CN102534382B - 一种耐低温无缝钢管的制备方法 - Google Patents

一种耐低温无缝钢管的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐低温无缝钢管的制备方法，所述钢管的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.06-0.08、Si：0.15-0.35、Mn：0.70-0.80、P：≤0.015、S：≤0.005、Ni：0.30-0.40、Mo：0.15-0.25、Cu：≤0.20、Al：0.020-0.050、V：0.08-0.12、Nb：0.02-0.06、Ti：≤0.04，其余为Fe；所述制备方法包括如下步骤：①管坯准备；②穿孔；③轧管；④定径；⑤超声波探伤。本发明通过合理设计钢的化学成分，使得各组份达到协同作用效果；同时通过精确控制钢的冶炼工艺，以及钢管的制备工艺，使得钢管的性能优异：其中屈服强度≥980MPa，抗拉强度≥1150MPa，韧脆转变温度≤-70℃，硬度HRC 38-41。使得本发明的无缝钢管完全可以满足低温恶劣的环境下的工作需求。

Description

一种耐低温无缝钢管的制备方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，特别是无缝钢管加工技术领域。
背景技术
在地球的一些极端地区(高寒，两极，荒漠，深海等)蕴藏着丰富的石油资源，例如俄罗斯的北极地区，加拿大的北部，以及美国的阿拉斯加州，我国的黑龙江大庆油田的北部部分区域等都储藏着丰富的石油、天然气资源。随着普通陆地上的石油储存余量的逐渐减少以及随着全球对石油天然气资源依赖程度的日益加重，近些年来，俄罗斯、美国等发达国家相继出台文件，允许并支持开采这些极端环境下的油气资源。
要开采开发这些地区的资源，要求在钻进作业过程中，承担作业液体和岩屑流通通道的钻杆在保证强度的同时，还要求良好的耐低温冲击的韧性和较低的韧脆转变温度，保证在低温环境下的钻井作业安全。
由于这种极其恶劣的环境下开发石油资源为时较晚，亟待开发适用于这种恶劣工况的油气开采工程中的无缝钢管。
就钻杆本体来说国内外研究和开发热点主要集中在钻杆料的以下几个方面：(1)高强度或者超高强度材质钻杆料，这种钻杆主要以API5D标准的S135钻杆作为参照物，发展到屈服强度达到140/150ksi钢级(965/1034MPa)，如美国Grant公司曾经制造出Z-140型高强度钻杆，其抗拉强度达到1034MPa，冲击韧性能达到54J，但是其韧脆转变温度尚没有相关报道，且并没有这种钻杆应用于低温环境钻井作业中的报道；(2)主要应用于H2S腐蚀环境中抗腐蚀钻杆料，这种钻杆主要解决的问题是抵抗含H2S气体的腐蚀钻井作业环境；(3)主要应用于CO2腐蚀环境中抗腐蚀钻杆料，同(2)相似，这种钻杆主要解决的问题是抵抗含H2S气体的腐蚀钻井作业环境；(4)前两者混合腐蚀环境的抗腐蚀钻杆料；(5)非钢材质的钻杆，这种钻杆主要是为了减轻其重量而设计制造的，提高强重比，主要有Al合金和Ti合金等材质钻杆，这种材质钻杆成本高，且尚没有能解决低温环境钻井问题的报道。其余的研究开发工作主要集中在提高钻杆接头的连接密封性能和抗扭能力上。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种耐低温无缝钢管的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种耐低温无缝钢管的制备方法，所述钢管的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.06-0.08、Si：0.15-0.35、Mn：0.70-0.80、P：≤0.015、S：≤0.005、Ni：0.30-0.40、Mo：0.15-0.25、Cu：≤0.20、Al：0.020-0.050、V：0.08-0.12、Nb：0.02-0.06、Ti：≤0.04，其余为Fe；所述制备方法包括如下步骤：
①管坯准备：采用优质废钢+海绵铁为原料，采用超高功率电弧炉熔炼，由偏心炉底出钢，确保留钢留渣，无渣出钢；精炼时采用钢包炉全程吹氩搅拌，钢水经真空脱气和喂硅-铝丝处理，确保钢水成分的稳定和纯净；连铸时进行电磁搅拌和雾化冷却，确保铸坯表面质量；管坯直径为250±2mm
②穿孔：将管坯在环行炉中均匀加热，加热温度约为1250-1280℃，然后在锥形穿孔机上实施穿孔，穿孔温度控制在约1200-1220℃；
③轧管：采用轧机进行轧管，采用直径为95mm-105mm的芯棒，并且碾轧角为4°，实现轧管生产，轧制完成后，钢管的直径为200±0.5mm；
④定径：采用14机架三辊微张力定径机，采用正宽展量的定径孔型；减径率为10％-12％，管径精度达到±0.3％，钢管壁厚为55±1mm，使钢管金相组织达到晶粒度级别达6级；
⑤超声波探伤：采用超声波探伤检测钢管的内在质量。
本发明方法具有如下有益效果：
1.通过合理设计钢的化学成分，使得各组份达到协同作用效果；同时通过精确控制钢的冶炼工艺，以及钢管的制备工艺，使得钢管的性能优异：其中屈服强度≥980MPa，抗拉强度≥1150MPa，韧脆转变温度≤-70℃，硬度HRC 38-41。
2.较高的力学性能以及较低的韧脆转变温度可使得本发明的无缝钢管完全可以满足低温恶劣的环境下的工作需求。
具体实施方式
实施例一
一种耐低温无缝钢管的制备方法，所述钢管的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.06、Si：0.35、Mn：0.70、P：≤0.015、S：≤0.005、Ni：0.40、Mo：0.15、Cu：≤0.20、Al：0.050、V：0.08、Nb：0.06、Ti：≤0.04，其余为Fe；所述制备方法包括如下步骤：
①管坯准备：采用优质废钢+海绵铁为原料，采用超高功率电弧炉熔炼，由偏心炉底出钢，确保留钢留渣，无渣出钢；精炼时采用钢包炉全程吹氩搅拌，钢水经真空脱气和喂硅-铝丝处理，确保钢水成分的稳定和纯净；连铸时进行电磁搅拌和雾化冷却，确保铸坯表面质量；管坯直径为250±2mm
②穿孔：将管坯在环行炉中均匀加热，加热温度为1250℃，然后在锥形穿孔机上实施穿孔，穿孔温度控制在1220℃；
③轧管：采用轧机进行轧管，采用直径为95mm的芯棒，并且碾轧角为4°，实现轧管生产，轧制完成后，钢管的直径为200±0.5mm；
④定径：采用14机架三辊微张力定径机，采用正宽展量的定径孔型；减径率为10％，管径精度达到±0.3％，钢管壁厚为55±1mm，使钢管金相组织达到晶粒度级别达6级；
⑤超声波探伤：采用超声波探伤检测钢管的内在质量。
实施例二
一种耐低温无缝钢管的制备方法，所述钢管的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.08、Si：0.15、Mn：0.80、P：≤0.015、S：≤0.005、Ni：0.30、Mo：0.25、Cu：≤0.20、Al：0.020、V：0.12、Nb：0.02、Ti：≤0.04，其余为Fe；所述制备方法包括如下步骤：
①管坯准备：采用优质废钢+海绵铁为原料，采用超高功率电弧炉熔炼，由偏心炉底出钢，确保留钢留渣，无渣出钢；精炼时采用钢包炉全程吹氩搅拌，钢水经真空脱气和喂硅-铝丝处理，确保钢水成分的稳定和纯净；连铸时进行电磁搅拌和雾化冷却，确保铸坯表面质量；管坯直径为250±2mm
②穿孔：将管坯在环行炉中均匀加热，加热温度为1280℃，然后在锥形穿孔机上实施穿孔，穿孔温度控制在1200℃；
③轧管：采用轧机进行轧管，采用直径为105mm的芯棒，并且碾轧角为4°，实现轧管生产，轧制完成后，钢管的直径为200±0.5mm；
④定径：采用14机架三辊微张力定径机，采用正宽展量的定径孔型；减径率为12％，管径精度达到±0.3％，钢管壁厚为55±1mm，使钢管金相组织达到晶粒度级别达6级；
⑤超声波探伤：采用超声波探伤检测钢管的内在质量。
实施例三
一种耐低温无缝钢管的制备方法，所述钢管的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.07、Si：0.25、Mn：0.75、P：≤0.015、S：≤0.005、Ni：0.35、Mo：0.20、Cu：≤0.20、Al：0.035、V：0.10、Nb：0.04、Ti：≤0.04，其余为Fe；所述制备方法包括如下步骤：
①管坯准备：采用优质废钢+海绵铁为原料，采用超高功率电弧炉熔炼，由偏心炉底出钢，确保留钢留渣，无渣出钢；精炼时采用钢包炉全程吹氩搅拌，钢水经真空脱气和喂硅-铝丝处理，确保钢水成分的稳定和纯净；连铸时进行电磁搅拌和雾化冷却，确保铸坯表面质量；管坯直径为250±2mm
②穿孔：将管坯在环行炉中均匀加热，加热温度为1265℃，然后在锥形穿孔机上实施穿孔，穿孔温度控制在1210℃；
③轧管：采用轧机进行轧管，采用直径为100mm的芯棒，并且碾轧角为4°，实现轧管生产，轧制完成后，钢管的直径为200±0.5mm；
④定径：采用14机架三辊微张力定径机，采用正宽展量的定径孔型；减径率为11％，管径精度达到±0.3％，钢管壁厚为55±1mm，使钢管金相组织达到晶粒度级别达6级；
⑤超声波探伤：采用超声波探伤检测钢管的内在质量。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (1)

