專利名稱：馬氏體類不銹鋼管的熱處理工序用氣冷設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于馬氏體類不銹鋼管的熱處理工序的氣冷設(shè)備。本發(fā)明特別是 涉及一種能夠提高在熱處理工序中對鋼管內(nèi)表面進行氣冷時的冷卻效率，而縮短熱處理工 序所需要的時間的氣冷設(shè)備。
背景技術(shù)：
由于馬氏體類不銹鋼管具有優(yōu)良的耐CO2腐蝕性，因此從以前開始被廣泛用于油 井用途等。另一方面，馬氏體類不銹鋼管，由于其材料的淬透性極高，因此若熱處理工序中 的用于淬火的冷卻全部由水冷進行，則容易產(chǎn)生淬火開裂。因此，馬氏體類不銹鋼管的熱處 理工序的淬火通常采用自然冷卻、或向鋼管的外表面噴射空氣的氣冷方法，由于冷卻需要 很長的時間，因此熱處理效率變低。以解決上述的熱處理效率較低的缺點為其一目的，提出了例如在國際公開第 2005/035815號小冊子(以下稱為專利文獻1)中記載的方法。專利文獻1所述的方法是利 用在Ms點(當(dāng)淬火冷卻時，鋼的馬氏體相變開始的溫度)附近以外的溫度范圍內(nèi)即使水冷 也難以產(chǎn)生開裂的現(xiàn)象，來組合快速冷卻的水冷和氣冷的方法。具體而言，在專利文獻1中 公開了一種對鋼管進行加熱而使其奧氏體化之后，按水冷、氣冷、水冷的順序進行冷卻的淬 火方法。關(guān)于上述氣冷，在專利文獻1中公開了一種具有如下結(jié)構(gòu)的氣冷裝置，即，利用風(fēng) 扇或鼓風(fēng)機從下方開始使鋼管的整個外表面冷卻，且能夠利用空氣噴嘴使管端內(nèi)表面冷卻 (專利文獻1的說明書的0062段)。通常，與鋼管外表面的氣冷相比，鋼管內(nèi)表面的氣冷的冷卻效率較高。這是因為， 在進行鋼管外表面的氣冷時，由于鋼管內(nèi)表面上滯留有高溫空氣，因此成為難以冷卻的狀 態(tài)，而與之相比，在進行鋼管內(nèi)表面的氣冷時，由于沒有上述高溫空氣的滯留而使鋼管內(nèi)表 面的容易散熱，且鋼管外表面的熱量被排放到四周，所以能夠縮短冷卻所需要的時間。因 此，為了提高鋼管的氣冷的冷卻效率，優(yōu)選主要進行鋼管內(nèi)表面的氣冷。但是，在專利文獻1中，關(guān)于鋼管內(nèi)表面的氣冷，僅公開了一種如以上所述那樣的 具有能夠利用空氣噴嘴使管端內(nèi)表面冷卻的結(jié)構(gòu)的氣冷裝置。換而言之，在專利文獻1中， 雖然公開了使用噴嘴對鋼管內(nèi)表面進行氣冷的方法本身，但是對于為了提高在使用噴嘴來 對鋼管內(nèi)表面進行氣冷時的冷卻效率應(yīng)該采用什么樣的結(jié)構(gòu)，一概沒有公開。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的現(xiàn)有技術(shù)而做出的，其課題在于提供一種馬氏體類不銹鋼管 的熱處理工序用氣冷設(shè)備，該氣冷設(shè)備能夠提高在熱處理工序中對鋼管內(nèi)表面進行氣冷時 的冷卻效率，而縮短熱處理工序所需要的時間。為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種馬氏體類不銹鋼管的熱處理工序用氣冷設(shè) 備，其特征在于，該氣冷設(shè)備包括輸送裝置，其沿與鋼管的長度方向大致正交的方向間歇性地輸送鋼管；氣冷裝置，其具有在由上述輸送裝置間歇性地輸送的鋼管的停止位置上，以 沿該鋼管的長度方向與該鋼管的端部相對配置、用于向該鋼管的內(nèi)表面噴射空氣的噴嘴。