CN101899621B - 3Cr无缝钢管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金技术领域，特别涉及3Cr无缝钢管及其制造方法。本发明所解决的第一个技术问题是提供一种淬透性高、晶粒细化3Cr无缝钢管，该3Cr无缝钢管的化学成分按重量百分比计C：0.1～0.2％、Si：0.1～0.5％、Mn：0.3～0.8％、Cr：2～4％、Mo：0.3～0.6％、Ti：0.0024～0.024％、Al：0.01～0.04％、P：0～0.03％、S：0～0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。本发明的3Cr无缝钢管在成分设计上，为防止淬火开裂，C含量较低；加入Mo元素可以提高淬透性；加入Ti可以细化晶粒，并且力学性能满足API标准要求。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及3Cr无缝钢管及其制造方法。
背景技术
3Cr无缝钢管是一种经济型抗CO2腐蚀油井管。CO2腐蚀是很多油田普遍存在的问题，一般可使用13Cr马氏体不锈钢无缝钢管予以解决，但对于贫矿低渗透油田，油井开采寿命短，采用价格昂贵的13Cr并不经济，因此迫切需要开发经济型抗CO2腐蚀油井管，3Cr因合金含量较少、成本低，同时具有一定的抗CO2腐蚀性能，较好地满足了油田对经济型抗CO2腐蚀油井管的需求。
中国专利00125882.6涉及一种抗CO2及海水腐蚀油套管用低合金钢：按重量百分比计，其化学成分配比为：0.01～0.20％C，0.10～1.0％Si，0.10～2.0％Mn，0.5～5.0％Cr，0.01～1.0％Mo，0.05～2.0％Cu，0.005～0.25％稀土；其余为Fe和不可避免的杂质。该油套管钢材为低碳低合金钢，成本较低，能为油田所接受；耐腐蚀性得到大幅度提高。中国专利01126575.2涉及一种抗CO2腐蚀的低合金钢。含有0.01～0.30％C，0.10～1.0％Si，0.10～2.0％Mn，0.50～2.05％Cr，0.01～1.0％Mo，0.05～2.0％Cu，0.05～1.0％Ni，0.005～0.1％Al，其余为Fe和不可避免的杂质。其组织为索氏体，以上均为重量百分比；还含有稀土0.005～0.25％、W，0.01～1.0％中任意一种或二种；该发明用于制造油气井油套管，抗CO2腐蚀性能好、成本低。国外专利WO99/41422钢的化学成分为：C≤0.3％，Si≤1.0％，0.20～2.0％Mn，2.1～5.0％Cr，Al≤0.10％，N≤0.015％，必要时加入少量Cu，Ni，Mo，Ti，Nb，B，其余为Fe和不可避免的杂质，其成品的组织为马氏体组织。欧洲专利EP995809提供一种用于制造油套管用合金钢，其化学成分为：0.10～0.30％C，0.10～1.0％Si，0.10～3.0％Mn，2.0～9.0％Cr，0.01～0.1％Al或者0.05～0.5％Cu，P：0.03％以下、S：0.01％以下，其余为Fe和不可避免的杂质，该专利钢中Cr含量较高，同时加入适量的Cu和Al，以提高抗CO2和海水腐蚀性能。
综合来看，国内外文献涉及的3Cr无缝钢管的力学性能不是很理想，且成本较高。
发明内容
本发明所解决的第一个技术问题是提供一种淬透性高、晶粒细化的3Cr无缝钢管，该3Cr无缝钢管的化学成分按重量百分比计C：0.1～0.2％、Si：0.1～0.5％、Mn：0.3～0.8％、Cr：2～4％、Mo：0.3～0.6％、Ti：0.0024～0.024％、Al：0.01～0.04％、P：0～0.03％、S：0～0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
优选的，所述3Cr无缝钢管的化学成分按重量百分比计C：0.13～0.17％、Si：0.2～0.3％、Mn：0.5～0.7％、Cr：2.7～3.5％、Mo：0.3～0.4％、Ti：0.0089～0.013％、Al：0.02～0.03％、P：0.01～0.02％、S：0.001～0.008％，余量为Fe及不可避免杂质。
本发明的3Cr无缝钢管在成分设计上，为防止淬火开裂，C含量较低；加入Mo元素可以提高淬透性；加入Ti可以细化晶粒。
本发明所解决的第二个技术问题是提供上述3Cr无缝钢管的生产方法，包括电炉炼钢、连铸、热轧和调质热处理，其中的调质热处理工艺为钢管加热至850～950℃后淬火，钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度范围是600～720℃，回火后空冷。
进一步的，所述淬火使用水淬，在淬火装置上采用外喷淋+内轴流冷却方式，外喷淋时间30～100秒，内轴流时间10～50秒；外喷淋水量1000～4000m3/h，内轴流水量1000～3000m3/h。
淬火冷却时先外喷淋、后内轴流，停止时先结束内轴流、后结束外喷淋。
电炉炼钢的原材料要求铁水：P≤0.090％、S≤0.050％、As≤0.02％、Sn≤0.01％，电炉终点控制C≥0.05％，P≤0.005％，电炉出钢温度控制1620～1660℃，电炉出钢脱氧合金化时Al球加入量2.5～3.5kg/t，LF精炼结束Ca-Si丝喂入量0.4～0.6kg/t，VD真空处理在真空度≤67Pa下保持10分钟，静吹时间≥5min；浇铸出罐温度：1580～1595℃。
连铸浇注过程进行保护浇注；二冷采用弱冷方式浇注；铸坯采用缓冷(坑冷)，入坑温度≥500℃，铸坯出坑温度≤100℃。
热轧时环形炉出炉管温1200～1350℃。
