JPS63134633A - Cooling method for steel pipe - Google Patents

Cooling method for steel pipe

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JPS63134633A
JPS63134633A JP28270886A JP28270886A JPS63134633A JP S63134633 A JPS63134633 A JP S63134633A JP 28270886 A JP28270886 A JP 28270886A JP 28270886 A JP28270886 A JP 28270886A JP S63134633 A JPS63134633 A JP S63134633A
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JP
Japan
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cooling
steel pipe
header
thermal stress
steel
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Application number
JP28270886A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaki Kanai
金井 将己
Tadashi Makino
義 牧野
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS63134633A publication Critical patent/JPS63134633A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B45/00Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203Cooling
    • B21B45/0209Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes

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Abstract

PURPOSE:To assure desired mechanical properties and metal structure without generating quenching cracks by making combination use of annular outside surface cooling headers and bar-shaped inside surface cooling headers to cool a steel pipe so that the prescribed cooling rate pattern and the max. value of transient thermal stress are assured. CONSTITUTION:The steel pipe 2 emitted from a heating furnace 1 is moved by conveying rollers 4 and is passed between the annular outside surface cooling headers 51-58 and the bar-shaped inside surface cooling headers 15, by which the steel pipe is cooled. The inside surface cooling headers 15 are preliminarily shifted in an adequate moving direction from the outside surface cooling header 51 by a driving device 16. Force cooling nozzles are used for misting nozzles to maintain an air-water ratio at about 5-10. The respective cooling capacities are so set in this constitution as to assure the cooling rate pattern satisfying the temp. history during cooling intrinsic to the kind of the steel to be heated necessary for assuring the mechanical properties and metal structure required for the steel pipe 2 after the cooling over the entire wall thickness direction of the steel pipe and the max. value of the transient thermal stress near the inside and outside surfaces to prevent generation of the quenching cracks during the progression of martensite transformation near the inside and outside surfaces of the steel pipe 2 under cooling.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 鋼管の冷却方法として、冷却ヘッダ一方式のものと浸漬
方式のものがある。本発明は冷却ヘッダ一方式による鋼
管の冷却方法、更に詳しくは加熱鋼管に対して鋼管内外
面より厳密な調整冷却を行って所望の金属&fl織と機
械的性質を付与し得る鋼管の冷却方法に関し、とくに肉
厚が15鶴以上の厚肉鋼管に好適な冷却方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] There are two methods for cooling steel pipes: one using a cooling header and the other using an immersion method. The present invention relates to a method for cooling a steel pipe using a single type cooling header, and more particularly, to a method for cooling a heated steel pipe in which the desired metal weave and mechanical properties can be imparted by strictly controlled cooling from the inner and outer surfaces of the steel pipe. In particular, the present invention relates to a cooling method suitable for thick-walled steel pipes having a wall thickness of 15 mm or more.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、厚肉鋼管の焼入れ等の冷却は主としてスプレーノ
ズルを用いた外面冷却ヘッダーと内面冷却ヘッダーとの
併用により行われているが、このスプレーノズルは鋼管
表面を一様なスプレー密度で冷却出来る冷却水量範囲が
狭いため、鋼管寸法や冷却仕様に応じて冷却能力を調整
することが困難である。また、内面冷却開始タイミング
(内面冷却ヘッダー固定位置に対応)も内外冷却を行う
場合の主要な項目であるが、鋼管の材質や寸法等により
調整するということはなされていなかった。
Conventionally, cooling of thick-walled steel pipes during quenching, etc. has been mainly carried out by using a spray nozzle in combination with an external cooling header and an internal cooling header. Because the water volume range is narrow, it is difficult to adjust the cooling capacity according to the steel pipe dimensions and cooling specifications. In addition, the internal cooling start timing (corresponding to the fixed position of the internal cooling header) is a major item when performing internal and external cooling, but it has not been adjusted based on the material and dimensions of the steel pipe.

従って冷却制御を行う場合はヘッダーの冷却能力は一定
にし、また内面冷却ヘッダーの位置も一定にし、搬送速
度のみを鋼管寸法・材質・冷却仕様等に応して調整する
という方法を採るのが一般的であった。
Therefore, when performing cooling control, it is common practice to keep the cooling capacity of the header constant, keep the position of the internal cooling header constant, and only adjust the conveyance speed according to the steel pipe dimensions, material, cooling specifications, etc. It was a target.

一方、熱延鋼板の冷却では最近、巻取温度(冷却終点温
度)の制御とともに、冷却速度パターンの制御が行われ
ているが、この場合は比較的冷却能力の小さい範囲での
制御であるので、冷却能の調整範囲も狭くてよい場合が
多く、特に新しい方法や装置を用いなくても既存手段の
小改良で対処できている。
On the other hand, recently, in cooling hot-rolled steel sheets, the cooling rate pattern has been controlled in addition to the coiling temperature (cooling end point temperature), but in this case, the control is within a relatively small range of cooling capacity. In many cases, the adjustment range of the cooling capacity can be narrow, and it is possible to deal with the problem by making small improvements to existing means without using any new methods or equipment.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ところが、鋼管冷却の場合は高速冷却が要求されること
が多く、特に焼入れ等では最も冷却速度の遅い部分にお
いても50℃/S以上というような要求仕様のものがあ
る。このように、求められる冷却能力の絶対値レベルが
高くかつ冷却能力の広範囲の制御が必要とされる場合に
は上記のような既存手段の改良では全(対応できず、厚
肉鋼管の場合はなおさら対応が困難になる。
However, in the case of cooling steel pipes, high-speed cooling is often required, and in particular, in cases such as quenching, there are requirements such as a cooling rate of 50° C./S or more even in the portion where the cooling rate is slowest. In this way, when the absolute value level of the required cooling capacity is high and the cooling capacity needs to be controlled over a wide range, the above-mentioned improvements to the existing means cannot be used at all, and in the case of thick-walled steel pipes, It becomes even more difficult to respond.

本発明は、肉厚15醜■未滴の薄肉鋼管は勿論のこと、
肉厚が15mm以上の厚肉鋼管に対しても、これらに要
求される金属組織、機械的性質を厳密かつ安定的に与え
得る高精度な鋼管の冷却方法の提供を目的とする。
The present invention is applicable not only to thin-walled steel pipes with a wall thickness of 15 mm and no drips, but also to
The object of the present invention is to provide a highly accurate cooling method for steel pipes that can strictly and stably provide the required metal structure and mechanical properties even to thick-walled steel pipes with a wall thickness of 15 mm or more.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

ところで、本発明者らは鋼管に所望のMi織、特性を付
与する目的に沿った新規な鋼管冷却方法を先に開発し、
本出願人により出願を行った(特願昭60−12333
4号および同61−3340号)、これらの方法は次の
観点に立って開発されたものである。
By the way, the present inventors have previously developed a new steel pipe cooling method for the purpose of imparting desired Mi weave and properties to steel pipes.
The application was filed by the applicant (Japanese Patent Application No. 12333/1986)
No. 4 and No. 61-3340), these methods were developed from the following viewpoints.

■ 鋼管の望ましい金属組織と機械的性質を得るには華
に冷却するのみでなく冷却時の温度履歴を管理すること
が不可欠である。
■ In order to obtain the desired metallographic structure and mechanical properties of steel pipes, it is essential not only to cool them thoroughly but also to control the temperature history during cooling.

■ この鋼管冷却を行うためには、冷却能を厳密に管理
できる新規な冷却ヘッダーと冷却手法とが必要である。
■ In order to perform this steel pipe cooling, a new cooling header and cooling method that can strictly control the cooling capacity are required.

