無縫鋼管淬火機組的合理選型

王建立

（天津鋼管制造有限公司，天津 300301）

無縫鋼管淬火機組的合理選型

王建立

（天津鋼管制造有限公司，天津 300301）

介紹了國內(nèi)外常見的無縫鋼管淬火機組的類型，描述了各種類型無縫鋼管淬火機組的設(shè)備組成、結(jié)構(gòu)特點和工作原理，分析了各種類型淬火機組的優(yōu)缺點和適用范圍。提出了合理選型的建議：“入槽+內(nèi)噴淬火機組”和“入槽+旋轉(zhuǎn)+內(nèi)噴淬火機組”技術(shù)落后,不宜選用；“旋轉(zhuǎn)+入槽+內(nèi)噴淬火機組”適用于大直徑、大壁厚的鋼管；“外淋+內(nèi)噴淬火機組”適用于中小直徑、中薄壁的鋼管；“隧道式淬火機組”適用于小直徑、薄壁的鋼管及高合金鋼管。

無縫鋼管；淬火;機組；選型

1 引言

大型無縫鋼管廠的主要產(chǎn)品一般都以油田行業(yè)、石化行業(yè)、鍋爐行業(yè)用管為主，這些鋼管不僅要求較高的強度，同時要求具有良好的沖擊性能，隨著各行業(yè)的技術(shù)進步和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，對鋼管的整體性能要求也在不斷提高，熱處理是獲得這些綜合性能的重要途徑，一般要求調(diào)質(zhì)處理。其工藝過程為：加熱（淬火爐）—淬火（淬火機組）--回火（回火爐）。淬火機組是熱處理過程的一臺重要設(shè)備，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量?，F(xiàn)對國內(nèi)外常見的無縫鋼管淬火機組的設(shè)備組成、結(jié)構(gòu)特點、工作原理和應(yīng)用現(xiàn)狀進行介紹，進而論述分析每種機組的特性和優(yōu)缺點，最后提出合理選型的建議。

2 常見淬火機組介紹

2.1 入槽+內(nèi)噴淬火機組

槽內(nèi)淬火機組是一種最原始的淬火機組，其結(jié)構(gòu)和原理如圖1所示。

圖1 入槽+內(nèi)噴淬火機組原理圖

2.1.1 工藝過程

初始狀態(tài)為鋼管夾緊機構(gòu)3是升起狀態(tài)，處于高位，準備接料。前道工序(淬火爐)加熱到淬火溫度的鋼管6由撥料裝置送入裝滿水的水槽1中的管座2上—鋼管夾緊機構(gòu)3將鋼管6靠近內(nèi)噴系統(tǒng)4的一端夾緊—內(nèi)噴系統(tǒng)4向鋼管6內(nèi)噴水—噴水結(jié)束夾緊機構(gòu)3抬起，釋放鋼管6—撥料機構(gòu)將鋼管6移出水槽1。至此，一個工作循環(huán)完成。在此期間，外噴系統(tǒng)5一直向水槽1內(nèi)送水。

2.1.2 設(shè)備及工藝特點

（1）設(shè)備簡單，投資省，維護費用低。

（2）適用于Φ100mm以上的鋼管淬火。

（3）生產(chǎn)節(jié)奏快，產(chǎn)量高。

（4）淬火后鋼管彎曲嚴重，影響后續(xù)的處理和加工，并影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.2 入槽+旋轉(zhuǎn)+內(nèi)噴淬火機組

入槽+旋轉(zhuǎn)+內(nèi)噴淬火機組是入槽+內(nèi)噴淬火機組的改進型，目的是改善鋼管的淬火彎曲問題。其結(jié)構(gòu)和原理如圖2所示。

圖2 入槽+旋轉(zhuǎn)+內(nèi)噴淬火機組原理圖

2.2.1 工藝過程

初始狀態(tài)為鋼管夾緊機構(gòu)3是升起狀態(tài)，處于高位，準備接料。前道工序（淬火爐）加熱到淬火溫度的鋼管6由撥料裝置送入裝滿水的水槽1中的處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的主動旋轉(zhuǎn)托輥2上——鋼管壓輥3下降，并迅速將鋼管6壓住，此時鋼管6已處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)——內(nèi)噴系統(tǒng)4向鋼管6內(nèi)噴水——噴水結(jié)束后，鋼管壓輥3抬起，釋放鋼管6——撥料機構(gòu)將鋼管6移出水槽1。至此，一個工作循環(huán)完成。在此期間，外噴系統(tǒng)5一直向水槽1內(nèi)送水。

