[发明专利]一种无缝钢管高温快速淬火装置的喷水系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种无缝钢管的加工工艺，特别是其高温快速淬火工艺技术。

背景技术

热处理是钢管冷拔生产中的重要工序，也可以认为是冷拔车间最重要的一道工序，被称为特殊控制工序。钢管热处理的第一道工序是加热；第二道工序是保温；第三道工序是冷却。冷却过程是钢管热处理最关键工序，它决定着钢管在冷却后的金相组织和力学性能。钢管热处理工艺根据不同的钢管热处理温度，结合不同的钢管冷却速度，分为正火、退火、回火、淬火及其它工艺。钢管淬火是几种工艺中最重要的一种工艺，钢管经过淬火后能使钢管的综合性能得到大幅度的提高。由于钢材调质热处理机械性能与钢材的淬火所获得的马氏体百分量有关，钢材淬火所获得的马氏体百分量越高，经调质热处理后钢材的综合机械性能越好。根据30Mn钢的CCT曲线和淬透性。通过比较法，可以近似得出28Mn2钢CCT曲线和淬透性，即当冷却速度大于60℃/s时，能得到50％以上的马氏体组织，淬透性能满足高温快速冷却Φ114.3×6.35以下规格油井管淬火硬度要求。

生产用28Mn2钢所采用的冶金工艺路线为：高炉炼铁、铁水预处理、顶吹转炉炼钢、LF炉外精炼、VD处理和圆坯连铸。钢的化学成分为：C：0.30，Si：0.28，Mn：1.5，P：≤0.018，S：≤0.008，Cr：0.20，Mo：0.014，Al：0.15，Ni：0.005，夹杂物及五害元素含量均符合API标准的规定。硬度试验在TH300洛氏硬度计上进行。采用水淬工艺需要有适合于该工艺的钢种。而CCT曲线和淬透性是检验此钢种能否满足水淬工艺要求的重要依据，同时也是制定相应热处理制度的基础。根据30Mn钢的CCT曲线，采用类似比较法，可近似得出28Mn2钢的CCT曲线。按照API标准的相关要求，对于N80Q钢级，淬火后应获得50％以上的马氏体组织。因此，确定获得50％马氏体组织的冷却速度，对于检验钢种的淬透性及实际生产具有重要的指导意义。28Mn2钢完全奥氏体化后，在冷却速度为60℃/S左右时，可得到50％的马氏体组织。因此选择适当的淬火装置和水淬工艺对获得大于50％的马氏体组织是相关重要的。

在钢管的各种淬火技术中，以水作为淬火介质可以减少环境污染，降低生产成本，提高管材性能。钢管水淬主要有淬火环淬火、水槽淬火和台架淬火3种形式。

淬火环淬火是对钢管外表面或内外表面进行喷淬，钢管在辊道上一边前进一边淬火。此种淬火方式生产效率较低，生产规格比较单一，近年已很少采用。

水槽淬火是将加热后的钢管置于充满淬火介质的水槽中，利用水槽中的水冷却钢管的内、外表面。采用这种方式淬火的钢管极易弯曲，特别是小口径的钢管更容易弯曲。

台架淬火是近年来出现的一种新型钢管淬火冷却形式，它是把钢管放在淬火台架上压紧，在钢管旋转的同时，对钢管进行内表面轴流冷却、外表面层流冷却的水淬技术，此种淬火方式可以使钢管获得较为理想的冷却效果，但该设备结构复杂，需要占用较大的场地，并且设备本身造价很高、后期维护和使用成本较高。

油井管作为一种较为特殊的钢管产品，通常采用低碳合金或合金钢制造，绝大部分适宜以水为淬火介质进行淬火冷却处理。28Mn2钢是用于水淬工艺生产N80钢级油井管管体的钢种。按照API标准的要求，N80钢级的钢种应在淬火后得到大于50％的马氏体组织的，此时材料的最小硬度由下面公式确定：HRC_min＝52X(％C)+21。根据此公式可计算出28Mn2钢的HRC_min约为HRC36。由30Mn钢在不同淬火温度下，与HRC36所对应的距淬火端距离(淬透性指数)。采用类似比较法，便可得到28Mn2钢的淬透性指数变化规律。随着淬火温度的升高，材料的淬透性指数也从4.78mm增至6.79mm，即在这个厚度范围内，试样组织中含有50％的马氏体组织。

由上述对28Mn2材料的CCT曲线和淬透性的分析结果表明，选择适当的热处理工艺制度，对于壁厚小于6.79mm的28Mn2材料钢管采用单面冷却淬火是完全能够保证同截面各处组织中含有大于50％以上的马氏体组织。从而通过适当回火就能够满足API 5CT/N80-Q的组织性能要求。

但采用水作为淬火介质具有低温冷却速度太快、冷却特性对水温变化太敏感等特点，容易导致钢管产品在淬火冷却过程中出现淬裂、硬度不均且畸变严重等现象。

发明内容

本发明目的在于发明一种综合性能好、成本低、效率高的油井用Φ114.3×6.35以下规格无缝钢管高温快速淬火装置。