阅读说明：本技术 钢管整体感应淬火专用装置及方法 (Special device and method for integral induction quenching of steel pipe ) 是由 杨煌光 袁进峰 张洋波 段松 李刚 李倩 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种钢管整体感应淬火专用装置及方法,所述专用装置包括连接接头,所述连接接头由左段、中段和右段依次连接而成,所述左段能够伸入一个所述钢管内,所述右段能够伸入另一个所述钢管内,所述中段能够位于两个首尾对接的所述钢管之间。该专用装置为一种可以循环使用的用于平端钢管(钢管的两端平头)的连接接头,使用在无缝钢管整体感应淬火生产过程中,能有效防止淬火过程冷却水流入钢管内孔；有效减轻感应加热端部效应；成功解决中碳CrMo薄壁无缝钢管(如42CrMo、4140、4145、4130等)整体感应淬火过程中的端部开裂、整体弯曲、性能不均匀等技术难题。(The invention provides a special device and a method for integral induction quenching of steel pipes, wherein the special device comprises a connecting joint, the connecting joint is formed by sequentially connecting a left section, a middle section and a right section, the left section can extend into one steel pipe, the right section can extend into the other steel pipe, and the middle section can be positioned between the two steel pipes which are butted end to end. The special device is a connecting joint which can be recycled and is used for a flat-end steel pipe (two flat ends of the steel pipe), and can effectively prevent cooling water from flowing into an inner hole of the steel pipe in the quenching process when the special device is used in the integral induction quenching production process of the seamless steel pipe; the induction heating end effect is effectively reduced; the technical problems of end cracking, integral bending, uneven performance and the like in the integral induction quenching process of the medium-carbon CrMo thin-wall seamless steel pipe (such as 42CrMo, 4140, 4145, 4130 and the like) are successfully solved.)

钢管整体感应淬火专用装置及方法

技术领域

本发明涉及热处理领域，特别涉及一种钢管整体感应淬火专用装置及方法。

背景技术

感应热处理具有能流密度大、加热速度快、热效率高、对环境影响少等优点，被广泛应用于石油钻采、地质钻探、煤矿挖掘、基建探测等领域的各种高强度薄壁钢管整体调质热处理，其产品以高强度、高韧性、细晶粒、无脱碳、少氧化等优点，在小批量薄壁无缝钢管调质得到很大推广应用。但因感应加热的固有特点，在中碳CrMo薄壁无缝钢管调质过程中存在端部开裂、整体弯曲、性能不均匀等技术难题。

面对以上难题，目前常见三种解决。1、钢管两端切平，淬火时控制相邻钢管头尾相连。这种方法操作简单，但是第一支钢管的头端和最后一支钢管的尾端端部效应明显，钢管在旋转前进过程中，要想末端自然首尾相连而不发生错位、水淬过程内孔不进水，这几乎不可能做到。2、钢管两端切平后端部用电焊堵住，再按方法1生产。这一办法可以彻底解决端部进水问题，但是电焊效率低下，成本增加，不适合大批量生产。3、端部用石棉或耐火泥等耐高温材料封堵，再按方法1生产。这一做法简单，但是耐高温材料很难阻挡高压冷却水浸入内孔，同时会污染淬火介质。因此这三种方法都不能很好的避免中碳CrMo薄壁无缝钢管(如42CrMo、4140、4145、4130等)在整体感应水淬过程中出现的端部开裂、整体弯曲、性能不均匀等技术难题。

因此需要一种钢管整体感应淬火专用装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢管整体感应淬火专用装置及方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钢管整体感应淬火专用装置，所述专用装置包括连接接头，所述连接接头由左段、中段和右段依次连接而成，所述左段能够伸入一个所述钢管内，所述右段能够伸入另一个所述钢管内，所述中段能够位于两个首尾对接的所述钢管之间。

进一步地，在上述的专用装置中，所述左段、所述中段和所述右段均为空心的圆柱体结构且互相连通，所述中段的外径大于所述左段和所述右段的外径，所述左段的外径与所述右段的外径相等。

