CN109929972A - 一种钢管无氧化正火工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢管无氧化正火工艺，其特征在于：包括以下步骤：S1、前处理：包括以下子步骤：S11、预热+加热；S12、保温：传输机构继续将钢管向前传输至保温区，保温温度为850～900℃，保温时间为6～8min；S2、风冷：通过氮气站将氮气送入风冷区，以氮气为介质，利用氮气迅速冷却钢管，1.5～2min的时间内钢管冷却到350～400℃；S3、水冷：水冷区分为三段：钢管在一段水冷区内温度反弹150～200℃，即，使得钢管温度在500～600℃；在一段水冷区和二段水冷区中，让钢管逐渐冷却到200℃以下；S4、出炉，空冷至室温；还公开了用于钢管无氧化正火工艺的装置。本发明通过对冷却速度的有效控制，获得了理想的硬度、组织和表面质量，降低了成本，提高了交货及时率。

Description

一种钢管无氧化正火工艺及装置

技术领域

本发明涉及钢管热处理技术领域，特别是一种钢管无氧化正火工艺及装置。

背景技术

如今的市场上具有竞争力的钢管，其硬度HB190-240，内外脱碳层0.03mm以内，全脱碳层0.05mm以内，表面无氧化皮，传统的正火工艺采用普通热处理炉正火+雾冷，脱碳层无法保证，表面氧化皮严重，硬度不稳定，HB160-190之间。即使硬度勉强合格，还需要增加3道工序：①对产品进行表面酸洗，去除氧化皮；②对产品外表面抛光；③对产品内表面珩磨。以获得客户要求的脱碳层，成本为1000～1500元/吨，且交货期比较长，已经无法满足要求。

中国专利CN201648470U公开了一种用于齿圈的正火设备。克服现有的正火炉对齿圈进行正火热处理过程中容易出现不良品的缺陷，提出了一种齿圈氮气保护连续式正火炉。本实用新型包括炉膛、输送带和出料部，输送带贯穿炉膛内部，炉膛内沿入口至出口方向依次设有加热区、保温区和氮气冷却区，加热区和保温区与加热保温系统连接，炉膛的入口与加热区连通，炉膛的出口与氮气冷却区连通，其中，所述的正火炉还包括氮气站，氮气站通过输送管道分别与加热区、保温区和氮气冷却区连接，炉膛的入口处设置一个氮气进气口，炉膛的出口处设置两个氮气进气口，炉膛入口处的外侧设有入口密封区，入口密封区呈倾斜状。该正火炉可以防止齿坯在正火过程中发生氧化脱碳现象，确保齿坯表面无氧化皮，提高正火质量和齿圈的质量及性能，简化了正火炉结构，同时实现了连续生产，达到了节能减排的目的。

该专利公开的正火设备难以快速冷却钢管，无法获得需要的F+P组织。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种钢管无氧化正火工艺及装置，能够获得理想的组织硬度和脱碳层厚度，并且无氧化皮，减少了酸洗、抛光和研磨这三道工序，提高了效率的同时降低了成本。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种钢管无氧化正火工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1、前处理：包括以下子步骤：

S11、预热+加热，将钢管通过传输机构送入炉膛内，通过氮气站和氢气站向加热区分别送入氮气和氢气，用氮气+氢气作为保护气氛，经过预热后，加热至900℃；

S12、保温：传输机构继续将钢管向前传输至保温区，保温温度为850～900℃，保温时间为6～8min；

S2、风冷：传输机构继续将钢管向前传输至风冷区，通过氮气站将氮气送入风冷区，以氮气为介质，利用氮气迅速冷却钢管，1.5～2min的时间内钢管冷却到350～400℃；

S3、水冷：水冷区分为三段：调节一段水冷区的第一水箱的水温及流量，使得钢管在一段水冷区内温度反弹150～200℃，即，使得钢管温度在500～600℃；调节二段水冷区的第二水箱的水温及流量、调节三段水冷区的第三水箱的水温及流量，让钢管逐渐冷却到200℃以下；

