CN102703838B - Psl-2等级非调质n80钢级油套管生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PSL-2等级非调质N80钢级油套管生产工艺，采用以下工艺步骤：（1）将管坯在1200～1280℃的环形炉中加热3～3.5h；（2）将加热后的管坯在穿孔机上进行穿孔，轧制得到所需规格的毛管，毛管温度≥1150℃；（3）将穿孔后得到的毛管在限动芯棒连轧管机上轧至所需规格，连轧的终轧温度≥1000℃；将连轧后的毛管在脱管机上将荒管与芯棒分离；（4）将连轧脱管得到的荒管经过定径机得到所需的外径，定径机入口温度≥880℃，定径后荒管的温度≥820℃，定径过程的等效应变量≥0.4；（5）将定径后的荒管在820～800℃空气冷却10～15s，然后再在800～650℃进行雾化冷却；最后空气冷却至室温。本发明满足API标准PSL-2等级对冲击性能的要求，避免了重新调质过程中管体弯曲、变形、开裂。
Description
技术领域
本发明涉及一种PSL-2等级非调质N80钢级油套管生产工艺，尤其是一种用低合金钢控制轧制和冷却工艺以生产PSL-2等级的油套管的生产方法，属于冶金技术领域。
背景技术
目前国内外N80-1钢级的油套管生产，大都采用多组元成分的非调质钢轧制、在线常化进行生产，成本与通常采用的轧制、调质工艺路线成本相差无几。即使是一些改进的直接轧制（不进行在线常化）方法也只能生产API标准规定的PSL-1等级的N80-1油套管，且性能不稳定；在使用过程中易出现脆裂等事故。
API标准是美国石油学会标准，该标准规定了钢管（套管、油管、平端套管衬管和短节）、接箍毛坯及附件的交货技术条件，并建立了三个产品规范等级（PSL-1、PSL-2、PSL-3）的要求。PSL-1是API标准的基础，PSL-2和PSL-3的要求是对PSL-1要求的补充。PSL-1标准对屈服强度最大值无要求，而PSL-2对每一钢级均有要求。N80是指套管的钢级，N80钢级分成N80-1和N80-Q，参照美国石油学会标准API标准，其规格为244.58.94R-2，其中R-2为长度7.62～10.36m。N80-1常用牌号为30Mn2V、33Mn2V，N80-Q常用牌号为30Mn2等。
油田客户已经提出使用API标准PSL-2等级的N80-1钢级油套管，该等级的N80-1钢级油套管要求管体冲击试样能够达到75%以上的剪切比，或者管体试样的冲击功能够达到上平台能（即最大冲击功）。为此，研究并稳定化PSL-2等级的N80-1油套管生产技术不仅是一项前沿技术，也是一项降本增效的技术挑战。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种PSL-2等级非调质N80钢级油套管生产工艺，通过控制轧制和控制冷却工艺，生产出低成本，高成材率的PSL-2等级N80-1油套管。
按照本发明提供的技术方案，所述PSL-2等级非调质N80钢级油套管包括以下组份：C：0.26~0.33%、Si：0.2~0.5%、Mn：1.2~1.8%、V：0.095~0.12%、P≤0.015%、S≤0.015%、Al：0.02~0.04%、Cu+Ni+Cr≤0.2%，余量为Fe，单位为重量百分数。
所述PSL-2等级非调质N80钢级油套管生产工艺，包括以下步骤：
（1）环形炉加热：将管坯在1200~1280℃的环形炉中加热3~3.5h；
（2）穿孔：将加热后的管坯在穿孔机上进行穿孔，轧制得到所需规格的毛管，毛管温度≥1150℃；
（3）连轧及脱管：将穿孔后得到的毛管在限动芯棒连轧管机上轧至所需规格，连轧的终轧温度≥1000℃；将连轧后的毛管在脱管机上将荒管与芯棒分离；
