控制在350-400℃等。

3)低温冷却步骤，将步骤2)处理过的钢管1空冷到室温；

4)回火步骤，将步骤3)处理后的钢管加热到620-780℃并保温一定的时间后，然后空冷至室温，从而保证最终性能和组织。此处的回火处理步骤中的钢管1经回火后的保温时间需要根据钢管1的品种和最终性能的要求不同而设定不同的保温时间，回火温度在620-780℃之间，保温时间就按照每个壁厚2.5-3分钟来计算该钢管的最终保温时间值。本发明中的回火保温时间为为对应钢管壁厚S的1.5到2倍之间。

在本发明的具体实施例中钢管1的外径为190-533mm(例如200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、510mm、520mm)；钢管1壁厚为30-130mm(例如50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、125mm)；钢管1的品种为以正火或正火+回火交货的钢管1。

在本发明的具体实施例中，钢管1可以为适合高压锅炉的任何用管，如钢管1的品种20G、106C、15CrMoG、12Cr1MoVG、WB36、P91、P92等。本发明对钢管1的种类规格不做限定。

冷却速度控制是热处理工艺细节控制的最重要手段之一，对于加热工艺相对成熟的高压锅炉管热处理过程，冷却速度控制水平的高低，决定产品性能质量的水平。

为了有效控制厚壁高压锅炉管的正火冷却速度，得到理想的性能和显微组织，本发明水雾冷却方式是将完全奥氏体化的钢管1出炉后放置在空气中自然冷却到保温温度以下20-100℃之间(必须在Ar3以上为前提)，为后续快速冷却做组织准备。再经过一定时间的水雾快速冷却，根据钢管1品种和规格控制一定的水雾流量和压力，经过特定的时间，冷却到550-330℃之间，析出铁素体+珠光体+(贝氏体)，或者析出马氏体。最后空冷到常温，在结合正常的回火工序通过这一系列的冷却速度配合，得到理想的组织和力学性能。

本发明在沿着钢管1长度方向设置多个高压水雾喷嘴2，实现对钢管1外表面的冷却，再合理的旋转托辊的倾斜角度和旋转速度，控制钢管1轴向位移，确保冷却均匀，钢管1内表面采用常压水雾喷嘴3，实现内表面冷却。通过水雾流量和冷却时间的控制，实现不同品种对冷却速度和强度，从而达到控制钢管1性能及组织的目的，并提高生产效率。

实施例1

以水雾冷却方式对15CrMoG进行正火处理，其中钢管1的外径为219mm,壁厚为40mm。具体冷却方法如下：

经过完全奥氏体化钢管1出炉后空冷80秒，钢温870-900℃，再传送至水雾装置中，水雾流量120m³/h，冷却430秒后停止冷却，此时钢管1温度已降至350-400℃之间，最后空冷到室温。

采用本方法共处理了100吨上述规格的钢管1，经700℃回火保温110分钟，再空冷后到室温后，显微组织为铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体，其他性能指标如断面伸长率32％、34％，常温横向冲击功200、234、243J，201、198、235J(检测两支不同钢管，三个为一组数据)；同一截面硬度差≤10HBW，全长屈服强度差小于15MPa，均满足标准及用户要求。本实施试验品的其他性能如表1所示：

表1

备注：编号1、2为同一批钢管的随机支数；头、中和尾分别是指一支钢管的头部、中间和尾部；外、中和内分别指的是同一钢管横截面的外测、中心、内侧。

实施例2

以水雾冷却方式对12Cr1MoVG进行正火处理，其中钢管1的外径为457mm，壁厚为58mm。具体方法如下：

经过完全奥氏体化钢管1出炉后空冷145秒，钢温930-960℃，再传送至水雾装置中，水雾流量135m³/h，冷却600秒后停止冷却，此时钢管1温度已降至400-450℃之间，最后空冷到室温。

采用本方法共处理了80吨上述规格的钢管1，经735℃回火保温150分钟，再空冷后到室温后，显微组织为铁素体+珠光体+粒状贝氏体，其他性能指标如断面伸长率29％、29％，常温横向冲击功173、200、211J，180、195、215J(检测两支不同钢管，三个为一组数据)，同一截面硬度差≤15HBW，全长屈服强度差小于15MPa，均满足标准及用户要求。本实施试验品的其他性能如表2所示：