2.2.2 設(shè)備及工藝特點

（1）主動旋轉(zhuǎn)托輥2工作條件惡劣，維修量大。

（2）適用于Φ100mm以上的鋼管淬火。

（3）工藝過程可視性差，工作不穩(wěn)定。鋼管落入水中的過程中已經(jīng)發(fā)生彎曲，旋轉(zhuǎn)困難。成功案例少。

（4）淬火后鋼管彎曲嚴重，影響后續(xù)的處理和加工，并影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.3 旋轉(zhuǎn)+入槽+內(nèi)噴淬火機組

旋轉(zhuǎn)+入槽+內(nèi)噴淬火機組是先將熱態(tài)鋼管旋轉(zhuǎn)起來，再冷卻淬火機組，其結(jié)構(gòu)和原理見圖3。

2.3.1 工藝過程

圖3 旋轉(zhuǎn)+入槽+內(nèi)噴淬火機組原理圖

初始狀態(tài)為淬火臺升降油缸3下腔給油，淬火臺框架2處于高位，位于水面之上。同時，淬火臺框架2上的鋼管壓輥5也處于高位，主動旋轉(zhuǎn)托輥4靜止，準備接料。前道工序（淬火爐）加熱到淬火溫度的鋼管8由撥料裝置送到淬火臺框架2上的主動旋轉(zhuǎn)托輥4上——鋼管壓輥5下降，壓住鋼管——主動旋轉(zhuǎn)托輥4啟動，帶動鋼管8旋轉(zhuǎn)—淬火臺提升油缸3上腔給油，淬火臺框架2連同旋轉(zhuǎn)的鋼管8落入裝滿水的水槽1中——內(nèi)噴系統(tǒng)4向鋼管8內(nèi)噴水—噴水結(jié)束后，淬火臺提升油缸3下腔給油，將鋼管8提升到水槽1的液面之上——鋼管壓輥3抬起，釋放鋼管8——撥料機構(gòu)將鋼管8送到下一個工位。至此，一個工作循環(huán)完成。在此期間，外噴系統(tǒng)7一直向水槽1內(nèi)送水。

2.3.2 設(shè)備及工藝特點

（1）設(shè)備復(fù)雜，噸位重，投資費用高，維護費用也高。

（2）適用于Φ100mm以上的鋼管淬火。特別適用于大直徑、中厚壁鋼管淬火。

（3）工藝穩(wěn)定性好，淬火后鋼管直度好，質(zhì)量高。

（4）生產(chǎn)節(jié)奏較慢。

2.4 外淋+內(nèi)噴淬火機組

外淋+內(nèi)噴淬火機組也一種先將熱態(tài)鋼管旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)起來再淬火的淬火機組，其結(jié)構(gòu)和原理如圖4所示。

2.4.1 工藝過程

初始狀態(tài)為鋼管壓輥3處于抬起位置，主動旋轉(zhuǎn)托輥2靜止，準備接料。前道工序(淬火爐)加熱到淬火溫度的鋼管6由撥料裝置送到主動旋轉(zhuǎn)托輥2上——鋼管壓輥3下降，壓住鋼管6——主動旋轉(zhuǎn)托輥4啟動，帶動鋼管6旋轉(zhuǎn)—外淋系統(tǒng)4向鋼管外壁淋水。同時，內(nèi)噴系統(tǒng)5向鋼管6內(nèi)噴水——鋼管冷卻結(jié)束后，停止外淋和內(nèi)噴—鋼管壓輥3抬起，釋放鋼管6——撥料機構(gòu)將鋼管6移到下一個工位。至此，一個工作循環(huán)完成。

圖4 外林+內(nèi)噴淬火機組原理圖

2.4.2 設(shè)備及工藝特點

（1）設(shè)備較復(fù)雜，維修量大。

（2）適用于中小口徑鋼管。一般推薦Φ80～339 mm。

（3）淬火后鋼管直度好，有利于后續(xù)工序的處理和加工。

（4）生產(chǎn)節(jié)奏適中。由于淬火等待時間偏長，對于熱容量相對較小的薄壁小外徑鋼管，有時會影響鋼管的淬火質(zhì)量，應(yīng)注意生產(chǎn)節(jié)奏調(diào)整。

（5）冷卻水耗量大，能耗也大。特別是鋼管內(nèi)徑超過Φ300mm時，內(nèi)噴要充滿鋼管內(nèi)部，所需的水量會非常大。

2.5 隧道式淬火機組

隧道式淬火機組是一種鋼管只有外冷卻，沒有內(nèi)冷卻的淬火機組，其結(jié)構(gòu)和原理如圖5所示。

圖5 隧道式淬火機組原理圖

2.5.1 工藝過程

初始狀態(tài)為給水系統(tǒng)4啟動，淬火隧道內(nèi)噴射環(huán)組2上的噴嘴3都處于正常噴射狀態(tài)。前道工序（淬火爐）加熱到淬火溫度的鋼管5由運輸輥道組1驅(qū)動旋轉(zhuǎn)前進，以設(shè)定的速度通過淬火隧道，即完成了淬火過程。