采用本發(fā)明的氣冷設(shè)備，在由輸送裝置間歇性地輸送的鋼管的停止位置上配置氣 冷裝置的噴嘴，且由該噴嘴向鋼管的內(nèi)表面噴射空氣。因此，在間歇性地輸送的鋼管的停止 時間內(nèi)，能夠集中地對鋼管內(nèi)表面進行氣冷。因此，例如與以通過噴嘴的設(shè)置位置的方式連 續(xù)輸送鋼管的結(jié)構(gòu)等相比，本發(fā)明的氣冷設(shè)備能夠提高冷卻效率。在此，在本發(fā)明中，從進一步提高鋼管內(nèi)表面的冷卻效率的角度而言，優(yōu)選在由輸 送裝置間歇性地輸送的鋼管的所有的停止位置上配置噴嘴。但是，這樣結(jié)構(gòu)的氣冷設(shè)備需 要具有用于向各噴嘴供給空氣的大型鼓風(fēng)機或壓縮機，而使熱處理工序所需的單位產(chǎn)品的 能源消耗上升，不經(jīng)濟。本發(fā)明人進行了專心研究，若假設(shè)氣冷之前的鋼管的內(nèi)外表面沒有溫度差，則與 在低溫鋼管的停止位置上配置了噴嘴的情況相比，在高溫鋼管的停止位置上配置了噴嘴的 情況下，鋼管的內(nèi)表面溫度和由噴嘴噴射出的空氣的溫度的溫差較大，因此提高了由噴嘴 噴射空氣時的冷卻效率(內(nèi)表面溫度的降低量較大)。但是，在鋼管在噴嘴之間移動時(即， 來自噴嘴的空氣沒有向鋼管內(nèi)表面噴射時)，由于鋼管的外表面、內(nèi)部的熱量向鋼管的內(nèi)表 面?zhèn)鬟f，因此與剛完成空氣的噴射時的鋼管的內(nèi)表面溫度相比，產(chǎn)生鋼管的內(nèi)表面溫度上 升的回?zé)岈F(xiàn)象。剛完成空氣噴射的內(nèi)外表面的溫度差越大，由該回?zé)嵋鸬膬?nèi)表面的溫度 的上升量(回?zé)崃?越大。因此，與鋼管在低溫時的回?zé)崃肯啾?，鋼管在高溫時的鋼管在噴 嘴之間移動時的回?zé)崃枯^大。而且，回?zé)崃吭酱?，利用空氣噴射的氣冷使鋼管冷卻至規(guī)定溫 度所需要的時間越長。因此可知，與在低溫鋼管的停止位置上配置了噴嘴的氣冷設(shè)備在冷 卻工序整體的冷卻效率相比，在高溫鋼管的停止位置上配置了噴嘴的氣冷設(shè)備在冷卻工序 整體的冷卻效率較低。因此，從經(jīng)濟角度而言，不是在鋼管的所有的停止位置上配置噴嘴，而是限定在其 中一部分停止位置上配置噴嘴，在該情況下，盡可能在低溫鋼管的停止位置上噴嘴配置，能 夠提高冷卻工序整體的冷卻效率，因此優(yōu)選這種配置方式。根據(jù)上述的觀點，優(yōu)選至少在內(nèi)表面溫度為400°C以下的鋼管的停止位置上配置 上述噴嘴。另外，在本發(fā)明中，從進一步提高鋼管內(nèi)表面的冷卻效率的角度而言，優(yōu)選加大所 有的配置好的噴嘴的噴射空氣流量。但是，這樣結(jié)構(gòu)的氣冷設(shè)備也不經(jīng)濟。因此，從經(jīng)濟角度而言，不是加大所有的配置好的噴嘴的噴射空氣流量，而是加大 其中一部分噴嘴的噴射空氣流量，在該情況下，加大配置在低溫鋼管的停止位置(即，回?zé)?量小的鋼管的停止位置)上的噴嘴的噴射空氣流量，能夠提高冷卻工序整體的冷卻效率， 因此優(yōu)選。根據(jù)上述的觀點，優(yōu)選在內(nèi)表面溫度為400°C以下的鋼管的停止位置(低溫停止 位置)和內(nèi)表面溫度超過400°C的鋼管的停止位置(高溫停止位置)上配置上述噴嘴，且設(shè) 定成由配置在上述低溫停止位置上的噴嘴噴射出的空氣流量大于由配置在上述高溫停止 位置上的噴嘴噴射出的空氣流量。在此，本發(fā)明人從進一步提高鋼管內(nèi)表面的冷卻效率的角度出發(fā)，專心研究了噴 嘴和鋼管的端部之間的最佳距離，得到如下見解。