表2

实施例3

以水雾冷却方式对12Cr1MoVG进行正火处理，其中钢管1的外径为500mm，壁厚为80mm。具体方法如下：

经过完全奥氏体化钢管1出炉后空冷205秒，钢温930-960℃，再传送至水雾装置中，水雾流量135m³/h，冷却710秒后停止冷却，此时钢管1温度已降至400-450℃之间，最后空冷到室温。

采用本方法共处理了80吨上述规格的钢管1，经730℃回火保温220分钟，再空冷后到室温后，显微组织为铁素体+珠光体+粒状贝氏体，性能指标如下表3，同一截面硬度差≤20HBW，全长屈服强度差小于20MPa，均满足标准及用户要求。

表3

实施例4

以水雾冷却方式对12Cr1MoVG进行正火处理，其中钢管1的外径为500mm，壁厚为130mm。具体方法如下：

经过完全奥氏体化钢管1出炉后空冷280秒，钢温930-960℃，再传送至水雾装置中，水雾流量155m³/h，冷却850秒后停止冷却，此时钢管1温度已降至400-450℃之间，最后空冷到室温。

采用本方法共处理了80吨上述规格的钢管1，经730℃回火保温325分钟，再空冷后到室温后，显微组织为铁素体+珠光体+粒状贝氏体，性能指标如下表4，同一截面硬度差≤15HBW，全长屈服强度差小于20MPa，均满足标准及用户要求。

表4

实施例5

以水雾冷却方式对12Cr1MoVG进行正火处理，其中钢管1的外径为500mm，壁厚为140mm。具体方法如下：

经过完全奥氏体化钢管1出炉后空冷350秒，钢温930-960℃，再传送至水雾装置中，水雾流量155m³/h，冷却900秒后停止冷却，此时钢管1温度已降至400-450℃之间，最后空冷到室温。

采用本方法共处理了80吨上述规格的钢管1，经730℃回火保温350分钟，再空冷后到室温后，显微组织为铁素体+珠光体+贝氏体，性能指标如下表5，同一截面硬度差≤25HBW，全长屈服强度差小于25MPa，均满足标准及用户要求。

表5

实施例6

以水雾冷却方式对20G进行正火处理，其中钢管1的外径为500mm，壁厚为100mm。具体方法如下：

经过完全奥氏体化钢管1出炉后空冷150秒，钢温870-900℃，再传送至水雾装置中，水雾流量140m³/h，冷却600秒后停止冷却，此时钢管1温度已降至500-550℃之间，最后空冷到室温。

采用本方法共处理了80吨上述规格的钢管1，冷却到室温后，取样送检显微组织为铁素体+珠光体，性能指标如下表6，同一截面硬度差≤10HBW，全长屈服强度差小于15MPa，均满足标准及用户要求。

表6

实施例7

以水雾冷却方式对106C进行正火处理，其中钢管1的外径为500mm，壁厚为100mm。具体方法如下：

经过完全奥氏体化钢管1出炉后空冷150秒，钢温870-900℃，再传送至水雾装置中，水雾流量140m³/h，冷却600秒后停止冷却，此时钢管1温度已降至500-550℃之间，最后空冷到室温。

采用本方法共处理了80吨上述规格的钢管1，冷却到室温后，取样送检显微组织为铁素体+珠光体，性能指标如下表7，同一截面硬度差≤15HBW，全长屈服强度差小于15MPa，均满足标准及用户要求。

表7

实施例8

以水雾冷却方式对P91进行正火处理，其中钢管1的外径为500mm，壁厚为100mm。具体方法如下：

经过完全奥氏体化钢管1出炉后空冷60秒，钢温1030-1060℃，再传送至水雾装置中，水雾流量170m³/h，冷却560秒后停止冷却，此时钢管1温度已降至330-380℃之间，最后空冷到室温。

采用本方法共处理了80吨上述规格的钢管1，经770℃回火保温300分钟，再空冷后到室温后，显微组织为均匀的回火马氏体，性能指标如下表8，同一截面硬度差≤10HBW，全长屈服强度差小于15MPa，均满足标准及用户要求。