S4、出炉，空冷至室温。

进一步地，所述钢管为普通45#钢，钢管外径30mm以内，径厚比为2.5～4。

进一步地，步骤S3中，水冷区的水为常温水，其中一段水冷区的流量为250～300L/min；二段水冷区的流量为150～200L/min；三段水冷区的流量为50～100L/min。

用于所述的一种钢管无氧化正火工艺的装置，包括有炉膛、传输机构、氮气站、氢气站和水箱；

传输机构贯穿炉膛内部，炉膛内自入口至出口方向依次设置有加热区、保温区、风冷区和水冷区，炉膛的入口和加热区连通，炉膛的出口和水冷区连通；

氮气站通过输送管道与加热区、保温区和风冷区连接，氢气站通过输送管道与加热区、保温区连接，水箱通过输送管道与水冷区连接。

进一步的，加热区和保温区内部连通，加热区的入口处设置有第一氮气进气口和氢气进气口，第一氮气进气口和氢气进气口均连通至加热区内部，氮气站通过输送管道和第一氮气进气口连接，氢气站通过输送管道和氢气进气口连接，氮气站和氢气站的输出端均安装有流量阀和流量计。

进一步的，风冷区的两侧设置有多个沿着风冷区的长度方向并排设置的多个第二氮气进气口，第二氮气进气口连通至风冷区内部，氮气站通过冷却风机与第二氮气进气口连接。

进一步的，水冷区包括有自炉膛的入口朝向炉膛的出口顺序连接的一段水冷区、二段水冷区和三段水冷区，水箱包括有第一水箱、第二水箱和第三水箱，一段水冷区、二段水冷区和三段水冷区为相同结构；

第一水箱、第二水箱和第三水箱的输出端均安装有高压水泵和流量计，第一水箱、第二水箱和第三水箱的内部均安装有温度计；

第一水箱通过输送管道和一段水冷区连接，第二水箱通过输送管道和二段水冷区连接，第三水箱通过输送管道和三段水冷区连接。

进一步的，风冷区和一段水冷区之间设置有隔板，隔板竖直设置，隔板上开设有可供钢管通过的间隙。

进一步的，一段水冷区包括有设置在炉膛两侧的滑槽，滑槽竖直设置，滑槽上可滑动地安装有滑块，滑槽中可旋转地安装有螺纹杆，螺纹杆贯穿滑块设置，螺纹杆与滑块的接触面螺纹连接，螺纹杆的顶端贯穿炉膛延伸到炉膛的外侧，螺纹杆的顶端设置有六棱轴，滑块上设置有多个水平贯穿滑块的通孔，通孔上可旋转地安装有换热滚筒，换热滚筒为中空的滚筒，换热滚筒的两端分别与水箱的输入端和输出端连通。

进一步的，滑块上设置有罩盖在滑槽外侧的罩盖。

本发明具有以下优点：

1、相比较传统正火和雾冷热处理装置，该装置能够获得理想的组织硬度和脱碳层厚度，并且无氧化皮，减少了酸洗、抛光和研磨这三道工序，提高了效率的同时降低了成本，节能环保。

2、本发明通过前处理进行预热、加热、保温，获得了均匀的奥氏体组织，为成品获得良好的室温组织做准备，45钢快速冷却到500-600℃，随后缓慢控制冷却，获得均匀细密的F+P组织，钢管端部硬度达到HB210-220，内外脱碳层0.03mm以内，全脱碳层0.05mm以内，表面无氧化皮。