■ 冷却ヘッダーとしては、もっばら緩冷却の用途に使
用されていたミスティングジェットノズルを、気水比(
供給される空気の水に対する比)を小さく、かつ水量を
多くした冷却用のノズルとして組込んだものを使用する
■ As a cooling header, misting jet nozzles, which were mainly used for slow cooling, have been replaced with air-water ratios (
A cooling nozzle with a small ratio of supplied air to water and a large amount of water is used.

すなわち、ミスティングジェットノズルは、従来は例え
ばCC(連続鋳造)の冷却制御等といった緩冷却用に使
用され、気水比は30以上で用いられていたのを、この
方法では鋼管の強冷却用として気水比5〜10程度で使
用するのである。つまり、気水比5未満ではミスト粒の
被冷却材への衝突エネルギーが減少し冷却能の低下をき
たし、10を超えるとミスト粒径が小さくなり十分な冷
却能が得られないのである。
In other words, misting jet nozzles were conventionally used for slow cooling, such as cooling control in CC (continuous casting), and were used at an air/water ratio of 30 or more, but with this method, they are used for strong cooling of steel pipes. It is used at an air-water ratio of about 5 to 10. In other words, if the air-water ratio is less than 5, the energy of collision of the mist particles with the material to be cooled decreases, resulting in a decrease in cooling ability, and if it exceeds 10, the mist particle size becomes small and sufficient cooling ability cannot be obtained.

また、水量については従来5〜717分・ノズル程度で
あったのを5〜2017分・ノズル程度の範囲で使用す
る。すなわち、5I!/分・ノズル未満では各ノズルの
安定した冷却能を得ることが難しく、201/分・ノズ
ルを超えると水量を変えた場合の冷却能に対する効果が
少なくなり水量調整の意味がない。
In addition, the amount of water used is in the range of 5 to 2017 minutes per nozzle, whereas conventionally it was about 5 to 717 minutes per nozzle. In other words, 5I! If it is less than 201/min/nozzle, it is difficult to obtain a stable cooling capacity for each nozzle, and if it exceeds 201/min/nozzle, the effect on the cooling capacity when changing the amount of water decreases, and there is no point in adjusting the amount of water.

■ 冷却手段としては、速度調節が可能な鋼管コンベア
ラインに複数の上記ヘッダー(環状ヘッダー)を連設し
、この中に鋼管を挿通させる際の移動速度と、個々のヘ
ッダーの冷却能とをそれぞれ独立的に設定する。
■ As a cooling means, a plurality of the above-mentioned headers (annular headers) are installed in series on a steel pipe conveyor line whose speed can be adjusted. Set independently.

■ また特に特願昭61−3340号については、冷却
過程における肉厚方向温度差がマルテンサイト変態時に
おいて鋼管冷却面付近に焼割れが生じない範囲内に収ま
るように条件設定し、焼割れ対策とする。
■ In particular, regarding patent application No. 3340/1986, conditions were set so that the temperature difference in the wall thickness direction during the cooling process was within a range that would not cause quench cracking near the cooling surface of the steel pipe during martensitic transformation, and countermeasures against quench cracking were taken. shall be.

ところが、本発明者らのその後の研究によれば、これら
の方法は主に厚肉鋼管に対する配膓が不足していること
が判明した。
However, according to subsequent research by the present inventors, it was found that these methods were insufficient in handling mainly thick-walled steel pipes.

本発明は上記した先願方法に厚肉鋼管に対する対策と更
に改良された焼割れ対策とを付加したもので、その要旨
とするところは、水量と気水比とが調整可能なミスティ
ングジェットノズルを用いて構成された冷却能が可変で
、且つ速度可変ローラコンベア中に鋼管移動方向に複数
個連設された環状外面冷却ヘッダーと、同じく水量と気
水比とめ< li節可能なミスティングジェットノズル
を用いて構成された冷却能が可変で且′)8管内部で鋼
管移動方向に可動式の棒状内面冷却ヘッダーとを併用し
、所定温度に加熱した鋼管を前記環状囲と棒状内面冷却
ヘッダーとの間を挿通移動させて冷却を行い、その際、
鋼管の移動速度、各外面冷却ヘッダーの冷却能、内面冷
却ヘッダー固定位置および内面冷却ヘッダーの冷却能を
、下記冷却速度パターンを確保し且つ下記過渡熱応力最
大値力喝゛作保される様に各々設定することを特徴とす
る鋼管の冷却方法を要旨とする。
The present invention adds measures against thick-walled steel pipes and further improved measures against quench cracking to the method of the prior application described above, and the gist thereof is to provide a misting jet nozzle in which the amount of water and the air-water ratio can be adjusted. An annular external cooling header with variable cooling capacity and a plurality of annular external cooling headers installed in a row in the direction of steel pipe movement in a variable speed roller conveyor, and a misting jet that can also adjust water volume and air/water ratio < li The cooling capacity is variable using a nozzle, and ') a rod-shaped internal cooling header that is movable in the direction of movement of the steel tube inside the 8 tubes is used, and the steel tube heated to a predetermined temperature is heated to a predetermined temperature between the annular enclosure and the rod-shaped internal cooling header. Cooling is performed by inserting and moving between the
The moving speed of the steel pipes, the cooling capacity of each outer cooling header, the fixing position of the inner cooling header, and the cooling capacity of the inner cooling header should be adjusted to ensure the following cooling rate pattern and to ensure the maximum transient thermal stress value shown below. The gist of this article is a cooling method for steel pipes that is characterized by the following settings.

冷却速度パターン:冷却後の鋼管に要求される機械的性
質及び金属組織を鋼管肉厚方向全体について得るのに必
要な被熱処理鋼種に固有の冷却中の温度履歴を満足させ
る冷却速度パターン。
Cooling rate pattern: A cooling rate pattern that satisfies the temperature history during cooling that is specific to the type of steel to be heat treated and is necessary to obtain the mechanical properties and metallographic structure required for the steel pipe after cooling over the entire thickness direction of the steel pipe.

過渡熱応力最大値:冷却中の鋼管内外表面付近がマルテ
ンサイト変態進行中に焼割れを生じない鋼管内外表面付
近の過渡熱応力最大値。
Maximum value of transient thermal stress: The maximum value of transient thermal stress near the inner and outer surfaces of a steel pipe during cooling without causing quench cracking during martensitic transformation.

〔作 用〕[For production]

本発明の有効性を次に述べる。 The effectiveness of the present invention will be described below.

○ 冷却後の鋼管に要求される機械的性質および金属組
織構成に対する有効性 鋼管の冷却としてその焼入れを見た場合、設定すべき冷
却中の温度履歴は、要求される冷却後の鋼管の組織及び
機械的性質としての硬度(ビッカース硬度)と、鋼管材
質毎に知られているCCT線回とから求めることができ
る。
○ Effectiveness for the mechanical properties and metallographic structure required of the steel pipe after cooling When viewing quenching as cooling of the steel pipe, the temperature history during cooling that should be set should be determined based on the required structure and metallographic structure of the steel pipe after cooling. It can be determined from hardness as a mechanical property (Vickers hardness) and CCT line times known for each steel pipe material.

第3図はC:0.25%、Si:0.29%、Mn:0
.42%、p:o、ots%含有鋼についてのCCT線
図で、その冷却温度とAc、温度をきってからの経過時
間と得られる硬度との関係を示している。
Figure 3 shows C: 0.25%, Si: 0.29%, Mn: 0
.. This is a CCT diagram for steel containing 42%, p:o, ots%, showing the relationship between the cooling temperature and Ac, the elapsed time after the temperature is turned off, and the hardness obtained.

