无缝钢管热处理弯曲畸变的控制

一工艺一无缝钢管热处理弯曲畸变的控制高展，刘春旭，左宏志，陆勋宝钢股份钢管条钢事业部，上海201900摘要CRMN或CRMOV低合金钢无缝钢管要进行调质处理，但淬火时会产生过大的弯曲畸变。通过严格控制钢管淬火的加热和冷却均匀性，钢管淬火时的转动速度、悬出端长度、冷却水量，采用6斜辊矫直钢管过程中的矫直辊的角度、挠度、压力等工艺参数，以及采用内外表面分步冷却的工艺，可使无缝钢管离端部15M长度的弯曲畸变量减小到20MM以下，全长弯曲畸变量减小到长度的006以下。关键词无缝钢管；淬火；弯曲中图分类号TG16284文献标识码B文章编号10081690201502004003CONTROLOFFLEXUREOFSEAMLESSPIPERESULTINGFROMHEATTREATMENTGA0ZHAN，LIUCHUNXU，ZU0HONGZHI，LUXUNTUBE，PIPEANDBARBUSINESSUNIT，BAOSHANIRONSTEELCO，LTD，SHANGHAI201900，CHINAABSTRACTAKINDOFSEAMLESSPIPE，MADEOFCRMNORCRMOVLOWALLOYSTEELS，ISTOBEQUENCHEDANDTEMPERED，HOWEVER，WILLPRODUCEUNDESIREDFLEXURALDEFORMATIONDURINGTHEQUENCHINGSTRICTLYCONTROLLINGPROCESSPARAMETERS，SUCHASUNIFORMITYOFHEATINGANDCOOHNGTHEPIPEFORHARDENING，ROTATINGSPEED，SUSPENDEDENDLENGTHANDCOOLINGWATERFLOWDURINGQUENCHINGTHEPIPE，ANGLE，FLEXIBILITYANDPRESSUREOFSTRAIGHTENINGROLLDURINGSTRAIGHTENINGTHEPIPEINSIXCROSSROLLSTRAIGHTENERANDSOON，COUPLEDWITHRESPECTIVELYQUENCHINGINNERANDOUTERSURFACESOFTHEPIPE，THEFLEXURALDEFORMATIONAMOUNTSALONGALENGTHOF15MAWAYFROMTHEPIPEENDANDTHROUGHOUTTHEPIPEMAYBEREDUCEDTOLESSTHAN20MMANDTOLESSTHAN006OFTHEPIPELENGTH，RESPECTIVELYKEYWORDSSEAMLESSPIPE；QUENCHING；FLEXURE收稿日期20141020作者简介高展1982一，男，福建人，工程师，硕士，现从事热处理与矫直工作。联系电话02126648964EMAILGAOZHANBAOSTEE1EOM225CRLMO钢是低碳调质钢，它的最终热处理是调质处理，其淬火保温后需要进行快速冷却，才能得到淬火马氏体。因此，225CRLMO钢在淬火过程中的冷却速度非常重要，直接影响到调质后的力学性能。为了得到良好的力学性能和显微组织，必须提高此钢的冷却速度。由以上力学性能和显微组织可知，510PA的冷却速度满足其技术要求。4结论1225CRLMO钢叶轮经过真空热处理后，其力学性能符合设计要求。2真空调质处理后叶轮的显微组织为正常回火索氏体。3真空热处理可以减少叶轮在热处理后的氧化、脱碳现象，提高叶轮表面质量。