3、本发明通过对冷却速度的有效控制，获得了理想的硬度、组织和表面质量，降低了成本，提高了交货及时率，采用本发明的设备和工艺，产量高达2吨/小时。

附图说明

图1是本发明实施例所述的一种钢管无氧化正火装置的立体图一；

图2是本发明实施例所述的一种钢管无氧化正火装置的立体图二；

图3是图2的A处局部放大图；

图4是本发明实施例所述的一种钢管无氧化正火装置的俯视图；

图5是本发明实施例所述的一种钢管无氧化正火装置的侧视图；

图6是本发明实施例所述的一种钢管无氧化正火装置的剖视图；

图7是图6的B处局部放大图；

图中：1、炉膛；1a、加热区；1a1、第一氮气进气口；1a2、氢气进气口；1b、保温区；1c、风冷区；1c1、第二氮气进气口；1d、隔板；1e、一段水冷区；1e1、滑槽；1e2、滑块；1e3、罩盖；1e4、螺纹杆；1e5、六棱轴；1e6、换热滚筒；1f、二段水冷区；1g、三段水冷区；2、传输机构；3、氮气站；4、氢气站；5、水箱；5a、第一水箱；5b、第二水箱；5c、第三水箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

参照图1至图7所示的一种钢管无氧化正火装置，包括有炉膛1、传输机构2、氮气站3、氢气站4和水箱5；

传输机构2贯穿炉膛1内部，炉膛1内自入口至出口方向依次设置有加热区1a、保温区1b、风冷区1c和水冷区，炉膛1的入口和加热区1a连通，炉膛1的出口和水冷区连通；

氮气站3通过输送管道与加热区1a、保温区1b和风冷区1c连接，氢气站4通过输送管道与加热区1a、保温区1b连接，水箱5通过输送管道与水冷区连接。

钢管通过传输机构2在炉膛1中传输，炉膛1通过电加热管和热电偶加热，传输机构2为托辊式网带传输机，钢管在加热区1a中经过预热、加热，然后在保温区1b中进行保温，从而获得均匀的奥氏体组织，预热段、加热段和保温段均通过氮气站3和氢气站4输送的氮气和氢气作为保护气体，从而获得较薄的脱碳层；

冷却段，钢管在风冷区1c内通过氮气站3输送的氮气迅速冷却钢管，再经过水冷区进行水冷，以获得均匀细密的F+P组织。

加热区1a和保温区1b内部连通，加热区1a的入口处设置有第一氮气进气口1a1和氢气进气口1a2，第一氮气进气口1a1和氢气进气口1a2均连通至加热区1a内部，氮气站3通过输送管道和第一氮气进气口1a1连接，氢气站4通过输送管道和氢气进气口1a2连接，氮气站3和氢气站4的输出端均安装有流量阀和流量计。

氮气站3向第一氮气进气口1a1输送氮气，氢气站4向氢气进气口1a2输送氢气，从而使得加热区1a同时吸入氮气和氢气，由于加热区1a、和保温区1b内部连通，从而使得加热区1a和保温区1b均处于氮气加氢气保护气体氛围中。

风冷区1c的两侧设置有多个沿着风冷区1c的长度方向并排设置的多个第二氮气进气口1c1，第二氮气进气口1c1连通至风冷区1c内部，氮气站3通过冷却风机与第二氮气进气口1c1连接。

工作人员通过流量阀调节氮气的流量，同时通过调节冷却风机的频率，从而调节风冷区1c的风冷速度。

水冷区包括有自炉膛1的入口朝向炉膛1的出口顺序连接的一段水冷区1e、二段水冷区1f和三段水冷区1g，水箱5包括有第一水箱5a、第二水箱5b和第三水箱5c，一段水冷区1e、二段水冷区1f和三段水冷区1g为相同结构；

第一水箱5a、第二水箱5b和第三水箱5c的输出端均安装有高压水泵和流量计，第一水箱5a、第二水箱5b和第三水箱5c的内部均安装有温度计；

第一水箱5a通过输送管道和一段水冷区1e连接，第二水箱5b通过输送管道和二段水冷区1f连接，第三水箱5c通过输送管道和三段水冷区1g连接。

第一水箱5a、第二水箱5b和第三水箱5c分别盛有不同温度的冷却水，通过调节高压水泵的输出功率调节冷却水的流量，从而使得一段水冷区1e、二段水冷区1f和三段水冷区1g能够接入不同温度和流量的冷却水，进而使得钢管能够快速冷却到一定温度后再缓慢冷却，从而获得均匀细密的F+P组织。

