CN108396130A - 调质无缝钢管残余应力的消除方法及采用的双向链式冷床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种调质无缝钢管残余应力的消除方法及采用的双向链式冷床，本发明采用调质前矫直工序，保证调质前钢管直线度；采用具有斜度的双向链式冷床，钢管调质后冷却过程中不断旋转，保证钢管调质后冷却过程直线度，从而保证钢管调质后不经过去应力退火，其直线度达到1mm/m以下同时残余应力不超过规定最小屈服强度的3％。本发明的双向链式冷床的床体的斜度为2‑5°，前低后高，床体由多个正向链与多个反向链间隔交替设置组成；正向链前进方向与无缝钢管运动方向相同，反向链前进方向与无缝钢管运动方向相反；本发明提供的消除方法解决了同时兼顾弯曲度和低残余应力的技术问题，减少去应力退火工序，降低生产成本并提高钢管表面质量。

Description

调质无缝钢管残余应力的消除方法及采用的双向链式冷床

技术领域

本发明属于热处理技术领域，具体涉及一种调质无缝钢管残余应力的消除方法、及消除调质无缝钢管残余应力时所采用的双向链式冷床。

背景技术

残余应力会降低材料的疲劳强度，影响抗挤毁强度，增加管体应力腐蚀，同时材料加工时会出现加工变形，因此，在工程机械、汽车、油气开采等领域，无缝钢管的残余应力一般要求不得超过该材料规定最小屈服强度的±5％。

无缝钢管调质后为必须保证直线度，通常调质后会进行矫直，由于辊矫效率高，一般中厚壁无缝钢管调质后配备六辊矫直机。根据API5C3及用户等相关技术标准要求，矫直温度越低，钢管残余应力越大，一般L80-Q125钢级的钢管调质后应进行热辊矫，钢管矫直完以后温度应在510℃以上，如果钢管矫直温度低于510℃，钢管残余应力会较大，需要进行去应力退火以消除残余应力，去应力退火温度应在510℃以上(去应力退火温度越高，消除残余应力的效果越好)，大部分材料矫直时难以满足此矫直温度要求，矫直后需再进行去应力退火处理，去应力退火不但造成钢管表面质量氧化皮增多，且占用调质产能，导致成本上升。

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

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，而提出一种调质无缝钢管残余应力的消除方法、及调质无缝钢管残余应力时所采用的双向链式冷床。本发明提供的消除方法，在不进行去应力退火的基础上妥善解决了钢管弯曲度与残余应力难以同时满足的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，所述消除方法包括如下步骤：

1)无缝钢管热轧后调质前进行辊矫，辊矫后无缝钢管弯曲度应满足≤2mm/m；

2)调质热处理：经步骤1)辊矫后的无缝钢管进行淬火加热，无缝钢管在旋转的同时经过水冷却，水冷却后进行回火加热；

3)经步骤2)调质热处理后的无缝钢管输送到双向链式冷床上；所述无缝钢管在所述双向链式冷床同时前进和旋转；当无缝钢管温度在100℃以下时从双向链式冷床下料并收集；

4)完成步骤3)中的生产工艺步骤后，使所述无缝钢管直线度偏离小于等于1mm/m、残余应力不超过规定最小屈服强度的3％。

如上所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，优选，所述步骤1)中，无缝钢管热轧后调质前采用六辊矫直机进行辊矫；优选地，所述步骤2)中，经步骤1)辊矫后的无缝钢管在淬火用步进式热处理炉中进行淬火加热，无缝钢管在旋转的同时经过水冷却，水冷却后进入汇火用步进式热处理炉中进行回火加热。

如上所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，优选，所述步骤2)中，所述无缝钢管在步进式热处理炉中进行淬火加热和回火加热，无缝钢管在步进式热处理炉中的加热过程是每次步进时无缝钢管都能转动一定角度，且无缝钢管的下面是架空的，使钢管加热均匀，可防止无缝钢管在加热过程中出现弯曲变形。

如上所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，优选，所述步骤2)中，所述无缝钢管在旋转的同时经过的水冷却为外表面外淋水冷却和内表面内喷水冷却的水冷淬火；优选地，当无缝钢管的温度在90-180℃时停止水冷却。

如上所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，优选，所述步骤3)中，所述无缝钢管经输送辊道和拔料拔料装置后放置在所述双向链式冷床上。

