JP5423122B2 - Heat treatment method and heat treatment equipment for ERW steel pipe made of dual phase steel for pipe expansion used as oil well pipe - Google Patents
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Description
本発明は、油井管として用いられる拡管用のデュアルフェーズ鋼からなる電縫鋼管の全体を連続的に熱処理するための鋼管の熱処理方法及び熱処理設備に関するものである。 The present invention relates to a steel pipe heat treatment method and heat treatment equipment for continuously heat treating an entire ERW steel pipe made of dual phase steel for expansion used as an oil well pipe .
所定長さに切断された鋼管に対して連続熱処理を行うための装置として、特許文献1に示されるように、鋼管を水平配置された多数のローラによって回転させながら水平搬送し、誘導加熱と冷却水による急冷とを行う装置が知られている。ところが外周から誘導加熱を行うと電流の表皮効果によって鋼管の外表面のみが集中的に加熱され、内表面側は熱伝導によって昇温するだけであるため加熱が遅れる傾向が生ずる。そしてこの状態のまま冷却すると周方向又は肉厚方向に均一な熱処理が行われず、反りなどの変形又は材質強度差の原因となる。この問題を回避するためには誘導加熱装置を多段に配置して温度分布を均一化するなどの工夫が必要となり、多くの設備コストと広い設置スペースとを要するという問題があった。
As an apparatus for performing a continuous heat treatment on a steel pipe cut to a predetermined length, as shown in
また、従来の熱処理装置では冷却水が鋼管の端面から内部に浸入することがあり、鋼管の内部が冷却されて鋼管が反る原因となるほか、冷却水が加熱装置にまで逆流すると水蒸気爆発などの大事故に至る危険もあった。この問題を回避するためには加熱装置と冷却装置との距離を十分に離せばよいが、その間に温度降下が発生するうえ、広い設置スペースを要するという問題があった。 In addition, in conventional heat treatment equipment, cooling water may infiltrate from the end face of the steel pipe, causing the inside of the steel pipe to cool down and causing the steel pipe to warp. There was also a risk of leading to a major accident. In order to avoid this problem, the distance between the heating device and the cooling device may be sufficiently increased, but there is a problem that a temperature drop occurs between them and a large installation space is required.
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、油井管として用いられる拡管用のデュアルフェーズ鋼からなる電縫鋼管の全体を反りなどの変形を生じさせることなく均一に熱処理することができ、鋼管の内部への冷却水の浸入によるトラブル発生のおそれもない鋼管の熱処理方法及び熱処理設備を提供することである。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and uniformly heat treat the entire ERW steel pipe made of dual phase steel for expansion used as an oil well pipe without causing deformation such as warpage. It is possible to provide a heat treatment method and a heat treatment facility for a steel pipe that can be produced and that does not cause a trouble due to intrusion of cooling water into the inside of the steel pipe.
上記の課題を解決するためになされた本発明の油井管として用いられる拡管用のデュアルフェーズ鋼からなる電縫鋼管の熱処理方法は、搬送経路が3〜6°の下り勾配を持たせて配置されたローラによって鋼管を回転させながら、インダクションヒータと保持炉と冷却装置との内部を順次移動させ、昇温、保持、冷却水量2m 3 /分以上の急冷の熱処理を施すことを特徴とするものである。なお、先行する鋼管の後部端面と後続する鋼管の前部端面とを接触させた状態で熱処理設備の内部を移動させ、連続的に熱処理することが好ましい。
In order to solve the above-described problems, the heat treatment method for an ERW steel pipe made of dual-phase steel for pipe expansion used as the oil well pipe of the present invention is arranged with a downward gradient of 3 to 6 ° in the conveyance path. and while rotating the steel pipe by a roller, sequentially moves inside the induction heater and the holding furnace and the cooling device, Atsushi Nobori, holding, characterized in that the heat treatment of cooling
また本発明の油井管として用いられる拡管用のデュアルフェーズ鋼からなる電縫鋼管の熱処理設備は、鋼管の進行方向に対して回転軸を斜めにしたローラを3〜6°の下り勾配を持たせて配置して搬送経路を構成し、この搬送経路上に、鋼管を外周から加熱するインダクションヒータと、保持炉と、2m 3 /分以上の冷却水を噴射する冷却装置とを配置したことを特徴とするものである。この発明においてはローラが中細の鼓型ローラであることが好ましい。 In addition, the heat treatment equipment for electric resistance welded steel pipe made of dual-phase steel for expansion used as the oil well pipe of the present invention has a roller having a rotation axis inclined to the traveling direction of the steel pipe with a downward slope of 3 to 6 °. The transfer path is configured by arranging an induction heater for heating the steel pipe from the outer periphery, a holding furnace, and a cooling device for injecting cooling water of 2 m 3 / min or more on the transfer path. It is what. In the present invention, the roller is preferably a thin drum roller.