1.一种耐低温无缝钢管的制备方法，其特征在于，所述钢管的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C：0.06-0.08、Si：0.15-0.35、Mn：0.70-0.80、P：≤0.015、S：≤0.005、Ni：0.30-0.40、Mo：0.15-0.25、Cu：≤0.20、Al：0.020-0.050、V：0.08-0.12、Nb：0.02-0.06、Ti：≤0.04，其余为Fe；所述制备方法包括如下步骤：
①管坯准备：采用优质废钢+海绵铁为原料，采用超高功率电弧炉熔炼，由偏心炉底出钢，确保留钢留渣，无渣出钢；精炼时采用钢包炉全程吹氩搅拌，钢水经真空脱气和喂硅-铝丝处理，确保钢水成分的稳定和纯净；连铸时进行电磁搅拌和雾化冷却，确保铸坯表面质量；管坯直径为250±2mm
②穿孔：将管坯在环行炉中均匀加热，加热温度为1250-1280℃，然后在锥形穿孔机上实施穿孔，穿孔温度控制在1200-1220℃；
③轧管：采用轧机进行轧管，采用直径为95mm-105mm的芯棒，并且碾轧角为4°，实现轧管生产，轧制完成后，钢管的直径为200±0.5mm；
④定径：采用14机架三辊微张力定径机，采用正宽展量的定径孔型；减径率为10％-12％，管径精度达到±0.3％，钢管壁厚为55±1mm，使钢管金相组织达到晶粒度级别达6级；
⑤超声波探伤：采用超声波探伤检测钢管的内在质量。
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