即，噴嘴和鋼管的端部之間的距離越短，由噴嘴噴射出的全部空氣中的到達鋼管內(nèi)表面的空氣的流量越大。得知在噴嘴呈圓筒形狀 的情況下，當(dāng)噴嘴和鋼管的端部之間的距離為噴嘴內(nèi)徑的8. 0倍以下(優(yōu)選2. 0倍以下) 時，由噴嘴噴射出的全部空氣中的到達鋼管內(nèi)表面的空氣的流量足夠大。但并不是噴嘴和 鋼管的端部之間的距離越短，被卷入由噴嘴噴射出的空氣中并與由噴嘴噴射出的空氣一同 到達鋼管內(nèi)表面的保護氣的流量(卷入流量參照圖3)越大，而是在噴嘴呈圓筒形狀的情況 下，若噴嘴和鋼管的端部之間的距離小于噴嘴內(nèi)徑的1.5倍，則噴嘴和鋼管的端部之間的 距離越短相反地卷入流量越低，若噴嘴和鋼管的端部之間的距離小于噴嘴內(nèi)徑的1. 0倍， 則有卷入流量大幅度降低的傾向。結(jié)果，可知到達鋼管內(nèi)表面而供鋼管內(nèi)表面冷卻用的空 氣的流量(即，由噴嘴噴射出的全部空氣中的到達鋼管內(nèi)表面的空氣的流量和卷入流量的 總和)，在噴嘴和鋼管的端部之間的距離為噴嘴內(nèi)徑的1. 0 8. 0倍時較大，在噴嘴和鋼管 的端部之間的距離為噴嘴內(nèi)徑的1. 5 2. 0倍時最大。因此，優(yōu)選上述噴嘴為圓筒形狀的噴嘴，且配置在到與其相對的鋼管的端部的距 離為該噴嘴內(nèi)徑的1. 0 8. 0倍(相對優(yōu)選1. 5 2. 0倍)的位置上。采用本發(fā)明的馬氏體類不銹鋼管的熱處理工序用氣冷設(shè)備，能夠提高對鋼管內(nèi)表 面進行氣冷時的冷卻效率，而縮短熱處理工序所需要的時間，進而高效率地制造馬氏體類 不銹鋼管。


圖1是表示本實施方式的氣冷設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)的示意圖，圖1的(a)表示俯視圖， 圖1的(b)表示主視圖。圖2是表示在由圖1所示的氣冷設(shè)備中的噴嘴組A C噴射出的空氣的流量相同 的情況下(由圖2的虛線表示的曲線圖)和僅加大了噴嘴組C中的輸送方向上游側(cè)的兩個 噴嘴的噴射空氣流量的情況(由圖2的實線表示的曲線圖)下，對鋼管的內(nèi)表面溫度隨時 間的變化進行了數(shù)值模擬的結(jié)果的一個例子的曲線圖。圖3是表示對圖1所示的噴嘴和鋼管的端部之間的距離同鋼管的內(nèi)表面上的空氣 流量之間的關(guān)系的實驗調(diào)查結(jié)果的圖。圖3的(a)是表示實驗的說明圖，圖3的(b)是噴 嘴和鋼管的端部之間的距離同鋼管的內(nèi)表面上的空氣流量之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式以下，一邊適當(dāng)?shù)貐⒄崭綀D，一邊對本發(fā)明的馬氏體類不銹鋼管的熱處理工序用 氣冷設(shè)備的一實施例進行說明。首先，對適合使用本發(fā)明的氣冷設(shè)備的馬氏體類不銹鋼管材料進行說明。(I)C 0. 15 0.20質(zhì)量％ (以下，僅以“ ％”表示)C是為了得到具有適當(dāng)強度、硬度的鋼所必需的元素。當(dāng)C的含量小于0. 15%時， 無法得到規(guī)定的強度。另一方面，若C的含量超過0.20%，則鋼的強度過高，而難于調(diào)整屈 服比、硬度。另外，由于有效固溶C量增多，而容易產(chǎn)生延遲破壞。因此，優(yōu)選C的含量為 0.15% 0.21%。更加優(yōu)選為 0. 17% 0. 20%。(2)Si :0. 05% 1. 0%Si作為鋼的脫氧劑而被添加到鋼中。為了得到脫氧效果，Si的含量必須在0.05%以上。