专利名称：一种对合金钢管进行完全退火热处理的方法
技术领域：
本发明涉及合金钢管的生产领域，更具体地讲，涉及一种采用步进式连续淬回火炉对合金钢管进行完全退火热处理的方法。
背景技术：
为保证合金钢管获得较低的硬度指标，一般需要采用完全退火热处理工艺。传统的完全退火热处理工艺是将合金钢管材加热到奥氏体温度以上30 50°C并保温一段时间，待充分奥氏体化后，再以缓慢的冷却速度(一般是随炉缓冷)冷却至550°C后出炉空冷，可以保证其满足较低硬度指标的要求。上述热处理工艺的实质是在奥氏体向铁素体转变的过程中提供非常缓慢的冷却速度，通常只能在车底式炉或室式炉里采取随炉缓冷方式实现这种热处理工艺。连续淬回火炉热处理线通常进行的是调质处理或正回火处理，不具备实现“随炉缓冷”的条件，所以一般不适于进行完全退火热处理。 车底式炉是一种周期式热处理炉，其热处理料台在一台可进出炉子的小车上，小车上有较厚的承重耐火浇筑料起到保温和保护炉底小车机械免受高温影响的作用。备好料后，热处理管材同整个台车体一起进炉进行热处理。由于其保温效果相对较差，适合作退火或完全退火处理，能够方便地控制炉冷降温速度。但在完全退火处理过程中由于台车面、料框和管材重叠堆放的影响，升温时间和均温时间很长，吨管的处理能耗极高。室式炉也是一种周期式热处理炉。室式炉是以耐热料框备好热处理管材后，用装取料机将料框连同管材一起送入炉内进行热处理，若是完全退火的管材则使其随炉降温后出炉空冷。由于其保温效果较好，对于完全退火管材，700°C以下低温段降温速度很慢，热处理周期很长；再加上耐热料框体积较大，热处理中需将其一起加热，升温与均温时间较长。连续式淬回火炉主要有步进式炉和电感应加热炉。中频电感应加热炉是新兴的炉型，设备简单，但保温时间难以控制，只能处理要求单一的调质管。而步进式炉是管材热处理的常用炉型，管材纵向由输送辊道送进炉内，靠炉内的活动耐热钢梁与固定耐热钢梁配合，按设定的步进周期作横向移动，每移动一步，管材在固定梁齿内斜坡上滚动而产生小幅转动，达到逐步翻面的目的；管材在横向移动的过程中，逐渐在加热段升温、均热段均温保温，最后通过炉内辊道纵向出炉冷却。目前国内外的连续式淬回火炉绝大部分采用步进式炉，热处理过程中，耐热步进钢梁结构始终在炉内，没有附加的辅助装置需要加热，能耗较小。在石油裂化装置中常用的lCr5Mo、lCr9Mo合金钢无缝钢管，因其使用条件要求，钢管的硬度须小于187HBU79HB或163HB(随标准不同而不同)，同时还需满足一定的拉伸强度和冲击韧性指标。一般生产这类钢管采用完全退火热处理工艺并且主要是在室式炉进行，虽然能够保证产品质量要求，但是生产效率低、能耗高，而且仅适合小批量生产，尤其是薄壁管受装炉限制，效率更低。当遇到需要进行完全退火工艺的钢管生产批量大，而受室式炉处理能力限制而无法实现大批量连续生产，甚至严重影响产品生产周期和交货期的问题时，如何利用现有的步进式淬回火炉高效、节能的生产优势，实现lCr5Mo、lCr9Mo等合金钢无缝钢管高效连续的完全退火热处理，对发挥规模优势、降低生产成本，具有重大意义。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。本发明的目的在于提供一种能够克服热处理设备的限制而实现较大批量连续生产的利用步进式连续淬回火炉对合金钢管进行完全退火热处理的方法。为了实现上述目的，本发明提供了一种对合金钢管进行完全退火热处理的方法，所述方法采用步进式连续淬回火炉对待处理管料顺序进行一阶退火处理和二阶退火处理，所述步进式连续淬回火炉包括顺序设置的淬火炉和回火炉，其中，所述一阶退火处理包括如下步骤淬火炉进料，在淬火炉的预热段、加热一段进行升温；在淬火炉的加热二段进行