参考文献1刘正东，杨钢，程世长，等225CRLMO钢回火过程中碳化物析出顺序的研究J金属热处理，2005，30430342朱兵，周昌玉，张喜亮，等225CRLMO钢母材及焊缝的回火脆化研究J石油化工设备，2010，395583刘红，张世航，赵剑KMN真空钎焊与真空热处理一体化工艺J机械设计与制造，2002184854包耳，任慧远，张天强，等真空热处理参数的选择J国外金属热处理，2005，26441425包耳，田绍洁，王华淇热处理加热保温时间的369法则J热处理技术与装备，2008，29253556张建国，丛培武，陈志英真空热处理实用技术J热处理技术与装备，2007，2825O一537姜利坤，刘金海，李国禄，等热处理工艺对低合金钢组织和性能的影响J铸造，2009，58214815040。热处理2015年第30卷第2期无缝油套管热处理工艺主要为调质工艺。其在热处理过程中，由于受到热应力或组织应力的影响导致弯曲畸变，极大影响热处理后探伤、螺纹加工和产品质量，严重时造成油田用户无法使用。美国APISPEC5CT标准要求油套管全长弯曲度不大于全长的02，管端15M内的弯曲度不大于318MM。目前国内外油套管生产厂主要通过在热处理后增加钢管矫直工序来控制油套管弯曲度，且多采用效率较高的6斜辊旋转矫直机。由于6斜辊矫直工艺在钢管端部存在矫直盲区，故钢管的管端15M弯曲度控制难度极大，特别是长度长、外径较小的油管产品外径603011430MM，长度8531372M弯曲度控制尤为困难，是各油管生产厂所面临的共同难题。因此研究热处理加热过程、冷却过程及矫直过程弯曲畸变产生的原因及工艺控制，对提升钢管质量水平有着重要意义。1钢管热处理过程中的弯曲畸变控制油井管主要采用CMN系列或CRMOV低合金系列钢种。淬火加热温度主要为880920，加热保温时间为1530MIN；回火加热温度主要为550700，保温时问为4590RAIN。11钢管加热过程中的弯曲畸变控制目前国内外油井管的热处理主要采用步进式加热炉。钢管长度方向上加热温度分布不均导致钢管弯曲畸变产生，故可在加热炉管料长度方向上增加测温及控温点，通过多点控温使得钢管全长方向上的温度差异L5。另外，常规步进式加热炉中对钢管的支撑点多为78点，钢管在加热过程中两端易产生下垂。故可通过对步进式炉中固定梁齿型和活动梁行程的合理设计，使活动梁行程略少于固定梁齿间距。钢管在步进式前进过程中，每步均从固定梁齿位边缘高处滚落，从而使得钢管在前进过程中不断旋转，结合钢管自重进行管端自矫直。经试验，钢管每前进一步转动的角度大于2O。时可有效防止管端弯曲。同时，可通过对固定梁间距的合理设计及钢管在固定梁上的定位控制，使得钢管端部距离固定梁的距离800MM，减少管端下垂量。采取上述措施后，钢管在加热过程中管端15M弯曲度可从50MM以上降低到30MM以下。12钢管冷却过程中的畸变控制国内外油井管水淬主要有如下几种方式浸渍；浸渍加内轴向喷射；外表面层流喷射；外表面层流冷却加内轴向喷射。其中外表面层流冷却加内轴向喷射的冷却效果最好，为大多数厂家所采用。油井管进行外表面层流冷却加内轴向喷射方式淬火时，由一组旋转轮带动钢管进行旋转，以使得钢管在周向上冷却均匀，这时会产生离心力如图1所示，离心力过大和冷却不均匀都会导致钢管在淬火过程中严重弯曲。控制钢管淬火时的弯曲度，可从以下几个方面进行。1采用先外喷后内喷的分步冷却工艺。由于钢管的内喷水是从钢管的一端流向另外一端，钢管在两端的冷却速度不同，从而导致钢管弯曲。故可采用先进行外喷水冷却，使得钢管表层首先发生组织转变，再用内喷水进行冷却的方法，避免钢管弯曲畸变，内喷水比外喷嘴的延时时间可采用210S。2减少钢管在旋转轮上的悬出端长度。通过合理的旋转轮布局及钢管长度控制，将钢管端部悬出量控制在600MM，可有效减小淬火时的离心力，降低钢管管端弯曲度。