このCCT綿図によると、例えば冷却曲線■に沿った冷
却を行うとベイナイト組織とマルテンサイトの混合組織
となりビッカース硬度は402となる。また冷却曲線■
に沿った冷却を行うとマルテンサイトのみの組織となり
ビッカース硬度は523となる。
According to this CCT chart, for example, if cooling is performed along the cooling curve (2), a mixed structure of bainite structure and martensite will be formed, and the Vickers hardness will be 402. Also cooling curve■
If cooling is performed along the lines shown in FIG.

従って、焼入れ後の鋼管に要求される硬度及び鋼管の材
質を与えると、焼入れの冷却時に必要な温度履歴が決定
されることになるのである。
Therefore, if the hardness and material of the steel pipe required for the steel pipe after quenching are given, the temperature history required during cooling during quenching will be determined.

なお、ここでは機械的性質としてビッカース硬度をとり
あげているが、靭性、引張強度等も冷却中の温度履歴に
支配されるので、本発明にいう機械的性質とはこれらの
性能全般を意味するものである。
Although Vickers hardness is taken up here as a mechanical property, since toughness, tensile strength, etc. are also controlled by the temperature history during cooling, the term "mechanical properties" in the present invention refers to all of these performances. It is.

なお又、本発明の冷却方法における冷却中の温度履歴乃
至冷却速度パターンには、冷却終点温度も含まれるもの
である。
Furthermore, the temperature history or cooling rate pattern during cooling in the cooling method of the present invention includes the cooling end point temperature.

O焼割れに対する有効性 鋼管を冷却ヘッダーにて外面冷却して焼入れする場合、
鋼管向lブ方向の温度分布に偏差が生じ、肉厚方向位置
によって温度履歴が異なってくる。
Effectiveness against O quench cracking When steel pipes are externally cooled and quenched using a cooling header,
A deviation occurs in the temperature distribution in the direction of the steel pipe, and the temperature history differs depending on the position in the wall thickness direction.

今仮に、焼入れ後の組織として100%マルチンサイト
&lI織が要求されているとすると、これに対しては、
肉厚方向位置で最も冷却速度の遅い箇所が、B(ベイナ
イト)範囲を通らすM(マルテンサイト)範囲内のみを
通るように、すなわち■曲線で示す冷却曲線よりも下側
に来るように、温度履歴を設定することが必要になる。
Now, suppose that 100% multi-tinted & lI weave is required as the structure after quenching.
So that the part with the slowest cooling rate in the wall thickness direction passes only within the M (martensite) range that passes through the B (bainite) range, that is, below the cooling curve shown by the ■ curve. It is necessary to set the temperature history.

この場合、前述の先願方法(特願昭6l−33405)
では、最も冷却速度の遅い箇所(外面冷却の場合は鋼管
の内表面、内外面冷却の場合は鋼管の肉厚中央部)がこ
の条件を満足する冷却曲線となり、かつ肉厚方向の温度
差が鋼管冷却表面付近がマルテンサイト変態時において
焼割れを生しない範囲に止められるように、外表面から
水冷放熱させる冷却制御方法が考えられている。
In this case, the above-mentioned first-to-file method (Japanese Patent Application No. 6l-33405)
Then, the cooling curve satisfies this condition at the point where the cooling rate is slowest (the inner surface of the steel pipe in the case of external cooling, the center of the wall thickness of the steel pipe in the case of inner and outer cooling), and the temperature difference in the wall thickness direction is A cooling control method has been considered in which water cooling heat is dissipated from the outer surface so that the vicinity of the cooling surface of the steel pipe is kept within a range where quenching cracks do not occur during martensitic transformation.

しかし、この手段だけでは鋼管肉厚15m5程度迄の薄
肉材であれば問題ないが、15〜3Q曽sといった厚肉
材になると冷却能力不足のために冷却後の鋼管に要求さ
れる機械的性質および金属組織が得られないだけでなく
、もし十分な冷却能力が実現できたとしても鋼管外表面
付近の急激な温度匂配ならびに変態による膨張に起因す
る熱応力により焼割れを起こしてしまう。
However, with this method alone, there is no problem with thin-walled steel pipes up to about 15m5, but when it comes to thick-walled materials such as 15 to 3Qs, the mechanical properties required of the steel pipe after cooling are insufficient due to the lack of cooling capacity. Not only is it impossible to obtain a good metallographic structure, but even if sufficient cooling capacity were achieved, quench cracking would occur due to the rapid temperature gradient near the outer surface of the steel pipe and thermal stress caused by expansion due to transformation.

本発明は、これらの問題に解決を与えるもので、冷却後
の鋼管に要求される機械的性質および金属組織構成を得
るのに必要な温度脂層を鋼管全体に保証するために外面
冷却ヘッダーだけでなく内面冷却ヘソグーを併用し、ま
たその場合の鋼管冷却表面付近の急激な温度匂配ならび
に変態による膨張に起因する熱応力を抑制する観点から
、有限要素法による熱応力解析に基づく焼割れ防止策を
導入したものである。
The present invention provides a solution to these problems, in that only an external cooling header is required to ensure that the entire steel tube has the temperature fat layer necessary to obtain the required mechanical properties and metallographic composition of the steel tube after cooling. In addition, from the viewpoint of suppressing the sudden temperature gradient near the cooling surface of the steel pipe and the thermal stress caused by expansion due to transformation, prevention of quenching cracking is based on thermal stress analysis using the finite element method. This is a measure that has been introduced.

すなわち、この焼割れ防止の考え方は、焼割れ発生の本
来の要因である熱応力を鋼管冷却表面付近のマルテンサ
イト変態進行中における過渡熱応力最大値により直接把
握しようとするもので、前述の先願方法(特願昭6l−
33405)における考え方、すなわち焼割れ発生の本
来の要因である熱応力を鋼管肉厚方向の温度差におきか
えるというものをさらに一歩進めたものである。
In other words, this idea of preventing quench cracking attempts to directly understand the thermal stress, which is the original cause of the occurrence of quench cracking, by the maximum value of transient thermal stress during the progress of martensitic transformation near the cooling surface of the steel pipe, and goes beyond the above-mentioned method. How to apply (Special application 6l-
33405), that is, replacing the thermal stress, which is the original cause of quench cracking, with the temperature difference in the thickness direction of the steel pipe, is taken one step further.

なお、この焼入れ時における熱応力解析については後で
詳しく述べるが、文献としては、王志剛、井上達雄(京
大) 「相変態の応力依存性を考慮した鋼の焼入れにおける温
度、組織および応力の解析」 門河昌宏、長岐滋、井上達雄(京大) 「鋼の焼入れと低温焼もどしにおける組織変化と応力の
解析」 が参考になる。
The thermal stress analysis during quenching will be described in detail later, but the literature includes Zhigang Wang and Tatsuo Inoue (Kyoto University) ``Analysis of temperature, structure, and stress during quenching of steel considering the stress dependence of phase transformation.'' ” Masahiro Kadokawa, Shigeru Nagagi, and Tatsuo Inoue (Kyoto University) ``Analysis of structural changes and stress during quenching and low-temperature tempering of steel'' is a useful reference.

本発明の方法においては、高精度の冷却制御が実現でき
るが、これは内外面冷却ヘッダーにミスティングジェッ
トノズルを採用したこと、外面冷却ヘソグーと内面冷却
ヘソグーの冷却能力がそれぞれ独立的に設定されるよう
にしたこと、鋼管の搬送速度及び内面冷却ヘソグー固定
位置を連続的に可変としたことに基づくことは言うまで
もない。
In the method of the present invention, highly accurate cooling control can be achieved, and this is because misting jet nozzles are adopted for the inner and outer cooling headers, and the cooling capacities of the outer cooling head and the inner cooling head are set independently. Needless to say, this is based on the fact that the conveying speed of the steel pipe and the fixing position of the inner cooling groove are continuously variable.