如上所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，优选，所述步骤3)中，所述双向链式冷床的斜度为2-5°，前低后高；优选地，所述双向链式冷床的斜度为3°，前低后高。

如上所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，优选，所述步骤3)中，所述双向链式冷床包括正向链和反向链；所述正向链的速度为所述反向链的速度的二倍以上，在重力作用下无缝钢管固定在正向链的立柱旁，所述无缝钢管在正向链的作用下不断前进、在反向链的作用下不断旋转；优选地，所述正向链的速度为15-25m/h。

如上所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，优选，所述正向链有3个，且均与同一个正向链驱动电机相连，正向链驱动电机设置在该双向链式冷床的床体的一端；所述反向链有3个，且均与同一个反向链驱动电机相连，反向链驱动电机设置在该双向链式冷床的床体的另一端。

如上所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，优选，正向链和反向链间隔设置，两个相邻的正向链和反向链之间的间距1.8-2.5m。

一种如上任一项所述的调质无缝钢管残余应力的消除方法中所采用的双向链式冷床，所述双向链式冷床包括：

床体，无缝钢管位于所述床体上，所述床体由多个正向链与多个反向链间隔交替设置组成，所述床体的斜度为2-5°，前低后高，在重力作用下无缝钢管固定在正向链的立柱旁；两个相邻的正向链和反向链之间的间距1.8-2.5m；正向链前进方向与无缝钢管运动方向相同，反向链前进方向与无缝钢管运动方向相反；

驱动电机，所述驱动电机由正向链电机和反向链电机组成，所述正向链电机位于所述床体的一端，且所有正向链均与所述正向链电机相连接；所述反向链电机位于所述床体的另一端，且所有反向链均与所述反向链电机相连接；

拔料装置，所述拔料装置位于所述床体的一端，用于将输送辊道运输的无缝钢管拔放在所述床体的正向链上。

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：

本发明的技术方案采用调质前矫直工序，保证调质前钢管直线度；采用步进式热处理炉加热，保证钢管热处理加热过程直线度；采用具有斜度的双向链式冷床，钢管调质后冷却过程中不断旋转，保证钢管调质后冷却过程直线度，从而保证钢管调质后不经过去应力退火，其直线度达到1mm/m以下同时残余应力不超过规定最小屈服强度的3％。

附图说明

图1为本发明实施例中双向链式冷床的俯视图；

图2为本发明实施例中正向链的侧视图；

图3为本发明实施例中反向链的侧视图；

图中：1、输送辊道；2、拔料装置；3、正向链驱动电机；4、反向链驱动电机；5、无缝钢管；6、正向链；7、反向链；8、立柱。

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，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。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1-3所示，本发明的具体实施例提供一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，该消除方法包括如下步骤：

1)无缝钢管5热轧后调质前进辊矫机矫直，矫直后无缝钢管5弯曲度应满足≤2mm/m，防止热轧钢管的弯曲度影响调质后钢管的弯曲度及防止因弯曲度大导致无法进炉；

2)调质热处理：为了防止钢管在热处理加热过程中产生弯曲，采用步进式热处理炉加热；将经步骤1)矫直后的无缝钢管5先在淬火用步进炉中淬火加热后运出，无缝钢管5在旋转的同时经过水冷却，无缝钢管5淬水冷却后(再经水冷淬火)，然后再进入回火用步进炉中回火加热。

3)经步骤2)中步进式热处理炉回火加热处理后的无缝钢管5运出该步进式热处理炉，之后输送到双向链式冷床上；无缝钢管5在双向链式冷床同时前进和旋转；当无缝钢管5温度在100℃以下时从双向链式冷床下料并收集；

4)完成步骤3)中的生产工艺步骤后，使无缝钢管5直线度偏离小于等于1mm/m、残余应力不超过规定最小屈服强度的3％。

在本发明中，直线度也即是常说的弯曲度。

进一步优选，步骤1)中，无缝钢管5热轧后调质前采用六辊矫直机进行辊矫，防止热轧过程中产生的弯曲调质过程中进一步加大。

步骤2)中，无缝钢管5在步进式热处理炉中进行淬火加热和回火加热，无缝钢管5在步进式热处理炉中加热过程中，是每次步进时无缝钢管5都能转动一定角度，且无缝钢管5下面是架空的，使无缝钢管5加热均匀，可防止无缝钢管5在加热过程中出现弯曲变形。优选地，每次步进时无缝钢管5都能转动角度为5-60°(例如：6°、8°、10°、12°、15°、18°、20°、22°、25°、28°、30°、33°、35°、38°、40°、42°、45°、50°、55°、56°、58°)。