3合理控制旋转轮转速。4控制水淬旋转轮中心。旋转轮中心偏差对钢管淬火时弯曲度有较大影响。经研究，旋转轮中心极差应控制在05MM。5控制内外喷水量及均匀性。油井管淬火冷却采用外表面层流冷却加内轴向喷射方式时，外喷水量大小及均匀性、内喷水量大小及内喷嘴的对中度也是钢管水淬时弯曲度的重要影响因素。例如对于外径127MM，壁厚10MM的钢管，外喷水量可控制在13002000M。H，内喷水量应在200400MH旋转轮旋转轮图1钢管淬火时受力示意图FIG1ANALYSISONFORCEACTINGONTHEPIPEDURINGQUENCHING2钢管热处理后6辊斜矫直钢管矫直最主要的3个工艺参数分别是角度、挠度和压力，其他影响因素还有矫直辊中心、矫直速热处理2015年第30卷第2期41度、辊型磨损等。钢管在加热、冷却时合理控制弯曲畸变，热处理后运用6辊斜矫直技术，可使管端15M弯曲度降低到20MM以下，全长弯曲度降低到长度的006以下。21矫直辊角度调整在矫直辊中心完好的情况下，矫直辊角度是其他两个工艺参数调整的前提。要获得最佳的矫直效果，必须使得上、下矫直辊的角度完全一致，且必须使得钢管的包络面达到最大。矫直辊的角度是矫直过程中影响钢管直度的重要参数。该角度指的是矫直辊轴线同钢管轴线间的夹角，记作。矫直辊角度越小，则钢管表面与矫直辊的接触线也越长，则对辊压扁矫直的效果越好。受到矫直辊辊面曲线的限制，钢管外径越大，则矫直辊角度也越大。当矫直钢管时，从第1对辊的接触点到第2对辊的接触点，钢管旋转了120。，从第2对辊到第3对辊，钢管再次旋转120。见图2，则可保证钢管在全圆周方向上均受到压扁矫直，矫直效果最好。一12O。图2矫直时钢管的最佳旋转角度图FIG2OPTIMALROTATINGANGLEOFTHEPIPEDURINGSTRAIGHTENING这时矫直辊角度可采用如下公式计算，、TANJ1式中O为矫直辊轴线同钢管轴线间的夹角，。；D为钢管外径，MM；Z为两个矫直辊之间的距离，MM；N为整数。同时，矫直辊角度越大，则矫直辊施加给钢管向前的力就越大。如果上辊和下辊的角度不一致，则它们施加给钢管的力也不一致，会导致力小的一个矫直辊反而对钢管形成了阻力如图3所示，当上下辊角度不一致时，会对钢管产生一个旋转力矩。FF下图3钢管的矫直力矩图FIG3ANALYSISONSTRAIGHTENINGMOMENTFORTHEPIPE钢管受到旋转力矩作用，在前进过程中就会发生端部上翘或下垂。根据这个原理，通过观察钢管在矫直过程中端部偏移，就可以迅速判断出矫直辊的角度匹配情况。22矫直力的计算无论对于对辊压扁矫直还是中辊反弯矫直，矫直力都是一项重要工艺参数。王季军等人。对矫直压力的计算进行了分析，得出了矫直压力的不同计算方法。在各学者理论推导的基础上，进一步进行了计算，并接合实际生产，得出了以下计算公式。66S面2式中，为矫直压力，N；为系数，取值范围为0205，1辊取下限，2辊和3辊取上限；B为钢管与矫直辊的接触长度，MM；为钢管壁厚，MM；O为钢管屈服强度，MPA。23矫直挠度的计算挠度也是矫直中一个十分重要的参数，挠度过小无法实现矫直，挠度过大则钢管易发生管端弯曲或碰伤。基于钢管弹塑性变形原理，可得以下计算公式厂等3式中常数为挠度，MM；E为钢管弹性模量。结合现场生产实际，可取值范围为015036。3结论1炉膛温度均匀性、钢管转动频率、炉内悬出端长度对钢管加热时的弯曲度控制有重要影响。2内外表面分步冷却、钢管悬出端长度、旋转轮转速、旋转轮中心和内外喷水量对钢管冷却时弯曲度控制有重要影响。3优化矫直辊角度