进一步地，在上述的专用装置中，所述中段的长度M为20mm-30mm，所述左段和所述右段的长度L均为50mm-60mm。

进一步地，在上述的专用装置中，所述左段和所述右段的外径D1比所述钢管的内径小2mm-5mm。

进一步地，在上述的专用装置中，所述中段的外径D与所述钢管外径之间的差小于等于1mm且大于等于-1mm。

进一步地，在上述的专用装置中，所述连接接头的材质为20号或45号钢。

进一步地，在上述的专用装置中，所述左段和所述右段的壁厚S均为8mm-10mm。

进一步地，在上述的专用装置中，所述左段和所述右段均包括圆环体和中空锥台，所述左段的圆环体一端和所述右段的圆环体一端分别连接在所述中段的左右两端，所述左段的圆环体的另一端和所述右段的圆环体的另一端均连接一个所述中空锥台的大端，

优选地，所述圆环体的外径与所述中空锥台的大端外径一致，所述圆环体的内径与所述中空锥台的内径一致，所述中空锥台的小端外径与内径一致，优选地，所述中空锥台的内壁与外表面之间的夹角为13-15°。

进一步地，在上述的专用装置中，所述专用装置还包括陶瓷纤维布，所述陶瓷纤维布分别缠绕在所述左段和所述右段的所述圆环体的外表面，以使缠绕所述陶瓷纤维布后的所述圆环体的外径等于所述钢管的内径。

另一方面，提供了一种钢管整体感应淬火方法，利用上述的专用装置，所述方法包括如下步骤：

步骤1、所述钢管的两端切成平头，将感应淬火生产线的辊道设置为分段控制且为变频；

步骤2、所述连接接头的两端部缠绕陶瓷纤维布，缠绕后所述连接接头的两端部外径与所述钢管的内径一致；

步骤3、将所述连接接头的一端部塞入待调质的所述钢管一端的内壁，将多个一端塞有所述连接接头的所述钢管依次在所述辊道上通过且使前后相邻的两个所述钢管之间有一个所述连接接头，在进行感应淬火前，分段控制辊道速度使位于后方的所述钢管的速度快于相邻的前方的所述钢管的速度，进而使位于后方的所述钢管自动跟上并通过所述连接接头的另一端部与相邻的前方所述钢管连接，实现相邻的两支所述钢管紧密连接；

步骤4、所述钢管依次完成感应淬火和回火后，控制辊道速度使位于后方的所述钢管的速度慢于前方的所述钢管的速度，进而使位于后方的所述钢管与所述连接接头脱开；

步骤5、将回火后且分开的多个所述钢管冷却，然后将相邻的前方的所述钢管与所述连接接头脱开；

步骤6、将所述连接接头拿到淬火工艺的上料区域，循环步骤3-5，实现所述连接接头的循环使用；

优选地，所述辊道倾斜设置，所述辊道与水平面之间的夹角为8°-10°；

优选地，感应淬火生产线的冷却喷嘴与所述钢管前进方向之间的夹角为35°-40°。

分析可知，本发明公开一种钢管整体感应淬火专用装置及方法，该专用装置为一种可以循环使用的用于平端钢管(钢管的两端平头)的连接接头，使用在无缝钢管整体感应淬火生产过程中，能有效防止淬火过程冷却水流入钢管内孔；有效减轻感应加热端部效应；同时实现相邻钢管首尾有效自动连接和分开，该专用装置结合特殊的感应淬火加热和冷却控制，成功解决中碳CrMo薄壁无缝钢管(如42CrMo、4140、4145、4130等)整体感应淬火过程中的端部开裂、整体弯曲、性能不均匀等技术难题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1本发明一实施例的结构示意图。

图2为图1的侧视示意图。

图3为专用装置与两个钢管装配后的竖向截面示意图。

图4为感应淬火生产线的冷却喷嘴的轴线与钢管前进方向之间存在夹角β的示意图。

附图标记说明：1中段；2左段；3右段；4陶瓷纤维布；5钢管；6喷嘴；

M中段的长度；D中段的外径；D1左段的外径和右段的外径；S左段和右段的壁厚；α中空锥台的内壁与外表面之间的夹角；C钢管前进方向；β冷却喷嘴的轴线与钢管前进方向之间的夹角。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种钢管整体感应淬火专用装置，该专用装置为相邻两支钢管5提供过度接头，既该专用装置能够在感应淬火加热前对相邻的两支钢管5进行连接，进而解决钢管5在感应淬火加热过程中的端部效应和在冷却过程的钢管5内孔进水的问题，该专用装置包括连接接头，连接接头由左段2(A端部)、中段1和右段3(B端部)依次连接而成，左段2能够伸入一个钢管5内，右段3能够伸入另一个钢管5内，中段1可以卡在两个相邻且首尾对接的钢管5之间。