另一方面，當(dāng)Si的含量超過1.0%時，鋼的韌性降低。因此，優(yōu)選Si的含量 為0.05% 1.0%。更優(yōu)選Si的含量的下限值為0. 16%，最好優(yōu)選Si的含量的下限值為 0.20%。另外，更優(yōu)選Si的含量的上限值為0.35%。(3)Mn :0. 30% 1. 0%Mn也和Si相同具有脫氧作用。當(dāng)Mn的含量小于0. 30%時脫氧效果不好。另夕卜， 當(dāng)Mn的含量超過1.0%時，鋼的韌性降低。因此，優(yōu)選Mn的含量為0.30% 1.0%。若也 考慮確保熱處理后的鋼的韌性，則優(yōu)選Mn含量的上限值為0. 6%。(4)Cr 10. 5% 14. 0%Cr是鋼的用于得到必要的耐腐蝕性的基本成分。Cr的含量為10. 5%以上，能夠 改善對點腐蝕和經(jīng)時腐蝕的耐腐蝕性，并且顯著提高鋼在CO2環(huán)境下的耐腐蝕性。另一方 面，由于Cr是鐵素體形成元素，因此若其含量超過14. 0%，則在高溫下進行加工時容易生 成δ鐵素體，而有損熱加工性。而且，熱處理后的鋼的強度降低。因此，優(yōu)選Cr的含量為 10. 5% 14. 0%。(5) P :0· 020% 以下當(dāng)P的含量過多時，會使鋼的韌性降低。因此，優(yōu)選P的含量為0. 020%以下。(6) S :0· 0050% 以下當(dāng)S的含量過多時，會使鋼的韌性降低。而且，由于會發(fā)生偏析，而使鋼管的內(nèi)表 面質(zhì)量惡化。因此，優(yōu)選S的含量為0.0050%以下。(7) Al :0· 10% 以下雖然Al作為雜質(zhì)存在于鋼中，但當(dāng)其含量超過0. 10%時，會使鋼的韌性降低。因 此，優(yōu)選Al的含量為0. 10%以下。更優(yōu)選為0.05%以下。(8)Μο:2·0% 以下當(dāng)將Mo添加到鋼中時，能夠得到提高鋼的強度、耐腐蝕性的效果。但是，當(dāng)其含量 超過2.0%時，會使鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變變得困難。因此，優(yōu)選Mo的含量為2.0%以下。而且， 由于Mo是高價的合金元素，因此若從經(jīng)濟角度而言，則優(yōu)選Mo的含量盡可能少。(9)V:0.50% 以下當(dāng)將V添加到鋼中時，能夠得到提高鋼的屈服比的效果。但是，當(dāng)其含量超過 0.50%時，會使鋼的韌性降低。因此，優(yōu)選V的含量為0.50%以下。而且，由于V是高價的 合金元素，因此若從經(jīng)濟角度而言，則優(yōu)選V的含量為0. 30%以下。(IO)Nb :0· 020% 以下當(dāng)將Nb添加到鋼中時，能夠得到提高鋼的強度的效果。但是，當(dāng)其含量超過 0.020%時，會使鋼的韌性降低。因此，優(yōu)選Nb的含量為0.020%以下。而且，由于Nb是高 價的合金元素，因此若從經(jīng)濟角度而言，則優(yōu)選Nb的含量盡可能少。(Il)Ca :0· 0050% 以下當(dāng)Ca的含量超過0.0050%時，鋼中的夾雜物增多，鋼的韌性降低。因此，優(yōu)選Ca 的含量為0. 0050%以下。(12)Ν :0· 1000% 以下當(dāng)N的含量超過0. 1000%時，會使鋼的韌性降低。因此，優(yōu)選N的含量為0. 1000%