表8

对比例1

以正常风冷方式对15CrMoG进行正火处理，其中钢管1的外径为219mm,壁厚为40mm。具体方法如下：

将完全奥氏体化的钢管1直接出炉正火，冷床风冷至常温，经700℃回火保温110分钟回火，再空冷到室温后，显微组织为铁素体+珠光体，组织合格，但是因冷却速度不足，导致强度指标偏低，具体如下表9，同一截面硬度差达到10HBW以上，全长屈服强度差达到15MPa。此实施例中正统风冷的结果整体均匀性和本发明技术方案冷却效果相当，但是屈服强度偏低，未能达到标准要求的≥295MPa的技术要求。

表9

对比例2

以水淬方式对12Cr1MoVG进行热处理，其中钢管1的外径为457mm,壁厚为58mm。具体方法如下：

将完全奥氏体化的钢管1直接水淬，出水钢温400-450℃，经735℃回火保温150分钟，再空冷后到室温，显微组织为少量马氏体+珠光体+贝氏体+铁素体，组织不合(不允许存在马氏体)，强度和硬度不均匀，具体如下表10，同一截面硬度差达到30HBW，全长屈服强度差达到50MPa。产品的组织决定性能，不同的组织导致性能差别很大是存在的。该实施例中传统的水淬生产组织存在马氏体，不合格；强度和硬度波动大，且强度已经接近标准要求上限，标准要求抗拉强度470-640MPa，硬度要求145-190HBW，存在不合格的风险，对于高锅管并不是说强度越高越好。

表10

对比例3

以水雾冷却方式对12Cr1MoVG进行正火处理，其中钢管1的外径为457mm，壁厚为58mm。具体方法如下：

经过完全奥氏体化钢管1出炉后空冷1000秒，钢温850-880℃，再传送至水雾装置中，水雾流量135m³/h，冷却600秒后停止冷却，此时钢管1温度已降至400-450℃之间，最后空冷到室温。

采用本方法共处理了80吨上述规格的钢管1，经735℃回火保温150分钟，显微组织为大量铁素体+珠光体，晶粒粗大(＜5级)性能指标如下表11，同一截面硬度差达到20HBW，全长屈服强度差达到30MPa，强度和硬度偏低，不能满足标准要求。

表11

对比例4

以水雾冷却方式对12Cr1MoVG进行正火处理，其中钢管1的外径为457mm，壁厚为58mm。具体方法如下：

经过完全奥氏体化钢管1出炉后空冷145秒，钢温930-960℃，再传送至水雾装置中，水雾流量135m³/h，冷却1200秒后停止冷却，此时钢管1温度已降至200-250℃之间，最后空冷到室温。

采用本方法共处理了80吨上述规格的钢管1，经735℃回火保温150分钟，再空冷后到室温，显微组织为铁素体+珠光体+大量粒状贝氏体，性能指标如下表12，同一截面硬度差达到20HBW，全长屈服强度差达到30MPa，强度和硬度整体偏高，硬度超出标准要求。组织决定性能，不同的组织导致性能差别很大是存在的，整体抗拉强度在上限，存在不合格的风险，且硬度已经不合格。

表12

由上述本发明的具体实施例及对比例1至对比例4可知，采用本发明的水雾冷却方法，能实现冷却速度有效控制，最终得到理想的性能和组织，高压锅炉管质量得到明显提高，取得显著的经济效益，具体是指钢管1同一截面硬度差≤20HBW，全长屈服强度差小于30MPa，厚壁高压锅炉管一检合格率高达97.55％。

综上所述，本发明还具有以下技术效果：

1、本发明通过长达两年的生产实验验证得出(第一年采用现有技术中的冷却方法，第二年采用本发明的冷却方法)：第二年采用水雾冷却方法累计生产各类高压锅炉管42000吨，一检合格率从第一年的90％提升到97.55％以上；第一年的热处理成本每吨为689元，第二年累计降本42000*689*(97.55％-90％)＝218万元；第二年完成普通高压锅炉管入库36120吨，按每吨锅炉管利润500元，按每吨锅炉管利润500元，实现利润36120*500＝1806万元；累计创收218+1806＝2024万元。本发明中的一检合格率指的是性能的一检合格率，性能方面的不合格品可以重新热处理挽救，只是消耗热处理成本而已，与入库量没有直接关系，生产量×成材率，才是最终的入库量。