（4）定径：将连轧脱管得到的荒管经过定径机得到所需的外径，定径机入口温度≥880℃，定径后荒管的温度≥820℃，定径过程的等效应变量≥0.4；
（5）控制冷却：将定径后的荒管在820~800℃空气冷却10~15s，然后再在800~650℃进行雾化冷却10~15s，雾化冷却时的雾化水量为30~60m3/h，雾化水压为22~30MPa；最后在冷却床上空气冷却至室温。
在控制冷却步骤之后还包括精整步骤：将冷却后得到的油套管锯切成所需长度，在矫直机上进行矫直，使弯曲度≤10mm，并修磨表面损伤。
本发明对比已有的专利技术具有如下优点：（1）本发明能够节约能源；（2）本发明满足API标准PSL-2等级对冲击性能的要求，即冲击试样断口剪切比达75%以上或管体试样冲击功达上平台能；（3）本发明避免了重新调质处理，可以避免在重新调质过程中的管体弯曲、变形和开裂等缺陷。
附图说明
图1为本发明的冲击试样图。
图2为本发明所述的油套管管体晶粒度示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明在整个轧管过程中，从管坯加热→穿孔→限动芯棒连轧管机连轧过程中，晶粒不断长大，因此定径过程必须增大变形量，形成再结晶以满足钢管管体晶粒度8级以上（如图2所示）。本发明满足API标准PSL-2等级对冲击性能的要求，冲击试样断口剪切比达75%以上或管体试样冲击功达上平台能（如图1所示）；为了满足75%以上的剪切比，则要求降低光管管体中珠光体（P）含量，即必须降低管坯中C含量；通过控制冷却加强光管管体冷却则可补充因珠光体含量下而引起的强度不足。
本发明摒弃了原36Mn2V钢种，以降C增Mn的手段和强冷处理，结果满足API标准PSL-2提出的冲击性能要求。
本发明所述的PSL-2等级非调质N80钢级油套管，包括以下组份：C：0.26~0.33%、Si：0.2~0.5%、Mn：1.2~1.8%、V：0.095~0.12%、P≤0.015%、S≤0.015%、Al：0.02~0.04%、Cu+Ni+Cr≤0.2%，余量为Fe，单位为重量百分比。本发明所述的等效应变量ε， 其中：
ε3＝ln(t2/t1)；L2、L1、C2、C1、t2、t1分别为定径机出口钢管的长度、定径机入口钢管的长度、断面的平均周长、壁厚。
实施例一：一种PSL-2等级非调质N80钢级油套管（直径177.8mm×壁厚9.19mm）生产工艺，采用以下工艺步骤：
（1）环形炉加热：将管坯在1280℃的环形炉中加热3.5h；
（2）穿孔：将加热后的管坯在穿孔机上进行穿孔，轧制得到所需规格的毛管，毛管温度为1150℃；
（3）连轧及脱管：将穿孔后得到的毛管在限动芯棒连轧管机上轧至所需规格，连轧的终轧温度为1000℃；将连轧后的毛管在脱管机上将荒管与芯棒分离；
（4）定径：将连轧脱管得到的荒管经过定径机得到所需的外径，定径机入口温度为880℃，定径后荒管的温度为820℃，定径过程的等效应变量≥0.4；
（5）控制冷却：将定径后的荒管在820℃空气冷却15s，然后再在800℃进行雾化冷却15s，雾化冷却时的雾化水量为30m3/h，雾化水压为22MPa；最后在冷却床上空气冷却至室温；
（6）在控制冷却步骤之后还包括精整步骤：将冷却后得到的油套管锯切成所需长度，在矫直机上进行矫直，使弯曲度≤10mm，并修磨表面损伤。
实施例二：一种PSL-2等级非调质N80钢级油套管（直径177.8mm×壁厚9.19mm）生产工艺，采用以下工艺步骤：
（1）环形炉加热：将管坯在1200℃的环形炉中加热3h；
（2）穿孔：将加热后的管坯在穿孔机上进行穿孔，轧制得到所需规格的毛管，毛管温度为1160℃；