保温；在淬火炉的均热段进行炉冷降温；所述二阶退火处理包括如下步骤淬火炉出料，空过淬火装置并快速进行回火炉进料；在回火炉的预热段、加热一段前半段进行保温、升温；在回火炉的加热一段后半段、加热二段进行保温；在回火炉的均热段进行炉冷降温，出炉空冷。根据本发明的对合金钢管进行完全退火热处理的方法的一个实施例，在所述一阶退火处理之前，往淬火炉中送入多根打头管料之后再送入待处理管料。根据本发明的对合金钢管进行完全退火热处理的方法的一个实施例，在所述二阶退火处理之前，往回火炉中送入多根接应管料，使所述接应管料快步前进至回火炉的加热一段的中部，进行升温、保温并快退返回到回火炉的预热段接应从淬火炉出炉后要进入回火炉的待处理管料。根据本发明的对合金钢管进行完全退火热处理的方法的一个实施例，控制待处理管料从淬火炉出料到回火炉进料结束的过程时间不超过3分钟。根据本发明的对合金钢管进行完全退火热处理的方法的一个实施例，使用淬火装置的步进移钢机将从淬火炉出料的待处理管料移送至回火炉。根据本发明的对合金钢管进行完全退火热处理的方法的一个实施例，控制淬火炉的加热一段温度为高于钢种的Ae3温度O 80°C、加热二段温度为高于钢种的\3温度50 80°C、均热段温度为低于钢种的怂3温度20 70°C ;控制回火炉的加热一段温度为低于钢种的Aa温度20 50°C、加热二段温度为低于钢种的Aa温度30 50°C、均热段为低于钢种的Aci温度100 150。。。根据本发明的对合金钢管进行完全退火热处理的方法的一个实施例，所述待处理管料在步进式连续淬回火炉中的步进周期为150 600s。本发明通过把完全退火热处理所要求的随炉缓冷过程巧妙地分解到步进式连续淬回火炉的淬火炉和回火炉中两步完成，即两阶连续退火，从而以连续高效的热处理方式达到完全退火热处理工艺的要求。并且，本发明将原本用于管材调质的热处理线——步进式连续淬回火炉用于大批量连续高效地进行管材的完全退火热处理，并能够灵活调整工艺参数来控制管材的性能指标，创造性地增加了调质热处理线的热处理功能，提高了设备利用效率。
图I是本发明示例所获得Φ219. ImmX IOmm规格产品的500倍金相组织图。图2是本发明示例所获得Φ 193. 7mmX IOmm规格产品的500倍金相组织图。
具体实施例方式在下文中，将详细说明本发明的对合金钢管进行完全退火热处理的方法。步进式连续淬回火炉的一般调质热处理步骤为将管材从上料台自动翻到淬火炉的入炉辊道上，接到炉子的要料信号后炉门打开、辊道起动往炉内送料，管材进入炉内靠自动检测定位后炉门关闭，活动梁起动，将管材从炉内辊道上横移到固定梁上第一个加热工位(也称为齿，下文均称为齿)，等待一个周期后再将管材移向下一齿，批量的管材就这样排着队一步一步向前移，炉内按预热段、加热段和均热段分段控制炉温，管材经过加热段的升温，均热段的均温与保温后，管材具备出炉条件；在淬火装置具备淬火、给出要料信号，淬 火炉本身又具备出料条件的情况下，炉门打开，出炉辊道起动，红管被送出淬火炉，送到淬火装置进行淬火；淬完火后，管材被淬火装置的步进式移钢机横移送到回火炉的入炉辊道上，在接到回火炉的要料信号后回火炉炉门打开，入炉辊道起动并将管材送入回火炉，管材进入炉内靠自动检测定位后炉门关闭，同淬火炉一样，通过活动梁与固定梁的配合，批量的管材就排着队一步一步向前横移，管材经过加热段的升温，均热段的均温与保温后，管材具备出炉条件。所以，步进式连续淬回火炉适合大批量生产，尤其是薄壁管的生产，步进周期短，生产效率很高，而且能耗低。