进一步地，左段2、中段1和右段3均为空心的圆柱体结构且相互连通，中段1的外径大于左段2和右段3的外径，中段1形成突出左段2和右段3的台阶，左段2的外径与右段3的外径相等，方便制作和处理同种规格的钢管5。优选地，左段2、中段1和右段3的内径相等，如此设置能够使在调质过程中的钢管5的内孔依次连通，有利于钢管在加热和冷却过程内孔热量和气流的传递，同时左段2、中段1和右段3采用空心圆柱体结构也便于连接接头的加工制作。

进一步地，中段1的长度M为20mm-30mm(比如21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mm)，如此设置是为了方便手拿连接接头在热处理前接上钢管5的一端和热处理结束时从钢管5的一端取出，左段2和右段3的长度L均为50mm-60mm(比如51mm、52mm、53mm、54mm、55mm、56mm、57mm、58mm、59mm)，如此设置能够便于在连接接头的两端部缠绕陶瓷纤维布4，保证连接接头与钢管5内孔连接的平稳，综合考虑上述尺寸能够保证连接接头的强度、连接接头的合理重量，并且能否防止钢管5从连接接头上脱落。

左段2和右段3的外径D1与钢管5内径的尺寸越接近，则需缠绕陶瓷纤维布4的厚度就越薄，钢管5在感应淬火过程中的端部效应影响就越小，感应淬火的加热温度及回火冷却的均匀性越好，最终性能更稳定，综合考虑缠绕陶瓷纤维布4的便利性和连接接头的重复使用，优选地，左段2和右段3的外径D1均比钢管5的内径小2mm-5mm。

进一步地，中段1的外径D与钢管5外径之间的差控制在±1mm范围内，既中段1的外径D与钢管5外径基本一致。如此设置能够减轻在整体感应淬火工艺中钢管5产生的端部效应和连续生产辊道走钢。

左段2的外表面、中段1的外表面和右段3的外表面的粗糙度Ra的上限值可为12.5μm。粗糙度没有硬性要求，正常机加工水平就行，也可以不做控制。

进一步地，为了保证连接接头的强度使连接接头能够循环利用，连接接头的材质为20号或45号钢。

进一步地，左段2和右段3的壁厚S为8mm-10mm。左段2和右段3的壁厚太薄则循环使用时容易变形、太厚则钢管5的端部效应会明显加强。

进一步地，左段2和右段3均包括圆环体和中空锥台，两个圆环体一端分别连接在中段1的左右两端，两个圆环体的另一端均连接一个中空锥台的大端。圆环体的外径与中空锥台的大端外径一致，圆环体的内径与中空锥台的内径一致，中空锥台的小端外径与内径一致。中空锥台的内壁与外表面之间的夹角α为13-15°、优选为14°，如此设置能够方便地实现左段2和右段3分别与两支钢管5连接。

进一步地，专用装置还包括可耐1000℃高温的陶瓷纤维布4，陶瓷纤维布4分别缠绕在左段2和右段3的圆环体的外表面，以使缠绕陶瓷纤维布4后的左段2和右段3的圆环体的外径等于钢管5的内径。如此设置能够使左段2和右段3分别与两支钢管5密封连接，防止在感应淬火过程中，水进入钢管5的内孔，如果没有陶瓷纤维布4会有少量水进入钢管内孔。陶瓷纤维布4的一面带有粘性，便于与连接接头粘接、也便于陶瓷纤维布4之间互相粘接。