〔実施の態様〕[Mode of implementation]

以下、図面を参照しながら本発明を更に詳しく説明する
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の方法を実施するための装置の例を示し
、(イ)は平面図、(ロ)は側面図である。図によれば
、加熱炉lより出た高温の鋼管2は矢印3の方向に搬送
ローラ4にて移動し、外面冷却ヘッダー51.5□・・
・−・〜・5@と内面冷却ヘッダー15との間を通過す
る。各外面冷却ヘソグーの内面には鋼管2のパスライン
に向かって複数のミスティングジェットノズルが求心状
に設けられている。
FIG. 1 shows an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a side view. According to the figure, the high-temperature steel pipe 2 coming out of the heating furnace 1 is moved by the conveying roller 4 in the direction of the arrow 3, and the outer cooling header 51.5□...
.--.passes between 5@ and the internal cooling header 15. A plurality of misting jet nozzles are provided centripetally toward the pass line of the steel pipe 2 on the inner surface of each outer cooling hemlock.

また、内面冷却ヘッダー15は内面冷却開始タイミング
を外面冷却開始タイミングに対して所要時間遅らせるた
め、駆動装置16により鋼管搬送方向に移動し、外面冷
却ヘソグーに対する固定位置7!ioを自由に調整でき
るようになっている。
In addition, in order to delay the internal cooling start timing from the external cooling start timing by a required period of time, the internal cooling header 15 is moved in the steel pipe conveying direction by the drive device 16 to a fixed position 7 with respect to the external cooling header. io can be adjusted freely.

この内面冷却ヘッダー15の外面には外面冷却へフグ−
の冷却有効長fcに対応する長さlc’の領域全体に亘
ってミスティングジェットノズルを放射状に配設してあ
り、これは全ノズル同一条件(水量、気水比)で調整さ
れる。
The outer surface of this inner cooling header 15 has an outer cooling head.
The misting jet nozzles are arranged radially over the entire area of length lc' corresponding to the effective cooling length fc, and all the nozzles are adjusted under the same conditions (water amount, air-water ratio).

なお、ミスティングジェットノズルは前述したように従
来比較的緩冷却な用途に使用されるのが通例であったが
、本発明ではこのミスティングジェットノズルを、気水
比が従来にあっては通常3O以上と大きかったものを小
さく水量を多くして、強冷用のノズルとして鋼管の冷却
速度制御用に使っている。具体的には、この気水比は冷
却能力が高く、かつ均一なミスティングジェット流が得
られる5〜10程度の範囲内で設定するのが望ましい。
As mentioned above, misting jet nozzles have conventionally been used for relatively slow cooling applications, but in the present invention, misting jet nozzles are used in applications where the air-water ratio is The nozzle, which used to be large (more than 3O), has been made smaller and has a larger amount of water, and is used as a strong cooling nozzle to control the cooling rate of steel pipes. Specifically, the air/water ratio is desirably set within a range of about 5 to 10, which provides a high cooling capacity and a uniform misting jet flow.

しかし、気水比の適正値はノズルの特性に依存するため
前記5〜10の値は必ずしも固定的なものではない。
However, since the appropriate value of the air-water ratio depends on the characteristics of the nozzle, the value of 5 to 10 is not necessarily fixed.

第2図(イ)に外面冷却ヘッダー用(各ヘソグー毎に設
置)の冷却能力調整装置を、また(口)に内面冷却ヘッ
ダー用の同装置をそれぞれ示す。
Figure 2 (A) shows the cooling capacity adjustment device for the external cooling header (installed for each head), and (2) shows the same device for the internal cooling header.

まず、外面冷却ヘッダー用では、冷却水は冷却水供給源
6より冷却水流量制御装置7□、7□・・・を経て冷却
ヘンダー5115□・・・に送給され、また空気はエア
供給源8よりエア流量制御装置919z・・・を経て冷
却ヘッダー5+、52・・・に送給される。冷却水とエ
アは各冷却ヘッダー51.5t・・・内のミスティング
ジェットノズルにより混合されてミスティングジェット
流となって、ヘッダー内を通過する鋼管2の外面に吹付
けられる。すなわち、外面冷却ヘッダーは各独立的に冷
却能力を調整して冷却速度を制御できるようになってい
る。
First, for the external cooling header, cooling water is supplied from the cooling water supply source 6 to the cooling header 5115□... via the cooling water flow rate control devices 7□, 7□..., and air is supplied from the air supply source 5115□... 8, the air is supplied to the cooling headers 5+, 52, . . . via an air flow rate control device 919z, . The cooling water and air are mixed by misting jet nozzles in each cooling header 51.5t... to form a misting jet stream, which is sprayed onto the outer surface of the steel pipe 2 passing through the header. That is, each external cooling header can independently adjust its cooling capacity to control the cooling rate.

なお外面冷却ヘッダーは、数多く設置する程、全体とし
ての冷却能力が向上し鋼管をより速い速度で移送できて
生産性は向上するが、設備費及び設備スペースの制約よ
りこの例では8段としている。
In addition, the more external cooling headers are installed, the better the overall cooling capacity will be, and the steel pipes can be transferred at a faster speed, which will improve productivity, but due to equipment cost and equipment space constraints, in this example, eight stages are used. .

一方、内面冷却ヘッダー用では、当該ヘッダーが1ヘソ
グーのみの構成であるので、冷却水は冷却水供給源17
より冷却水流量制御装置18を経て冷却ヘッダー15に
送給され、また空気はエア供給源19よりエア流量制御
装置20を経て冷却ヘッダー15に送給される。この冷
却水とエアは上記同様冷却ヘッダー15のミスティング
ジェットノズルにより混合されてミスティングジェット
流となって、ヘッダーの外側を通過する鋼管2の内面に
吹付けられる。
On the other hand, for the internal cooling header, since the header has only one head, the cooling water is supplied from the cooling water supply source 17.
Air is supplied from the air supply source 19 to the cooling header 15 via the air flow rate control device 20. Similar to the above, this cooling water and air are mixed by the misting jet nozzle of the cooling header 15 to form a misting jet stream, which is sprayed onto the inner surface of the steel pipe 2 passing outside the header.

また前述の搬送装置は、搬送ローラ4によって搬送速度
を任意に設定できるようになっている。
Further, in the above-mentioned conveyance device, the conveyance speed can be arbitrarily set using the conveyance roller 4.

すなわち、冷却装置全体としては、鋼管2の寸法、材質
、冷却仕様に応じて搬送速度、各冷却ヘッダーの冷却能
力の選択を自由に行うことができる。
That is, for the cooling device as a whole, the conveyance speed and the cooling capacity of each cooling header can be freely selected depending on the dimensions, material, and cooling specifications of the steel pipes 2.

上記のような装置を使用すれば、鋼管にその焼割れを防
止しつつ所望の温度履歴を与えることができる。その方
法を次に述べる。
By using the above-mentioned device, it is possible to give the steel pipe a desired temperature history while preventing quench cracking. The method is described below.

冷却装置としては、第1図に示した8つの外面冷却ヘッ
ダー及び内面冷却ヘッダーよりなる例を用いるものとす
る。
As the cooling device, the example shown in FIG. 1 consisting of eight outer cooling headers and eight inner cooling headers is used.

限界的な温度履歴(最も冷却速度の遅い部分は(外面冷
却の場合は内表面の温度履歴)としては冷却曲線■(第
3図)を考える。冷却終点温度は180℃(T□:マル
テンサイト変態終了温度)以下を目標とする。
As for the critical temperature history (the part with the slowest cooling rate is the temperature history of the inner surface in the case of outer surface cooling), consider the cooling curve ■ (Figure 3).The cooling end point temperature is 180℃ (T□: martensite) (transformation end temperature) or lower.

