本發(fā)明涉及金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種改善鋼管性能的裝置及方法。
背景技術(shù)：
在輸送管的生產(chǎn)中，按照標(biāo)準(zhǔn)或訂貨技術(shù)條件批量生產(chǎn)的鋼管，在生產(chǎn)檢驗(yàn)過程中，不可避免地會(huì)檢出部分鋼管的性能不符合訂貨技術(shù)條件的要求。目前通常的做法是，將這些鋼管降級(jí)或判為廢品，這樣會(huì)造成很大的浪費(fèi)。還有一種情況是，某訂單采購鋼管數(shù)量較少，要專門組織該訂單的生產(chǎn)，需要進(jìn)行原材料采購、調(diào)型以及水壓試驗(yàn)、倒坡口、設(shè)備的調(diào)整等一系列工作，往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力，使鋼管生產(chǎn)成本增加。因此，在上述情況下，為了保證和滿足鋼管性能以及訂單數(shù)量要求，采用現(xiàn)有做法和技術(shù)會(huì)直接導(dǎo)致鋼管的浪費(fèi)和生產(chǎn)成本的大大增加。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種改善鋼管性能的裝置及方法，能夠方便快捷地改善或調(diào)整單根或小批量鋼管的性能，能夠快速、靈活地適應(yīng)用戶需求，滿足工程建設(shè)的需要。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
一種改善鋼管性能的裝置，包括固定設(shè)置的機(jī)身，設(shè)置在機(jī)身上操作板，以及用于鋼管局部加熱的電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，用于對(duì)加熱后鋼管冷卻的冷卻系統(tǒng)，用于提供鋼管運(yùn)動(dòng)動(dòng)力的夾持和牽引系統(tǒng)；所述的夾持和牽引系統(tǒng)包括固定鋼管尾部的尾座，提供水平驅(qū)動(dòng)力的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，與鋼管頭部連接的牽引夾頭，提供水平牽引力的導(dǎo)軌牽引機(jī)構(gòu)；尾座連接在主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端，牽引夾頭固定在導(dǎo)軌牽引機(jī)構(gòu)上；所述的電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)包括變壓器和連接在變壓器二次端的感應(yīng)線圈；感應(yīng)線圈同軸設(shè)置在鋼管的運(yùn)動(dòng)方向上；所述的冷卻系統(tǒng)包括連接的冷卻介質(zhì)供應(yīng)裝置和噴頭；噴頭沿鋼管運(yùn)動(dòng)方向設(shè)置在感應(yīng)線圈的下游；主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的控制端、導(dǎo)軌牽引機(jī)構(gòu)的控制端、變壓器的控制端和冷卻介質(zhì)供應(yīng)裝置的控制端分別與操作板交互連接。
優(yōu)選的，機(jī)身上設(shè)置有若干沿鋼管運(yùn)動(dòng)方向布置的導(dǎo)輥，用于限制管材周向移動(dòng)。
優(yōu)選的，牽引夾頭夾持牽引的起始位置與噴頭之間設(shè)置有固定的支撐夾頭；噴頭固定設(shè)置在感應(yīng)線圈上，位于鋼管運(yùn)動(dòng)方向下游的一側(cè)。
一種改善鋼管性能的方法，基于本發(fā)明所述的裝置，利用電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，對(duì)鋼管全長從頭到尾逐段連續(xù)的進(jìn)行先加熱后冷卻的熱處理；加熱溫度以及冷卻溫度和速度根據(jù)鋼管現(xiàn)有的性能及需要達(dá)到的目標(biāo)性能的差值進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整。
優(yōu)選的，具體包括如下步驟，
步驟1，將鋼管放置在機(jī)身上，鋼管的尾部固定在尾座上，通過主驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)鋼管進(jìn)行推送；經(jīng)推送力推送進(jìn)入感應(yīng)線圈；
步驟2，通過控制變壓器向感應(yīng)線圈通入電流，將鋼管加熱到設(shè)定的溫度，然后通過冷卻系統(tǒng)和噴頭向鋼管加熱部分噴灑冷卻劑；
步驟3，當(dāng)經(jīng)處理后的鋼管在牽引夾頭的夾持下，由導(dǎo)軌牽引機(jī)構(gòu)進(jìn)行牽引，配合主驅(qū)動(dòng)裝置的推送下，鋼管向前推移；逐段循環(huán)執(zhí)行步驟和步驟，直到處理完整根鋼管；