2.5.2 設(shè)備及工藝特點

（1）設(shè)備簡單，投資省，維護費用低。

（2）適用于中小口徑的薄壁鋼管。

（3）生產(chǎn)節(jié)奏最快，產(chǎn)量最高。鋼管從淬火爐出爐到淬火僅需5s左右。

（4）淬火后鋼管直度好，有利于后續(xù)工序的處理和加工。

（5）冷卻水環(huán)的流量可以分組調(diào)整，控制冷卻速度，為高合金鋼管的淬火創(chuàng)造了工藝條件。

（6）較高的壓力可迅速擊破淬火時鋼管表面產(chǎn)生的蒸汽膜，鋼管整體冷卻均勻，組織轉(zhuǎn)變一致性好。

（7）冷卻水量最小，能耗也最小。

3 淬火機組的特性比較及選型推薦

3.1 淬火機組的特性比較

淬火機組的特性比較如表1所示。

3.2 淬火機組的合理選型推薦

“入槽+內(nèi)噴淬火機組”和“入槽+旋轉(zhuǎn)+內(nèi)噴淬火機組”由于淬火后鋼管彎曲嚴重，嚴重影響后續(xù)處理和加工，導致最終產(chǎn)品成材率底、質(zhì)量差，已成為淘汰機型，不宜選用。

“旋轉(zhuǎn)+入槽+內(nèi)噴淬火機組”淬火后鋼管直度好，質(zhì)量高。適用于100mm的各種壁厚鋼管淬火。由于生產(chǎn)節(jié)奏慢，生產(chǎn)小直徑、薄壁鋼管會損失產(chǎn)量。且由于淬火等待時間長，對于熱容量相對較小的薄壁小外徑鋼管，有時會影響鋼管的淬火質(zhì)量，應(yīng)注意生產(chǎn)節(jié)奏調(diào)整。對于大直徑、大壁厚的鋼管淬火該類型機組具有非常大優(yōu)勢。

“外淋+內(nèi)噴淬火機組”淬火后鋼管直度好，質(zhì)量高。適用于中小直徑的中薄壁鋼管，一般推薦Φ80～3 50mm鋼管。由于該機型冷卻強度稍差，對于長度超過1 3m，壁厚偏厚，淬透性稍差的鋼管，其兩端的金相組織和性能可能差異偏大。且由于淬火等待時間偏長，對于熱容量相對較小的薄壁小外徑鋼管，有時會影響鋼管的淬火質(zhì)量，應(yīng)注意生產(chǎn)節(jié)奏調(diào)整。

“隧道式淬火機組”生產(chǎn)節(jié)奏快，產(chǎn)量高。而且，淬火后鋼管直度好，整根鋼管性能一致性也非常好。由于鋼管只有外部冷卻，冷卻強度較低，故只適用于小直徑薄壁鋼管，一般推薦鋼管Φ1 80mm以下。由于冷卻強度調(diào)整方便，調(diào)整范圍寬，淬火高合金鋼管有明顯的優(yōu)勢。

表1 淬火機組的特性比較

[1]史美堂.金屬材料及熱處理[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1980（7）：131-140.

[2]十二院（校）編寫組.熱處理設(shè)備機械設(shè)計[M].北京：人民教育出版社，1978：428-434.

[3](日)大和久重雄.淬透性(檢測方法和應(yīng)用)[M].趙之昌，才鴻年，譯.北京：新時代出版社，1984：45-52.

[4]樊東黎.強烈淬火—種新的強化鋼的熱處理方法 [J].熱處理，2005（4）：5-7.

Type Selection of Seamless Pipe Quenching Machine

WANG Jian-li

(Tianjin Pipe Manufacturing Company Limited,Tianjin 300301,China)

The paper introduces the common types of seamless pipe quenching machines domestic and abroad,describes their equipment constitution,structural features and working principles and analyzes their advantages,disadvantages and range of application.The author puts forward suggestions for machine selection that"positioning+inner spraying quenching machine"and"positioning+rotation+inner spraying quenching machine"processes should not be chosen and applied due to their outdated technology,"rotation+positioning+inner spraying quenching machine"process is suitable for large diameter and thick wall pipe,"outer+inner spraying quenching machine"process for medium and small diameter and medium wall pipe,and"tunnel type quenching machine"for small diameter and thin wall pipe and high alloy steel pipe.

seamless steel pipe;quench;machine;type selection

2013-01-07

2013-02-07

王建立（196 2—），男，天津人，碩士，高級工程師，主要從事冶金設(shè)備設(shè)計研究和維修管理工作，E-mail：t p c o w a n g j l@1 2 6.com。

（編輯 崔建華）