风冷区1c和一段水冷区1e之间设置有隔板1d，隔板1d竖直设置，隔板1d上开设有可供钢管通过的间隙。

隔板1d将风冷区1c和一段水冷区1e之间简单地隔离开来，只保留可供钢管通过的间隙，从而确保风冷区1c内部始终处于正压状态，而一段水冷区1e内部始终处于负压状态，从而使得风冷区1c内部的氮气能够流入到一段水冷区1e中而一段水冷区1e内部的水蒸气无法流入到风冷区1c中。

一段水冷区1e包括有设置在炉膛1两侧的滑槽1e1，滑槽1e1竖直设置，滑槽1e1上可滑动地安装有滑块1e2，滑槽1e1中可旋转地安装有螺纹杆1e4，螺纹杆1e4贯穿滑块1e2设置，螺纹杆1e4与滑块1e2的接触面螺纹连接，螺纹杆1e4的顶端贯穿炉膛1延伸到炉膛1的外侧，螺纹杆1e4的顶端设置有六棱轴1e5，滑块1e2上设置有多个水平贯穿滑块1e2的通孔，通孔上可旋转地安装有换热滚筒1e6，换热滚筒1e6为中空的滚筒，换热滚筒1e6的两端分别与水箱5的输入端和输出端连通。

换热滚筒1e6的一端通过水管与水箱5输出端安装有的水泵连通，水泵的输出端可以安装分叉接头，从而连接多个换热滚筒1e6，换热滚筒1e6的另一端通过水管直接连通至水箱5内部，换热滚筒1e6压在热处理的钢管上旋转，从而吸收钢管散发出来的热量，水箱5通过水泵快速地将换热滚筒1e6内部的热水替换成冷水；

工作人员可以使用扳手旋转六棱轴1e5，从而带动螺纹杆1e4旋转，进而使得滑块1e2得以沿着滑槽1e1竖直上下移动，从而使得换热滚筒1e6可以上下移动，调整换热滚筒1e6的高度使其能够抵接在不同规格的钢管表面。

滑块1e2上设置有罩盖在滑槽1e1外侧的罩盖1e3，罩盖1e3可以阻止外界的空气通过滑槽1e1进入到炉膛1内部。

一种钢管无氧化正火工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1、前处理：包括以下子步骤：

S11、预热+加热，将钢管通过传输机构送入炉膛内，通过氮气站和氢气站向加热区分别送入氮气和氢气，用氮气+氢气作为保护气氛，经过预热后，加热至900℃；

S12、保温：传输机构继续将钢管向前传输至保温区，保温温度为850～900℃，保温时间为6～8min；

S2、风冷：传输机构继续将钢管向前传输至风冷区，通过氮气站将氮气送入风冷区，以氮气为介质，利用氮气迅速冷却钢管，1.5～2min的时间内钢管冷却到350～400℃；

S3、水冷：水冷区分为三段：调节一段水冷区的第一水箱的水温及流量，使得钢管在一段水冷区内温度反弹150～200℃，即，使得钢管温度在500～600℃；调节二段水冷区的第二水箱的水温及流量、调节三段水冷区的第三水箱的水温及流量，让钢管逐渐冷却到200℃以下；

S4、出炉，空冷至室温。

进一步地，所述钢管为普通45#钢，钢管外径30mm以内，径厚比为2.5～4。

进一步地，步骤S3中，水冷区的水为常温水，其中一段水冷区的流量为250～300L/min；二段水冷区的流量为150～200L/min；三段水冷区的流量为50～100L/min。

本发明通过对冷却速度的有效控制，获得了理想的硬度、组织和表面质量，降低了成本，提高了交货及时率，采用本发明的设备和工艺，产量高达2吨/小时。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种钢管无氧化正火工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1、前处理：包括以下子步骤：

