一種高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管，該鋼管按照質(zhì)量百分比的成分為：C：0.16％～0.25％、Si：0.15％～0.37％、Mn：0.7％～1.3％、P：0.001％～0.012％、S：0.0001％～0.004％、Cr：0.7％～1.2％、Mo：0.6％～1.2％、Ni：0.2％～2.5％、B：0.001％～0.003％、Nb：0.04％～0.12％、Ti：0.02％～0.05％、Al：0.01％～0.05％、Ca：0.0005％～0.005％、Cu：≤0.15％、La≤0.01％，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明抗拉強(qiáng)度≥1160MPa，屈服強(qiáng)度≥1070MPa，延伸率≥15％，屈強(qiáng)比≤0.94；硬度≥HRC38，該鋼管0℃的夏比U型缺口縱向全尺寸沖擊功≥100J；該鋼管0℃的夏比U型缺口橫向全尺寸沖擊功≥66J；既具備較高的強(qiáng)度，又具備良好的韌性和塑性，具有優(yōu)異的綜合使用性能。
【專利說明】
一種高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及油田用鋼管的生產(chǎn)領(lǐng)域，具體是一種高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼 管。
【背景技術(shù)】
[0002] 和傳統(tǒng)的lioksi以下鋼級(jí)相比，135ksi以上套管是一種高技術(shù)含量、高附加值的 產(chǎn)品，市場(chǎng)前景廣闊。開發(fā)難點(diǎn)在于如何保證高強(qiáng)度和高韌性的匹配，高鋼級(jí)材料的開發(fā)難 點(diǎn)在于保證較高的強(qiáng)度的同時(shí)還要具有較高的沖擊韌性。較高的沖擊功可以保證管子受壓 時(shí)不產(chǎn)生裂紋，同時(shí)可以增加高溫高壓環(huán)境下的承受能力。
[0003] 從石油管材開發(fā)的趨勢(shì)看，作為石油行業(yè)主要物資的套管，其強(qiáng)度級(jí)別要求越來 越高，國(guó)內(nèi)很多廠家已經(jīng)開始供應(yīng)155ksi級(jí)別的各種套管，配套地，國(guó)內(nèi)外油井井下作業(yè)用 管的強(qiáng)度級(jí)別也在往這上面發(fā)展。
[0004] 影響沖擊功的因素很多，包括化學(xué)成分設(shè)計(jì)、夾雜物、氣體含量、晶粒度、乳制工 藝、熱處理等，并且各影響因素之間相互關(guān)聯(lián)，尤其是夾雜物和晶粒度控制對(duì)沖擊功的影響 非常顯著。高強(qiáng)度條件下還要保證較高橫向沖擊功是高鋼級(jí)管材開發(fā)的最大難點(diǎn)，攻克這 一難關(guān)對(duì)進(jìn)軍高端結(jié)構(gòu)鋼管材領(lǐng)域具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管，該鋼管的屈服強(qiáng)度 達(dá)到高鋼級(jí)，且該鋼管〇°C的夏比U缺口橫向全尺寸沖擊功多66J，實(shí)現(xiàn)了高鋼級(jí)鋼管的強(qiáng)度 和韌性良好匹配。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管，該鋼管按照質(zhì)量百分比的成分為：C: 0· 16% ~0.25%、Si :0· 15% ~0.37%、Μη:0·7% ~1.3%、Ρ:0·001% ~0.012%、S: 0.0001 %~0.004%、Cr :0.7%~1.2%、Mo :0.6%~1.2%、Ni :0.2%~2.5%、B:0.001 %~ 0.003%、Nb:0.04%~0.12%、Ti:0.02%~0.05%、Al:0.01%~0.05%、Ca:0.0005%~ 0.005%、(：11 :彡0.15%、1^彡0.01%，其余為?6和不可避免雜質(zhì)。
[0008] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:不可避免的雜質(zhì)包括:513、81、？13^8、311、0、!1、1其中0 : <0·002%、Κ0·008%、Η:<0·0001%。
[0009] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管的制備過程包 括:電爐冶煉、爐外精煉、真空脫氣、連鑄、連乳、鋼坯加熱、鋼管乳制、調(diào)質(zhì)處理、矯直。
[0010] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管的制備過程，具 體包括以下步驟：
[0011] 1)鋼坯冶煉和成型：按照上述成分配比將各成分先經(jīng)電爐冶煉，送入LF爐精煉，并 喂Α1線，鋼液溫度1640°C~1670°C時(shí)，進(jìn)行VD爐真空處理，真空度45Pa~65Pa，真空前加入 Si-Ca線，真空保持時(shí)間15min~30min，鋼液溫度在1550°C~1580°C時(shí)，連鑄成圓管坯，然后 將圓管坯在1160 °C~1250 °C時(shí)進(jìn)行連續(xù)乳制，圓管坯的變形比彡6，然后冷卻到室溫，圓管 坯奧氏體平均晶粒度細(xì)于8級(jí)；