另外，由于室式炉对管材进行热处理时，管材是堆放，升温与降温均会产生较大的热应力，会因堆放重力和热应力原因而使管材产生较大的椭圆度和弯曲度；而在步进式连续淬回火炉中，管材是一齿一支或两齿一支有规律地排放，而且每移动一齿都会翻动一个角度，加热均匀且不易变凹、变弯。因此，使用步进式连续淬回火炉处理的管材的椭圆度和弯曲度应该会更好。考虑到步进式连续淬回火炉的上述好处，本发明旨在利用该设备进行合金钢管的完全退火热处理，以满足高效处理的要求。一般来说，淬火炉有48 65齿，加热和保温温度相对较高；回火炉一般有78 100齿，加热和保温温度相对较低；如果使两者互相配合，两座炉子则会有5 6个温度控制段，若充分利用各段的温控能力，则完全可以实现连续地完全退火热处理工艺。根据本发明的对合金钢管进行完全退火热处理的方法，所述方法采用步进式连续淬回火炉对待处理管料顺序进行一阶退火处理和二阶退火处理，所述步进式连续淬回火炉包括顺序设置的淬火炉和回火炉，其中，一阶退火处理包括如下步骤淬火炉进料，在淬火炉的预热段、加热一段进行升温；在淬火炉的加热二段进行保温；在淬火炉的均热段进行炉冷降温；二阶退火处理包括如下步骤淬火炉出料，空过淬火装置并快速进行回火炉进料；在回火炉的预热段、加热一段前半段进行保温、升温；在回火炉的加热一段后半段、力口热二段进行保温；在回火炉的均热段进行炉冷降温，出炉空冷。上述步骤实际上是将完全退火热处理所要求的随炉缓冷过程巧妙地分解到步进式连续淬回火炉的淬火炉和回火炉中两步完成，通过控制淬火炉和回火炉的温度来控制待处理管料每一阶段的实际处理温度，从而高效、连续的实现待处理管料的完全退火热处理，其中，淬火炉、回火炉各段的温度可以根据实际的热处理制度进行具体设置。由于多数步进式连续淬回火炉的淬火炉的控温段均分为加热一段、加热二段和均热段，但有规格较小的淬火炉则只有加热段和均热段，如果淬火炉只有加热段和均热段，则可在加热段中进行升温和保温。在一阶退火处理中，待处理管料于淬火后升温保温，充分发生奥氏体转变；在淬火炉的均热段进行降温，第一是完成一部分炉冷功能，第二可使待处理管料出炉时管温较低，在炉外运行后进入回火炉时温降较小，第三是回火炉的预热段温度相对较低，进入该段的待处理管料温度较低可避免在该段继续降温，有利于实现保温升温。在二阶退火处理中，在回火炉的预热段、加热一段前半段升温后，在加热一段后半段和加热二段进行保温，保温时间充分，可以让奥氏体充分转变为铁素体；回火炉的均热段设置温度较低，待处理管料进入后进行降温，实现第二步炉冷降温功能，避免贝氏体的产生。由于回火炉的预热段没有烧嘴，只能靠加热段、均热段的高温烟气来保持一定的温度；该工艺的待处理管料进入回火炉的温度较高，实际执行中会在加热一段前半段即被加热到 预定温度，从加热一段后半段起即进入保温阶段，再加上回火炉的加热二段进行保温，保温时间充分，可以让奥氏体充分转变为铁素体。上述两阶退火处理的设置能够让待处理管料的整个升温、保温和降温过程符合完全退火的工艺要求，使奥氏体充分转变为铁素体，降低钢材的硬度和强度，提高其塑性。其中，由于回火炉的预热段并没有烧嘴，而回火炉的加热一段、加热二段与均热段的烧嘴产生的高温烟气需要经过预热段后再进入烟道，因此预热段实际是靠高温烟气来加热并保持一定的温度，其温度难以准确控制。但如果将炉压控制为微正压，在该段温度升到某一较高温度时，待处理管材在预热段能够不降温或降温幅度极小，也能够在进入加热一段时保证其温度稳定在控制温度的范围内，即实现保温。另外，淬火炉的预热段也有这样的结构和功能，只是其入炉的待处理管料为常温状态，温度波动相对较大。根据本发明，步进式连续淬回火炉还包括设置在淬火炉和回火炉之间的淬火装置，这是因为步进式连续淬回火炉在进行调质热处理时需对待处理管料进行淬火处理，因此设置有淬火装置。