このような条件を満足させるため、まず、各外面冷却ヘ
ッダーと内面冷却ヘッダーによる冷却に必要な鋼管内外
表面の熱伝達係数、内面冷却開始タイミング等を用いて
温度計算モデルにより鋼管肉厚方向の冷却速度パターン
を求め、この冷却速度パターンを用いて熱応力解析モデ
ルにより鋼管内外表面付近の過渡熱応力最大値がマルテ
ンサイト変態終了時付近において焼割れを生じない範囲
の値となっているかどうかを判定し、これにより内外面
冷却条件を設定する。
In order to satisfy these conditions, we first calculate cooling in the thickness direction of the steel pipe using a temperature calculation model using the heat transfer coefficients of the inner and outer surfaces of the steel pipe, the timing of starting inner cooling, etc. required for cooling by each outer cooling header and inner cooling header. Determine the cooling rate pattern and use this cooling rate pattern to determine whether the maximum value of transient thermal stress near the inner and outer surfaces of the steel pipe is within a range that does not cause quench cracking near the end of martensitic transformation using a thermal stress analysis model. This sets the inner and outer cooling conditions.

これらはオフラインシミュレーションにより可能であり
、第4図にその計算流れ図を示し、以下に詳細に説明す
る(第5〜第1O図参照)。
These can be done by off-line simulation, and the calculation flowchart is shown in FIG. 4, and will be explained in detail below (see FIGS. 5 to 1O).

■、計算条件の読込み 1、冷却設備仕様 2、CCT線図各種条件 マルテンサイト変態開始温度 7.3 終了部度 ”rxt  等 3、鋼管寸法(外径と肉厚) 4、要求冷却速度 5、冷却開始温度(厚み方向均一)  T2C、冷却終
点温度         T。
■, Loading calculation conditions 1, Cooling equipment specifications 2, CCT diagram various conditions Martensitic transformation start temperature 7.3 Termination degree "rxt" etc. 3, Steel pipe dimensions (outer diameter and wall thickness) 4, Required cooling rate 5, Cooling start temperature (uniform in thickness direction) T2C, cooling end temperature T.

等の読込みを行う。etc.

n、*送速度の決定 1’hl−fh8の冷却ヘッダー全部を使って冷却する
ものとし、搬送速度υを次式により定める。
n, *Determination of feeding speed 1' It is assumed that all cooling headers of hl-fh8 are used for cooling, and the feeding speed υ is determined by the following formula.

υ冨2./1゜ 但し、1.;冷却ヘッダーの全長 tf :冷却時間 なお、この冷却時間t、はCCT線図より冷却後の鋼管
に要求される機械的性質及び金属組織構成を得るのに必
要とされる鋼管冷却速度を求めることにより定める。
υTomi2. /1°However, 1. ;Total length of cooling header tf: Cooling time Note that this cooling time t is determined by determining the steel pipe cooling rate required to obtain the required mechanical properties and metallographic structure of the steel pipe after cooling from the CCT diagram. Defined by.

■、外面冷却条件の仮定 まず、l1kL1外面冷却ヘッダー(隨1制御ゾーン)
の熱伝達係数を与え、それに基づいて隘1外面冷却ヘソ
グー通過時の温度計算を行う。そして、次に隘2〜阻8
の外面冷却へフダーへと順次上記計算を進めていき、外
面冷却へ7グーのみの冷却による鋼管の肉厚方向の冷却
速度パターンを求める。
■ Assumption of external cooling conditions First, l1kL1 external cooling header (1 control zone)
Based on the heat transfer coefficient, calculate the temperature when passing through the external cooling tube. And then, the next
The above calculation is performed sequentially from the outer surface cooling to the hood, and the cooling rate pattern in the thickness direction of the steel pipe is determined by cooling only 7 gou to the outer surface cooling.

焼割れ発生メカニズムの解明は完全にはなされていない
が、鋼管冷却面(外面冷却では外表面、内面冷却では内
表面)は冷却時の急激な温度匂配と変態による膨張に起
因する熱応力により焼割れしやすいことが知られている
Although the mechanism by which quench cracking occurs has not been completely elucidated, the cooling surface of steel pipes (the outer surface for external cooling and the inner surface for internal cooling) is affected by rapid temperature gradients during cooling and thermal stress caused by expansion due to transformation. It is known to be prone to cracking.

本発明においても、基本的にはこの考え方に基づいて、
マルテンサイト変態時において鋼管肉厚方向の温度差の
軽減を図ることから、外表面においては冷却開始直後に
は強冷を行い所定の冷却速度が得られ、マルテンサイト
変態開始後は暖冷を行って鋼管肉厚方向の温度差の軽減
が図られるように外面冷却制御を行うのである。
The present invention is also basically based on this idea,
In order to reduce the temperature difference in the thickness direction of the steel pipe during martensitic transformation, strong cooling is performed on the outer surface immediately after the start of cooling to obtain the specified cooling rate, and after martensitic transformation begins, warm cooling is performed. External cooling control is performed to reduce the temperature difference in the thickness direction of the steel pipe.

第5図(イ)(ロ)を参照して、上記外面冷却制御方法
における留意点の説明を行う。
Points to note in the above-mentioned outer surface cooling control method will be explained with reference to FIGS. 5(a) and 5(b).

(イ)は外面冷却開始直後の強冷後暖冷化を行った際、
隣接する制御ゾーンの冷却能の差が大きすぎるため、冷
却面(外表面)で復熱が発生した例であり、(ロ)は隣
接する制御ゾーンの冷却能を調節し復熱が発生しない適
正な冷却を行った例である。
In (a), when heating is performed after strong cooling immediately after the start of external cooling,
This is an example where the difference in cooling capacity between adjacent control zones is too large, causing recuperation on the cooling surface (outer surface). This is an example of cooling.

この復熱は、焼入れ後の機械的性質、例えば硬度に肉厚
方向のバラツキを与える等の悪影響をもたらすもので品
質管理上避けなければならない。
This reheating has an adverse effect on mechanical properties after quenching, such as variations in hardness in the thickness direction, and must be avoided for quality control reasons.

なお、ここで使用した温度計算モデルは、肉厚方向1次
元伝熱モデルであり、周知の技術であるので、その説明
は省略する。
Note that the temperature calculation model used here is a one-dimensional heat transfer model in the thickness direction, and is a well-known technique, so its explanation will be omitted.

■、内面冷却条件の仮定 まず、内面冷却開始タイミングを与える。考え方として
は、内外面冷却の場合、鋼管肉厚中央付近が最も冷却速
度が小さくなることから、外面冷却時に鋼管肉厚中央部
がAC3(加熱時のオーステナイト変態開始温度)に到
達するタイミングを内面冷却開始タイミングの初期値と
して与えることにより、鋼管肉厚中央部の冷却速度を高
めることを狙っている。これは、一般に、焼入れ時の冷
却速度はAC3〜Tss(マルテンサイト変態開始温度
)間の冷却速度で定義するという考え方があり、この考
え方を踏まえている。
(2) Assumption of internal cooling conditions First, give the internal cooling start timing. The idea is that in the case of cooling the inner and outer surfaces, the cooling rate is lowest near the center of the steel pipe wall thickness, so the timing when the center of the steel pipe wall thickness reaches AC3 (austenite transformation start temperature during heating) during outer surface cooling is determined by the inner surface cooling rate. By providing this as the initial value for the cooling start timing, the aim is to increase the cooling rate at the center of the wall thickness of the steel pipe. This is based on the idea that the cooling rate during quenching is generally defined by the cooling rate between AC3 and Tss (martensite transformation start temperature).

次に、内面冷却へフグ−の熱伝達係数を与える。Next, give the pufferfish's heat transfer coefficient to the internal cooling.