本発明によれば、下り勾配を持たせて配置された多数のローラによって鋼管を回転させながら熱処理を施すので、鋼管の内部に冷却水が浸入しても深くまで逆流することはなく、速やかに排出される。このため鋼管内部への冷却水の浸入によるトラブル発生のおそれはなくなる。また鋼管を回転させながら熱処理を行うので、鋼管の端部が一方向に反ることが防止される。なお、先行する鋼管の後部端面と後続する鋼管の前部端面とを接触させた状態で熱処理設備の内部を移動させれば、生産性が向上することはもちろん、端面からの冷却水の浸入が更に確実に防止される。 According to the present invention, since the heat treatment is performed while rotating the steel pipe by a large number of rollers arranged with a downward slope, even if cooling water enters the inside of the steel pipe, it does not flow back to the depth, and quickly. Discharged. For this reason, there is no possibility of trouble occurring due to intrusion of cooling water into the steel pipe. Further, since the heat treatment is performed while rotating the steel pipe, the end of the steel pipe is prevented from warping in one direction. In addition, if the inside of the heat treatment equipment is moved in a state where the rear end face of the preceding steel pipe and the front end face of the succeeding steel pipe are in contact with each other, productivity can be improved and cooling water can enter from the end face. Furthermore, it is reliably prevented.
また本発明によれば、インダクションヒータと保持炉との組合せによって鋼管を加熱するため、保持炉を通過する間に鋼管の内表面側も昇温し、温度分布の不均一が解消される。このため鋼管の全体にわたって均一に熱処理が行われ、不均一な熱処理に起因する反り又は強度差が発生することもない。 Further, according to the present invention, since the steel pipe is heated by the combination of the induction heater and the holding furnace, the temperature of the inner surface of the steel pipe is also raised while passing through the holding furnace, and the uneven temperature distribution is eliminated. For this reason, heat treatment is uniformly performed over the entire steel pipe, and warpage or strength difference due to uneven heat treatment does not occur.
以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
図1及び図2において、1は多数のローラ2を直線上に配置して形成された搬送経路であり、図1に示されるように熱処理される鋼管Pはこの搬送経路1上を図面の右方向に搬送されていく。この搬送経路1の中間位置にはインダクションヒータ3と、保持炉4と、冷却水による冷却装置5とが設けられており、鋼管Pはこれらの内部を通過する間に熱処理される。各ローラ2は所定速度で駆動され、鋼管Pを0.2〜3.0m/分程度の低速度で搬送する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
1 and 2,
鋼管Pの種類は、油井管として用いられる拡管用の電縫鋼管である。この鋼管は例えば必須元素として、C:0.03〜0.20%(質量%、以下同じ)、Si:0.01〜1.20%、Mn:0.30〜2.50%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、AL:0.001〜0.01%、N:0.01%以下、Ti:0.005%〜0.05%、Ca:10〜40ppm、選択元素として、Nb:0.01〜0.1%、V:0.01〜0.1、を含み残部Feからなる組成を持つ。そしてこのような組成の電縫鋼管をAc1点以上、Ac3点以下の温度にまで加熱してフェライトとオーステナイトとからなる2相組織としたうえ、急冷してフェライト中にマルテンサイトを析出させたデュアルフェーズ鋼とすることにより、加工性(拡管性)と強度とを兼ね備えた鋼管とする。 The type of the steel pipe P is an electric resistance welded steel pipe used as an oil well pipe for expansion. This steel pipe is, for example, as an essential element, C: 0.03 to 0.20% (mass%, the same shall apply hereinafter), Si: 0.01 to 1.20%, Mn: 0.30 to 2.50%, P: 0.03% or less, S: 0.01% or less, AL: 0.001-0.01%, N: 0.01% or less, Ti: 0.005% -0.05%, Ca: 10-40 ppm , And Nb: 0.01 to 0.1%, V: 0.01 to 0.1 as a selection element, and a composition composed of the remaining Fe. The ERW steel pipe having such a composition is heated to a temperature of Ac 1 point or more and Ac 3 point or less to form a two-phase structure composed of ferrite and austenite, and then rapidly cooled to precipitate martensite in the ferrite. By using dual phase steel, the steel pipe has both workability (pipe expandability) and strength.
