钢管在线水淬热处理工艺

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注
1 2 1 2 1 2 3 4 5 6 1 2
37Mn5 37Mn5 33CrMo 33CrMo 37Mn5 37Mn5 37Mn5 37Mn5 37Mn5 37Mn5 33CrMo 33CrMo
!139.7×7.72 !139.7×7.72 !119.0×9.00 !119.0×9.00 !139.7×7.72 !139.7×7.72 !139.7×7.72 !139.7×7.72 !139.7×7.72 !139.7×7.72 !119.0×9.00 !119.0×9.00
! 前
言
到回火手段 , 从金相组织到力学性能等进行了全方 位的跟踪测试 、 分析 , 采集了上千个技术数据 。 通 过对模拟试验技术数据与理论数据的全面分析比较 , 得出了利用轧后钢管余热直接进行水淬 + 有效回火 热处理, 同样可获得所需综合力学性能的技术结论 。
近年来 , 随着用户对油井管质量 、 钢级要求的 不断提高 , 以及生产厂自身对降低成本 , 减少环境 污染的要求 , 国内外各主要钢管生产厂家纷纷致力 于研究开发钢管水淬技术 , 并已建成多条钢管调质 处理生产线 。 建造 1 条完整独立的钢管调质处理
火后的样管分组放入 , 并通过不同的回火温度及保 温时间进行试验 。 回火后的样管自然空冷 , 取样后 送厂实验室做金相分析、 硬度试验及力学性能检 验 。 试验统计结果见表 2。
!%’ 试验结论
通过上述模拟试验及测试结果分析 , 利用轧制 后的钢管余温直接水淬, 并通过有效的回火热处 理 , 同样可以获得所要求的综合力学性能 。
!"# 轧制节奏及终轧温度的测试
采用秒表和手提式测温仪测试在 Assel 轧管机
! 1 "#$%&’
编号 材 质 规格 /mm 轧后温度 /℃ 淬火温度 /℃ 水温 /℃ 金相组织 板条状马氏体 板条状马氏体 马氏体 马氏体 马氏体 马氏体 较粗大针叶状马氏体 马氏体 较粗大针叶状马氏体 较粗大针叶状马氏体 马氏体 马氏体 硬度 HRC
880 935 675 750 750 690 700 695 780 740
8 16 20 20 26 26 24 26 26
从根部拉断
!s 超上限
从根部拉断
冲击试验合格
未取
% 热处理生产工艺流程
%&# 生产工艺流程
生产工艺流程如图 1 所示 。
的水淬工艺方式 [1]。
%&% 在线调质热处理工艺
利用定径后钢管的轧制余热 , 在定径出口处用 远红外测温仪对钢管进行连续测温, 依照工艺设 定 , 以钢管后端的终轧温度判定是否进入淬火区 。
试验与研究
#"
钢管在线水淬热处理工艺
陶学智 , 赵永恒 , 刘东升 , 张 玲, 刘 沛 , 于津祺
( 天津市无缝钢管厂 , 天津 300220 )
摘
要 : 介绍了天津市无缝钢管厂运用锻造热处理工艺理论及工艺模拟试验 , 在现有的热轧管生产线上实施
在线内外喷水淬火和离线回火的调质工艺生产 N80 钢级光套管的情况 。 生产实践证明 , 在大生产模式的条件下实 施该调质工艺 , 钢管的综合力学性能稳定 , 达到了预期效果 。 该工艺也是一种节能增效的工艺 。 关键词 : 无缝钢管 ; 在线调质热处理 ; 环保型水淬 ; 回火 ; 工艺方案 中图分类号 : TG156 文献标识码 : B 文章编号 : 1001-2311 (2006 )02-0021-04
600 600 660 660 660 660 660 660 670 670 670 670
60 60 55 55 58 58 58 58 55 55 55 55
索氏体 索氏体 索氏体 索氏体 索氏体 索氏体 索氏体 索氏体 索氏体 索氏体 索氏体 索氏体
810 830 655 655 585 590 575 645 635
陶学智 (1962- ), 男 , 高级工程师 , 主要从事钢 管 生 产工艺 、 新产品开发与技术创新工作 。
" 工艺思路
依据天津市无缝钢管厂 J55 钢级石油套管的生 产工艺方案 , 本工艺路线设想为 : 管坯经加热后穿 孔 → Assel 轧 制 → 定 径 ( 充 分 利 用 钢 管 轧 制 后 的 余 热 ), 钢 管 在 热 状 态 下 ( 910 ～ 860 ℃ ) 温 降 至 830 ～
37～43 47～51 43～47 49～50 36～41 41～42 32～35 42～46 32～33 39～41 47～48 46～47
通过对若干个样管 ( 在不同的班次 、 时间 、 材 质 、 规格 ) 所作的金相组织分析 , 淬火后的组织均 为板条状马氏体组织 。 但 3 号 、 5 号样管有较粗大 针叶状马氏体组织 , 而且硬度值偏低 , 造成的原因 为冷却水的温度较高 (80～90 ℃)。 !%& 回火试验 将箱式电阻加热炉 ( 保温性能较好 、 加热温度
780 ℃ , 直接进行在线水淬 , 然后收集 , 在步进式 加热炉内进行高温回火处理 (600～650 ℃ ), 再进入
步进式冷床空冷至室温 , 收集 ( 淬火与回火交叉进 行 ), 最后 进 入 精 整 作 业 区 , 进 行 矫 直 、 切 头 尾 、
钢 管 2006 年 4 月 第 35 卷第 2 期
在轧制节奏较稳定的条件下 , 用气割枪取定径 后钢管头部或尾部 500～600 mm 样管段 , 并在手提 式测温仪监测下 , 将样管在 780～810 ℃ 时放入水槽 ( 水槽尺寸 600 mm ×800 mm ×500 mm) 内 冷 却 , 取 样后做金相及硬度试验 。 试验统计结果见表 1。
!"- #$"% &’() *+’(),’") -+./’00 1.+ 2)’’3 -$4’ 5$)6 78)%+ 9:%"/6$";
Tao Xuezhi , Zhao Yongheng, Liu Dongsheng , Zhang Ling, Liu Pei , Yu Jinqi
( Tianjin Municipal Seamless Steel Tube Plant, Tianjin 300220 , China )
[1]
