專利名稱：：鋼管冷卻方法
技術領域：
：本發明特別涉及一種有效地抑制在對薄壁鋼管進行淬火時容易產生的鋼管彎曲，而能制造出機械性能的均勻性得到提高的鋼管的鋼管冷卻方法。
背景技術：
：在對鋼管進行淬火時，有時會使鋼管發生彎曲。在本發明的說明書中，鋼管的"彎曲"是指針對于鋼管的軸向的彎曲。在下文中，將該淬火時產生的彎曲稱為"淬火彎曲"。該淬火彎曲是因冷卻不均等而引起的。特別是壁厚(t)與外徑(D)的比值(t/D)例如為大約0.07以下較小數值的薄壁鋼管在進行淬火時，容易發生被判斷為品質不良的較大淬火彎曲。一直以來，提出過很多以抑制該淬火彎曲為目的冷卻方法。例如，在日本特公平2-7372號公報中公開了一種熱處理方法，即，在金屬管的淬火過程中，通過在管的外表面冷卻的初期階段進行慢冷卻來減小管的整個表面的溫度差，其后通過進行通常的強制冷卻來抑制淬火彎曲。在日本特7>昭61-4896號公才艮中7>開了一種冷卻方法，即，從管的一端向管內噴入噴流水，并且使來自噴嘴的噴流水沖刷該管的外表面側的大致全長，其中，通過增大與內表面噴流水的噴出側的端部位置相對應的管外表面位置上的噴射水量、或者提早外表面冷卻的冷卻開始時刻，或者推遲外表面冷卻的冷卻結束時間，而能使整個管均勻且在短時間內冷卻。在日本特公平2-7372號公報公開的方法中，因為在冷卻的初期階段進行慢冷卻、以及只進行管的外表面冷卻，所以必然使冷卻時間延長，從而使管的制造效率下降。在日本特公昭61-4896號公報公開的方法中，需要改變沿著管的軸向對外表面進行冷卻的噴射水的水量或噴射時機(開始或結束噴射的時刻)，因而會使裝置的結構、控制復雜化。另外，雖然公開了能使整個管均勻地冷卻的方法，但是未具體公開是否能抑制淬火彎曲。在該專利文獻中作為冷卻對象而具體例示的僅僅是尺寸為114x8.6x29000mm的鋼管(參照第4欄第13行)，該鋼管的壁厚/外徑比(t/0)大約為0.075(=8.6/114)。而且，未提及更容易發生淬火彎曲的t/D為0.07以下的薄壁鋼管。
發明內容本發明目的在于提供一種鋼管冷卻方法，其在t/D為0.07以下的薄壁鋼管進行淬火時能抑制淬火彎曲，并且解決了上述的以往技術的難題。本發明是一種鋼管冷卻方法，該方法一邊使水平配置的鋼管沿圓周方向進行旋轉，一邊對鋼管的內表面和外表面進行冷卻，其中，鋼管的壁厚/外徑優選為0.07以下，進一步優選為0.06以下，鋼管內表面的冷卻是通過向鋼管內噴射冷卻水來進行的；而鋼管外表面的冷卻是通過在鋼管最上部的兩側的距該最上部大致等距離的2個位置，分別使從鋼管上方沿著軸向呈平面狀的冷卻水向下流到鋼管外表面來進行的；使流下到鋼管的旋轉方向上游側的位置的冷卻水的流量大于或等于流下到旋轉方向下游側的位置流下的冷卻水的流量，并且使鋼管內表面的冷卻比鋼管外表面的冷卻早7秒以上開始進行。根據本發明的鋼管冷卻方法，即使在對t/D為0.07以下的薄壁鋼管進行淬火的情況下，也不會也降低鋼管的制造效率，而能有效地抑制鋼管發生淬火彎曲。另外，因為改善了鋼管的圓周方向和軸向這兩方向上的冷卻的均勻性，而提高了淬火的均勻性，從而使鋼管的機械性能的均勻性也獲得了改善，即，提高了鋼管的韌性。圖l是示意性地表示用于實施本發明的鋼管冷卻方法的一方式的冷卻裝置的結構的縱剖視圖。圖2是表示通過數值計算而算出冷卻鋼管的內表面和外表面時的鋼管表面溫度、屈服應力YS以及軸向應力oz的結果的曲線圖，圖2(a)表示同時開始對鋼管的內表面和外表面進行冷卻的情況(內表面先開始0秒)，圖2(b)表示只進行鋼管的內表面冷卻時(內表面先開始°°秒)的情況。具體實施例方式下面，適當地參照附圖，對用于實施本發明的鋼管冷卻方法的一實施方式進^于詳細的i兌明。圖l是示意性表示用于本實施方式的鋼管冷卻方法的冷卻裝置的結構的縱剖視圖。