2、本发明通过实验验证，将本发明的无缝钢管1水雾冷却的方法成功应用于两条热处理生产线的在线生产，实现冷却速度有效控制，最终得到理想的性能和组织，高压锅炉管质量得到明显提高，取得显著的经济效益，具体是指钢管1同一截面硬度差≤20HBW，全长屈服强度差小于30MPa，厚壁高压锅炉管一检合格率从使用前90.0％提升到现今的97.55％，高压锅炉管连续两年实现性能质量异议零投诉的指标。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种钢管水雾冷却方法，其特征在于，所述钢管为高压锅炉管，所述钢管水雾冷却方法包括以下步骤：

高温缓冷步骤，将已经完全奥氏体化的钢管空冷至保温温度以下20-100℃之间且在Ar3以上；

中温水雾快冷步骤，将经所述高温缓冷步骤的所述钢管进行水雾快速冷却处理，使所述钢管的内表面和外表面同时冷却，所述钢管经所述水雾快速冷却到330-550℃；

低温冷却步骤，将经所述中温水雾快冷步骤的所述钢管空冷到室温。

2.根据权利要求1所述的钢管水雾冷却方法，其特征在于，所述方法还包括回火步骤，对经所述低温冷却步骤的所述钢管进行回火处理。

3.如权利要求1所述的钢管水雾冷却方法，其特征在于，所述高温缓冷步骤中，所述钢管的空冷时间为60-400s。

4.如权利要求1所述的钢管水雾冷却方法，其特征在于，所述中温水雾快冷步骤中，所述水雾快速冷却处理的水雾流量为60-250m³/h。

5.如权利要求1所述的钢管水雾冷却方法，其特征在于，在所述水雾快速冷却处理过程中，使所述钢管周向旋转的同时发生轴向移动；优选地，所述钢管设置在可旋转托辊上，通过设定所述可旋转托辊的倾斜角度和旋转速度，来控制所述钢管轴向位移，确保所述水雾冷却装置对所述钢管的冷却均匀。

6.如权利要求1所述的钢管水雾冷却方法，其特征在于，所述钢管的壁厚在30mm以上，优选地，所述钢管的外径为190-533mm；所述钢管壁厚为30-130mm；更优选地，所述钢管的品种为以正火或正火+回火交货的钢管。

7.如权利要求1所述的钢管水雾冷却方法，其特征在于，所述中温水雾快冷步骤中，所述冷却的时间为150-900s。

8.如权利要求1所述的钢管水雾冷却方法，其特征在于，所述高温缓冷步骤中，空冷至保温温度以下50-100℃之间。

9.如权利要求1或8所述的钢管水雾冷却方法，其特征在于，所述高温缓冷步骤中，所述保温温度是指对轧后钢管进行加热保温处理的温度，经所述加热保温处理后的钢管为完全奥氏体化的钢管；优选地，所述保温温度为900-1080℃。

10.如权利要求4所述的钢管水雾冷却方法，其特征在于，所述中温水雾快冷步骤中，所述钢管经所述水雾快速冷却处理后钢管内外表面的温差不超过50℃。

11.如权利要求1或4所述的钢管水雾冷却方法，其特征在于，所述中温水雾快冷步骤中，所述水雾快速冷却处理通过水雾冷却装置实现；优选地，所述水雾冷却装置包括：多个用于从外侧冷却所述钢管的高压水雾喷嘴和多个用于从内侧冷却所述钢管的常压水雾喷嘴；更优选地，在所述钢管处于所述水雾快速冷却处理的状态下，所述钢管的外部斜上方且沿着所述钢管的长度方向设置有多个高压水雾喷嘴，实现自所述钢管的外表面的冷却；所述钢管的内部沿着所述钢管的长度方向设置有常压水雾喷嘴，来实现自所述钢管内表面的冷却。