简析控轧控冷技术在无缝钢管生产中的应用

欧阳瑞泉 张永良

摘 要：从在线常化工艺、在线淬火工艺和在线快速冷却工艺等3方面介绍了控轧控冷技术在国内无缝钢管生产中的应用情况;分析了控轧控冷技术在无缝钢管生产中应用有待加强的问题。分析讨论认为：目前需加强PllO钢级油井管、高钢级管线管及高压锅炉管的在线热处理试验研究;完善检测手段和控轧控冷装置;根据机组的类型，选择适宜的控轧控冷工艺等。

关键词：无缝钢管;控轧控冷技术;在线常化工艺

一、TMCP技术在无缝钢管生产中的应用

TMCP技术在无缝钢管生产中的应用，是在热轧生产线上轧管工序之后，使钢管在奥氏体相区内空冷或强制冷却后，得到均匀金相组织的工艺。该工艺将热处理过程与轧制变形过程结合在轧钢连续生产环节;其工艺特點既包含相变，又包含轧制变形;因而属于现代控轧新工艺的一种。通过在线常化工艺，既可以使钢材组织均匀，晶粒细化，为进一步热处理做好准备在线常化工艺中金属经过两个相变过程：①荒管从1100oC冷却到550oC以下，钢中奥氏体转变为铁素体+珠光体;②冷却后的无缝钢管经再加热，钢中的铁素体+珠光体组织又转变为奥氏体组织。这两个相变过程有以下作用：①大大细化了奥氏体晶粒，而细化的奥氏体组织在冷却后转变为细小的铁素体+珠光体组织;②改变了最终铁素体+珠光体组织的分布形态，消除了网状铁索体组织。国内企业在生产API标准规定的N80钢级1类油井管时，已采用在线常化工艺路线，来满足对组织结构和力学性能的要求，并进行了大量的试验研究。目前国内应用在线常化工艺的较多，所生产的品种、规格和规模也在不断增加。与离线热处理生产N80钢级油井管相比，采用在线常化工艺可节约能源，减少中间运输环节，降低生产成本。另一种在线正火处理工艺是在钢管终轧温度满足正火温度要求的情况下，使部分钢种的无缝钢管进入冷床冷却达到正火热处理的要求。例如部分高压锅炉管和管线管的热处理。

奥氏体不锈钢钢管在线固溶热处理奥氏体不锈钢是一种铬镍合金钢，其主要合金元素是镍和铬。为了使钢获得特殊性能，可加入钼、钛铌等其他元素。奥氏体不锈钢钢管的在线固溶热处理实际是采用淬火方式，将碳元素固溶在奥氏体组织中，以形成单一的奥氏体组织。奥氏体不锈钢钢管的固溶温度一般为l000～1150oC，在该温度下急冷，将碳元素在完全固溶状态下一直保持到常温;其冷却方式因钢管的材质和厚度的不同可采用水冷、油冷、喷冷（雾、气）、空冷等方式。在线固溶热处理设置在穿孔机、挤压机或定径机/张力减径机后。目前，国内的卧式挤压不锈钢钢管生产线都配置了在线固溶热处理装置。

二、碳钢、低合金钢钢管在线淬火热处理

钢管的在线淬火热处理是指利用轧制后余热直接进行水淬，再在线外进行有效回火热处理的调质热处理生产过程。采用在线淬火工艺可节省大量能源，而国内生产厂家也对该工艺进行了研究。如某厂对37Mn5材质N80钢级139.7 mmx7.72 mm、127 mmx7.52mm套管进行了大量生产试验，经检测和统计分析，生产的N80钢级套管的力学性能指标较稳定。国内也有厂家对处理Pll0钢级套管的类似在线淬火工艺处理进行了探索，但受设备限制，其产品性能指标不是很稳定。在线快速冷却工艺无缝钢管在线快速冷却工艺是基于超快速冷却技术为核心的新一代控轧控冷（NG—TMCP）技术在无缝钢管生产中的新生产工艺。超快速冷却技术是指在精轧机后利用轧制后余热直接进行热处理的工艺，其控制原理是对轧制后的奥氏体施以强化冷却，使金属在很短时间内迅速冷却到铁素体相变温度附近，从而抑制奥氏体晶粒长大，尽量保持奥氏体的硬化状态。该工艺在板带和钢筋生产中已成功应用。无缝钢管在线快速冷却工艺主要受到无缝钢管沿长度方向冷却均匀性和内外表面性能一致性的限制，国内某些厂家已进行了相关研究。

三、控轧控冷装置的完善

（1）在线常化工艺：需主要关注合理选择常化链床长度、链床运行速度、冷却方式、增加水冷环以及再加热炉的工艺参数设定等。

（2）在线淬火（含在线固溶处理）工艺：需主要关注冷却方式的选择，应尽量选择“内喷+外淋、钢管夹持旋转”或“钢管旋转的同时浸入水槽、内表面轴流喷水”的淬火方式，后者还可变换为钢管沿水槽轴向前进或水基液淬火。

（3）在线快速冷却工艺：需主要关注增加水冷环控制起始温度、冷却装置长度的合理设计、无缝钢管旋转机构的合理配置以及对冷却器喷头进行合理改进等方面。

四、多倍尺生产时采用在线淬火工艺

多倍尺生产时采用的在线淬火工艺，主要受到淬火后因淬硬而使分段锯切困难与管腔内空气排放的限制。常采用单倍尺和两倍尺生产奥氏体不锈钢钢管，可以采取钢管沿轴线移动、倾斜入水等办法来排出管腔内空气，不影响其加工性能，所以能采用固溶处理。对其他淬火后变硬使切削困难的钢种，可以采用组锯分段切割后再水淬。

结束语

控轧控冷技术在我国无缝钢管生产中，既有成功的经验，也有尚需摸索的领域。作为一种节约能源的应用技术，控轧控冷技术在国内无缝钢管生产企业中越来越受到重视。对控轧控冷技术的应用体现在两方面：一方面是通过生产线的改造对已成功使用的在线常化、在线固溶、在线快速冷却工艺合理利用并不断优化;另一方面是对未进行大规模工业化生产的在线淬火工艺不断地摸索并最终应用于工业生产。控轧控冷技术必将成为今后无缝钢管生产技术发展的新增长点。

参考文献

[1]陈凤保.控轧控冷技术在无缝钢管生产中的应用[J].南方农机，2017，48（23）：85-86.

[2]马丁，张正谋，杨周瑾，刘愿军.控轧控冷技术在无缝钢管生产中的应用研究[J].石化技术，2016，23（10）：185.

[3]彭龙洲，陈利明，杜新立，吕庆功，王红炜.简析控轧控冷技术在无缝钢管生产中的应用[J].钢管，2013，42（04）：7-10.