在圖l中，冷卻裝置l具有用于對水平配置的鋼管2進行支承且使鋼管向圓周方向旋轉的旋轉輥3、3。冷卻裝置l還包括配置于鋼管2的一端附近、用于向鋼管2的內部噴射冷卻水的內表面冷卻用噴嘴(未圖示)，和配置于鋼管2的上方的外表面冷卻用噴嘴7。內表面冷卻用噴嘴可使用常用的噴射噴嘴。外表面冷卻用噴嘴7具有狹縫狀的噴出口6a、6b;該噴出口6a、6b用于在鋼管2的外周面的最上部的兩側且距該最上部大致等距離的2個位置(即以該最上部為中心而作為大致對象的2個位5置)4a、4b上，使平面狀的冷卻水5a、5b分別從上方沿著軸向流下。噴出口6a、6b優選具有實際達到鋼管2全長的長度。優選使外表面冷卻用的冷卻水形成從噴嘴7的噴出口6a、6b自然流下的層流(laminarflow),但這樣也可以對該外表面冷卻用水施加壓力。有效地應用本實施方式的冷卻方法的鋼管2是容易產生作為質量問題的較大淬火彎曲的、且壁厚t與外徑D的比值(t/D)為0.07以下的薄壁鋼管。該冷卻方法是能特別適合應用于由低強度且易于發生彎曲的低碳鋼結構的管路用管，或API規格為X60等級(例如以質量百分計，(a)C:0.06%,Si:0.26%,Mn:1.24%,P:0.013%，S:0.001%,Cr:0.16%，V:0.06%，剩余部分為Fe以及雜質，Ceq:0.311%;或者(b)C:0.06%,Si:0.40%,Mn:1.60%,P:0.020%,S:0.003%,Cu:0.30%,Ni:0.50%，Cr:0.28%，Mo:0.23%,V:0.08%,其余部分為Fe以及雜質，Ceq:0.498%)以下的管路用管的內外表面的冷卻。該冷卻方法即使在應用到長度20m以上的較長的鋼管2上的情況下，也能有效地抑制淬火彎曲的發生。在使用本實施方式的冷卻裝置l對鋼管2進行冷卻時，首先通過使旋轉輥3、3向箭頭方向旋轉而帶動鋼管2向圓周方向進行旋轉。并且，通過使來自未圖示的內表面冷卻噴嘴的冷卻水從鋼管一端向鋼管的內部噴射，而開始對鋼管2的內表面進行冷卻。所噴射的冷卻水從鋼管2的另一端排出。其后，通過使冷卻水5a、5b分別從外表面冷卻用噴嘴7的噴出口6a、6b向鋼管2的外周面流下，而開始對鋼管2的外表面進4于冷卻。如本技術所屬領域公知那樣，所使用的冷卻水可根據需要含有腐蝕抑制劑等添加成分。鋼管2的轉速優選為30rpm以上且80rpm以下。若鋼管2的轉速小于30rpm,則容易使沿著鋼管2的圓周方向進行的淬火狀態發生變動。另一方面，為使鋼管2的轉速超過80rpm，則需要使設備大型化以及復雜化而增加設備成本。自內表面冷卻噴嘴向鋼管2內部噴射的冷卻水量優選為2000m3/hr~6500m3/hr。若噴向鋼管2內部的冷卻水量小于2000m3/hr,則冷卻能力不足；為使其冷卻水量超過6500m3/hr，則需要使設備大型化以及復雜化而增加設備成本。本實施方式的冷卻方法中，鋼管2內表面的冷卻先于鋼管2外表面的冷卻7秒以上開始。以下，對其理由進朽4兌明。圖2是表示通過數值計算來算出冷卻了鋼管2的內表面和外表面時的鋼管2的表面溫度、屈服應力YS以及軸向應力(jz的結果的曲線圖，圖2(a)表示同時開始對鋼管的內表面和外表面進行冷卻的情況(內表面先開始O秒)，圖2(b)表示只進行鋼管的內表面冷卻時(內表面先開始w秒)的情況。由圖2(a)以及圖2(b)的曲線圖顯示的結果是在如下的條件下得出的，即，鋼管2的外徑412.3mm,壁厚8.30mm，長度30m，材質低碳素鋼，自內表面冷卻噴嘴噴向鋼管2內部的冷卻水量5400m3/hr,自外表面冷卻用噴嘴7向鋼管2外表面流下的冷卻水量2700m3/hr、以及鋼管2的轉數65rpm。