CN101993991B

CN101993991B - 一种低碳锰钢的钢管热处理方法

Info

Publication number: CN101993991B
Application number: CN 201010556950
Authority: CN
Inventors: 周勇; 贺铁山; 叶君绍
Original assignee: Hengyang Valin Steel Tube Co Ltd
Current assignee: Hengyang Valin Steel Tube Co Ltd
Priority date: 2010-11-20
Filing date: 2010-11-20
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2030-11-20
Also published as: CN101993991A

Abstract

一种低碳锰钢的钢管热处理方法，它包括对钢管的淬火和回火，其具体的热处理方法如下：根据钢管的外径和壁厚将钢管分为三类：钢管外径在40～140mm，壁厚在5～20mm，为Ⅰ类；钢管外径在140～250mm，壁厚在5～40mm，为Ⅱ类；钢管外径大于250mm，壁厚在10～50m m范围内，为Ⅲ类。在每类钢管中，通过对热处理试验和生产数据的统计分析，选择一种性能较稳定、波动范围较少，且各项指标都分布集中在标准要求的中间范围内的钢管做基准，以这种钢管的米重作为基准米重，把这种基准米重钢管的热处理工艺作为基准米重工艺，同类中的其它米重钢管的热处理工艺在基准米重工艺上进行工艺调整。

Description

一种低碳锰钢的钢管热处理方法

技术领域

本发明涉及一种无缝钢管的热处理方法，特别是钢管性能范围要求窄、采用低碳锰钢生产的无缝钢管的热处理方法。

技术背景

随着石油开采工业的发展，油井用无缝钢管使用环境越来越复杂，对油井管的要求越来越高，在美国石油学会标准《API SPEC 5CT套管和油管规范》中，油套管的性能指标均有相应的范围要求，特别是其中的第二组钢级L80、C90、C95、T95钢管的屈服强度范围较窄(最大值与最小值之间只有103MPa)，同时还对抗拉强度和硬度也有相应的范围要求。

目前此类钢管热处理时，淬火温度、淬火冷却水量和回火温度一般只与钢级有关，较少地考虑钢管米重对钢管性能的影响。所以按此常规方法生产的钢管由于热处理影响因素较多，热处理后的性能波动范围大，合格率不高。采用上述常规方法生产出产品的性能如表1和附图1所示：

表1：采用常规热处理的钢管性能结果

从表1和附图1可以看出，用常规工艺生产时，钢管的屈服强度分布范围较大，分布离散度高，其工序能力指数为Cp＝0.75，L80钢级钢管热处理工序能力不充分。工序能力是受控状态下工序对加工质量的保证能力，用数理统计的语言来表述，工序能力就是在一定的生产条件下，工序产品的质量指标X假设在服从正态分布N(μ，σ2)的前提下，落在质量标准[LSL，USL]范围中的概率。生产出的合格品越多，工序能力就越高，通常用工序能力指数Cp值反映工序能力的高低。现行工序能力指数的计算方法：设质量标准上限为USL，下限为LSL，质量标准范围T＝USL-TTL，中心M＝(USL-TTL)/2，当μ＝M时，称之为工序无偏；当μ≠M时，称之为工序有偏。如果工序无偏，则Cp＝T/(6σ)＝(USL-TTL)/6σ；如果工序有偏，则工序能力指数定义为Cpk，Cpk＝(1-k)Cp，其中k＝2|μ-M|/T。由上述计算公式可知，Cp值的大小应直接反映工序能力的高低。通常在生产实际中判断标准是：当Cp＞1.67(即T＞10σ)时，认为工序能力过剩；当1.33＜Cp≤1.67(即8σ＜T≤10σ)时，认为工序能力充足；当Cp＝1.33(即T≈8σ)时处于理想状态；当1.00＜Cp≤1.33(即6σ＜T≤8σ)时，认为工序能力正常；当Cp值接近1(即T≈6σ)时，有超差危险，应当加强管理；当0.67＜Cp≤1(即4σ＜T≤6σ)时，认为工序能力不足；当Cp≤0.67(即T≤4σ)时，认为工序能力严重不足。采用常规方法进行热处理时，不同的钢管屈服强度的波动差值为130Mpa，造成部分钢管的性能不能完全满足API标准规定要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种无缝钢管的热处理方法。