一般に、鋼管の内外面冷却の場合、外表面に比べ内表面
の方が冷却効果が大きいので外面冷却能力の50%程度
を初期値として与える。
Generally, in the case of cooling the inner and outer surfaces of a steel pipe, the inner surface has a greater cooling effect than the outer surface, so approximately 50% of the outer surface cooling capacity is given as an initial value.

そして、■で与えた外面冷却熱伝達係数、上記内面冷却
開始タイミングと内面冷却熱伝達係数により、鋼管の肉
厚方向の冷却速度パターンを求める(■と同一の温度計
算モデル使用)。
Then, the cooling rate pattern in the wall thickness direction of the steel pipe is determined using the external cooling heat transfer coefficient given in ■, the internal cooling start timing, and the internal cooling heat transfer coefficient described above (using the same temperature calculation model as in ■).

この時の内外面冷却時の鋼管の肉厚方向の冷却速度パタ
ーンを第6図に示す。
FIG. 6 shows the cooling rate pattern in the wall thickness direction of the steel pipe during cooling of the inner and outer surfaces at this time.

なお、内面冷却についても、■の外面冷却の場合と同様
に、内面冷却開始直後に強冷を行い冷却速度を高め、マ
ルテンサイト変態開始後は暖冷を行って鋼管肉厚方向の
温度差の軽減が図られるようにすることが望ましいが、
それを実現するためには内面冷却ヘソグー管軸方向での
冷却能力を変えることが必要であり、装置構成が複雑と
なる。
Regarding internal cooling, as in the case of external cooling described in (2) above, strong cooling is performed immediately after the start of internal cooling to increase the cooling rate, and warm cooling is performed after the start of martensitic transformation to reduce the temperature difference in the thickness direction of the steel pipe. It is desirable to try to reduce the
In order to achieve this, it is necessary to change the cooling capacity in the axial direction of the inner cooling tube, which makes the device configuration complicated.

従って、本発明では内面冷却ヘッダー管軸方向の冷却能
力は一定(但し、水量、気水比の調節により冷却能力の
絶対値は可変)とする装置構成を採用することとしたの
である。
Therefore, in the present invention, we have adopted an apparatus configuration in which the cooling capacity in the axial direction of the inner cooling header tube is constant (however, the absolute value of the cooling capacity is variable by adjusting the amount of water and the air/water ratio).

次に、冷却後の鋼管に要求される機械的性質及び金属組
織構成に対する品質上のチェックは、鋼管肉厚方向の全
部位について所定の冷却速度が得られているかどうかと
いうことと、冷却終点温度についての制約条件を満足す
るかどうかという2点により行う。そして、もし、所定
の冷却速度が得られている場合には次のステップへ、得
られていない場合には内面冷却条件或いは外面冷却条件
の仮定のステップへ戻り所定の冷却速度が得られるまで
上記計算を繰返す。
Next, the quality checks for the mechanical properties and metallographic structure required of the steel pipe after cooling are to check whether the prescribed cooling rate has been achieved in all parts of the steel pipe in the thickness direction, and to check the cooling end point temperature. This is done based on two points: whether or not the constraint conditions for are satisfied. If the predetermined cooling rate is obtained, proceed to the next step; if not, return to the step of assuming the inner cooling condition or outer surface cooling condition and repeat the above steps until the predetermined cooling rate is obtained. Repeat the calculation.

■、焼割れ防止対策 本発明では、“鋼管冷却表面付近では冷却時ので激な温
度勾配と変態による膨張に起因する熱応力により焼割れ
が発生しゃすい°との観点から、鋼管内外表面付近の過
渡熱応力最大値を極力抑制して、鋼管内外表面付近がマ
ルテンサイト変G4”了時点近くにおいて焼割れを生し
ないようにするという考え方を採用した。この時の過渡
熱応力最大値上限は鋼管の材質、寸法等により決まり、
鋼管の種類毎に定数値ととして与えらし机なお、この熱
応力の経時変化は、■の内外面冷却時の鋼管肉厚方向の
冷却速度パターンを用いて熱応力解析モデルにより求め
る。この熱応力解析モデルは、鋼管の焼入れの際に生し
るひずみや応力を相変態に伴う体積膨張や変形過程中の
組織変化等を考慮した防弾ザ性解析を鋼管肉厚方向−次
元で存限要素法によりシミュレーションするものである
。この解析手法も周知の技術であるので詳しい説明は省
略する。
■Measures to prevent quench cracking In the present invention, from the viewpoint that ``quench cracking is likely to occur near the cooling surface of a steel pipe due to the thermal stress caused by the extreme temperature gradient during cooling and the expansion caused by transformation,'' The idea was to suppress the maximum value of transient thermal stress as much as possible to prevent quench cracking near the point at which the inner and outer surfaces of the steel pipe had completed G4'' martensitic transformation. The upper limit of the maximum transient thermal stress at this time is determined by the steel pipe material, dimensions, etc.
It is given as a constant value for each type of steel pipe.The change in thermal stress over time is determined by a thermal stress analysis model using the cooling rate pattern in the thickness direction of the steel pipe during cooling of the inner and outer surfaces in (2). This thermal stress analysis model performs bulletproof thermal analysis that takes into account the strain and stress that occurs during quenching of steel pipes, volumetric expansion associated with phase transformation, and structural changes during the deformation process in the steel pipe thickness direction. The simulation is performed using the finite element method. Since this analysis method is also a well-known technique, detailed explanation will be omitted.

次に、焼割れチェックは上記解析により求めた過渡熱応
力最大値が上記上限値より小さいかどうかにより行い、
小さい場合には次のステップへ、また大きい場合には内
面冷却条件或いは外面冷却条件の仮定のステップへ戻り
、過/!j熱応力最大値が所定の上限値より小さくなる
迄上記計算を繰返す。
Next, check for quench cracking by checking whether the maximum transient thermal stress value obtained from the above analysis is smaller than the upper limit value above.
If it is small, go to the next step, and if it is large, go back to the step assuming the inner cooling condition or outer cooling condition. j Repeat the above calculation until the maximum thermal stress value becomes smaller than the predetermined upper limit.

第7図に熱応力数値解析結果例を示す。焼割れは鋼管軸
方向割れ発生が多いことから熱応力は周方向熱応力でチ
ェックし、加熱条件は950tx20分としている。詳
細は実施例のところに示されている。
Figure 7 shows an example of the results of thermal stress numerical analysis. Since quenching cracks often occur in the axial direction of steel pipes, thermal stress was checked using circumferential thermal stress, and the heating conditions were 950 tx20 minutes. Details are given in the examples.

■、内外冷却条件の決定 以上のステップにより求めた外面冷却ヘッダー毎の軌伝
達係数、内面冷却ヘッダーの熱伝達係数及び内面冷却開
始タイミングにより外面冷却ヘソグーのヘッダー毎の水
量及び気水比、内面冷却ヘソグーの水量及び気水圧、内
面冷却ヘソグー固定位置を求める。
■, Determination of internal and external cooling conditions Based on the track transfer coefficient for each external cooling header obtained through the above steps, the heat transfer coefficient of the internal cooling header, and the internal cooling start timing, the water volume and air-water ratio for each external cooling header header, internal cooling Determine the amount of water in the heso goo, the air and water pressure, and the fixing position of the inner cooling heso goo.

各冷却ヘッダーにおける冷却水供給量fiと熱伝達係数
hiと気水比rとの関係は第10図の如くであり、従っ
て所要の熱伝達係数が決まれば、必要な冷却水供給量、
気水比が決まる。
The relationship between the cooling water supply amount fi, the heat transfer coefficient hi, and the air-water ratio r in each cooling header is as shown in Figure 10. Therefore, once the required heat transfer coefficient is determined, the required cooling water supply amount,
The air/water ratio is determined.