[0012] 2)鋼管乳制：圓管坯加熱到1200 °C~1250 °C，穿孔前溫度1160 °C~1220 °C，斜乳前 溫度980°C~1130°C，張力減徑前溫度830°C~920°C ;
[0013] 3)調(diào)質(zhì)處理:淬火溫度為880°C~920°C，水冷；回火溫度為560°C~630°C，空冷； [0014] 4)矯直：回火后趁溫，在460°C~550°C時(shí)，將鋼管矯直。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0016] 采用本發(fā)明生產(chǎn)的鋼管的室溫性能：該鋼管抗拉強(qiáng)度彡1160MPa，屈服強(qiáng)度彡 1070MPa，延伸率彡15 %，屈強(qiáng)比彡0.94;硬度彡HRC38，該鋼管0 °C的夏比U型缺口縱向全尺 寸沖擊功彡100J;該鋼管〇°C的夏比U型缺口橫向全尺寸沖擊功彡66J;采用本發(fā)明生產(chǎn)的鋼 管，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后，既具備較高的強(qiáng)度，又具備良好的韌性和塑性，具有優(yōu)異的綜合使用 性能。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的 實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都 屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0018] 實(shí)施例1
[0019] 本發(fā)明實(shí)施例中，本發(fā)明的高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管的化學(xué)組成以質(zhì)量％ 計(jì)，各元素的含量分別為，C:0.16% ~0.25%、Si:0.15%~0.37%、Mn:0.7%~1.3%、P: 0.001%~0.012%、S:0.0001%~0.004%、Cr :0.7%~1.2%、Mo:0.6%~1.2%、Ni:0.2% ~2.5%、B:0.001%~0.003%、Nb:0.04%~0.12%、Ti :0.02%~0.05%、Al:0.01%~ 0.05%、Ca:0.0005%~0.005%、0 :<0.002%、K0.008%、H:<0.0001%，Cu:<0.15%、 LaSO.Ol%、其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。
[0020] 所述的性能指標(biāo)是，常溫下該鋼管抗拉強(qiáng)度彡1160MPa，屈服強(qiáng)度彡1070MPa，延伸 率彡15 %，屈強(qiáng)比彡0.94 ;硬度彡HRC38，該鋼管0 °C的夏比U型缺口縱向全尺寸沖擊功彡 1 〇〇 J;該鋼管〇 °C的夏比U型缺口橫向全尺寸沖擊功彡66 J;晶粒度10-12級(jí)。
[0021 ]本發(fā)明的高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管的成型方法是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0022]鋼坯冶煉和成型：按照上述成分配比先經(jīng)電爐冶煉，送入LF爐精煉，并喂A1線，鋼 液溫度1640 °C~1670°C時(shí)，進(jìn)行VD爐真空處理，真空度45Pa~65Pa，真空前加入Si-Ca線，真 空保持時(shí)間15min~30min，采用這種方式冶煉保證了鋼質(zhì)的純凈度，鋼液溫度在1550 °C~ 1580°C時(shí)，連鑄成圓管坯，然后將圓管坯在1160 °C~1250 °C時(shí)進(jìn)行連續(xù)乳制，圓管坯的變形 比彡6,然后冷卻到室溫，圓管坯奧氏體平均晶粒度細(xì)于8級(jí)。
[0023] 鋼管乳制：圓管坯加熱到1200°C~1250°C，穿孔前溫度1160°C~1220°C，斜乳前溫 度980°C~1130°C，張力減徑前溫度830°C~920°C。
[0024] 調(diào)質(zhì)處理:淬火溫度為880 °C~920 °C，水冷?；鼗饻囟葹?60 °C~630 °C，空冷。采用 步進(jìn)爐加熱，在淬火爐溫度達(dá)到920°C時(shí)，將鋼管送進(jìn)淬火爐內(nèi)，保溫時(shí)間50分鐘到70分鐘， 出爐后在20秒之內(nèi)將鋼管入水淬火，淬火時(shí)間30秒到60秒，待鋼管表面溫度等卻到150Γ- 200°C時(shí)將鋼管裝入回火爐保溫處理，回火溫度560°C~630°C，回火爐內(nèi)保溫時(shí)間90分鐘到 140分鐘，然后出回火爐。
[0025]矯直：回火出爐后趁溫，在鋼管溫度在460 °C~550 °C時(shí)，將鋼管矯直。
[0026] 本發(fā)明的高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用管檢測(cè)成分見表1:
