[發明專利]一種提高HFW焊管熱軋后強韌性的在線控冷方法及裝置

有效

• 申請號: 201310093389.4
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103128108A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 畢宗岳;韋奉;張錦剛;張峰;唐俊;王濤;李敬波;李周波;王軍
• 申請（專利權）人: 寶雞石油鋼管有限責任公司
• 主分類號: B21B37/74
• 分類號: B21B37/74;B21B45/02
• 代理公司: 寶雞市新發明專利事務所 61106
• 代理人: 李鳳岐

技術領域

本發明屬于高頻直縫焊管制造技術領域，具體涉及一種提高HFW焊管熱軋后強韌性的在線控冷方法及裝置。

背景技術

在油井管制造工藝中，無論是無縫管還是HFW（High?Frequency?Welding）焊接管，為了提高生產效率，使管徑和壁厚改變易于控制，一般要采用熱張力減徑工藝技術，對毛坯管進行加熱狀態下的熱機械軋制和拉拔，由于熱軋后組織重新發生奧氏體化，其后的相變若不加以控制，便會造成管體內部組織粗大，導致強度和韌性大幅下降，難以滿足油氣鉆采現場使用要求。為了解決這個問題，除采用合金化之外，還需要將軋制成的成品管進行離線熱處理，如淬火及回火處理，這樣必將增加龐大的熱處理設備，同時需要消耗大量的資源及能源。例如，對于常規的熱軋無縫J55，一般采用較高碳含量的37Mn5圓鋼坯（0.35~0.40%C、1.2~1.5%Mn）經穿孔、熱軋及張力減徑而直接制得，但由于含碳量高，雖然保住了強度卻犧牲了韌性；對于熱軋HFW?J55，由于37Mn5碳含量過高、可焊性差而須采用更低碳含量的原料，其HFW焊接母管經熱軋減徑后雖然保住了韌性卻犧牲了強度，僅勉強達到H40水平，若后續通過離線調質熱處理提升強韌性則會導致大幅增加成本、產品競爭力下降。

為了解決這個矛盾，節約資源及能耗，降低成本，可考慮充分利用鋼管熱軋后的余熱進行在線熱處理（在線控制冷卻甚至在線淬火），將變形強化和相變強化結合進行，實現管材熱軋后的組織轉變和性能有效調控，降低能耗及生產費用。雖然控軋控冷技術已成功應用到板帶材及線棒材領域，但迄今為止，仍未見HFW焊管熱軋后在線控冷甚至淬火的可靠裝置及成熟工藝的相關報道。存在的難題，首先是冷卻均勻性控制，由于鋼管截面形狀的特殊性導致冷卻過程中難以確保沿鋼管軸向、周向及壁厚方向的冷卻均勻性；其次，冷卻工藝控制，由于控制冷卻的工藝窗口窄，而不同規格的HFW焊管熱軋減徑后管坯的走速范圍寬（0.9m/s~3.6m/s），在此速度范圍內要將所有規格的熱軋減徑管坯快速、均勻在線冷卻到指定的溫度區間，這對在線控冷裝備冷卻能力及其精確控制要求非常嚴格。因此，鋼管在線控冷技術被普遍認為是工程界難題。

發明內容

本發明解決的技術問題：提供一種提高HFW焊管熱軋后強韌性的在線控冷方法及裝置，在降低碳及合金元素含量的前提下，將HFW焊接母管經熱軋減徑后、仍在管材相變溫度A_c3以上的管坯經過在線控冷裝置，進行控制冷卻，不但實現了沿鋼管周向、軸向及壁厚方向的冷卻均勻性，而且通過合理的冷卻工藝控制，有效控制管材組織轉變，實現晶粒細化及抑制帶狀偏析，得到所需的組織，如貝氏體、甚至馬氏體等，提高了全管體的強度和韌性，獲得良好的綜合性能，同時節約成本、降低資源及能源消耗。

本發明的技術解決方案：一種提高HFW焊管熱軋后強韌性的在線控冷方法，首先采用中頻感應加熱方式，將HFW焊管快速、均勻加熱到奧氏體化相變溫度A_c3以上80~200℃，然后進行熱軋減徑得到所需規格的管坯，隨后使仍在相變溫度A_c3以上的管坯旋轉通過在線控冷裝置，以≥15℃/s的平均冷卻速率快冷至所需溫度，使HFW焊管的微觀組織得到細化，提高全管體的強韌性，獲得良好的綜合性能。

所述HFW焊管以0.30~3.30m/s的速度旋轉通過在線控冷裝置，并控制HFW焊管以15~45℃/s的冷卻速率快冷至所需溫度，隨后進入鏈式冷床實施空冷到室溫。

所述在線控冷裝置的冷卻速率≥50℃/s，實現HFW焊管在線淬火處理。

一種提高HFW焊管熱軋后強韌性的在線控冷裝置，包括變頻水泵、噴水器、噴嘴和傳動裝置；所述噴水器呈環形結構，噴水器的進水管與變頻水泵的出水口連接，噴水器內壁沿周向均布噴嘴；所述傳動裝置設置在噴水器之間，驅動HFW焊管以一定速度旋轉前進。

所述噴嘴為直線型空心錐形噴嘴,?噴嘴的噴射區域呈圓環形,通過可調球形接頭沿噴水器內壁周向均布兩排,且噴嘴噴射方向的垂直夾角為10~20°，使噴嘴的噴射方向與鋼管前進方向呈一定夾角。

所述噴水器以不小于1.2米的間距均勻布置，使鋼管以多級“冷卻-快速回溫-再冷卻-再快速回溫”的階梯式冷卻方式快冷到所需溫度，減小鋼管內外壁的冷速梯度，確保鋼管壁厚方向的冷卻均勻性。

所述傳動裝置通過控制傳動電機和可調傾角的V型斜輥控制鋼管旋轉前進的速度和轉速。

本發明具有的優點和效果：