进一步优选，所述步骤2)中，无缝钢管5在旋转的同时内外表面同时水冷，即外表面进行外淋水冷却、内表面进行内喷水冷却的水冷淬火，可确保钢管全长、圆周上同时均匀冷却，防止因长度和截面冷却不均匀出现翘曲。且外淋水和内喷水都连接冷却塔，保证淬火过程温度恒定，当钢管冷却到90-180℃(例如：95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃)时停止水冷却。

进一步优选，步骤3)中，无缝钢管5运出步进式热处理炉后经输送辊道1和拔料装置2后放置在双向链式冷床上。

本发明的具体实施例中，双向链式冷床的斜度为2-5°(例如：2.2°2.5°、2.8°、3°、3.2°、3.5°、3.8°、4°、4.2°、4.5°、4.7°、4.9°)，前低后高，在重力作用下钢管固定在正向链6的立柱8旁。优选地，双向链式冷床的斜度为3°。

本发明中的双向链式冷床包括正向链6和反向链7；正向链6的速度为15-25m/h，为反向链7的速度的二倍以上，无缝钢管5在正向链6的作用下不断前进，在反向链7的作用下不断旋转。

本发明中的正向链6有3个，且均与同一个正向链驱动电机3相连，正向链驱动电机3设置在该床体的一端，反向链7有3个，且均与同一个反向链驱动电机4相连，反向链驱动电机4设置在该双向链式冷床的床体的另一端。正向链6和反向链7间隔设置，即依次设置一个正向链6、一个反向链7、一个正向链6、一个反向链7、一个正向链6、一个反向链7。相邻的正向链6和反向链7之间的间距1.8-2.5m(例如：1.9m、1.95m、2m、2.05m、2.1m、2.15m、2.2m、2.25m、2.3m、2.35m、2.4m、2.45m、2.49m)。优选地，相邻的正向链6和反向链7之间的间距2.1-2.2m(例如：2.11m、2.12m、2.13m、2.14m、2.15m、2.16m、2.17m、2.18m、2.19m)。

在本发明中，正向链6和反向链7间隔设置一定距离交替设置是根据实际生产中无缝钢管5的长度来确定的，间隔距离选择要适当，这样较有利于对无缝钢管5残余应力的消除。实际生产中无缝钢管的长度一般7-11米。

在本发明的一个具体实施例中，双向链式冷床包括：

床体，无缝钢管5位于床体上，床体由多个正向链6与多个反向链7间隔交替设置组成，床体的斜度为2-5°(例如：2.1°2.4°、2.7°、3°、3.3°、3.6°、3.9°、4°、4.1°、4.3°、4.6°、4.7°)，前低后高，在重力作用下无缝钢管5固定在正向链6的立柱8旁；两个相邻的正向链6和反向链7之间的间距1.8-2.5m；正向链6前进方向与无缝钢管5运动方向相同，反向链7前进方向与无缝钢管5运动方向相反；

驱动电机，驱动电机由正向链驱动电机3和反向链驱动电机4组成，正向链驱动电机3位于床体的一端，且所有正向链6均与所述正向链驱动电机3相连接；反向链驱动电机4位于所述床体的另一端，且所有反向链7均与所述反向链驱动电机4相连接；

拔料装置2，拔料装置2位于床体的一端，用于将输送辊道1运输的无缝钢管5拔放在床体的正向链6上。

如图2所示的正向链6的结构，是由放置在斜度为2-5°台架上的一根长的链条、两个齿轮与多根竖起来的立柱8组成，通过正向链驱动电机3驱动齿轮旋转，齿轮旋转时带动链条前进，无缝钢管5通过立柱8固定在正向链6上。在本发明中，无缝钢管5通过拔料装置2放置在正向链6上，由于正向链6是有坡度(斜度)的，重力作用下无缝钢管5应滑动，通过多根竖直的立柱8可固定钢管，因此通过正向链6，无缝钢管5可在正向链6上固定不动的状态下向前运动。如图3所示的反向链7的结构，是由放置在斜度为2-5°台架上的一根长的链条组成，链条的两个表面有橡胶包覆，用来提高摩擦面积。在本发明中，反向链7的表面相当于是一根长的皮带，具有一定的摩擦力，反向链7的前进方向与无缝钢管5的前进方向相反，无缝钢管5在反向链7的摩擦力作用下应向后运动，但由于有正向链6的立柱8固定作用，因此只能在立柱8旁进行旋转。