具体地，连接接头的使用方法为：在辊道侧边的上料平台上均匀放置多根待调质的钢管5，将连接接头的两端均缠绕陶瓷纤维布4，将多个的缠绕了陶瓷纤维布4的连接接头的一端分别塞入待调质的钢管5一端的内壁，钢管5逐支通过固定拨料拨到分段控制的辊道上且保证前后相邻的两个钢管5之间安装有一个连接接头，在进行感应淬火前，分段控制辊道速度，使位于后方的钢管5的速度快于前方的钢管5的速度，进而使位于后方的钢管5自动跟上并套住连接接头的另一端，实现相邻的两支钢管5紧密连接。如图3所示，A端部为通过人工手动塞进钢管5一端内壁，注意端部水平平稳塞入，防止连接接头倾斜，钢管5的内壁与缠绕在连接接头A端部的陶瓷纤维布4紧密接触、钢管5的平端与台阶(中段1)紧密接触，防止水进入钢管5内孔。正常走钢过程中，开始进料时，在入口段辊道的前段辊道速度比后段速度慢，后面一支钢管5自动跟上前方的相邻钢管5端部的连接接头，并自动套入缠绕了陶瓷纤维布4的连接接头的B端部，并且使后面一支钢管5的内壁与连接接头的B端部的陶瓷纤维布4紧密接触，进而通过该连接接头实现了相邻钢管的紧密连接；脱开过程正好相反，既陶瓷纤维布4在受到高温加热和冷却以后，很容易与钢铁分开，因此当出口段辊道速度比正常工艺速度快时，连接接头的一端或连接接头的另一端与其连接的钢管5自然会分开，进而使相邻的两根钢管5脱开。

本发明还公开了一种利用包括上述连接接头的专用装置进行钢管整体感应淬火方法，方法包括如下步骤：

步骤1、为了能够方便地将连接接头塞入钢管5内，待调质钢管5的两端需为平头且两端设置有倒棱或钢管5的端部圆滑。将感应淬火生产线的辊道设置为分段控制且为变频，可以无极调节不同辊道段频率，实现在正常走钢过程中，钢管5能够自动与连接接头紧密连接或脱开；

步骤2、连接接头的两端部缠绕陶瓷纤维布4，缠绕后连接接头的两端部的圆环体外径与钢管5的内径一致，为防止在感应淬火过程中水进入钢管5内孔做准备；

步骤3、将缠绕了陶瓷纤维布4的连接接头的一端部(例如连接接头的左段2)通过人工手动塞入待调质的钢管5一端的内壁，在此过程中，连接接头的端部需保证水平平稳塞入钢管5，防止连接接头倾斜，并且使钢管5内壁与连接接头一端的外表面紧密连接、钢管5的一端与连接接头的中段1紧密连接，防止水进入内孔，将多个钢管5依次通过辊道且使前后相邻的两个钢管5之间有一个连接接头，在进行感应淬火的进料前，在正常走钢的过程中，分段控制辊道速度使位于后方的钢管5的速度快于前方的钢管5的速度，进而使位于后方的钢管5自动跟上并套住连接接头的另一端(例如连接接头的右段3)，实现相邻的两支钢管5自动紧密连接；前后辊道的速度差以位于后方的钢管5开始进入感应加热区前能与安装在前方的钢管5的连接接头紧密连接为宜，具体与感应加热区辊道长度和工艺要求加热区辊道速度有关，需要结合现场实际确定。

步骤4、钢管5依次完成感应淬火和回火后，控制辊道速度使位于后方的钢管5的速度慢于前方的钢管5的速度，进而使位于后方的钢管5与连接接头自动脱开；前后辊道的速度差以两支钢管5能够自动脱开为宜。

步骤5、钢管5冷却以后，脱开连接接头；

步骤6、将连接接头拿到上料区域，重复步骤3-5，实现连接接头的循环使用。对于相同规格的钢管5，连接接头可以直接循环使用，对于不同规格钢管5，经过在连接接头的两端(连接接头的左段2和右段3)重新缠绕不同厚度陶瓷纤维布4后，也可以再次使用。优选地，辊道倾斜设置，辊道与水平面之间的夹角为8-10°，如此设置可以实现钢管5在前进过程中有一定的旋转速度，保证加热和冷却均匀。

