一种热轧无缝钢管在线连续冷却的方法与流程

本发明属于金属材料加工与成型技术领域，特别涉及一种热轧无缝钢管在线连续冷却的方法。

背景技术：

热轧无缝钢管主要生产过程为管坯经环形炉加热后输送至穿孔机穿孔，穿孔后的荒管经连轧管机进行轧制，再经定（减）径机定径，最后输送至冷床。由于穿孔及连轧过程中变形抗力较大，受设备及工序限制，穿孔和连轧均在较高的温度下进行，且定径后的管材大多采用空冷，而空冷的冷却速率极低，由于缺乏冷却路径控制的有效手段，往往容易造成管材显微组织晶粒粗大，且包含有大量不良组织，因而导致管材强度较低，无法满足客户需要，这一问题在中厚壁无缝钢管中尤为明显。为解决这一问题通常需要对管材进行轧后离线热处理（如通过热处理炉再加热方法，使钢管组织重新奥氏体化，出炉后再空冷至室温或采用淬火机淬火），但采用离线热处理一方面会增加产品的生产周期，另一方面也会增加生产成本。对于热轧后或定径后的热轧无缝钢管，钢管仍处于高温阶段（在组织上仍处于奥氏体），如果能开发出高效的在线连续冷却方法，可以充分利用细晶强化、相变强化等热轧钢铁材料综合强化机制提高材料强度和韧性。

目前针对热轧无缝钢管在线连续冷却技术装备的研究工作已经有了一定的进展：住友金属工业株式会社开发的“钢管冷却的方法”由CN1092239C公开，该方法大体是使水平的钢管绕管轴原位置旋转，沿钢管长度方向采用一条或两条缝隙出流形成的层流水流冷却外壁，内壁冷却通过用喷嘴等供水机构在钢管一端向管内供水，该方法主要用于马氏体系不锈钢管的淬火冷却。但该冷却方法中采用原位置旋转及外壁采用一条或两条狭缝形成层流水流冷却钢管的方法不能满足钢管轧制生产线钢管连续输送的需要，且无法精确控制被冷却钢管的冷却终止温度，只能单一的实现钢管的淬火冷却。

鞍山钢铁公司开发的“钢管连续控制冷却装置”由CN86202942U公开，该装置通过冷却器形成旋转的水流冷却钢管或在附加的旋转水流腔内实现钢管的冷却，但该方法因采用旋转水流的冲刷作用来冷却钢管，而在钢管冷却过程中旋转水流的可控性差，同样无法实现钢管冷却终止温度的精确控制。

天津钢管集团股份有限公司开发的“热轧无缝钢管在线控制冷却的工艺方法”由CN101157096A公开，该方法是将钢管原运输辊道线的一定长度区域更换为可变角度辊道，钢管出定径机后，通过热金属检测器检测到钢管后，使可变角度辊道组在电气驱动扭转机构作用下按照设定角度倾斜，控制冷却装置采用气体、气雾作为冷却介质，钢管在可变角度辊道组的作用下旋转前进并通过控制冷却装置进行冷却，钢管通过控冷装置冷却完毕后，可变角度辊道组再回转复位。每冷却一根钢管，可变辊道组需要扭转复位一次。该方法通过电气驱动机构频繁扭转辊道（每冷却一根钢管扭转复位一次）实现钢管旋转前进，操作较为复杂，且最大温降值约为270℃，冷却能力较差，组织调控能力有限，且没有实现直接淬火工艺。

CN101396695A公开了“一种热轧无缝钢管在线加速冷却装置及方法”，采用水平旋转机构和电气元件控制设备调整辊道角度使钢管改变前进方式的方法，没有说明具体的钢管控制冷却方法；该方法采用的冷却器为上、下，左、右对称布置的喷水方法，实际操作中难以实现对旋转钢管圆形断面冷却的全面覆盖，在钢管冷却过程中存在冷却盲点，也不能实现精确控制被冷却钢管的温度及冷却均匀性。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种热轧无缝钢管在线连续冷却的方法，可实现无缝钢管的在线连续可控冷却以及直接淬火工艺，从而降低对合金元素及离线热处理的依赖。本发明的技术方案为：

一种热轧无缝钢管在线连续冷却的方法，所述方法通过传送辊道、翻管机构、控制冷却装置和自动化控制系统实现，所述传送辊道由连接定径机的直辊道和平行于所述直辊道的斜辊道组成，所述斜辊道直接穿过所述控制冷却装置；所述翻管机构位于所述直辊道和所述斜辊道之间，用于在所述直辊道和所述斜辊道之间传送钢管；所述控制冷却装置包括平行设置的系列独立圆形喷环，所述独立圆形喷环内侧沿圆周均匀分布有3~6圈倾斜高压喷嘴；所述自动化控制系统与所述传送辊道、翻管机构、控制冷却装置电连接；所述方法包括以下步骤：

（1）热轧无缝钢管完全通过定径机后，将其在直辊道上经由翻管机构传送至斜辊道，斜辊道的运行速度控制范围为0.3~2.0m/s之间；

（2）在斜辊道上，钢管以螺旋前进的方式通过依据钢管尺寸规格事先调节好高度的控制冷却装置，使得钢管与各圆形喷环的轴心重合，并根据工艺需要控制圆形喷环开启数量与开启方式，调节圆形喷环中冷却水压力为0.2~0.8MPa，冷却水流量为30~120m³/h，使钢管以5~40℃/s的冷速实现在线控制冷却；