以下。另外，在該范圍內(nèi)，當(dāng)N的含量較多時，由于有效固溶N量增多，而容易產(chǎn)生延遲破壞。另一方面，當(dāng)N的含量較少時，會使脫氮工序的效率降低，而成為阻礙生產(chǎn)性的主要原 因。因此,更加優(yōu)選N的含量為0. 0100% 0. 0500%。(13) Ti、B、NiTi、B、Ni能夠作為少量的添加物、或雜質(zhì)包含在鋼中。但是，當(dāng)Ni的含量超過 0. 2%時，會使鋼的耐腐蝕性降低，因此優(yōu)選Ni的含量為0. 2%以下。(14) Fe和不可避免的雜質(zhì)本發(fā)明制造的馬氏體類不銹鋼管的材料不僅包含上述(1) (13)的成分，還包含 Fe和不可避免的雜質(zhì)。接下來，對包含以上說明成分的馬氏體類不銹鋼管的熱處理工序用氣冷設(shè)備進行 說明。圖1是表示本實施方式的氣冷設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)的示意圖，圖1的(a)表示俯視圖， 圖1的(b)表示主視圖。如圖1所示，本實施方式的氣冷設(shè)備100包括輸送裝置10，其沿與鋼管P的長度 方向大致正交的方向間歇性地輸送鋼管P ；氣冷裝置20，其具有在由上述輸送裝置10間歇 性地輸送的鋼管P的停止位置上，以沿該鋼管P的長度方向與該鋼管P的端部相對配置、用 于向該鋼管P的內(nèi)表面噴射空氣Bi的噴嘴21。輸送裝置10是帶式或鏈式的輸送裝置，其按規(guī)定的時間間隔反復(fù)移動/停止，并 沿與鋼管P的長度方向大致正交的方向輸送鋼管P。氣冷裝置20包括空氣源(未圖示)；鼓風(fēng)機(未圖示)，其用于將來自該空氣源 的空氣供給到噴嘴21 ；噴嘴21，其用于將供給來的空氣向鋼管P的內(nèi)表面噴射。本實施方 式的噴嘴21采用圓筒形狀的噴嘴。為了使本實施方式的氣冷設(shè)備20對鋼管P的整個內(nèi)表面有效地進行氣冷，優(yōu)選其 結(jié)構(gòu)包括配置在鋼管P的長度方向的一端側(cè)的噴嘴21 (噴嘴組A)和配置在鋼管P的長度 方向的另一端側(cè)的噴嘴21 (噴嘴組B、C)。還優(yōu)選本實施方式的氣冷設(shè)備100的結(jié)構(gòu)包括用于向鋼管P的外表面噴射空氣 Bo，來使鋼管P的外表面冷卻的風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(未圖示)。該風(fēng)扇或鼓風(fēng)機不僅對在停止位 置上的鋼管P噴射空氣Bo，而且還對移動中的鋼管P噴射空氣Bo。與僅利用由噴嘴21噴 射出的空氣Bi進行氣冷相比，采用該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，能夠更進一步提高鋼管P的冷卻效率。圖2是表示在由圖1所示的氣冷設(shè)備100中的噴嘴組A C噴射出的空氣Bi的 流量相同的情況(情況1，由圖2的虛線表示的曲線圖)下和僅加大了噴嘴組C中的輸送方 向上游側(cè)的兩個噴嘴21的噴射空氣Bi的流量的情況(情況2，由圖2的實線表示的曲線 圖)下，對鋼管P的內(nèi)表面溫度隨時間的變化進行了數(shù)值模擬的結(jié)果的一個例子的曲線圖。 圖2的橫軸表示氣冷開始的經(jīng)過時間，縱軸表示鋼管P的內(nèi)表面溫度及自鋼管P的內(nèi)表面 散熱的比例(=自鋼管P內(nèi)表面的散熱量/(自鋼管P外表面的散熱量+自鋼管P內(nèi)表面 的散熱量))。在本數(shù)值模擬中，鋼管P的外徑為114. 3mm,內(nèi)徑為100. 5mm，長為12m。另外，情況 1和情況2的氣冷開始時的鋼管P的內(nèi)表面溫度(及外表面溫度)為650°C，對該兩種情況 的鋼管P的內(nèi)表面溫度降低到220°C時所需的經(jīng)過時間進行了比較。