如圖2(a)所示，在同時開始對鋼管P的內外表面進行冷卻時，對于因冷卻開始后的初期階段、即鋼管2的表面溫度為550°C以上的階段中發生熱膨脹以及收縮而產生的軸向應力(在圖2(a)的曲線圖中以記號A表示的區域中的軸向應力)，以及鋼管2在表面溫度下降到低于550。C后還加上受貝氏體變態、馬氏體變態等的影響而產生的軸向應力(在圖2(a)的曲線圖中以記號B表示的區域中的軸向應力)，有時上述軸向應力的絕對值l(jzl大于屈服應力的絕對值IYSI。對此，如圖2(b)的曲線圖所示，當只進行鋼管2的內表面冷卻時，從冷卻開始到結束，即在使鋼管2的表面溫度下降到常溫為止的期間中，通常情況是軸向應力的絕對值lozl<屈服應力的絕對值IYSI。其理由被認為是，與瞬時僅對平面狀的冷卻水5a、5b流下的部分進行冷卻的外表面冷卻相比較，在內表面冷卻中能對鋼管2的整個圓周進行大致均勻的冷卻，因此，鋼管2上不容易發生溫度不均，軸向應力oz的偏差變小。此外，在與為獲得如圖2(a)以及圖2(b)的曲線圖所示的結果而設定的諸條件同樣的條件下，實際進行鋼管2的冷卻試驗的結果為，相對于在以內表面和外表面進行同時冷卻時發生了較大的淬火彎曲的情況，在只進行內表面冷卻的情況下不發生較大的淬火彎曲的問題。根據如上所述的圖2(a)以及圖2(b)所示的結果以及冷卻試驗的結果，認為鋼管2的淬火彎曲在軸向應力lozl〉屈服應力的絕對值IYSI時發生。因此，為了抑制鋼管2發生淬火彎曲，通常情況下要使lozl<IYSI的關系成立，對鋼管2進行冷卻即可。如圖2(b)所示，即使僅進行內表面冷卻lazl<IYSI的關系也通常成立。但是，在只進行內表面冷卻的情況下，因為對鋼管2的單位時間冷卻能力不足，致使冷卻時間較長。其結果導致鋼管2的制造效率下降，或者受到來自鋼管2的回熱的影響等而使鋼管2不能進行充分并且均勻的冷卻，從而無法獲得具有均勻的機械性能的鋼管。因此，在本實施方式中，為了防止制造效率出現下降、確保進行均勻的淬火，而不僅只對鋼管2的內表面而且還同時對外表面進行冷卻。在該情況下，為了至少在鋼管2的表面溫度為55(TC以上的冷卻初期階段使lcjzl<IYSI的關系成立，而使鋼管2的內表面冷卻先于外表面冷卻進行較為有效。具體而言，通過將該先進行時間設為7秒以上，能夠在鋼管2的大致全冷卻過程中保持IazI<IYSI的關系。根據以上所說明的理由，在本實施方式中，通過使鋼管2內表面的冷卻先于鋼管2的外表面冷卻7秒以上開始實施、即當從內表面冷卻用噴嘴開始噴射冷卻水的時刻比從外表面冷卻用噴嘴6a、6b開始^f吏冷卻水5a、5b流下的時刻早7秒以上，而在鋼管2的大致整個冷卻過程中保持lozl<IYSI的關系，由此，能有效且可靠地抑制鋼管2淬火彎曲的發生。當該先開始時間超過30秒時，會使鋼管2的冷卻需要較長時間而降低生產效率，因此，優選該先開始時間為30秒以下。但是，為了提高鋼管2的外表面的冷卻效率，需要考慮使分別從噴出口6a、6b流下的冷卻水5a、5b兩者的流量均變大。但是，若冷卻水5a、5b兩者的流量均過大，而使積存于冷卻水5a、5b各自流下的位置4a與4b之間的鋼管2外表面上的水膜變厚到超出需要，這樣會使冷卻水的有效利用率(真正有助于鋼管2冷卻的冷卻水比例)下降，并且^f吏冷卻水無法順暢地向鋼管2的旋轉方向流動o在鋼管2的旋轉方向上，使向作為上游側的位置4a流下的冷卻水5a、即乂人噴出口6a流下的冷卻水以相當大的比例隨著鋼管2的旋轉而在鋼管2的外表面上向旋轉方向流動。與此相對的是，向旋轉方向的下游側位置4b流下的冷卻水5b、即從噴出口6b流下的冷卻水也有一部分逆著鋼管2的旋轉方向流動，但其大部分在流下后隨即流落到下游側。即，關于對鋼管2外表面的冷卻能力的貢獻度上，冷卻水5a大于冷卻水5b。