宝钢：热轧无缝钢管在线组织性能调控关键技术(2)

二、主要技术内容与创新点

本项目从实现热轧无缝钢管在线组织性能调控技术目标出发，针对前面提到的关键技术难题，我们提炼出环形断面均匀化冷却机制、约束断面温控-相变耦合与协调机制、高温形变细晶组织调控机制等三大科学问题，聚焦控冷技术装备与自动控制系统、在线组织调控工艺方法与技术、短流程系列无缝钢管产品等关键技术瓶颈，通过理论与实践相结合，形成了三个主要创新点，实现了理论、装备、工艺、产品的一体化创新，并取得了很好的应用实施效果。

（1）率先开发出具有内外壁快速均匀冷却和直接淬火功能的热轧无缝钢管在线控制冷却技术与装备，并在国际上首次实现工业化稳定应用（图2）。实现了PQF460机组钢管轧后全长规格（1～3倍尺，10～36m长度）的控制冷却及直接淬火工艺。

图2 开发的国际首套热轧钢管控制冷却工业化装备及应用

针对钢管圆形表面与板材平面表面条件下存在的冷却介质流场及温度场不同的特征，提出适于热轧无缝钢管环形断面特点的非对称射流冲击冷却机制，开发出高速率与高均匀性控制冷却技术，并开发研制出可实现内壁冷却与外壁射流冲击冷却的核心环形冷却喷环结构，终冷温度控制范围为800℃~室温，满足控温冷却和直接淬火工艺要求，实现了国际首创。同时，针对热轧无缝钢管生产工艺流程特点，建立了热轧钢管冷却过程的内外壁冷却数学模型，构建了基于水流量、冷却时间、换热强度的均匀化冷却热交换评价方法。

开发出基于全流程工业数据的热轧钢管冷却动态自适应算法、冷却水介质压力与流量无级可调的高精度控制技术，以及管材柔性化的冷却路径和多流程工艺控制策略。实现了高效（匹配最快40s热轧节奏）、均匀（全长/周向控温精度±20℃）稳定生产，管形及直度良好（椭圆度＜1%D，直度＜5mm/m），满足了多品种多规格热轧无缝钢管产品的生产需求。控冷装备的开发成功，同比板材控制冷却，弥补了近40年的技术差距，填补了领域国际空白。

（2）建立了热轧无缝钢管在线组织调控工艺方法，开发出基于高温变形条件和控制冷却的钢管一体化在线组织控制技术，为热轧无缝钢管生产提供全新的工艺手段。

以在线冷却组织调控为核心，围绕热轧无缝钢管高温穿轧成形的工艺特点，通过冷却路径的合理控制，构建了F、B、M等三大类目标组织控制的在线调控工艺技术体系，目前依托该工艺技术的产品强度级别，已达到了GPa级以上，并实现了批量稳定生产。如图3所示。进而在热轧无缝钢管领域，基于新成分体系设计，形成了细晶强化、相变强化、析出强化的综合强化机制。同时，针对钢管高温变形条件（终轧950～1100℃），将钛微合金化技术引入热轧无缝钢管领域，并结合在线冷却工艺，实现了典型品种“成分-高温变形-控制冷却”的协同调控，最终获得了高温终轧条件下类同于“控轧控冷”的组织细化效果，显著改善了低温韧性，为高性能先进管材产品的开发生产提供了全新的技术手段。总体上看，我们建立的以控制冷却为核心的在线组织调控方法，彻底扭转了无缝钢管以往过度依赖于合金化和离线热处理的被动局面，突破了传统工艺瓶颈，开辟了钢管高质高效制造新工艺新方法。

图3 热轧无缝钢管在线控制冷却工艺

（3）率先开发出高等级油套管、管线管、结构管等热轧无缝钢管基于在线控制冷却和淬火的全新成分体系及工艺技术，实现了热轧无缝钢管系列产品的短流程生产。

在产品方面，首先围绕量大面广的结构管和低钢级管线管产品，通过差异化的在线控冷工艺，解决了热轧态组织粗大和不均匀的工艺难题，省去了离线正火工序，实现了工艺减量化。其次是针对中高钢级的管线管产品，开发了低碳当量和低合金成本的全新钢种，并通过在线淬火工艺替代了离线淬火处理，同时实现了工艺和合金的减量化。第三类产品是围绕高强度无缝钢管产品，在量大面广的API套管方面，通过在线淬火替代离线淬火，不仅缩短了工艺流程，而且强度得到了明显提升。特别是我们开发的高端抗硫套管产品，通过实施在线控冷以后，110ksi级抗硫管产品不仅省去了一道离线的调质处理，而且抗硫性能等关键指标还提升了10%，达到30MPa?m1/2以上，真正实现了工艺减量化和产品的性能高质化。从而，在总体上实现了典型无缝管产品基于在线组织调控的短流程生产及流程再造。

文章来源：《热处理技术与装备》 网址: http://www.rcljsyzb.cn/zonghexinwen/2021/0818/649.html