本发明的技术方案是：一种低碳锰钢的钢管热处理方法，它包括对钢管的淬火和回火，其具体的热处理方法如下：

根据钢管的外径和壁厚将钢管分为三类：1)、钢管外径在40～140mm，壁厚在5～20mm，为Ⅰ类；2)、钢管外径在140～250mm，壁厚在5～40m m，为Ⅱ类；3)、钢管外径大于250mm，壁厚在10～50mm范围内，为Ⅲ类。在每类钢管中，通过对热处理试验和生产数据的统计分析，选择一种性能较稳定、波动范围较少，且各项指标都分布集中在标准要求的中间范围内的钢管做基准，以这种钢管的米重作为基准米重，把这种基准米重的钢管热处理工艺作为基准米重工艺，同类中的其它米重按下列方法进行工艺调整：

A、在基准米重工艺的基础上，Ⅰ类钢管米重每增加10kg，淬火加热温度提高5～10℃；Ⅱ类钢管米重每增加20kg，淬火加热温度提高5～10℃；Ⅲ类钢管米重每增加30kg，淬火加热温度提高5～10℃。

B、在基准米重工艺的基础上，Ⅰ类钢管米重每增加10kg，淬火所需的冷却水量加大100～200m³/h；Ⅱ类钢管米重每增加20kg，淬火所需的冷却水量加大100～200m³/h；Ⅲ类钢管米重每增加30kg，淬火所需的冷却水量增加100～200m³/h。

C、在基准米重工艺的基础上，Ⅰ类钢管米重每增加10kg，回火加热温度降低5～10℃；Ⅱ类钢管米重每增加20kg，回火加热温度降低5～10℃；Ⅲ类钢管米重每增加30kg，回火加热温度降低5～10℃。

本发明通过钢管的壁厚和外径来计算米重，设钢管的米重为M，外径为D，壁厚为S，则M＝(D-S)×S×0.02466Kg然后根据钢管的米重来调整热处理工艺参数。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、采用本发明提供的热处理方法，热处理后的最终钢管性能波动范围小，性能合格率高，与普通调质热处理相比，钢管性能指标集中度高，性能稳定。

2、采用本发明提供的热处理方法，同一钢级的热处理性能：钢管屈服强度波动范围可≤80MPa，钢管性能合格率可达99％以上

以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述。

附图说明

附图1为采用常规热处理方法生产L80钢级油井管的性能正态分析图；

附图2为采用本发明提供的热处理方法生产L80钢级油井管的性能正态分析图。

具体实施方式

实施例一、本实施例是采用低碳锰钢生产油井管，规格为368*24，钢级为L80，低碳锰钢油井管的成分以质量％计，具体有：C：0.22～0.40、Si：0.10～0.50、Mn：1.30～1.50、P：≤0.035、S：≤0.035、V：0.08～0.18、Al：0.01～0.06，其余部分为Fe、微量合金V、Cr及不可避免的杂质。

对于上述成分的钢管，通过对热处理试验和生产数据的统计分析，在Ⅲ类钢管范围内，规格为273*22.5的钢管工艺较稳定，以规格为273*22.5这种米重规格的钢管作为基准米重工艺。钢管的米重为：M＝(273-22.5)×22.5×0.02466Kg＝139Kg；其热处理工艺为：淬火温度915度，保温30分钟，出炉后水淬，水淬的冷却水量2000M³/h，回火温度645度，保温75分钟，出炉后空冷。

生产368*24规格油井管，钢管外径大于250mm为Ⅲ类钢管，在Ⅲ类钢管基准米重工艺的基础上，钢管米重每增加30kg，加热温度提高5～10℃，淬火所需的冷却水量增加100～200m³/h，回火温度降低5～10℃。368*24规格油井管米重为：M＝(368-24)×24×0.02466Kg＝204Kg，比基准米重139kg增加了65kg，所以按此方法得到的该规格钢管的热处理工艺为：淬火温度925～940度，保温30分钟，出炉后水淬，水淬的冷却水量2200～2400m³/h，回火温度625～635度，保温75分钟，出炉后空冷。

实施例二、本实施例是采用低碳锰钢生产油井管，规格为219*22，钢级为L80，低碳锰钢油井管的成分以质量％计，具体有：C：0.22～0.40、Si：0.10～0.50、Mn：1.30～1.50、P：≤0.035、S：≤0.035、V：0.08～0.18、Al：0.01～0.06，其余部分为Fe、微量合金V、Cr及不可避免的杂质。

对于上述成分的钢管，通过对热处理试验和生产数据的统计分析，在Ⅱ类钢管范围内，规格为196*17的钢管工艺较稳定，以规格为196*17这种米重规格的钢管作为基准米重工艺。钢管的米重为：M＝(196-17)×17×0.02466Kg＝75Kg；其热处理工艺为：淬火温度920度，保温30分钟，出炉后水淬，水淬的冷却水量1500M³/h，回火温度650度，保温75分钟，出炉后空冷。