而在完全退火热处理中，并不需要淬火处理的步骤，因此本发明中需空缺掉所述淬火处理步骤，即使待处理管料空过所述淬火装置后再进入回火炉中。在热处理过程中，淬火炉实现升温、均温和保温，待炉内降到一定温度后，使待处理管料空过两座炉子之间的淬火装置，及时进入回火炉进行温度控制。而通过淬火装置的过程是空冷，温降相对较大，自然会将一个退火工艺分成两个部分。实践中，可以通过调节淬火炉的出炉辊道、淬火装置的移钢机和回火炉的入炉辊道速度来控制其中的过渡时间，并利用组织相变的规律和过冷度的影响，尽可能的将中间空冷所造成的影响消除。实践证明，只需将过渡时间控制在3分钟以内即可。步进式淬回火炉辊道及淬火装置移钢机的电机都采用变频调速，只需调整电机频率即可，简单方便。在本发明的一个实施例中，在一阶退火处理之前，往淬火炉中送入多根打头管料之后再送入待处理管料。由于炉膛较大，开始进料进行热处理时，空炉部分温度高，头几支待处理管料的受热会因此而明显优于后面的待处理管料，造成头几支待处理管料的升温速度与保温时间与之后进行正常处理的待处理管料有较大差距。所以，对于温度较敏感的管材，在进正式的待处理管料前先进一定数量的废管打头，使后面正式的待处理管料都能经过相同的热处理状态，该批废管即为打头管料，这也是通过连续式步进淬回火炉调控批量热处理的待处理管料性能均匀性的一种操作方式。在本发明的再一个实施例中，在二阶退火处理之前，往回火炉中送入多根接应管料，使接应管料快步前进至回火炉的加热一段的中部，进行升温、保温并快退返回到回火炉的预热段接应从淬火炉出炉后要进入回火炉的待处理管料。为了保证待处理管料进行二阶退火处理后的效果能够达到完全退火的性能组织水平，在二阶退火处理之前，可以先在回火炉中装入接应管料，如废管，将接应管料先进到回火炉的加热段烧透后使接应管料达到较高的温度，再使其返回至预热段来提高预热段的温度，并将之后进入的待处理管料顺利接应到加热段，之后进入的待处理管料就会在预热段建立动态温度平衡，实际生产中配合炉压控制会达到与入炉管温持平的状态。具体地，使接应管料快进到回火炉加热一段中间进行升温、保温后，再使其快退返回到预热段以提高该段的温度，从而接应在淬火炉完成一阶退火处理后进入回火炉进行二阶退火处理的待处理管料，使其满足退火工艺的温度要求。
优选地，控制待处理管料从淬火炉出料到回火炉进料结束的过程时间不超过3分钟，以减小中间空冷对待处理管料组织的不良影响。优选地，可以使用淬火装置的步进移钢机将从淬火炉出料的待处理管料移送至回火炉，以提高工作效率。各炉的炉温控制是根据炉子和钢种特性来确定的。根据本发明，控制淬火炉的加热一段温度为高于钢种的Ae3温度O 80°C、加热二段温度为高于钢种的Ae3温度50 80°C、均热段温度为低于钢种的怂3温度20 70°C ;控制回火炉的加热一段温度为低于钢种的Aa温度20 50°C、加热二段温度为低于钢种的Aa温度30 50°C、均热段为低于钢种的Aa温度100 150°C。其中，淬火炉的预热段温度不需要控制，因为进入的待处理管料是常温，预热段的功能是对其进行低温加热。而回火炉的预热段测温靠炉顶，准确度较差，只要温度比入炉的待处理管料温度高或相近的即可，一般用手提式测温枪辅助调整，温度在650°C左右。待处理管料在步进式连续淬回火炉中的步进周期是根据管料规格、炉子及钢种特性来确定的，优选地，所述步进周期为150 600s。控制步进周期即可控制管材在炉内不同控温段所停留的时间，即决定了其升温与保温的时间。步进周期过长则降低了生产效率，如在高温段还可能因保温时间过长而造成晶粒粗大；步进周期过短则管材保温时间过短或不能烧透到工艺温度，组织转变不充分。