因此，在本實施方式中，將向鋼管2的旋轉方向上游側的位置4a流下的冷卻水5a的流量設定為，大于等于向鋼管2的旋9轉方向下游側的位置4b流下的冷卻水5b的流量。冷卻水5a、5b的流量可根據各噴出口6a、6b的狹縫寬度來進行調整。由此，可根據需要使沿著鋼管2的外表面向旋轉方向流動的冷卻水的量變多，并且能將積存在冷卻水5a、5b各自流下的鋼管外表面上的位置4a與4b之間的水膜設定為適當厚度，從而進一步提高鋼管2的外表面的冷卻效率。優選向鋼管2的旋轉方向下游側的位置4b流下的冷卻水5b的流量與向鋼管2的旋轉方向上游側的位置4a流下冷卻水5a的流量的比值在l~0.6的范圍內，更優選在l~0.8的范圍內。將該比值設定為比l稍小，能使其彎曲量小于該比值為l(即冷卻水5a、5b的流量相同)時的彎曲量。但是，若該比比值過小，則會使在鋼管的外周面兩側的冷卻水量不均等，反而使彎曲量增大。優選由2列冷卻水5a、5b沖撞到鋼管2外周面上的位置4a、4b與鋼管2的中心結構所形成的角度0為12°~95°。若該夾角0小于12。時，則會使鋼管2的表面上形成水膜的區域(位置4a與4b的間的區域)變得非常狹窄。若夾角e超過95。時，除了鋼管2的外徑非常大的情況之外，很難在冷卻水5a、5b的鋼管外表面上的流下位置4a與4b之間送出用于冷卻的充分量的水，有時會特別使位于鋼管2最上部的部分的冷卻不充分。特別在夾角e較大的情況下，也可以將第3處呈平面狀流下的冷卻水的噴出口(未圖示)優選設置于鋼管2的最上部的正上方。優選從該第3噴出口流下的冷卻水的流量小于來自其兩側噴出口6a、6b的冷卻水的流量。雖然會使冷卻裝置變得較為復雜，但也可將第3處平面狀的冷卻水i殳為2列。例如，可在鋼管最上部的兩側配置2組(即內側1組和外側1組)2列的噴出口，所述2列的噴出口用于4吏冷卻水沿著距該最上部大致等距離的鋼管外周面上。在該情況下，在各組的噴出口中，只要將向鋼管2的旋轉方向上游側的位置流下的冷卻水流量設定為，大于或等于向鋼管2的旋轉方向下游側的位置流下的冷卻水流量即可。這樣一來，根據本實施方式，可有效地抑制在對比值(t/D)為0.07以下的薄壁鋼管P進行淬火時產生的淬火彎曲、以及有效地抑制在不降低鋼管的制造效率的情況下同一批量熱處理當中的最大全長彎曲，其結果能改善經過冷卻的鋼管的韌性。與特公昭61-4896號公報中公開的方法不同，其外表面冷卻沿著鋼管的軸向實施的開始時刻、結束時刻不發生改變，而可以對鋼管的整個長度按同一條件進行實施，因此，避免了裝置結構、控制的復雜化。但是，對鋼管整個長度實施的外表面冷卻的開始時間晚于內表面冷卻。實施例使用圖l所示的冷卻裝置l,一邊以60rpm的轉速使具有如下表1所示的外徑D、壁厚t、比值(t/D)以及長度的API規格的X60等纟及O乂質量百分t匕"i十，C:0.06%，Si:0.26%，Mn:1.24%,P:0.013%，S:0.001%，Cr:0.16%，V:0.06%,其余部分為Fe以及雜質，Ceq:0.311%)的鋼管2進行旋轉，一邊按與表l所示相同的內表面流量(內表面冷卻用的冷卻水流量)、外表面總流量(外表面冷卻用的冷卻水總流量)、內表面先開始時間(從開始內表面冷卻到開始外表面冷卻的時間)、外表面冷卻水的間隔(圖1中的4a與4b之間的圓周方向距離)以及角度0的條件實施冷卻。鋼管2在開始冷卻前的加熱溫度為920。C。外表面冷卻用的噴出口6a、6b具有達到鋼管全長的長度。實施冷卻直到鋼管的內外表面變為常溫為止。為了進行比較，將以平面狀流下到鋼管2的外表面的冷卻ii水設為l列，來對鋼管2進行冷卻。在該情況下，使冷卻水的噴出口位于鋼管2最上部的正上方。