生产219*22规格油井管，钢管外径在140～250mm，属于Ⅱ类钢管，在Ⅱ类钢管基准米重工艺的基础上，钢管米重每增加20kg，加热温度提高5～10℃，淬火所需的冷却水量增加100～200m³/h，回火温度降低5～10℃。219*22规格油井管米重为：M＝(219-22)×22×0.02466Kg＝106Kg，比基准米重75kg增加了31kg，所以按此方法得到的该规格钢管的热处理工艺为：淬火温度920～925度，保温30分钟，出炉后水淬，水淬的冷却水量1600～1700m³/h，回火温度635～645度，保温75分钟，出炉后空冷。

实施例三、本实施例是采用低碳锰钢生产油井管，规格为115.3*15.5，钢级为L80，低碳锰钢油井管的成分以质量％计，具体有：C：0.22～0.40、Si：0.10～0.50、Mn：1.30～1.50、P：≤0.035、S：≤0.035、V：0.08～0.18、Al：0.01～0.06，其余部分为Fe、微量合金V、Cr及不可避免的杂质。

对于上述成分的钢管，通过对热处理试验和生产数据的统计分析，在Ⅰ类钢管范围内，规格为89*12.5的钢管工艺较稳定，以规格为89*12.5这种米重规格的钢管作为基准米重工艺。钢管的米重为：M＝(89-12.5)×12.5×0.02466 Kg＝23.5Kg；其热处理工艺为：淬火温度915度，保温30分钟，出炉后水淬，水淬的冷却水量1000M³/h，回火温度655度，保温75分钟，出炉后空冷。

生产115.3*15规格油井管，钢管外径在40～140mm，属于Ⅰ类钢管，在Ⅰ类钢管基准米重工艺的基础上，钢管米重每增加10kg，加热温度提高5～10℃，淬火所需的冷却水量增加100～200m³/h，回火温度降低5～10℃。273*28规格油井管米重为：M＝(115.3-15)×15×0.02466Kg＝37Kg，比基准米重23.5kg增加了13.5kg，所以按此方法得到的该规格钢管的热处理工艺为：淬火温度920～925度，保温30分钟，出炉后水淬，水淬的冷却水量1100～1200m³/h，回火温度640～650度，保温75分钟，出炉后空冷。

采用本发明提供的热处理方法生产的钢管性能结果如表2和附图2所示：

表2采用本发明热处理的钢管性能结果

比较表1、表2和附图1、附图2，可以看出L80钢级的屈服强度分布范围明显缩小了，不同米重的钢管屈服强度的波动差值可控制在80Mpa内，分布离散度降低，其工序能力指数：Cp＝1.08，工序能力指数为2级(1.33≥Cp≥1)，钢管热处理工序能力尚可，可满足API标准对高性能范围的要求。

Claims

1.一种低碳锰钢的钢管热处理方法，其特征是：它包括对钢管的淬火和回火，其具体的热处理方法如下：

根据钢管的外径和壁厚将钢管分为三类：钢管外径在40～140mm，壁厚在5～20mm，为I类；钢管外径在140～250mm，壁厚在5～40mm，为II类；钢管外径大于250mm，壁厚在10～50mm范围内，为III类；在每类钢管中，通过对热处理试验和生产数据的统计分析，选择一种性能较稳定、波动范围较少，且各项指标都分布集中在标准要求的中间范围内的钢管做基准，以这种钢管的米重作为基准米重，所述米重通过钢管的壁厚和外径来计算，M＝(D-S)×S×0.02466Kg，其中：M为米重，其计算单位为Kg；D为外径，其计算单位为mm；S为壁厚，其计算单位为mm；把这种基准米重钢管的热处理工艺作为基准米重工艺，同类中的其它米重按下列方法进行工艺调整：

A、在基准米重工艺的基础上，I类钢管米重每增加10kg，淬火加热温度提高5～10℃；II类钢管米重每增加20kg，淬火加热温度提高5～10℃；III类钢管米重每增加30kg，淬火加热温度提高5～10℃；

B、在基准米重工艺的基础上，I类钢管米重每增加10kg，淬火所需的冷却水量加大100～200m³/h；II类钢管米重每增加20kg，淬火所需的冷却水量加大100～200m³/h；III类钢管米重每增加30kg，淬火所需的冷却水量增加100～200m³/h；

C、在基准米重工艺的基础上，I类钢管米重每增加10kg，回火加热温度降低5～10℃；II类钢管米重每增加20kg，回火加热温度降低5～10℃；III类钢管米重每增加30kg，回火加热温度降低5～10℃。