S11、预热+加热，将钢管通过传输机构送入炉膛内，通过氮气站和氢气站向加热区分别送入氮气和氢气，用氮气+氢气作为保护气氛，经过预热后，加热至900℃；

S12、保温：传输机构继续将钢管向前传输至保温区，保温温度为850～900℃，保温时间为6～8min；

S2、风冷：传输机构继续将钢管向前传输至风冷区，通过氮气站将氮气送入风冷区，以氮气为介质，利用氮气迅速冷却钢管，1.5～2min的时间内钢管冷却到350～400℃；

S3、水冷：水冷区分为三段：调节一段水冷区的第一水箱的水温及流量，使得钢管在一段水冷区内温度反弹150～200℃，即，使得钢管温度在500～600℃；调节二段水冷区的第二水箱的水温及流量、调节三段水冷区的第三水箱的水温及流量，让钢管逐渐冷却到200℃以下；

S4、出炉，空冷至室温。

2.根据权利要求1所述的一种钢管无氧化正火工艺，其特征在于：所述钢管为普通45#钢，钢管外径30mm以内，径厚比为2.5～4。

3.根据权利要求1所述的一种钢管无氧化正火工艺，其特征在于：步骤S3中，水冷区的水为常温水，其中一段水冷区的流量为250～300L/min；二段水冷区的流量为150～200L/min；三段水冷区的流量为50～100L/min。

4.用于如权利要求1～3任意一项所述的一种钢管无氧化正火工艺的装置，其特征在于：包括有炉膛、传输机构、氮气站、氢气站和水箱；传输机构贯穿炉膛内部，炉膛内自入口至出口方向依次设置有加热区、保温区、风冷区和水冷区，炉膛的入口和加热区连通，炉膛的出口和水冷区连通；氮气站通过输送管道与加热区、保温区和风冷区连接，氢气站通过输送管道与加热区、保温区连接，水箱通过输送管道与水冷区连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：加热区和保温区内部连通，加热区的入口处设置有第一氮气进气口和氢气进气口，第一氮气进气口和氢气进气口均连通至加热区内部，氮气站通过输送管道和第一氮气进气口连接，氢气站通过输送管道和氢气进气口连接，氮气站和氢气站的输出端均安装有流量阀和流量计。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：风冷区的两侧设置有多个沿着风冷区的长度方向并排设置的多个第二氮气进气口，第二氮气进气口连通至风冷区内部，氮气站通过冷却风机与第二氮气进气口连接。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：水冷区包括有自炉膛的入口朝向炉膛的出口顺序连接的一段水冷区、二段水冷区和三段水冷区，水箱包括有第一水箱、第二水箱和第三水箱，一段水冷区、二段水冷区和三段水冷区为相同结构；第一水箱、第二水箱和第三水箱的输出端均安装有高压水泵和流量计，第一水箱、第二水箱和第三水箱的内部均安装有温度计；第一水箱通过输送管道和一段水冷区连接，第二水箱通过输送管道和二段水冷区连接，第三水箱通过输送管道和三段水冷区连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：风冷区和一段水冷区之间设置有隔板，隔板竖直设置，隔板上开设有可供钢管通过的间隙。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：一段水冷区包括有设置在炉膛两侧的滑槽，滑槽竖直设置，滑槽上可滑动地安装有滑块，滑槽中可旋转地安装有螺纹杆，螺纹杆贯穿滑块设置，螺纹杆与滑块的接触面螺纹连接，螺纹杆的顶端贯穿炉膛延伸到炉膛的外侧，螺纹杆的顶端设置有六棱轴，滑块上设置有多个水平贯穿滑块的通孔，通孔上可旋转地安装有换热滚筒，换热滚筒为中空的滚筒，换热滚筒的两端分别与水箱的输入端和输出端连通。

10.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：滑块上设置有罩盖在滑槽外侧的罩盖。