其中，根據(jù)鋼管本身的性能及要求達(dá)到的目標(biāo)性能，設(shè)定和調(diào)整感應(yīng)線圈的加熱溫度以及冷卻速率。
進(jìn)一步，鋼管通過機(jī)身上的導(dǎo)輥限制周向移動(dòng)后推送進(jìn)入感應(yīng)線圈；穿過感應(yīng)線圈后，由支撐夾頭進(jìn)行支撐。
進(jìn)一步，通過感應(yīng)線圈對(duì)鋼管的加熱溫度為550℃～1050℃；通過冷卻系統(tǒng)對(duì)鋼管的加熱部分的冷卻速度為5～20℃/s。
進(jìn)一步，通過夾持和牽引系統(tǒng)對(duì)鋼管的推送速度為20mm～100mm/分鐘。
進(jìn)一步，通過變壓器控制感應(yīng)線圈的頻率為500～1100Hz，功率為500～1300kw，電壓為300～950V，加熱帶寬度為20～45mm。
進(jìn)一步，所述的鋼管外徑為114.3mm～1422mm，厚度為4.0mm～40mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
本發(fā)明利用電磁感應(yīng)加熱裝置中的感應(yīng)加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，對(duì)鋼管全長逐段進(jìn)行包括加熱和冷卻的快速熱處理過程。根據(jù)鋼管現(xiàn)有的性能及需要達(dá)到的目標(biāo)性能，確定加熱溫度及冷卻工藝，這樣即可改善或調(diào)整鋼管的性能，同時(shí)還可使鋼管全長的性能均勻。這種方法具有操作靈活、生產(chǎn)周期短、可快速滿足用戶需求等優(yōu)點(diǎn)，適合單件、小批量鋼管的生產(chǎn)。能夠改善或調(diào)整單根或小批量鋼管的性能，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。其所設(shè)置的電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備投入低；能夠方便快捷地改善或調(diào)整管材的組織和性能，同時(shí)使鋼管全長的性能均勻；對(duì)同一成分的鋼管，可通過采用不同的加熱溫度和冷卻工藝，得到不同的性能，以滿足不同的訂貨技術(shù)要求；不僅能夠降低管材殘余應(yīng)力，快速、靈活、生產(chǎn)周期短；而且與常規(guī)熱處理爐相比，可降低能耗，降低單根或小批量鋼管的生產(chǎn)成本，減少不必要的浪費(fèi)等。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)例中所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：機(jī)身1、導(dǎo)輥2、變壓器3、感應(yīng)線圈4、冷卻系統(tǒng)5、支撐夾頭6、牽引夾頭7、導(dǎo)軌牽引機(jī)構(gòu)8、尾座9、主驅(qū)動(dòng)裝置10、噴頭11、鋼管12。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
本發(fā)明一種改善鋼管性能的裝置，如圖1所示，其包括操作板、機(jī)身1、導(dǎo)輥2、變壓器3、感應(yīng)線圈4、冷卻系統(tǒng)5、支撐夾頭6、牽引夾頭7、導(dǎo)軌牽引機(jī)構(gòu)8、尾座9、主驅(qū)動(dòng)裝置10和噴頭11。操作板設(shè)置在機(jī)身1上；固定的機(jī)身1設(shè)置在工作臺(tái)上，通過電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)對(duì)鋼管12進(jìn)行加熱，利用冷卻系統(tǒng)對(duì)加熱到指定溫度的鋼管12進(jìn)行冷卻，整個(gè)處理改善過程通過夾持和牽引系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。其中，夾持和牽引系統(tǒng)包括機(jī)身1上設(shè)置有鋼管推送機(jī)構(gòu)，鋼管推送機(jī)構(gòu)包括用于固定鋼管12尾部的尾座9、用于推動(dòng)尾座9從而帶動(dòng)鋼管12移動(dòng)的主驅(qū)動(dòng)裝置10，牽引夾頭7和導(dǎo)軌牽引機(jī)構(gòu)8，及沿鋼管12推動(dòng)方向設(shè)置的用于限制管材周向移動(dòng)的若干導(dǎo)輥2。
電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)包括沿鋼管12推動(dòng)方向設(shè)置的用于加熱鋼管12的感應(yīng)線圈4，且感應(yīng)線圈4與變壓器3和操作板相連，通過操作板調(diào)控變壓器3從而對(duì)感應(yīng)線圈4的頻率、功率、電壓、加熱帶寬度及加熱溫度進(jìn)行調(diào)控.
