簡析控軋控冷技術在無縫鋼管生產中的應用

歐陽瑞泉 張永良

摘 要：從在線常化工藝、在線淬火工藝和在線快速冷卻工藝等3方面介紹了控軋控冷技術在國內無縫鋼管生產中的應用情況;分析了控軋控冷技術在無縫鋼管生產中應用有待加強的問題。分析討論認為：目前需加強PllO鋼級油井管、高鋼級管線管及高壓鍋爐管的在線熱處理試驗研究;完善檢測手段和控軋控冷裝置;根據機組的類型，選擇適宜的控軋控冷工藝等。

關鍵詞：無縫鋼管;控軋控冷技術;在線常化工藝

一、TMCP技術在無縫鋼管生產中的應用

TMCP技術在無縫鋼管生產中的應用，是在熱軋生產線上軋管工序之后，使鋼管在奧氏體相區內空冷或強制冷卻后，得到均勻金相組織的工藝。該工藝將熱處理過程與軋制變形過程結合在軋鋼連續生產環節;其工藝特點既包含相變，又包含軋制變形;因而屬于現代控軋新工藝的一種。通過在線常化工藝，既可以使鋼材組織均勻，晶粒細化，為進一步熱處理做好準備在線常化工藝中金屬經過兩個相變過程：①荒管從1100oC冷卻到550oC以下，鋼中奧氏體轉變為鐵素體+珠光體;②冷卻后的無縫鋼管經再加熱，鋼中的鐵素體+珠光體組織又轉變為奧氏體組織。這兩個相變過程有以下作用：①大大細化了奧氏體晶粒，而細化的奧氏體組織在冷卻后轉變為細小的鐵素體+珠光體組織;②改變了最終鐵素體+珠光體組織的分布形態，消除了網狀鐵索體組織。國內企業在生產API標準規定的N80鋼級1類油井管時，已采用在線常化工藝路線，來滿足對組織結構和力學性能的要求，并進行了大量的試驗研究。目前國內應用在線常化工藝的較多，所生產的品種、規格和規模也在不斷增加。與離線熱處理生產N80鋼級油井管相比，采用在線常化工藝可節約能源，減少中間運輸環節，降低生產成本。另一種在線正火處理工藝是在鋼管終軋溫度滿足正火溫度要求的情況下，使部分鋼種的無縫鋼管進入冷床冷卻達到正火熱處理的要求。例如部分高壓鍋爐管和管線管的熱處理。

奧氏體不銹鋼鋼管在線固溶熱處理奧氏體不銹鋼是一種鉻鎳合金鋼，其主要合金元素是鎳和鉻。為了使鋼獲得特殊性能，可加入鉬、鈦鈮等其他元素。奧氏體不銹鋼鋼管的在線固溶熱處理實際是采用淬火方式，將碳元素固溶在奧氏體組織中，以形成單一的奧氏體組織。奧氏體不銹鋼鋼管的固溶溫度一般為l000～1150oC，在該溫度下急冷，將碳元素在完全固溶狀態下一直保持到常溫;其冷卻方式因鋼管的材質和厚度的不同可采用水冷、油冷、噴冷（霧、氣）、空冷等方式。在線固溶熱處理設置在穿孔機、擠壓機或定徑機/張力減徑機后。目前，國內的臥式擠壓不銹鋼鋼管生產線都配置了在線固溶熱處理裝置。

二、碳鋼、低合金鋼鋼管在線淬火熱處理

鋼管的在線淬火熱處理是指利用軋制后余熱直接進行水淬，再在線外進行有效回火熱處理的調質熱處理生產過程。采用在線淬火工藝可節省大量能源，而國內生產廠家也對該工藝進行了研究。如某廠對37Mn5材質N80鋼級139.7 mmx7.72 mm、127 mmx7.52mm套管進行了大量生產試驗，經檢測和統計分析，生產的N80鋼級套管的力學性能指標較穩定。國內也有廠家對處理Pll0鋼級套管的類似在線淬火工藝處理進行了探索，但受設備限制，其產品性能指標不是很穩定。在線快速冷卻工藝無縫鋼管在線快速冷卻工藝是基于超快速冷卻技術為核心的新一代控軋控冷（NG—TMCP）技術在無縫鋼管生產中的新生產工藝。超快速冷卻技術是指在精軋機后利用軋制后余熱直接進行熱處理的工藝，其控制原理是對軋制后的奧氏體施以強化冷卻，使金屬在很短時間內迅速冷卻到鐵素體相變溫度附近，從而抑制奧氏體晶粒長大，盡量保持奧氏體的硬化狀態。該工藝在板帶和鋼筋生產中已成功應用。無縫鋼管在線快速冷卻工藝主要受到無縫鋼管沿長度方向冷卻均勻性和內外表面性能一致性的限制，國內某些廠家已進行了相關研究。

三、控軋控冷裝置的完善

（1）在線常化工藝：需主要關注合理選擇常化鏈床長度、鏈床運行速度、冷卻方式、增加水冷環以及再加熱爐的工藝參數設定等。

（2）在線淬火（含在線固溶處理）工藝：需主要關注冷卻方式的選擇，應盡量選擇“內噴+外淋、鋼管夾持旋轉”或“鋼管旋轉的同時浸入水槽、內表面軸流噴水”的淬火方式，后者還可變換為鋼管沿水槽軸向前進或水基液淬火。

（3）在線快速冷卻工藝：需主要關注增加水冷環控制起始溫度、冷卻裝置長度的合理設計、無縫鋼管旋轉機構的合理配置以及對冷卻器噴頭進行合理改進等方面。

四、多倍尺生產時采用在線淬火工藝

多倍尺生產時采用的在線淬火工藝，主要受到淬火后因淬硬而使分段鋸切困難與管腔內空氣排放的限制。常采用單倍尺和兩倍尺生產奧氏體不銹鋼鋼管，可以采取鋼管沿軸線移動、傾斜入水等辦法來排出管腔內空氣，不影響其加工性能，所以能采用固溶處理。對其他淬火后變硬使切削困難的鋼種，可以采用組鋸分段切割后再水淬。

結束語

控軋控冷技術在我國無縫鋼管生產中，既有成功的經驗，也有尚需摸索的領域。作為一種節約能源的應用技術，控軋控冷技術在國內無縫鋼管生產企業中越來越受到重視。對控軋控冷技術的應用體現在兩方面：一方面是通過生產線的改造對已成功使用的在線常化、在線固溶、在線快速冷卻工藝合理利用并不斷優化;另一方面是對未進行大規模工業化生產的在線淬火工藝不斷地摸索并最終應用于工業生產。控軋控冷技術必將成為今后無縫鋼管生產技術發展的新增長點。

參考文獻

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