优选地，如图4所示，感应淬火生产线的冷却喷嘴6的轴线与钢管5前进方向C之间的夹角β为35°-40°(比如35°、36°、37°、38°、39°、40°)，进而使冷却水由冷却喷嘴6喷出的方向与钢管5前进方向之间的夹角β为35°-40°，如此设置能够实现在确保冷却强度的提前下，避开高压水跟连接接头与钢管5之间的直接冲击，同时在内孔大量热气的作用下，避免冷却水进入钢管5内孔，冷却水由冷却喷嘴6喷出的方向与钢管5前进方向C之间的夹角β设置为35°-40°为确保钢管5内孔不进水的又一关键措施。

在实际生产中，该连接接头与一面带有粘性的陶瓷纤维布4(可耐1000℃高温)、及辊道的分段变频控制相结合，成功解决解决钢管5在感应淬火加热的过程中产生的端部效应和在淬火冷却过程中的钢管5内孔进水问题。在对钢管5进行感应淬火的过程中，由于第一支和最后一支的钢管5均有一端没有封堵措施而导致这两支钢管5的内孔进水，因此对于第一支钢管5重新进行感应淬火处理，对于最后一支钢管5的尾部(没有连接接头的一端)进行切除处理用以消除端部影响区，切除长度约为150mm。

实施例1

在本实施例中，待调质钢管的钢种为42CrMo-B、规格89×19(外径×壁厚)，单支钢管的长度为8.5m、重量为15吨。

连接接头的设计尺寸如表1：

表1连接接头的设计尺寸(单位mm)

D	D1	L	S	M
					89	47	50	8	20

将连接接头的两端缠绕高温石棉布(陶瓷纤维布4)，使连接接头刚好能够紧扣连接两只钢管的内部为宜。经过上述感应淬火工艺对钢管进行调质，感应淬火的温度为830-840℃、回火温度为645-655℃，完成调质的钢管其性能和弯曲度如表2。

表2完成调质钢管5的性能和弯曲度

从上表可以看出：经感应淬火工艺热处理后整批钢管的性能均匀性很好，弯曲度达到1.0-1.5mm/m，没有发生端部开裂现象，完全达到常规整体调质的性能及用户要求。

实施例2

在本实施例中，待调质钢管的钢种为4140+QT、规格为57×14(外径×壁厚)，单支钢管的长度为8.5m、重量为10吨。

将连接接头的两端缠绕高温石棉布(陶瓷纤维布4)，使连接接头刚好能够紧扣连接两只钢管的内部为宜。经过感应淬火工艺对钢管进行调质，感应淬火的温度为830-840℃、回火温度为665-675℃。

对比例1

在本对比例中，待调质钢管的钢种为4140+QT、规格为57×14(外径×壁厚)，单支钢管的长度为8.5m、重量为10吨。

通过现有技术(在未使用对接接头的情况下直接对钢管进行感应淬火调质)的感应淬火工艺对钢管进行调质，感应淬火的温度为830-840℃、回火温度为665-675℃。

待调质钢管分别通过实施例2和对比例1完成调质后，钢管性能及弯曲度对比如表3。

表3实施例2和对比例1中完成调质后，钢管性能及弯曲度对比

通过表3数据可以看出使用本发明中的专用装置(实施例2)进行调质的钢管不管是性能均匀性、还是弯曲度及端部开裂都明显优于不用连接接头(对比例1)进行调质的钢管。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明公开了一种钢管5整体感应淬火专用装置，该专用装置为一种可以循环使用的用于平端钢管5(钢管5的两端平头)的连接接头，使用在无缝钢管5整体感应淬火生产过程中，能有效防止淬火过程冷却水流入钢管5内孔；有效减轻感应加热端部效应(感应加热端部效应是指感应加热时端部温度常高于或低于非端部温度，也就是端部效应影响了坯料轴向功率分市，使轴向加热温度不一样)；同时实现相邻钢管5首尾有效自动连接与分开，该专用装置结合特殊的感应淬火加热和冷却控制，成功解决中碳CrMo薄壁无缝钢管5(如42CrMo、4140、4145、4130等)整体感应淬火过程中的端部开裂、整体弯曲、性能不均匀等技术难题。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。