各ローラ2は図3に示すように中央部が細径で両端部が太径となった中細で金属製の鼓型ローラであり、このような形状とすることによって、鋼管Pの外径が大きい場合にも小さい場合にも支障なく搬送することができるようになっている。この実施形態では、最小径は110mm、最大径は340mmである。ローラ2の中央部は円弧状としてもよいことはいうまでもない。
As shown in FIG. 3, each
図1に示すように、各ローラ2は下り勾配を持たせて配置されており、3〜6°の下り勾配を持った搬送経路1を構成している。その理由については後述する。また各ローラ2は図2に示すように、その回転軸6が水平面上において鋼管Pの進行方向、すなわち搬送経路1の方向に対して直角ではなく、斜めになるように配置されている。このようにローラ2の回転軸6を傾けることによって、ローラ2と鋼管Pとの接触点において鋼管Pはその進行方向に対して直角方向の力を受けることとなり、一定方向に回転しながら進行することとなる。
As shown in FIG. 1, each
インダクションヒータ3は鋼管Pの外周に配置されたコイルに高周波電流を流し、その内部を通過する鋼管Pに誘導電流を生じさせて加熱する周知の加熱手段である。この実施形態では600kWの出力のものを用い、常温の鋼管Pを必要な高温域にまで急速加熱する。この実施形態では760〜845℃の温度域まで7〜50秒程度の短時間で昇温する。前記したようにインダクションヒータ3による加熱はその表皮効果によって外表面が集中的に加熱されるが、内部は昇温が遅れる傾向を避けることができない。
The
そこで本発明ではインダクションヒータ3の直後に保持炉4を設け、鋼管Pを加熱されたままの温度に保持し、鋼管Pの内部を外表面とほぼ同温度にまで昇温させる。前述の実施形態の場合この保持温度は1分以上であることが好ましく、これによって組織をフェライトとオーステナイトとからなる2相組織とする。保持時間が1分未満では組織中のセメンタイトを完全に溶解させることができない。この実施形態では保持炉4は電気炉である。
Therefore, in the present invention, the
このようにして所定温度に保持された鋼管Pは、保持炉4の出口に配置された冷却装置5において急冷される。冷却装置5は多数の水冷ノズルを備え、大量の冷却水を噴射することによって鋼管Pを冷却し、フェライト中にマルテンサイトを析出させる。この実施形態の場合、700℃から300℃までの温度域を20℃/秒以上の冷却速度で急冷することが好ましい。冷却装置5を通過後の鋼管Pは放冷により最終的には室温まで冷却されることとなる。なお実施形態における熱処理条件を図4に示した。
The steel pipe P held at a predetermined temperature in this way is rapidly cooled in the
このような急冷を行うためには、例えば2m3/分以上の大量の冷却水を噴射することが必要となり、その結果として鋼管Pの端面から冷却水の一部が鋼管内部に浸入するおそれがあることは前述の通りである。この問題を解決するために、本発明では搬送経路1に下り勾配を付与している。これによって鋼管Pは前下がりの姿勢となるから、鋼管Pの前端面から冷却水が内部に浸入しても深くまで逆流することはなく、速やかに排出される。なお問題となるのは保持炉4側(高温側)への逆流であり、下流側の鋼管Pは既に冷却済みであるから問題はない。
In order to perform such rapid cooling, for example, it is necessary to inject a large amount of cooling water of 2 m 3 / min or more, and as a result, a part of the cooling water may enter the inside of the steel pipe from the end face of the steel pipe P. It is as described above. In order to solve this problem, in the present invention, a downward gradient is given to the
上記の効果を得るためには、搬送経路1の下り勾配を大きくすればよいが、搬送経路1を収納するための建屋を高くする必要が生じて設備コストが嵩むうえ、ローラ2上を鋼管Pが滑り落ちる危険があるため、3〜6°程度とすることが好ましい。なお6°は鋼管Pの表面の摩擦係数から算出した値である。また3°未満では逆流防止効果が減少するので、この実施形態では3〜6°が最適である。
In order to obtain the above effect, the descending slope of the
またこの実施形態では、鋼管Pの端面からの冷却水の浸入を防止するために、先行する鋼管Pの後部端面と後続する鋼管Pの前部端面とを接触させた状態で連続的に熱処理を行っている。このように端面どうしを接触させておくことにより、冷却水が浸入する間隙が小さくなり、より確実に冷却水の浸入を防止することができる。しかも各鋼管Pの端面どうしを接触させておくことにより、無駄なスペースがなくなって生産性も向上することとなる。 In this embodiment, in order to prevent intrusion of cooling water from the end face of the steel pipe P, the heat treatment is continuously performed in a state where the rear end face of the preceding steel pipe P and the front end face of the subsequent steel pipe P are in contact with each other. Is going. By keeping the end surfaces in contact with each other in this way, the gap into which the cooling water enters can be reduced, and the intrusion of the cooling water can be prevented more reliably. Moreover, by bringing the end faces of the steel pipes P into contact with each other, useless space is eliminated and productivity is improved.
なお、このような熱処理を受ける間も鋼管Pは連続的に回転しながら螺旋状に進行するので、仮に熱処理中の周方向組織変態の不均一性に起因する反りが生じても、重力による矯正作用が働き、反りの発生が防止される。従って本発明によれば、鋼管Pの全体を反りなどの変形を生じさせることなく均一に熱処理することができる。また、鋼管Pの内部への冷却水の浸入が抑制されるので、内部が冷却されることによるトラブル発生のおそれもない利点がある。さらに本発明は設備コストが安価であるという利点もある。 Even during the heat treatment, the steel pipe P advances in a spiral shape while continuously rotating. Therefore, even if warping due to non-uniformity of the circumferential structure transformation during the heat treatment occurs, correction by gravity is performed. The action works and warpage is prevented. Therefore, according to the present invention, the entire steel pipe P can be uniformly heat-treated without causing deformation such as warpage. Moreover, since the penetration of the cooling water into the inside of the steel pipe P is suppressed, there is an advantage that there is no possibility of trouble occurring due to the inside being cooled. Further, the present invention has an advantage that the equipment cost is low.
1 搬送経路
2 ローラ
3 インダクションヒータ
4 保持炉
5 冷却装置
6 回転軸
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