其中，情況1為以33 秒作為一個周期(移動13秒，停止20秒)間歇性地輸送鋼管P，情況2為以30秒作為一個周期(移動13秒，停止17秒)間歇性地輸送鋼管P。如圖2所示，可知盡管情況2的鋼管P的停止時間短(因此，向鋼管P的內(nèi)表面噴 射空氣Bi的時間短)，其在完成在氣冷設(shè)備100中的輸送，且鋼管P的內(nèi)表面溫度降到大約 為220°C時所需的經(jīng)過時間比情況1達到同樣條件時所需的經(jīng)過時間還短(減少10% )。對僅加大了由噴嘴組A中的輸送方向上游側(cè)的兩個噴嘴21噴射出的空氣Bi的流 量的情況(情況3)、僅加大了由噴嘴組B中的輸送方向上游側(cè)的兩個噴嘴21噴射出的空氣 Bi的流量的情況(情況4)也進行了與上述相同的數(shù)值模擬，結(jié)果如下述的表1所示，在情 況2的情況下，在完成在氣冷設(shè)備100中的輸送時的鋼管P的內(nèi)表面溫度最低。表1
權(quán)利要求
一種馬氏體類不銹鋼管的熱處理工序用氣冷設(shè)備，其特征在于，該氣冷設(shè)備包括輸送裝置，其沿與鋼管的長度方向大致正交的方向間歇性地輸送鋼管；氣冷裝置，其具有在由上述輸送裝置間歇性地輸送的鋼管的停止位置上，以沿該鋼管的長度方向與該鋼管的端部相對配置、用于向該鋼管的內(nèi)表面噴射空氣的噴嘴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬氏體類不銹鋼管的熱處理工序用氣冷設(shè)備，其特征在于， 上述噴嘴至少配置在內(nèi)表面溫度為400°C以下的鋼管的停止位置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的馬氏體類不銹鋼管的熱處理工序用氣冷設(shè)備，其特征在于， 上述噴嘴配置在內(nèi)表面溫度為400°C以下的鋼管的停止位置(低溫停止位置)和內(nèi)表面溫度超過400°C的鋼管的停止位置(高溫停止位置)上，由配置在上述低溫停止位置上的噴嘴噴射出的空氣的流量大于由配置在上述高溫停 止位置上的噴嘴噴射出的空氣的流量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的馬氏體類不銹鋼管的熱處理工序用氣冷設(shè) 備，其特征在于，上述噴嘴是圓筒形狀噴嘴，且配置在到與其相對的鋼管端部的距離為該噴 嘴內(nèi)徑的1. 0 8. 0倍的位置上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠提高在熱處理工序中對鋼管內(nèi)表面進行氣冷時的冷卻效率，而縮短熱處理工序所需要的時間的馬氏體類不銹鋼管的熱處理工序用氣冷設(shè)備。本發(fā)明的馬氏體類不銹鋼管的熱處理工序用氣冷設(shè)備(100)的特征在于，包括輸送裝置(10)，其沿與鋼管P的長度方向大致正交的方向間歇性地輸送鋼管(P)；氣冷裝置(20)，其具有在由上述輸送裝置(10)間歇性地輸送的鋼管(P)的停止位置上，以沿該鋼管(P)的長度方向與該鋼管(P)的端部呈相對狀配置、用于向該鋼管(P)的內(nèi)表面噴射空氣(Bi)的噴嘴(21)。
文檔編號C22C38/00GK101981208SQ20088012833
公開日2011年2月23日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者坂本明洋, 森伸行 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社