第2期 刘国勇等：大口径无缝钢管淬火冷却均匀性影响因素 ·235 示.图4为钢管外表面、心部和内表面（图1点BI3.2.2旋转速度的影响 和F点，下图均同此在冷却过程中温度变化.选取钢 无缝钢管的周向几何尺寸为中325m<10m? 管截面不同的外表面、心部和内表面的点仅影响图4 浸润角0为270°，旋转速度分别为30.60和240 中冷却时间先后，并不改变曲线的波动形状及大小. m前时温度场数值模拟结果如图5所示.旋转 由图4中可知，钢管在淬火过程中，外表面要交 速度为120mr时温度场数值模拟结果见图4 替经历冲击强冷区及流水区，故在图3中温度曲线 (c. 呈锯齿形.同样，内表面要水冷区及空冷区浸润角 由图5及图4(9可知，钢管旋转速度越小钢 0为360除外，温度曲线也呈锯齿形.当浸润角0 管内外表面温度差延续时间会更长，会加大内外温 分别为90°、180时，外表面冷却过强：当浸润角0为 差从而导致钢管的变形加大.考虑到大口径钢管 360时，内表面冷却过强.当浸润角0为270时（图 情况，过高的旋转速度也会使动力消耗大，淬火过程 4(9,内外表面温度曲线的均线基本重合，即内外 稳定性受到影响.故钢管旋转速度不低于60 达到均匀冷却. mr,不高于120mr 一内表面 一内表面 中心 6 一中心 一外表面 6 一外表面 N 0246 8 10121416182022 0024681012416182022 时间/s 时间s 6 8 一内表面 中心 6 一外表面 00246810121416182022 时间s 图5旋转速度对钢管淬火冷却均匀的影响.(8旋转速度为30mr!(b旋转速度为60mT:(9旋转速度为240mT1 Fig 5 Effect of rota tion speed on the cooling unifom ity of steelpipes during quenching (a)ron tion speed30 Fm (b)rotation speed60r mr (9 otation speed240m 3.23钢管管径的影响 4结论 钢管中426mX10m四中630mmX10mm在旋 转速度为120mr时，浸润角0为270时，钢 在无缝钢管淬火过程中，通过对外表面管流与 管内、心及外部温度变化如图6所示.同样条件下， 内表面轴向喷射冷却方式相关影响因素的分析，得 钢管中325mmX10mm冷却温度变化见图4(9.由 到如下结果：在大口径条件下，管径对冷却均匀影响 图6可看出，在旋转速度及浸润角较为合适的条件 不大；大口径钢管的旋转速度不低于60m前'且 下，管径对冷却均匀性影响不大 不高于120mr,水的浸润角为270左右时，钢 管径向冷却较均匀.第 2期 刘国勇等:大口径无缝钢管淬火冷却均匀性影响因素 示 .图 4为钢管外表面、心部和内表面 (图 1点 B、I 和 F点,下图均同此)在冷却过程中温度变化.选取钢 管截面不同的外表面、心部和内表面的点仅影响图 4 中冷却时间先后,并不改变曲线的波动形状及大小. 由图 4中可知 ,钢管在淬火过程中,外表面要交 替经历冲击强冷区及流水区 ,故在图 3中温度曲线 呈锯齿形.同样 ,内表面要水冷区及空冷区 (浸润角 θ为 360°除外),温度曲线也呈锯齿形 .当浸润角 θ 分别为 90°、180°时 ,外表面冷却过强;当浸润角 θ为 360°时 ,内表面冷却过强.当浸润角 θ为 270°时 (图 4(c)),内外表面温度曲线的均线基本重合, 即内外 达到均匀冷却. 3.2.2 旋转速度的影响 无缝钢管的周向几何尺寸为 325 mm×10mm, 浸润角 θ为 270°, 旋转速度 n分别为 30、60和 240 r·min -1时温度场数值模拟结果如图 5 所示.旋转 速度 n为 120 r·min -1时温度场数值模拟结果见图 4 (c). 由图 5及图 4(c)可知, 钢管旋转速度越小, 钢 管内外表面温度差延续时间会更长 , 会加大内外温 差, 从而导致钢管的变形加大 .考虑到大口径钢管 情况 ,过高的旋转速度也会使动力消耗大,淬火过程 稳定性受到影响 .故钢管旋转速度不低于 60 r· min -1 , 不高于 120 r·min -1. 图 5 旋转速度对钢管淬火冷却均匀的影响 .(a)旋转速度为 30r·min-1;(b)旋转速度为 60r·min-1 ;(c)旋转速度为 240r·min-1 Fig.5 Effectofrotationspeedonthecoolinguniformityofsteelpipesduringquenching:(a)rotationspeed30r·min-1 ;(b)rotationspeed60r· min-1;(c)rotationspeed240r·min-1 3.2.3 钢管管径的影响 钢管 426 mm×10 mm、 630 mm×10 mm在旋 转速度 n为 120 r·min -1时 ,浸润角 θ为 270°时 ,钢 管内、心及外部温度变化如图 6所示 .同样条件下 , 钢管 325 mm×10mm冷却温度变化见图 4(c).由 图 6可看出 ,在旋转速度及浸润角较为合适的条件 下 ,管径对冷却均匀性影响不大 . 4 结论 在无缝钢管淬火过程中, 通过对外表面管流与 内表面轴向喷射冷却方式相关影响因素的分析, 得 到如下结果:在大口径条件下 ,管径对冷却均匀影响 不大 ;大口径钢管的旋转速度不低于 60 r·min -1且 不高于 120 r·min -1 ,水的浸润角为 270°左右时, 钢 管径向冷却较均匀 . · 235·