（3）连轧及脱管：将穿孔后得到的毛管在限动芯棒连轧管机上轧至所需规格，连轧的终轧温度为1010℃；将连轧后的毛管在脱管机上将荒管与芯棒分离；
（4）定径：将连轧脱管得到的荒管经过定径机得到所需的外径，定径机入口温度为890℃，定径后荒管的温度为830℃，定径过程的等效应变量≥0.4；
（5）控制冷却：将定径后的荒管在800℃空气冷却10s，然后再在650℃进行雾化冷却10s，雾化冷却时的雾化水量为60m3/h，雾化水压为30MPa；最后在冷却床上空气冷却至室温；
（6）在控制冷却步骤之后还包括精整步骤：将冷却后得到的油套管锯切成所需长度，在矫直机上进行矫直，使弯曲度≤10mm，并修磨表面损伤。
实施例三：一种PSL-2等级非调质N80钢级油套管（直径177.8mm×壁厚9.19mm）生产工艺，采用以下工艺步骤：
（1）环形炉加热：将管坯在1250℃的环形炉中加热3.2h；
（2）穿孔：将加热后的管坯在穿孔机上进行穿孔，轧制得到所需规格的毛管，毛管温度为1170℃；
（3）连轧及脱管：将穿孔后得到的毛管在限动芯棒连轧管机上轧至所需规格，连轧的终轧温度为1020℃；将连轧后的毛管在脱管机上将荒管与芯棒分离；
（4）定径：将连轧脱管得到的荒管经过定径机得到所需的外径，定径机入口温度为900℃，定径后荒管的温度为840℃，定径过程的等效应变量≥0.4；
（5）控制冷却：将定径后的荒管在810℃空气冷却12s，然后再在700℃进行雾化冷却12s，雾化冷却时的雾化水量为50m3/h，雾化水压为25MPa；最后在冷却床上空气冷却至室温；
（6）在控制冷却步骤之后还包括精整步骤：将冷却后得到的油套管锯切成所需长度，在矫直机上进行矫直，使弯曲度≤10mm，并修磨表面损伤。
本发明所述生产工艺得到的油套管的性能如表1所示。
表1
| 屈服强度/MPa | 冲击功/J | 断口剪切比/% | |
| 实施例一 | 605 | 114 | 85 |
| 实施例二 | 620 | 101 | 80 |
| 实施例三 | 640 | 103 | 80 |
Claims (2)
1.一种PSL-2等级非调质N80钢级油套管生产工艺，所述油套管包括以下组份：C：0.26~0.33%、Si：0.2~0.5%、Mn：1.2~1.8%、V：0.095~0.12%、P≤0.015%、S≤0.015%、Al：0.02~0.04%、Cu+Ni+Cr≤0.2%，余量为Fe，单位为重量百分数；其特征是，所述工艺采用以下步骤：
（1）环形炉加热：将管坯在1200~1280℃的环形炉中加热3~3.5h；
（2）穿孔：将加热后的管坯在穿孔机上进行穿孔，轧制得到所需规格的毛管，毛管温度≥1150℃；
（3）连轧及脱管：将穿孔后得到的毛管在限动芯棒连轧管机上轧至所需规格，连轧的终轧温度≥1000℃；将连轧后的毛管在脱管机上将荒管与芯棒分离；
（4）定径：将连轧脱管得到的荒管经过定径机得到所需的外径，定径机入口温度≥880℃，定径后荒管的温度≥820℃，定径过程的等效应变量≥0.4；
（5）控制冷却：将定径后的荒管在820~800℃空气冷却10~15s，然后再在800~650℃进行雾化冷却10~15s，雾化冷却时的雾化水量为30~60m3/h，雾化水压为22~30MPa；最后在冷却床上空气冷却至室温。
2.如权利要求１所述的PSL-2等级非调质N80钢级油套管生产工艺，其特征是：在控制冷却步骤之后还包括精整步骤：将冷却后得到的油套管锯切成所需长度，在矫直机上进行矫直，使弯曲度≤10mm，并修磨表面损伤。
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