測定了冷卻結束后的鋼管2上產生的淬火彎曲量(mm/10m,對于在同一批熱處理中產生最大彎曲的管，是指通過采用全長拉線來測定彎曲量(mm),并將其換算為每10m的彎曲量的值)、以及夏氏沖擊試驗中的最高斷面變化溫度vts(在鋼管圓周方向的4個部位測定的最高值)。將這樣求出的彎曲量在10mm以下的產品以符號來表示，且將彎曲量超過10mm且20mm以下的以符號O表示，將彎曲量超過20mm用30mm以下的以符號A來表示，將彎曲量超過30mm以上的以符號x來表示。對于夏氏沖擊試驗中的最高變化溫度vts,將-40。C以下以符號〇表示，將超過-40°C且0。C以下以符號A表示，將超過0。C以符號x表示。綜合評價是指從這些2種評價當中取用最差的評價，符號O表示最高評分。將評價結果表示于表l中。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表1的試驗序號57、10、11、14以及15是按照本發明的方法實施冷卻的例子(即將外表面冷卻水設為2列，且先進行7秒以上的內表面冷卻)。從所有例子中可知，即使是彎曲量為O或(D,且t/D比為0.07以下(0.0310.058)的薄壁鋼管，也能在不降低鋼管的制造效率的情況下有效地抑制淬火彎曲。另夕卜，夏氏最高斷面變化溫度(最高vts)為-4(TC以下，其韌性也良好。試驗序號6及序號7中除了2列外表面冷卻水的流量分配不同以外其他冷卻條件都相同。與2列外表面冷卻水的流量相同的試驗序號6的淬火彎曲量為10mm的情況相比，在使鋼管的旋轉方向上游側一列的流量大于下游側一列的流量的試驗序號7中，淬火彎曲量進一步降低至6mm。相對于此，在^f吏用l列外表面冷卻水同時開始進行內表面冷卻和外表面冷卻的試驗序號l中，發生的淬火彎曲量過大，并且最高vts為-30°C、韌性不良。在先開始進行內表面冷卻且將外表面冷卻水設為l列的試驗序號2、3、8、12中，最高vts為-30°C、韌性不良。在將外表面冷卻水設為2列而同時開始內表面冷卻和外表面冷卻的試驗序號4中，發生的淬火彎曲量過大。在外表面冷卻設有2列冷卻水而內表面冷卻的先開始時間少于7秒的試驗序號9以及13中，淬火彎曲量比較的大，且最高vts為-30°C、韌性不良。權利要求1.一種鋼管冷卻方法，該方法是一邊使水平配置的鋼管沿圓周方向進行旋轉一邊對鋼管的內表面和外表面進行冷卻的鋼管冷卻方法，其特征在于，鋼管內表面的冷卻是通過向鋼管內噴射冷卻水來進行的，而鋼管外表面的冷卻是通過在鋼管最上部的兩側的距該最上部大致等距離的2個位置，分別使從鋼管上方沿著軸向呈平面狀的冷卻水流到鋼管外表面來進行的；使流下到鋼管的旋轉方向上游側的位置的冷卻水的流量大于或等于流下到旋轉方向下游側的位置的冷卻水的流量，并且使鋼管內表面的冷卻比鋼管外表面的冷卻早7秒以上開始實施。2.根據權利要求l所述的鋼管冷卻方法，其中，上述鋼管的壁厚/外徑為0.07以下。全文摘要本發明提供一種鋼管冷卻方法，其能在不降低鋼管的制造效率的情況下有效地抑制對壁厚/外徑為0.07以下的薄壁鋼管進行淬火時發生的淬火彎曲，通過一邊使水平配置的銅管(2)沿圓周方向進行旋轉，一邊向其內部噴射冷卻水來使鋼管2的內表面冷卻，并且通過使平面狀的冷卻水(5a、5b)沿著鋼管(2)的軸向從上方流過其外表面來使外表面冷卻。使內表面的冷卻比外表面的冷卻早7秒以上開始實施。外表面的冷卻是通過使平面狀的冷卻水(5a、5b)分別沿距鋼管(2)的最上部大致等距離的2個位置(4a、4b)流下來進行的，使沿鋼管(2)的旋轉方向上游側的位置流下的冷卻水(5a)的流量大于沿旋轉方向下游側的位置流下的冷卻水(5b)的流量。文檔編號C21D9/08GK101490286SQ20078002747公開日2009年7月22日申請日期2007年5月30日優先權日2006年5月30日發明者中田順司,大迫一申請人:住友金屬工業株式會社