D0I:10.13374/i.issnl100103x.2011.02.015 第33卷第2期 北京科技大学学报 Vo133 No 2 2011年2月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Feb 2011 大口径无缝钢管淬火冷却均匀性影响因素 刘国勇 朱冬梅张少军 李谋渭边新孝 北京科技大学机械工程学院，北京100083 通信作者，Ema时y666@163m 摘要根据目前无缝钢管常用的外表面常压管射流与内表面轴向喷射冷却方式，采用有限元分析软件ANSYS对大口径钢 管淬火过程温度场进行数值模拟.分析了钢管的管径、钢管的旋转速度及内喷射冷却介质一水的浸润角对钢管径向冷却均 匀的影响.结果表明：在大管径条件下，管径对冷却均匀影响不大：钢管的旋转速度不低于60m江，水的浸润角为270左右 时，钢管径向冷却均匀较好. 关键词钢管：淬火：温度分布：数值方法 分类号TG1553 Infuuencng factors on cooling unifom ity of arge caliber seam less steel pipes during quench ng L.IU Guo yong,ZHU Dongm ei ZHANG Shaa jin LIMouwei B IAN Xnxao Mechan cal Engineering School University of Science and Technopgy Beijng Beijing100083 Chna Correspandng author Email gy 1i666@163 com ABSTRACT Based on current cooling methods commonly used to cool he outer surface by a lov pressure pipe et and he inner sur face by a high Pressue axial et num erical siultons w ith fn ite elm ent sofware ANSYS were perfommed p sudy he tm peraure fieH of arge calber sea ess seelp pes during quench ing The consdered facprs are the diaeter of seelppes he rotaton speed of steel ppes and the wetting angle of coolng water Numerical results reveal hat ppe diameter has little nfluence on the coolng ui fom ity The rad ial coolng unipmity of steel pipes is the best under the cond ition of the rouation speed of no ss than 60 rm and the wetting angle of abait270. KEY WORDS steelppe quenching temperaure distribu tion numericalmethods 目前无缝钢管淬火主要有槽内水淬工艺和槽外 钢管旋转装置，还能使钢管在圆周方向均匀冷却和 水淬工艺·.槽内水淬工艺最简单的方法就是浸 冷却变形极小，甚至无淬火弯曲变形. 淬：但浸淬的主要缺点是钢管上下部的冷却速度不 由于层流喷射加内轴向喷射这种方式，管外表 一致。容易使钢管弯曲. 面采用是低压水(0.1~0.2MP)冷却，一般情况下， 槽外水淬工艺中应用较成功的是“在钢管旋转 钢管外上半部分是水冲击冷却，而钢管外下半部分 同时，进行钢管内表面轴流喷水，外表面层流喷水淬 是少量流水冷却；钢管内表面采用是高压水（在钢 火”的水淬热处理工艺，日本钢管生产厂及我国的 管内流动速度为10~15ms1冷却，一般情况下， 宝钢及天津无缝钢管厂等采用就是此工艺一.日 对于小直径钢管是充满整个钢管内孔.钢管内外表 本钢管公司比较了浸淬、浸淬加内轴向喷射、外喷射 面冷却形式的不同，往往会造成钢管冷却不均匀，产 加内轴向喷射和层流喷射加内轴向喷射等冷却方法 生变形.内轴向喷射产生的沿钢管长度方向冷却不 的冷却能力-？，表明钢管外表面层流喷射和内轴 均匀可通过局部调整层流水量给以弥补，在实际生 向喷射工艺的冷却能力极强，淬火效率高.若配以 产中，有大直径钢管(D空300需要淬火，采用内轴 收稿日期：2010-03-22第 33卷 第 2期 2011年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.33 No.2 Feb.2011 大口径无缝钢管淬火冷却均匀性影响因素 刘国勇 朱冬梅 张少军 李谋渭 边新孝 北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 通信作者, E-mail:gy liu666@163.com 摘 要 根据目前无缝钢管常用的外表面常压管射流与内表面轴向喷射冷却方式 , 采用有限元分析软件 ANSYS对大口径钢 管淬火过程温度场进行数值模拟.分析了钢管的管径、钢管的旋转速度及内喷射冷却介质———水的浸润角对钢管径向冷却均 匀的影响.结果表明:在大管径条件下, 管径对冷却均匀影响不大;钢管的旋转速度不低于 60r·min-1 , 水的浸润角为 270°左右 时, 钢管径向冷却均匀较好. 关键词 钢管;淬火;温度分布;数值方法 分类号 TG155.3 Influencingfactorsoncoolinguniformityoflargecaliberseamlesssteelpipes duringquenching LIUGuo-yong , ZHUDong-mei, ZHANGShao-jun, LIMou-wei, BIANXin-xiao MechanicalEngineeringSchool, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China Correspondingauthor, E-mail:gy liu666@163.com ABSTRACT Basedoncurrentcoolingmethodscommonlyusedtocooltheoutersurfacebyalowpressurepipejetandtheinnersur￾facebyahighpressureaxialjet, numericalsimulationswithfiniteelementsoftwareANSYSwereperformedtostudythetemperature fieldoflarge-caliberseamlesssteelpipesduringquenching.Theconsideredfactorsarethediameterofsteelpipes, therotationspeedof steelpipesandthewettingangleofcoolingwater.Numericalresultsrevealthatpipediameterhaslittleinfluenceonthecoolinguni￾formity.Theradialcoolinguniformityofsteelpipesisthebestundertheconditionoftherotationspeedofnolessthan60r·min-1 and thewettingangleofabout270°. KEYWORDS steelpipe;quenching;temperaturedistribution;numericalmethods 收稿日期:2010--03--22 目前无缝钢管淬火主要有槽内水淬工艺和槽外 水淬工艺 [ 1] .槽内水淬工艺最简单的方法就是浸 淬 ;但浸淬的主要缺点是钢管上下部的冷却速度不 一致, 容易使钢管弯曲 . 槽外水淬工艺中应用较成功的是 “在钢管旋转 同时, 进行钢管内表面轴流喷水 ,外表面层流喷水淬 火 ”的水淬热处理工艺 , 日本钢管生产厂及我国的 宝钢及天津无缝钢管厂等采用就是此工艺 [ 1 -5] .日 本钢管公司比较了浸淬、浸淬加内轴向喷射、外喷射 加内轴向喷射和层流喷射加内轴向喷射等冷却方法 的冷却能力 [ 1 -2] ,表明钢管外表面层流喷射和内轴 向喷射工艺的冷却能力极强 , 淬火效率高.若配以 钢管旋转装置 ,还能使钢管在圆周方向均匀冷却和 冷却变形极小 ,甚至无淬火弯曲变形. 由于层流喷射加内轴向喷射这种方式 ,管外表 面采用是低压水(0.1 ～ 0.2MPa)冷却, 一般情况下, 钢管外上半部分是水冲击冷却, 而钢管外下半部分 是少量流水冷却;钢管内表面采用是高压水 (在钢 管内流动速度为 10 ～ 15 m·s -1 )冷却 ,一般情况下, 对于小直径钢管是充满整个钢管内孔.钢管内外表 面冷却形式的不同 ,往往会造成钢管冷却不均匀 ,产 生变形.内轴向喷射产生的沿钢管长度方向冷却不 均匀可通过局部调整层流水量给以弥补 .在实际生 产中 ,有大直径钢管 (DN≥300)需要淬火,采用内轴 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2011.02.015