生产线 , 其投资费用通常在 2 000 万元以上 。 针对 天津市无缝钢管厂钢管生产线的工艺和设备特点 , 依据热处理工艺理论 , 设计了无缝钢管在线环保型 水淬 + 离线回火的调质热处理工艺方案 。 并借助天 津市无缝钢管厂现有的实验设备 , 进行了大量的生 产模拟试验 , 从轧制节奏到温降速度 , 从淬火方式
938 927 960 1 029 922 919 901 911 916 912 842 853
802 792 796 802 778 796 802 796 797 781 778 781
45～50 60～70 40～50 40～50 40～50 60～70 80～90 40～50 80～90 40～50 40～50 40～50
!"! 温降速度的测试
钢管从定径机抛出后 , 用手提百度文库测温仪跟踪测 试温度并用秒表测量记录钢管温度降至 780 ℃ 左 右所需的时间 。 对典型品种进行测试统计 。 测试结果 , 钢管降温速度通常为 1.6 ～1.7 ℃/s , 时间与正常轧制节奏基本相同 , 可满足淬火前所需 时间及温度 。
!"$ 淬火试验
1 2 1 2 1 2 3 4 5 6 1 2
37Mn5 37Mn5 33CrMo 33CrMo 37Mn5 37Mn5 37Mn5 37Mn5 37Mn5 37Mn5 33CrMo 33CrMo
!139.7×7.72 !139.7×7.72 !119.0×9.00 !119.0×9.00 !139.7×7.72 !139.7×7.72 !139.7×7.72 !139.7×7.72 !139.7×7.72 !139.7×7.72 !101.6×9.00 !101.6×9.00
Abstra t: Described is the heat treatment of the N80 black casing by means of the on - line internal - external water spray quenching process and the off - line temper process on the hot rolling production line in Tianjin Municipal Seamless Steel Tube Plant based on the application of the forging heat treatment process theory and the relevant process simulation tests. The operation practice proves the quenching and tempering process is capable of ensuring the consistence of the overall mechanical properties thus meeting the expected targets in the massive production of the N80 casings. Moreover the said heat treatment process is also an energy saving one. Key words : Seamless steel tube ; On-line quenching and tempering treatment; Environment-friendly water quenching ; Tempering; Process scheme
人工检验 、 探伤 、 打压 、 称重测长 、 喷标 、 入库 。
! 试
验
通常的淬火 + 回火的调质热处理工艺是将室温 下的管材加热到相变点以上并保温一段时间 , 使其 奥氏体化 , 然后再快速冷却 ( 水冷或油冷 ) 至室温以 获得所需的马氏体组织 , 之后经 600 ～650 ℃ 的高 温回火并保温一段时间以获得较稳定的回火索氏体 组织 , 从而使管材具有较好的综合力学性能 。 淬火工艺的关键技术问题是保证淬火前钢管温 度 , 以及水淬过程中的冷却方式与水淬效果 。 结合 天津市无缝钢管厂的生产工艺方式 , 由管坯轧制成 管材的整个变形过程是在金属组织始终处于完全奥 氏体状态下完成的 , 而且终轧温度均保持在相变点 以上 , 这样可以直接进行淬火 , 获得马氏体组织 。 这种利用定径后管子的余热进行淬火的方式 , 在理 论上是可行的 。 为了进一步验证这一理论 , 做了如 下的工艺模拟试验及测试 。
0 ～1 200 ℃ ) 提 前 预 热 至 设 定 的 回 火 温 度 后 , 将 淬
STEEL PlPE Apr. 2006, Vol. 35, No. 2
试验与研究
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编号 材 质 规格 /mm 回火温度 /℃ 回火时间 /min 金相组织 屈服强度 /MPa 抗拉强度 /MPa 伸长率 /% 备
STEEL PlPE Apr. 2006, Vol. 35, No. 2
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试验与研究
上由上一根荒管咬入至下一根荒管咬入的周期以及 在定径机出口处钢管的终轧温度 。 以生产 ! 139.7 mm ×7.72 mm 套管为例 , 通过 对不同班次的测试 , 正常轧制周期为 52～60 s , 平 均 时 间 为 56 s; 定 径 后 终 轧 温 度 为 860 ～910 ℃ , 平均温度为 890 ℃。
%&$ 水淬方式
采用冷却效果较佳的外层流喷射 + 内轴向喷射
( 1 )*+,-.
进入淬火区的钢管由远红外测温仪再次进行连 续测温校正 , 以确保每根钢管的淬火温度符合设定 值 。 而后将钢管快速翻入内外喷水区 , 启动喷水开 关进行淬火 。 淬火后的钢管由快速移钢机送入收集 栏内 。
钢种钢级 29CrMo44、 P110、 26CrMo4 或 27CrMo44 或 30Mn5 、N80 、35CrMo 淬火温度 780～830 ℃ 水淬能力 15 t/h (1 支/min) 钢管冷却速度 ≥40 ℃/s 回火温度 600～650 ℃ 回火时间 50～60 min