大口径钢管的淬火过程后如何冷却？

钢管不仅用于运送流体和粉状固体、交流热能、制作机械零件和容器，它还是一种经济钢材。用钢管制作建筑结构网架、支柱和机械支架，能够减轻分量，节省金属20~40%，而且可实现工厂化机械化施工。用钢管制作公路桥梁不但可节省钢材、简化施工，而且可削减涂保护层的面积，节省投资和维护费用。大口径钢管具有空心截面，其长度远大于直径或周长的钢材。按截面形状分为圆形、方形、矩形和异形钢管；按材质分为碳素结构钢钢管、低合金结构钢钢管、合金钢钢管和复合钢管；按用途分为运送管道用、工程结构用、热工设备用、石油化工工业用、机械制作用、地质钻探用、高压设备用钢管等；按生产工艺分为无缝钢管和焊接钢管，其中无缝钢管又分热轧和冷轧（拔）两种，焊接钢管又分直缝焊接钢管和螺旋缝焊接钢管。

一、大口径钢管的热处理过程是怎样的？

（1）在热处理过程中，引起大口径钢管几何形状改变的原因，是热处理应力作用所致。热处理应力是比较复杂的问题，它既是产生变形和裂纹等缺陷的原因，也是提高工件疲劳强度和使用寿命的重要手段。

（2）因此，了解热处理应力产生的机理和变化规律，并掌握控制内应力的方法是很重要的。热处理应力是指由于热处理因素（热过程和组织转变过程），在工件内部产生的应力。

（3）它是在工件的整体内或部分体积内自相平衡的，故称为内应力。热处理应力按其作用的性质分为张应力和压应力；按其作用的时间可分为瞬时应力和残余应力y而按其形成的原因则分为热应力和组织应力。

（4）热应力是由于在加热或冷却过程中，工件内各部位温度变化的不同时性所形成的。例如对于一个实心工件来说，加热时总是表面要比心部热得快，而冷却时心部要比表面冷得慢，这是因为热量的吸收和散失都是通过表面进行传导的。

（5）成分和组织状态都不发生变化的大口径钢管，处于不同温度时，只要线膨胀系数不等于零，都会引起比容的变化，因而在加热或冷却过程，在工件表心之间会产生相互张压的内应力。显然，工件内产生的温度差愈大，热应力愈大。

二、大口径钢管的淬火过程后如何冷却？

（1）淬火过程工件要加热至较高的温度，采取较快的速度冷却，故在淬火时，尤其是在淬火冷却过程，会产生很大的热应力。直径为26毫米的钢球，经700°C加热后在水中冷却时，表面和心部的温度变化情况。

（2）冷却初期，表面的冷却速度显着超过心部，表心温度差不断增大。继续冷却时，表面的冷却速度减慢，而心部的冷却速度相对地增快，当表面和心部的冷速近于相等时，它们的温度差达到了大值。

（3）随后，心部的冷却速度大于表面的冷却速度，表心的温度差逐渐减小，直至心部冷透时，温度差也全部消失。在急冷情况下产生热应力的过程。

（4）冷却初期，表层冷却，它与心部之间开始产生温度差。由于热胀冷缩的物理特性，表层体积要收缩，而心部温度尚高，比容较大，会阻碍表层向内自由收缩，因而形成了表层受张、心部受压的热应力。

（5）随着冷却的进行，上述温度差继续增大，产生的热应力也相应增加，当温度差达到较大值时，热应力也大。如果这时的热应力，低于钢在相应温度条件下的屈服强度，不会引起塑性变形，仅产生微量的弹性变形。

（6）进一步冷却时，表层冷却速度减慢，心部的冷速相应地加快，温度差趋于减小，热应力也逐渐降低。随着热应力的降低，上述弹性变形也相应减小。