冷卻系統(tǒng)包括設(shè)置在感應(yīng)線圈4上的用于向鋼管12加熱部分噴灑冷卻劑的冷卻劑噴頭11，冷卻劑的噴灑量和噴灑速度通過操作板調(diào)控。
夾持和牽引系統(tǒng)包括起支撐夾持作用的支撐夾頭6，以及能夠沿導(dǎo)軌滑動(dòng)的、用于夾持和牽引鋼管12的牽引夾頭7及導(dǎo)軌牽引機(jī)構(gòu)8；牽引夾頭7的初始位置臨近支撐夾頭6，位于支撐夾頭6鋼管12推動(dòng)方向的一側(cè)。
本發(fā)明一種改善鋼管性能的方法，包括如下步驟，
步驟1，利用電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，對(duì)鋼管全長進(jìn)行先加熱后冷卻的熱處理。
具體的，將鋼管12放置在機(jī)身1上，鋼管12的尾部固定在尾座9上，通過主驅(qū)動(dòng)裝置10對(duì)鋼管12進(jìn)行推送。鋼管12通過機(jī)身1上的導(dǎo)輥2，經(jīng)推送力推送進(jìn)入感應(yīng)線圈4。感應(yīng)線圈4通入電流，將鋼管12加熱到一定的溫度，感應(yīng)線圈的加熱溫度一般為550℃～1050℃，視具體材質(zhì)及要求等而定。然后通過冷卻系統(tǒng)5向鋼管12加熱部分噴灑冷卻劑。通過支撐夾頭6的支撐，在牽引夾頭7的夾持和牽引下，及主驅(qū)動(dòng)裝置10的推送下，鋼管12向前推移，直到處理完整根鋼管12。
步驟2，加熱溫度以及冷卻溫度和速度可根據(jù)鋼管現(xiàn)有的性能及需要達(dá)到的目標(biāo)性能進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整。
根據(jù)鋼管12的規(guī)格更換選取加熱的感應(yīng)線圈4。在鋼管12的推送過程中，通過感應(yīng)線圈4對(duì)鋼管12進(jìn)行加熱。根據(jù)鋼管12本身的性能及要求達(dá)到的目標(biāo)性能，設(shè)定和調(diào)整感應(yīng)線圈4的加熱溫度，感應(yīng)線圈4將鋼管12加熱至設(shè)定的溫度。通過冷卻系統(tǒng)3噴灑冷卻劑，對(duì)鋼管12經(jīng)過加熱的部分進(jìn)行冷卻，從而改善鋼管性能，使鋼管性能符合目標(biāo)性能。其中的具體參數(shù)范圍如下。
鋼管12的推送速度為20mm～100mm/分鐘。
鋼管12的外徑為114.3mm～1422mm，厚度為4.0mm～40mm。
感應(yīng)線圈3的頻率為500～1100Hz，功率為500～1300kw，電壓為300～950V，加熱帶寬度為20～45mm。
鋼管12的加熱溫度為550℃～1050℃。
對(duì)鋼管12的加熱部分進(jìn)行冷卻時(shí)的冷卻速度為5～20℃/s。
實(shí)施例1
鋼管的規(guī)格：直縫埋弧焊管，鋼級(jí)X70。鋼管拉伸性能未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的下限值485MPa，為450MPa，其余性能合格。其處理步驟如下。
1)將管材放置在機(jī)身上，將鋼管尾部固定在尾座上，通過主驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)鋼管進(jìn)行推送；
2)在鋼管推送過程中，當(dāng)鋼管端部移動(dòng)至感應(yīng)線圈處時(shí)，通過感應(yīng)線圈將管材加熱到980℃，其中感應(yīng)線圈的頻率為800Hz，功率為1200kw，電壓為650V，加熱帶寬度為30mm。用支撐夾頭支撐住鋼管的前端，到達(dá)牽引夾頭時(shí)，牽引夾頭夾持牽引鋼管端部向前移動(dòng)。管材的推送速度為30mm/分鐘；
3)通過冷卻系統(tǒng)噴灑冷卻水，對(duì)管材的加熱部分進(jìn)行冷卻，冷卻速度為17℃/s，得到性能符合要求的鋼管。
對(duì)經(jīng)過處理的鋼管進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如下：
屈服強(qiáng)度：503MPa，抗拉強(qiáng)度：571MPa。其余性能及幾何尺寸合格。實(shí)施例2
管材規(guī)格：直縫埋弧焊管，鋼級(jí)X60。鋼管拉伸性能未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的下限值(415MPa)，為390MPa，其余性能合格。其處理步驟如下。
1)將管材放置在機(jī)身上，將鋼管尾部固定在尾座上，通過主驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)鋼管進(jìn)行推送；