また、内面冷却開始タイミングの制御は内面冷却ヘソグ
ーの固定位置1ioの制御により実施でき、次式により
求める。
Further, the internal cooling start timing can be controlled by controlling the fixed position 1io of the internal cooling hesogo, and is determined by the following equation.

j!1o=c+xtis 但し、tis:内外面冷却開始時間差 〔実施例〕 外径が196鶴φ、肉厚が16 m* tで成分組成が
第3図に示された鋼管に対し、第1図に示す冷却装置の
使用を前提に目標ビッカース強度512、搬送速度0.
16m/secとして上述の計算を行ったところ、各外
面冷却ヘソグー及び内面冷却ヘッダーの冷却条件として
第1表に示すものが得られ、また内面冷却ヘソグー固定
位WlliOO値として約5001が得られた。
j! 1o=c+xtis However, tis: Cooling start time difference between inner and outer surfaces [Example] For a steel pipe with an outer diameter of 196 φ, a wall thickness of 16 m*t, and a composition shown in FIG. 3, the composition shown in FIG. Assuming the use of a cooling device, the target Vickers strength is 512 and the conveyance speed is 0.
When the above calculation was performed assuming a speed of 16 m/sec, the cooling conditions shown in Table 1 were obtained for each outer cooling heel and inner cooling header, and the fixed position WlliOO value of the inner cooling heel was approximately 5001.

なお、本例に使用の装置は各外面冷却ヘソグー及び内面
冷却ヘソグーへの冷却水量は5〜25バ/hr、空気供
給量は50”l OONm/h r、搬送速度は0.0
5〜0.4m/sの範囲でそれぞれ連続的に調整でき、
また外面冷却ヘッダー1段当り有効冷却長さは600m
で、外面冷却ヘッダー2段毎に鋼管の曲がりを防止する
ため搬送ローラ4を設けており、内面冷却ヘッダーは、
外面冷却ヘッダーの冷却有効長とほぼ同し範囲をカバー
するために500 Q wmとしている。
The equipment used in this example has a cooling water flow rate of 5 to 25 bar/hr, an air supply rate of 50"l OONm/hr, and a conveyance speed of 0.0 to each outer cooling groove and inner cooling groove.
Each can be adjusted continuously in the range of 5 to 0.4 m/s,
In addition, the effective cooling length per stage of external cooling header is 600m.
In order to prevent bending of the steel pipe, a conveyor roller 4 is provided for every two stages of the outer cooling header, and for the inner cooling header,
It is set to 500 Q wm to cover approximately the same range as the effective cooling length of the external cooling header.

上記計算結果に基づいて実際に冷却を行ったところ、肉
厚方向のビッカース硬度分布が514〜524以内の所
定範囲内に収まり焼v1れも生しなかった。
When cooling was actually performed based on the above calculation results, the Vickers hardness distribution in the thickness direction was within a predetermined range of 514 to 524, and no embrittlement occurred.

また、比較のため、同種の鋼管に対し、従来の装置(内
外面共スプレーノズル冷却)を用い、目標温度、搬送速
度を同一として、内外冷却へ、グー固定位置を150m
f(鋼管の材質寸法等によらず一定)として冷却を行っ
た。
For comparison, we used a conventional device (spray nozzle cooling for both the inner and outer surfaces) on the same type of steel pipe, set the target temperature and conveyance speed to be the same, cooled the inner and outer surfaces, and fixed the goo at a distance of 150 m.
Cooling was performed at f (constant regardless of the material dimensions of the steel pipe, etc.).

その結果、肉厚方向のビッカース硬度分布は516〜5
28の所定範囲内に収まったが約50%の割合で焼割れ
を生じた。
As a result, the Vickers hardness distribution in the wall thickness direction was 516 to 5.
Although it fell within the prescribed range of No. 28, quench cracking occurred at a rate of about 50%.

第  1  表 第7図にこの実施例の熱応力解析結果を示す。Table 1 FIG. 7 shows the thermal stress analysis results of this example.

各外面及び内面冷却ヘッダーの冷却条件は第1表の如く
である。肉厚中央部の最遅冷却速度も46’C/sce
と要求冷却速度(46℃/sce以上)を満足しており
、内表面同方向熱応力最大値も4kg/鶴2と焼割れ防
止するに充分なレベルである。
The cooling conditions for each outer and inner cooling header are as shown in Table 1. The slowest cooling rate at the center of the wall thickness is 46'C/sce.
This satisfies the required cooling rate (46° C./sce or higher), and the maximum value of the inner surface co-directional thermal stress is 4 kg/Tsuru 2, which is a sufficient level to prevent quench cracking.

第8図は内面冷却開始タイミングを変化させたときの制
御効果例を示したものである。すなわち、内面冷却ヘッ
ダー固定位置j!ioを(イ)Om、(ロ)500m、
(ハ)1100mmの各個に設定して周方向熱応力最大
値と最遅冷却速度を比較したものである。
FIG. 8 shows an example of the control effect when the internal cooling start timing is changed. In other words, the inner cooling header fixing position j! io (a) Om, (b) 500m,
(c) The maximum value of circumferential thermal stress and the slowest cooling rate are compared for each set at 1100 mm.

前述した(口)の500m時には、最遅冷却速度も46
℃/sceと要求冷却速度を満足し、かつ周方向熱応力
最大値も4kt/1m”と焼割れしない程度におさまっ
ているが、(イ)のOn時には要求冷却速度を満足して
いるものの周方向熱応力最大値も13kg / m ”
と高く焼割れの危険性があり、(ハ)の1100Ii時
には要求冷却速度、焼割れの可能性ともに問題がある。
At the time of 500m mentioned above, the slowest cooling rate was 46
℃/sce, which satisfies the required cooling rate, and the maximum circumferential thermal stress value is 4kt/1m'', which is within the range of not causing quench cracking. Maximum directional thermal stress is also 13kg/m”
There is a high risk of quench cracking, and in the case of (c) 1100Ii, there are problems with both the required cooling rate and the possibility of quench cracking.

第9図は内面冷却ヘッダー固定位置1ioQmの状態で
内面冷却能力のみを変化させたときの制御効果例を示す
、(イ)、(ロ)、(ハ)はそれぞれ内面冷却能力を小
中大と変化させて、周方向熱応力最大値と最遅冷却速・
度を比較したものである。最遅冷却速度は、(イ)で4
3℃/ s e C% (olで47℃/ s ec、
、l/′11で49℃/ s e cと順に向上してい
る。また、周方向熱応力最大値については、内面冷却能
力の違いにより、(ロ)、(ハ)では外表面より内表面
の方が大きく、その絶対値にも差がみられるが、(イ)
では内面冷却能力が小さく、内表面より外表面の方が大
きくなっている。
Figure 9 shows an example of the control effect when only the internal cooling capacity is changed with the internal cooling header fixed position 1ioQm. By changing the maximum value of circumferential thermal stress and the slowest cooling rate,
This is a comparison of degrees. The slowest cooling rate is 4 in (a)
3℃/sec C% (47℃/sec at OL,
, l/'11 and 49°C/sec. Also, regarding the maximum value of circumferential thermal stress, due to the difference in internal cooling capacity, the inner surface is larger than the outer surface in (b) and (c), and there is a difference in the absolute value, but (a)
The inner surface cooling capacity is small, and the outer surface is larger than the inner surface.