另外，进行热处理时，使接应管料与打头管料、打头管料与待处理管料之间的间隔可以为I 2齿。并且，为了使待处理管料从淬火炉出炉后能够快速、安全地空过淬火装置，可以对设备作一些临时处理与调试，如调整步进式移钢机前的分料挡料器的位置，并用耐火纤维包裹进行保护，在生产前以冷管作好调试；为避免未使用的检测元件损坏，可将步进式移钢机的检测元件(接近开关)和回火炉的入炉辊道不耐高温的检测元件暂时拆除。下面将结合具体示例来详细描述本发明。在本示例中，根据本发明所获得产品的技术要求如表I所示表I本示例的产品技术要求
权利要求
1.一种对合金钢管进行完全退火热处理的方法，其特征在于，所述方法采用步进式连续淬回火炉对待处理管料顺序进行一阶退火处理和二阶退火处理，所述步进式连续淬回火炉包括顺序设置的淬火炉和回火炉， 其中，所述一阶退火处理包括如下步骤 淬火炉进料，在淬火炉的预热段、加热一段进行升温； 在淬火炉的加热二段进行保温； 在淬火炉的均热段进行炉冷降温； 所述二阶退火处理包括如下步骤 淬火炉出料，空过淬火装置并快速进行回火炉进料； 在回火炉的预热段、加热一段前半段进行保温、升温； 在回火炉的加热一段后半段、加热二段进行保温； 在回火炉的均热段进行炉冷降温，出炉空冷。
2.根据权利要求I所述的对合金钢管进行完全退火热处理的方法，其特征在于，在所述一阶退火处理之前，往淬火炉中送入多根打头管料之后再送入待处理管料。
3.根据权利要求2所述的对合金钢管进行完全退火热处理的方法，其特征在于，在所述二阶退火处理之前，往回火炉中送入多根接应管料，使所述接应管料快步前进至回火炉的加热一段的中部，进行升温、保温并快退返回到回火炉的预热段接应从淬火炉出炉后要进入回火炉的待处理管料。
4.根据权利要求I所述的对合金钢管进行完全退火热处理的方法，其特征在于，控制待处理管料从淬火炉出料到回火炉进料结束的过程时间不超过3分钟。
5.根据权利要求I所述的对合金钢管进行完全退火热处理的方法，其特征在于，使用淬火装置的步进移钢机将从淬火炉出料的待处理管料移送至回火炉。
6.根据权利要求I所述的对合金钢管进行完全退火热处理的方法，其特征在于，控制淬火炉的加热一段温度为高于钢种的Ara温度O 80°C、加热二段温度为高于钢种的Ac3温度50 80°C、均热段温度为低于钢种的Ae2温度20 70°C;控制回火炉的加热一段温度为低于钢种的Aa温度20 50°C、加热二段温度为低于钢种的Aa温度30 50°C、均热段为低于钢种的Aci温度100 150°C。
7.根据权利要求I所述的对合金钢管进行完全退火热处理的方法，其特征在于，所述待处理管料在步进式连续淬回火炉中的步进周期为150 600s。
全文摘要
本发明提供一种对合金钢管进行完全退火热处理的方法，采用步进式连续淬回火炉对待处理管料顺序进行一阶退火处理和二阶退火处理，步进式连续淬回火炉包括顺序设置的淬火炉和回火炉，一阶退火处理包括如下步骤淬火炉进料，在淬火炉的预热段、加热一段进行升温；在淬火炉的加热二段进行保温；在淬火炉的均热段进行炉冷降温；二阶退火处理包括如下步骤淬火炉出料，空过淬火装置并快速进行回火炉进料；在回火炉的预热段、加热一段前半段进行保温、升温；在回火炉的加热一段后半段、加热二段进行保温；在回火炉的均热段进行炉冷降温，出炉空冷。本发明使用步进式连续淬回火炉对管材进行完全退火热处理，以连续高效的热处理方式达到工艺要求。
文档编号C21D9/08GK102876875SQ201210372510
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者郭元蓉, 邹有富, 吴红, 焉勇, 刘波, 陈雨 申请人:攀钢集团成都钢钒有限公司