2)在鋼管推送過程中，當(dāng)鋼管端部移動(dòng)至感應(yīng)線圈處時(shí)，通過感應(yīng)線圈將管材加熱到930℃，其中感應(yīng)線圈的頻率為1000Hz，功率為700kw，電壓為400V，加熱帶寬度為25mm。用支撐夾頭支撐住鋼管的前端，到達(dá)牽引夾頭時(shí)，牽引夾頭夾持牽引鋼管端部向前移動(dòng)。管材的推送速度為30mm/分鐘；
3)通過冷卻系統(tǒng)噴灑冷卻水，對(duì)管材的加熱部分進(jìn)行冷卻，冷卻速度為15℃/s，得到性能符合要求的鋼管。
對(duì)經(jīng)過處理的鋼管進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如下：
屈服強(qiáng)度：428MPa，抗拉強(qiáng)度：486MPa。其余性能及幾何尺寸合格。實(shí)施例3
管材規(guī)格：直縫埋弧焊管，鋼級(jí)X60。鋼管拉伸性能未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的下限值，其余性能合格。其處理步驟如下。
1)將管材放置在機(jī)身上，將鋼管尾部固定在尾座上，通過主驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)鋼管進(jìn)行推送；
2)在鋼管推送過程中，當(dāng)鋼管端部移動(dòng)至感應(yīng)線圈處時(shí)，通過感應(yīng)線圈將管材加熱到890℃，其中感應(yīng)線圈的頻率為1100Hz，功率為500kw，電壓為300V，加熱帶寬度為20mm。用支撐夾頭支撐住鋼管的前端，到達(dá)牽引夾頭時(shí)，牽引夾頭夾持牽引鋼管端部向前移動(dòng)。管材的推送速度為100mm/分鐘；
3)通過冷卻系統(tǒng)噴灑冷卻水，對(duì)管材的加熱部分進(jìn)行冷卻，冷卻速度為20℃/s，得到性能符合要求的鋼管。
對(duì)經(jīng)過處理的鋼管進(jìn)行性能測(cè)試，滿足屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度要求。其余性能及幾何尺寸合格。
實(shí)施例4
管材規(guī)格：直縫埋弧焊管，鋼級(jí)X70。鋼管拉伸性能未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的下限值，其余性能合格。其處理步驟如下。
1)將管材放置在機(jī)身上，將鋼管尾部固定在尾座上，通過主驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)鋼管進(jìn)行推送；
2)在鋼管推送過程中，當(dāng)鋼管端部移動(dòng)至感應(yīng)線圈處時(shí)，通過感應(yīng)線圈將管材加熱到1050℃，其中感應(yīng)線圈的頻率為500Hz，功率為1300kw，電壓為950V，加熱帶寬度為45mm。用支撐夾頭支撐住鋼管的前端，到達(dá)牽引夾頭時(shí)，牽引夾頭夾持牽引鋼管端部向前移動(dòng)。管材的推送速度為20mm/分鐘；
3)通過冷卻系統(tǒng)噴灑冷卻水，對(duì)管材的加熱部分進(jìn)行冷卻，冷卻速度為5℃/s，得到性能符合要求的鋼管。
對(duì)經(jīng)過處理的鋼管進(jìn)行性能測(cè)試，滿足屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度要求。其余性能及幾何尺寸合格。
實(shí)施例5
管材規(guī)格：直縫埋弧焊管，鋼級(jí)X70。鋼管的殘余應(yīng)力不合格，其余性能合格。其處理步驟如下。
1)將管材放置在機(jī)身上，將鋼管尾部固定在尾座上，通過主驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)鋼管進(jìn)行推送；
2)在鋼管推送過程中，當(dāng)鋼管端部移動(dòng)至感應(yīng)線圈處時(shí)，通過感應(yīng)線圈將管材加熱到550℃，其中感應(yīng)線圈的頻率為650Hz，功率為1300kw，電壓為950V，加熱帶寬度為45mm。用支撐夾頭支撐住鋼管的前端，到達(dá)牽引夾頭時(shí)，牽引夾頭夾持牽引鋼管端部向前移動(dòng)。管材的推送速度為20mm/分鐘；
3)通過冷卻系統(tǒng)噴灑冷卻水，對(duì)管材的加熱部分進(jìn)行冷卻，冷卻速度為5℃/s，得到性能符合要求的鋼管。
對(duì)經(jīng)過處理的鋼管進(jìn)行性能測(cè)試，滿足殘余應(yīng)力要求。其余性能及幾何尺寸合格。