因为3Cr合金含量高，使用水淬易开裂，通常使用水基淬火液淬火或油淬，但水基淬火液价格昂贵、成本高，油淬成本高、易燃、不安全。本发明的调质热处理工艺使3Cr钢管在淬火冷却过程中高中温段(850～350℃)冷却速度快、易开裂的低温段(350～50℃)冷却速度慢，既保证淬透，又有效防止淬火开裂。解决了3Cr钢管水淬易开裂的问题，使3Cr无缝钢管通过水淬得到优良的性能，批量生产出性能优良的3Cr钢管。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
按API 5CT标准L-80钢级生产规格为244.48*11.05的3Cr无缝钢管，钢种采用20Cr3Mo，具体成分见表1，
表1 20Cr3Mo钢的化学成分
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Al | Ti |
| 0.15 | 0.22 | 0.65 | 0.016 | 0.004 | 3.03 | 0.39 | 0.025 | 0.01 |
生产工艺流程：电炉炼钢→连铸280坯→340连轧机组热轧→调质热处理→探伤、水压、检查、包装。
1.电炉炼钢：
●原材料要求
铁水：P≤0.090％、S≤0.050％、As≤0.02％、Sn≤0.01％；
废钢：管头、坯头、坯尾或低五害元素和残余元素的一类废钢；
●电炉冶炼
电炉终点控制C≥0.05％，P≤0.005％；
电炉出钢温度控制：1620～1660℃；
电炉出钢脱氧合金化：Al球加入量2.5～3.5kg/t。
●LF精炼
保持底吹Ar畅通，控制吹Ar强度，避免钢液翻腾吸气；
加强脱氧操作，快速造泡沫化白渣，保持白渣出钢；
LF精炼结束Ca-Si丝喂入量：0.4～0.6kg/t。
●VD真空处理
在真空度≤67Pa下保持10分钟；静吹时间≥5min；
●浇铸∮280mm规格：出罐温度：1580～1595℃；第一炉按中上限控制。
2.连铸280坯：连铸浇注过程进行保护浇注；二冷采用弱冷方式浇注；铸坯采用缓冷(坑冷)，入坑温度≥500℃，铸坯出坑温度≤100℃。
3.340连轧机组热轧：280坯在340连轧机组热轧，环形炉出炉管温1280℃，经穿孔、轧管、脱管及定径，轧成规格为244.48*11.05的3Cr无缝钢管。
4.调质热处理：3Cr无缝钢管在连续式步进炉生产线上进行调质热处理，淬火加热温度是900℃，淬火冷却使用水淬，在淬火装置上采用外喷淋+内轴流冷却方式，冷却时先开始外喷淋、后开始内轴流；先结束内轴流、后结束外喷淋。外喷淋时间40秒，内轴流时间15秒。外喷淋水量3000m3/h，内轴流水量2000m3/h。钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度是650℃。回火后空冷。钢管热处理后力学性能见表2，全部满足标准要求。
表2 3Cr无缝钢管的力学性能
Claims (5)
1.3Cr无缝钢管，其特征在于：化学成分按重量百分比计C：0.13～0.17％、Si：0.2～0.3％、Mn：0.5～0.7％、Cr：2.7～3.5％、Mo：0.3～0.4％、Ti：0.0089～0.013％、Al：0.02～0.03％、P：0.01～0.02％、S：0.001～0.008％，余量为Fe及不可避免杂质；
并通过以下方法制成：包括电炉炼钢、连铸、热轧和调质热处理，调质热处理工艺为钢管加热至850～950℃后淬火，钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度范围是600～720℃，回火后空冷；所述淬火使用水淬，在淬火装置上采用外喷淋+内轴流冷却方式，外喷淋时间30～100秒，内轴流时间10～50秒；外喷淋水量1000～4000m3/h，内轴流水量1000～3000m3/h；淬火时先外喷淋、后内轴流，停止时先结束内轴流、后结束外喷淋。
2.3Cr无缝钢管的生产方法，包括电炉炼钢、连铸、热轧和调质热处理，其特征在于：所述3Cr无缝钢管的化学成分按重量百分比计C：0.13～0.17％、Si：0.2～0.3％、Mn：0.5～0.7％、Cr：2.7～3.5％、Mo：0.3～0.4％、Ti：0.0089～0.013％、Al：0.02～0.03％、P：0.01～0.02％、S：0.001～0.008％，余量为Fe及不可避免杂质；所述调质热处理工艺为钢管加热至850～950℃后淬火，钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度范围是600～720℃，回火后空冷；所述淬火使用水淬，在淬火装置上采用外喷淋+内轴流冷却方式，外喷淋时间30～100秒，内轴流时间10～50秒；外喷淋水量1000～4000m3/h，内轴流水量1000～3000m3/h；淬火时先外喷淋、后内轴流，停止时先结束内轴流、后结束外喷淋。
3.根据权利要求2所述的3Cr无缝钢管的生产方法，其特征在于：电炉炼钢的原材料要求铁水：P≤0.090％、S≤0.050％、As≤0.02％、Sn≤0.01％，电炉终点控制C≥0.05％，P≤0.005％，电炉出钢温度控制1620～1660℃，电炉出钢脱氧合金化时Al球加入量2.5～3.5kg/t，LF精炼结束Ca-Si丝喂入量0.4～0.6kg/t，VD真空处理在真空度≤67Pa下保持10分钟，静吹时间≥5min；浇铸出罐温度：1580～1595℃。
4.根据权利要求2所述的3Cr无缝钢管的生产方法，其特征在于：连铸浇注过程进行保护浇注；二冷采用弱冷方式浇注；铸坯采用缓冷，入坑温度≥500℃，铸坯出坑温度≤100℃。
5.根据权利要求2所述的3Cr无缝钢管的生产方法，其特征在于：热轧时环形炉出炉管温1200～1350℃。
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