在本发明中，优选地，立柱8为圆形，利于无缝钢管5旋转。

本发明提供的消除方法解决了同时兼顾弯曲度和低残余应力的技术问题，减少去应力退火工序，降低生产成本并提高钢管表面质量。

实施例1

本实施例提供的一种调质无缝钢管5残余应力的消除方法，该消除方法的工艺步骤具体如下：

(1)钢种为42CrMo、规格为323.9*50.8mm的无缝钢管5，热轧后采用六辊矫直机进行辊矫，矫直后无缝钢管5弯曲度为1.39mm/m；

(2)进淬火用步进式加热炉进行淬火加热，淬火加热温度为840℃，保温时间为145分钟，出炉后钢管在旋转的同时内表面采用内喷水冷却、外表面采用外淋水冷却，当钢管冷却到95℃时停止冷却水，后进回火用步进炉回火进行回火加热，加热温度为560℃，保温时间345分钟；

(3)无缝钢管5出回火炉后经输送辊道1和拔料装置2将无缝钢管5放置在双向链式冷床上，链床的斜度为3°，前低后高，正向链6有3个，由一个正向链驱动电机3驱动，反向链7有3个，由一个反向链驱动电机4驱动，相邻正向链6和反向链7间距为2.2m；正向链6转动速度15m/h，反向链7速度为7m/h，无缝钢管5在正向链6的作用下不断前进，在反向链7的作用下不断旋转，钢管下冷床温度为室温。

(4)无缝钢管5经过(1)-(3)步骤生产后，其直线度达到0.69mm/m，残余应力在2.96％以下。

实施例2

(1)钢种为ASTM A519 4140、规格为127*12.7mm的无缝钢管5，热轧后采用六辊矫直机进行辊矫，矫直后无缝钢管5弯曲度1.75mm/m；

(2)钢管进步进式加热炉进行淬火加热，加热温度为835℃，保温时间为25分钟，出炉后钢管在旋转的同时内表面采用内喷水冷却、外表面采用外淋水冷却，当钢管冷却到128℃时停止冷却水，后进步进炉回火进行回火加热，加热温度为615℃，回火保温时间为59分钟；

(3)钢管出回火炉后经输送辊道1和拔料装置2将无缝钢管5放置在双向链式冷床上，链床的斜度为3°，前低后高，正向链6有3个，由一个正向链驱动电机3驱动，反向链7有3个，由一个反向链驱动电机4驱动，相邻正向链6和反向链7间距为2.2m；正向链6速度为23.5m/h，反向链7速度为11m/h，无缝钢管5在正向链6的作用下不断前进，在反向链7的作用下不断旋转，钢管下冷床温度为室温。

(4)无缝钢管5经过(1)-(3)步骤生产后，其直线度达到0.72mm/m，残余应力为-1.53％。

实施例3

(1)钢种为ASTM A519 4130、规格为215.9*38.1mm的无缝钢管5，热轧后采用六辊矫直机进行辊矫，矫直后无缝钢管5弯曲度1.62mm/m；

(2)钢管进步进式加热炉进行淬火加热，加热温度为885℃，保温时间为62分钟，出炉后钢管在旋转的同时内表面采用内喷水冷却、外表面采用外淋水冷却，当钢管冷却到105℃时停止冷却水，后进步进炉回火进行回火加热，加热温度为710℃，回火保温时间为135分钟；

(3)钢管出回火炉后经输送辊道1和拔料装置2将无缝钢管5放置在双向链式冷床上，链床的斜度为3°，前低后高，正向链6有3个，由一个正向链驱动电机3驱动，反向链7有3个，由一个反向链驱动电机4驱动，相邻正向链6和反向链7间距为2.2m；正向链6速度为17m/h，反向链7速度为8m/h，无缝钢管5在正向链6的作用下不断前进，在反向链7的作用下不断旋转，钢管下冷床温度低于50℃。