（3）冷却完毕，水冷终冷温度在150~750℃的钢管完全出控制冷却装置，在斜辊道上经由翻管机构再次回到直辊道，再传送至冷床空冷至室温；

（4）上一只钢管完全出控制冷却装置时对下一根钢管进行步骤（1）~（3）的在线冷却过程。

上述方法中，所述斜辊道的辊道轴线与钢管运行方向垂直方向的夹角大于5°且小于等于20°。

上述方法中，所述系列独立圆形喷环的数量根据工艺需求设定，其中每个独立圆形喷环中每圈倾斜高压喷嘴的数量为30~50个，所述倾斜高压喷嘴与钢管运行方向呈50~80°夹角，并且热轧无缝钢管进入方向的独立圆形喷环的倾斜高压喷嘴圈数大于或等于出口方向的独立圆形喷环的倾斜高压喷嘴圈数，根据工艺的实际需要设定钢管进入方向和出口方向的独立圆形喷环的倾斜高压喷嘴圈数，实现对钢管精调温度的目的。

本发明方法在直辊道和斜辊道之间设置翻管机构，针对不需要进行控制冷却的钢管，由直辊道空冷输送至冷床；针对需要进行控制冷却的钢管，则利用翻管机构将钢管传送至斜辊道进入控制冷却装置完成控制冷却工艺生产；可实现两种工艺的快速自由切换和各个工艺的连续实施，保证了热轧无缝钢管生产过程中在线控制冷却工艺的连续性和高效性。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

1．本发明在定径机后采用两条辊道布置形式，可实现控制冷却工艺与原轧线空冷工艺的快速自由切换，保证了热轧无缝钢管生产过程中控制冷却工艺的连续、高效实施。

2．本发明的控制冷却系统采用高压射流冷却方式，可显著提高冷却效率，可以对钢管内外壁同时进行冷却，减小了厚壁管由于内外壁冷速差异较大造成的组织性能不均。

3．本发明具备多种调节手段，通过调整斜辊道速度、独立圆形喷环的开启数量和开启方式、冷却水压力、流量参数，可实现钢管冷却速度在5~40℃/s范围内、冷却终止温度在150～750℃之间的多种冷却路径控制，以满足不同钢种的工艺需求。

4．本发明适用于壁厚10～60mm的任一外径尺寸规格常规热轧无缝钢管，适用范围广。

附图说明

图1为本发明所述的热轧无缝钢管在线连续冷却工艺布置示意图；

图2为图1中圆形喷环的平面结构示意图；

其中，1-定径机，2-直辊道，3-斜辊道，4-翻管机构，5-独立圆形喷环，6-倾斜高压喷嘴，7-冷床。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语‘设置’、‘连接’应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

一种热轧无缝钢管在线连续冷却的方法，所述方法通过传送辊道、翻管机构、控制冷却装置和自动化控制系统实现，所述传送辊道由连接定径机1的直辊道2和平行于所述直辊道2的斜辊道3组成，所述斜辊道3的辊道轴线与钢管运行方向垂直方向的夹角为10°，所述斜辊道3直接穿过所述控制冷却装置；所述翻管机构4位于所述直辊道2和所述斜辊道3之间，用于在所述直辊道2和所述斜辊道3之间传送钢管；所述控制冷却装置包括平行设置的系列独立圆形喷环5，其平面结构如图2所示，所述独立圆形喷环5内侧沿圆周均匀分布有4圈倾斜高压喷嘴6，每圈倾斜高压喷嘴6的数量为40个，所述倾斜高压喷嘴6与钢管运行方向呈60°夹角，并且热轧无缝钢管进入方向的独立圆形喷环的倾斜高压喷嘴圈数等于出口方向的独立圆形喷环的倾斜高压喷嘴圈数；所述自动化控制系统与所述传送辊道、翻管机构、控制冷却装置电连接；图1提供了本发明的热轧无缝钢管在线连续冷却工艺布置示意图，所述方法包括以下步骤：

（1）热轧无缝钢管完全通过定径机后，初始温度为980~1000℃，将其在直辊道上经由翻管机构传送至斜辊道，调节斜辊道的运行速度在0.6~1.0m/s；

（2）在斜辊道上，钢管以螺旋前进的方式进入事先依据钢管尺寸规格调节高度的控制冷却装置，使得钢管与各圆形喷环的轴心相重合，同时根据工艺需要控制圆形喷环的开启数量和开启方式，并调节圆形喷环中冷却水压力为0.4~0.6MPa，冷却水流量为50~80m³/h，使钢管以10~20℃/s的冷速在线控制冷却；

（3）冷却完毕，温度在650~680℃的钢管完全出控制冷却装置后，并将下一支热轧无缝钢管开始步骤（1）~（3）的在线冷却过程；

（4）将温度在650~680℃的钢管经由翻管机构再次传送回直辊道，再由直辊道传送至冷床空冷至室温。

本实施例的热轧无缝钢管规格为406.4×50mm（外径×壁厚）的Q345B热轧无缝钢管。在线控制冷却与原轧线空冷工艺的钢管产品轧态力学性能对比如表1所示。通过所述的在线连续冷却方法，对钢管组织性能调控，解决了轧态性能不合、需要离线热处理的问题。

表1 本实施例的在线控制冷却与原轧线空冷工艺的钢管产品轧态力学性能对比