以上のことからも、各外面冷却ヘッダー及び内面冷却ヘ
ッダーの冷却能力と内面冷却開始タイミングの調整によ
り、冷却後の製品に要求される金属組織、機械的性質を
保証し、しかも焼割れを防止できることがわかるであろ
う。
From the above, by adjusting the cooling capacity of each external cooling header and internal cooling header and the internal cooling start timing, it is possible to guarantee the metal structure and mechanical properties required for the product after cooling, and prevent quench cracking. You will understand.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明から明らかな様に、本発明の方法はその厳密
冷却制御により所望の機械的性質及び金属組織を焼割れ
を生じることなく確保できることは勿論のこと、更に次
の様な効果も得られる。
As is clear from the above explanation, the method of the present invention not only can ensure desired mechanical properties and metal structure without causing quench cracking through strict cooling control, but also has the following effects. .

■ 従来は、所定の製品品質を得るために完全マルテン
サイト組織を生成させる焼入れを行う必要があるような
場合、焼割れ発生を起こす危険があるため高価な合金元
素を添加したり、油を使った浸漬方式での焼入れを採用
したりしており、これが高級鋼管の製造コストを高くし
ている。しかるに、本発明の方法によれば、これらの焼
割れ対策が一切不要となり、製造コストの大幅な低減を
図ることが可能となる。
■ Conventionally, when it was necessary to perform quenching to generate a completely martensitic structure in order to obtain the desired product quality, expensive alloying elements were added or oil was used to avoid the risk of quench cracking. In some cases, quenching using an immersion method is used, which increases the manufacturing cost of high-grade steel pipes. However, according to the method of the present invention, these measures against quench cracking are not required at all, making it possible to significantly reduce manufacturing costs.

■ また、焼入れプロセスとテンパープロセスが連続し
たラインを使用する場合には、焼入れ終点温度を必要最
小限の温度(マルテンサイト変態終了温度直下)とする
ことにより、テンパー類への装入温度を高(することが
でき、省エネルギーが可能となる。
■ In addition, when using a continuous line for the quenching process and tempering process, the temperature at which the quenching end point is set to the minimum necessary temperature (just below the end temperature of martensitic transformation) increases the charging temperature for the tempering process. (This makes it possible to save energy.

■ さらに、本発明の方法では、CC7g図に基づいた
最低冷却速度制御を行うことができ、製品品質の安定化
、即ち機械的性質の安定化が実現できる。例えば、引張
強度について言えば、従来、強度偏差σが1.2kg/
w”程度生じていたものが0.8kg/龍”はどになる
等、全体的に強度偏差を1/2〜2/3に減少させるこ
とができる。
(2) Furthermore, in the method of the present invention, minimum cooling rate control can be performed based on the CC7g diagram, and product quality can be stabilized, that is, mechanical properties can be stabilized. For example, regarding tensile strength, conventionally the strength deviation σ is 1.2 kg/
Overall, the strength deviation can be reduced to 1/2 to 2/3, such as from 0.8 kg/dragon to 0.8 kg/dragon.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の方法を実施するのに適した装置の構成
図、第2図は各冷却ヘッダーの冷却能力調整装置を示す
模式図、第3図は本発明の説明に用いた材質のCCT線
図、第4図は本発明の冷却制御方法の計算流れ図、第5
は外面冷却制御の考え方を示すグラフ、第6図は内外冷
却時の銅管肉厚方向の冷却速度パターンを示すグラフ、
第7図は熱応力解析結果例を示すグラフ、第8図は内面
冷却開始タイミング制御の効果を示すグラフ、第9図は
内面冷却能力制御の効果を示すグラフ、第10図は冷却
水供給量と熱伝達係数との関係を示すグラフである。 l:加熱炉、2:鋼管、4:搬送ローラ、5.〜5、:
外面冷却ヘッダー、6.17:冷却水供給量、’y、t
s:冷却水流量制御装置、8.19:エア供給源、9.
20エア流量制御装置、15:内面冷却ヘソグー、16
:駆動装置。 明  姻 ρ 第 5 図 第  6 図 □:外表面冷却 開始タイミング
Fig. 1 is a block diagram of a device suitable for carrying out the method of the present invention, Fig. 2 is a schematic diagram showing a cooling capacity adjustment device for each cooling header, and Fig. 3 is a schematic diagram showing the cooling capacity adjustment device of each cooling header. CCT diagram, Figure 4 is a calculation flowchart of the cooling control method of the present invention, Figure 5
Figure 6 is a graph showing the concept of external cooling control, and Figure 6 is a graph showing the cooling rate pattern in the thickness direction of the copper pipe during internal and external cooling.
Fig. 7 is a graph showing an example of thermal stress analysis results, Fig. 8 is a graph showing the effect of internal cooling start timing control, Fig. 9 is a graph showing the effect of internal cooling capacity control, and Fig. 10 is a graph showing the cooling water supply amount. It is a graph which shows the relationship between and a heat transfer coefficient. l: heating furnace, 2: steel pipe, 4: conveyance roller, 5. ~5, :
External cooling header, 6.17: Cooling water supply amount, 'y, t
s: cooling water flow rate control device, 8.19: air supply source, 9.
20 Air flow rate control device, 15: Internal cooling belly button, 16
: Drive device. Figure 5 Figure 6 Figure □: Outer surface cooling start timing

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)水量と気水比とが調節可能なミスティングジェッ
トノズルを用いて構成された冷却能が可変で、且つ速度
可変ローラコンベア中に鋼管移動方向に複数個連設され
た環状外面冷却ヘッダーと、同じく水量と気水比とが調
節可能なミスティングジェットノズルを用いて構成され
た冷却能が可変で且つ鋼管内部で鋼管移動方向に可動式
の棒状内面冷却ヘッダーとを併用し、所定温度に加熱し
た鋼管を前記環状外面冷却ヘッダーと棒状内面冷却ヘッ
ダーとの間を挿通移動させて冷却を行い、その際、鋼管
の移動速度、各外面冷却ヘッダーの冷却能、内面冷却ヘ
ッダー固定位置および内面冷却ヘッダーの冷却能を、下
記冷却速度パターンを確保し且つ下記過渡熱応力最大値
が確保されるように各々設定することを特徴とする鋼管
の冷却方法。 冷却速度パターン:冷却後の鋼管に要求される機械的性
質および金属組織を鋼管肉厚方向全体について確保する
のに必要な被熱処理鋼種に固有の冷却中の温度履歴を満
足させる冷却速度パターン。 過渡熱応力最大値:冷却中の鋼管内外表面付近がマルテ
ンサイト変態進行中に焼割れを生じない鋼管内外表面付
近の過渡熱応力最大値。
(1) An annular external cooling header with variable cooling capacity that uses misting jet nozzles that can adjust the water volume and air-water ratio, and that has multiple annular external cooling headers installed in a row in the steel pipe movement direction on a variable-speed roller conveyor. In addition, a rod-shaped internal cooling header with variable cooling capacity and movable in the direction of movement of the steel pipe inside the steel pipe is also used, which is configured using a misting jet nozzle that can also adjust the water volume and air-water ratio, to maintain a predetermined temperature. A heated steel pipe is inserted and moved between the annular outer cooling header and the rod-shaped inner cooling header to cool it. At that time, the moving speed of the steel pipe, the cooling capacity of each outer cooling header, the fixing position of the inner cooling header, and the inner surface are A method for cooling steel pipes, characterized in that the cooling capacity of the cooling header is set so as to ensure the following cooling rate pattern and the following maximum transient thermal stress value. Cooling rate pattern: A cooling rate pattern that satisfies the temperature history during cooling specific to the type of steel to be heat-treated, which is necessary to ensure the mechanical properties and metallographic structure required for the steel pipe after cooling throughout the thickness direction of the steel pipe. Maximum value of transient thermal stress: The maximum value of transient thermal stress near the inner and outer surfaces of a steel pipe during cooling without causing quench cracking during martensitic transformation.
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