(4)无缝钢管5经过(1)-(3)步骤生产后，其直线度达到0.96mm/m，残余应力为2.05％。

综上所述，本发明还具有如下有益技术效果：

本发明提供的消除方法解决了同时兼顾弯曲度和低残余应力的技术问题，减少去应力退火工序，降低生产成本并提高钢管表面质量。

本发明的技术方案采用调质前矫直工序，保证调质前钢管直线度；采用步进式热处理炉加热，保证钢管热处理加热过程直线度；采用具有斜度的双向链式冷床，钢管调质后冷却过程中不断旋转，保证钢管热处理后冷却过程直线度，从而保证钢管调质后不经过去应力退火，其直线度达到1mm/m以下同时残余应力不超过规定最小屈服强度的3％。

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 (10)

1.一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，其特征在于，所述消除方法包括如下步骤：

1)无缝钢管热轧后调质前进行辊矫，辊矫后无缝钢管弯曲度应满足≤2mm/m；

2)调质热处理：经步骤1)辊矫后的无缝钢管进行淬火加热，无缝钢管在旋转的同时经过水冷却，水冷却后进行回火加热；

3)经步骤2)调质热处理后的无缝钢管输送到双向链式冷床上；所述无缝钢管在所述双向链式冷床同时前进和旋转；当无缝钢管温度在100℃以下时从双向链式冷床下料并收集；

4)完成步骤3)中的生产工艺步骤后，使所述无缝钢管直线度偏离小于等于1mm/m、残余应力不超过规定最小屈服强度的3％。

2.如权利要求1所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，其特征在于，所述步骤1)中，无缝钢管热轧后调质前采用六辊矫直机进行辊矫；

优选地，所述步骤2)中，经步骤1)辊矫后的无缝钢管在淬火用步进式热处理炉中进行淬火加热，无缝钢管在旋转的同时经过水冷却，水冷却后进入汇火用步进式热处理炉中进行回火加热。

3.如权利要求1所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述无缝钢管在步进式热处理炉中进行淬火加热和回火加热，无缝钢管在步进式热处理炉中的加热过程是每次步进时无缝钢管都能转动一定角度，且无缝钢管的下面是架空的，使钢管加热均匀，可防止无缝钢管在加热过程中出现弯曲变形。

4.如权利要求1所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述无缝钢管在旋转的同时经过的水冷却为外表面外淋水冷却和内表面内喷水冷却的水冷淬火；优选地，当无缝钢管的温度在90-180℃时停止水冷却。

5.如权利要求1所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述无缝钢管经输送辊道和拔料拔料装置后放置在所述双向链式冷床上。

6.如权利要求1所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述双向链式冷床的斜度为2-5°，前低后高；

优选地，所述双向链式冷床的斜度为3°，前低后高。

7.如权利要求1或6所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述双向链式冷床包括正向链和反向链；

所述正向链的速度为所述反向链的速度的二倍以上，在重力作用下无缝钢管固定在正向链的立柱旁，所述无缝钢管在正向链的作用下不断前进、在反向链的作用下不断旋转；

优选地，所述正向链的速度为15-25m/h。

8.如权利要求7所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，其特征在于，所述正向链有3个，且均与同一个正向链驱动电机相连，正向链驱动电机设置在该双向链式冷床的床体的一端；所述反向链有3个，且均与同一个反向链驱动电机相连，反向链驱动电机设置在该双向链式冷床的床体的另一端。

9.如权利要求8所述的一种调质无缝钢管残余应力的消除方法，其特征在于，正向链和反向链间隔设置，两个相邻的正向链和反向链之间的间距1.8-2.5m。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的调质无缝钢管残余应力的消除方法中所采用的双向链式冷床，其特征在于，所述双向链式冷床包括：

床体，无缝钢管位于所述床体上，所述床体由多个正向链与多个反向链间隔交替设置组成，所述床体的斜度为2-5°，前低后高，在重力作用下无缝钢管固定在正向链的立柱旁；两个相邻的正向链和反向链之间的间距1.8-2.5m；正向链前进方向与无缝钢管运动方向相同，反向链前进方向与无缝钢管运动方向相反；

驱动电机，所述驱动电机由正向链电机和反向链电机组成，所述正向链电机位于所述床体的一端，且所有正向链均与所述正向链电机相连接；所述反向链电机位于所述床体的另一端，且所有反向链均与所述反向链电机相连接；

拔料装置，所述拔料装置位于所述床体的一端，用于将输送辊道运输的无缝钢管拔放在所述床体的正向链上。