[0027] 表1本發(fā)明的鋼管的實(shí)際檢測(cè)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ )
[0028]
[0029] 余量為Fe和不可避免雜質(zhì)，不可避免的雜質(zhì)包括:513、8丨、？13^8、311、0、!^，其中 ： Sb：0.001 % ,Bi :0.0002% ,Pb：0.0005,As：0.005% ,Sn:0.003% ,0:0.001% ,N：0.0050% , H:0.0001%。
[0030] 煉鋼成分控制較低的P、S殘量，添加 Mn、Cr、Mo等作為主要合金元素，改善鋼鐵的強(qiáng) 度和韌性，提高鋼材的淬透能力;加入微量的Ti、Nb、B元素提高回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒;Ca改 善夾雜物的分布和形態(tài)，La凈化鋼水。
[0031] 非金屬夾雜物符合按照GB/T10561中附錄A中A、B、C、D和DS評(píng)級(jí)圖進(jìn)行評(píng)級(jí)，粗系 和細(xì)系的檢測(cè)結(jié)果見表2。
[0032]表2非金屬夾雜物
[0034] 本發(fā)明的最終成品管具有良好的強(qiáng)韌性匹配，較高的室溫屈服強(qiáng)度，優(yōu)異的延伸 率，合適的屈強(qiáng)比，穩(wěn)定的硬度，該鋼管〇°C的夏比U型缺口縱向全尺寸沖擊功和橫向全尺寸 沖擊功十分優(yōu)異，平均晶粒度10-12級(jí)。本發(fā)明的鋼管的性能試驗(yàn)結(jié)果見表3。
[0035] 表3鋼管性能檢測(cè)結(jié)果
[0036]
[0037]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在 不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論 從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán) 利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有 變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0038]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包 含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管，其特征在于，該鋼管按照質(zhì)量百分比的成分 為：C:0.16% ~0.25%、Si:0.15%~0.37%、Mn:0.7%~1.3%、P:0.001%~0.012%、S: 0.0001 %~0.004%、Cr :0.7%~1.2%、Mo :0.6%~1.2%、Ni :0.2%~2.5%、B:0.001 %~ 0.003%、Nb:0.04%~0.12%、Ti:0.02%~0.05%、Al:0.01%~0.05%、Ca:0.0005%~ 0.005%、Cu:彡0.15%、La彡0.01%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管，其特征在于，不可避免的雜 質(zhì)包括:513、81、？13、八8、511、0、!^，其中0 :彡0.002%川:彡0.008%、!1:彡0.0001%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管，其特征在于，該鋼管的制備 過程包括：電爐冶煉、爐外精煉、真空脫氣、連鑄、連乳、鋼坯加熱、鋼管乳制、調(diào)質(zhì)處理、矯 直。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)度高沖擊韌性的石油用鋼管，其特征在于，具體包括以下 步驟： 1) 鋼坯冶煉和成型：按照上述成分配比將各成分先經(jīng)電爐冶煉，送入LF爐精煉，并喂Al 線，鋼液溫度1640 °C~1670 °C時(shí)，進(jìn)行VD爐真空處理，真空度45Pa~65Pa，真空前加入Si-Ca 線，真空保持時(shí)間15min~30min，鋼液溫度在1550°C~1580°C時(shí)，連鑄成圓管坯，然后將圓 管坯在1160 °C~1250 °C時(shí)進(jìn)行連續(xù)乳制，圓管坯的變形比彡6，然后冷卻到室溫，圓管坯奧 氏體平均晶粒度細(xì)于8級(jí)； 2) 鋼管乳制：圓管坯加熱到1200°C~1250°C，穿孔前溫度1160°C~1220°C，斜乳前溫度 98〇°C~ll 3〇°C，張力減徑前溫度83〇°C~92〇°C ; 3) 調(diào)質(zhì)處理:淬火溫度為880°C~920°C，水冷；回火溫度為560°C~630°C，空冷； 4) 矯直：回火后趁溫，在460 °C~550 °C時(shí)，將鋼管矯直。
【文檔編號(hào)】C22C38/08GK105950974SQ201610481182
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】高玉光, 王錦永, 張凱, 朱明 , 陳園園
【申請(qǐng)人】邯鄲新興特種管材有限公司