CN102936682A - 一种n80q钢级石油套管的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种N80Q钢级石油套管的生产方法，其特征是：管坯的化学成分按重量百分比为：C 0.32-0.36；Si 0.15-0.35；Mn 1.30-1.60；P ≤0.030；S ≤0.030；Al 0.02-0.05；套管生产工艺流程为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→管坯加热→穿孔→连轧管→定张减径→冷床→锯切→矫直→热处理→探伤；热处理制度为：870℃±20℃＋40min保温水淬；630℃±20℃回火＋70min保温。其优点是：本发明采用34Mn6钢种，材料成分设计合理，套管的材料中不含钼等贵金属元素，成本低，其热处理工艺采用水淬加回火，水淬对环境没有影响，且成本较低，在保证强度的前提下大大提高了钢的塑性，使钢管的冲击韧性提高，可以满足N80Q钢级石油套管在不同工况下的使用要求。

Description

一种N80Q钢级石油套管的生产方法

一、技术领域：

本发明涉及一种N80Q钢级石油套管的生产方法，属于黑色冶金技术领域。

二、背景技术：

N80Q钢级石油套管是世界各国技术套管和油层套管的主要管材之一，仅我国年需求量就在50万吨以上。N80Q钢级石油套管一般用于中等深度油井（3000米左右），一些油田也用之于较浅（2000米左右）的稠油热采井（如：胜利油田、克拉玛依油田等）。随着世界各国油气钻采力度的不断加大，N80Q石油套管的需求量近年内将呈现持续增长态势，市场前景广阔。

石油套管工作条件非常恶劣，不但要求承受套管柱产生的拉力，还要承受地层蠕动等而产生的挫断力、射孔带来的开裂力等。因此对套管综合力学性能要求较为严格。为保证套管的力学性能，除对冶炼方法、化学成分和轧管工艺提出了严格的要求外，对套管的热处理工艺也提出了较高的要求。

现在很多钢厂多采用铬锰钼钢种，由于添加了钼金属，成本较高，在目前的市场条件下缺乏竞争力。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种N80Q钢级石油套管的生产方法。本发明的生产方法采用碳锰钢经过热处理工艺可以在保证强度的前提下大大提高钢的塑性，使钢的冲击韧性提高，可以满足N80Q钢级石油套管在不同工况下的使用要求。

本发明的N80Q钢级石油套管管坯的化学成分按重量百分比为：C 0.32-0.36；Si 0.15-0.35；Mn 1.30-1.60；P ≤0.030；S ≤0.030；Al 0.02-0.05。

本发明设计的N80Q钢级石油套管生产工艺流程简述为：

铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→管坯加热→穿孔→连轧管→定张减径→冷床→锯切→矫直→热处理→探伤。

套管的热处理制度为：870℃±20℃＋40min保温水淬；630℃±20℃回火＋70min保温生产。

将重量百分比90%的高炉铁水与10%的废钢作为原料，以下述工艺流程进行生产：首先对上述铁水进行预处理，然后与上述废钢一同加入顶底复吹转炉进行冶炼，将冶炼好的钢水装入钢水包进入LF炉工位进行精炼，精炼完成后进行VD工位进行真空脱气处理，再进行圆坯连铸，对连铸管坯进行加热，对加热好的管坯进行穿孔使其成为连轧管，对轧管进行定张减径后送入冷床冷却，然后 实施锯切，对切好的套管进行热处理，然后进行矫直，最后经探伤检测，合格者即为成品。

其具体工艺过程详述如下：

1.将高炉铁水经预处理，使得铁水中的含S量（重量百分比）降低到0.010%以下；

2.将预处理后的铁水兑入顶底复吹转炉，加入（重量百分比）10%废钢，采用单渣工艺冶炼，控制终渣碱度和终点目标：[C]_出钢≥0.06%；点吹次数≤1次，出钢过程中进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢过程必须挡渣或扒渣，出钢过程中合金加完以后加入白灰块；

3.在LF炉进行精练：精炼全过程按要求正常吹氩，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温；根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作；采用造白渣操作；

4.LF炉精炼结束后保持底部软吹Ar大于10分钟。

5.进行VD真空处理：真空度≤0.10Kpa，深真空时间≥13分钟；

6.喂入定长硅钙丝，喂丝后进行8--10分钟吹Ar。将经过VD真空处理后的钢水进行圆坯连铸，采用低拉速、恒拉速控制和电磁搅拌工艺；控制钢水过热度；铸坯经过矫直后，切割为圆管坯。

对检验合格及硫印不大于2.0级的铸坯进行制管，其管坯材料的化学成分及有害杂质元素如下：

按重量百分比为：C 0.32-0.36；Si 0.15-0.35；Mn 1.30-1.60；P ≤0.030；S ≤0.030；Al 0.02-0.05。

制管过程如下；

连续检查预热段、加热段、均热段等各段的温度，环形炉各段温度控制见下表1；

表1 环形加热炉各段温度

计算机系统在线记录各段加热温度，要求控制好预热段、均热段温度，保证加热透彻均匀而不过烧。热工具在使用前必须测量，轧前检查处理辊道避免划伤。加热好的管坯在φ180mmMPM连轧管机组轧制成无缝钢管，每批至少进行一次热取样检查几何尺寸。

经过上述工艺过程，可以生产出本发明所述的N80Q钢级石油套管（34Mn6钢种）热轧管，具体热处理过程见具体实施方式。

本发明的优点是：本发明采用34Mn6钢种，材料成分设计合理，套管的材料中不含钼等贵金属元素，成本低，其热处理工艺采用水淬加回火，水淬对环境没有影响，且成本较低，在保证强度的前提下大大提高了钢的塑性，使钢管的冲击韧性提高，可以满足N80Q钢级石油套管在不同工况下的使用要求。

四、具体实施方式：

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

1.实际冶炼成品成分及硫印检验结果

试制管坯的成分严格控制在要求的范围以内，具体数据见表2。

表2 成品成分（%）

	C	Si	Mn	P	S	Al
							钢种要求	0.32-0.36	0.15-0.35	1.30-1.60	≤0.030	≤0.025	0.020-0.050
成品成分	0.32-0.35	0.20-0.34	1.31-1.54	0.013-0.026	0.005-0.016	0.021-0.037
							平 均 值	0.33	0.28	1.46	0.019	0.008	0.029

统计了部分铸坯硫印检验结果，列于表3，其中中心裂纹和夹杂物大部分为一级，中间裂纹和皮下裂纹多为零级，铸坯质量状况良好。

表3 铸坯硫印检验结果

	中心裂纹(级)	中间裂纹(级)	皮下裂纹(级)	夹杂物(级)
					零级个数	2	153	156	0
一级个数	154	3	0	156
					二级个数	0	0	0	0

2.热处理工艺研究

2.1实验材料及设备

取×9.17mm规格钢管，切成270mm长的小段若干，然后按套管规范要求制备试样。进行不同的热处理工艺实验，得出热处理工艺制度后再在无缝钢管厂淬火炉和回火炉上进行工业生产验证，从而得出适合生产实际的热处理工艺参数。

2.2实验方案设计

在热处理工艺参数中，在淬火液温度基本保持不变的情况下，对另外三个参数淬火温度、回火温度、回火保温时间保持两个不变调整其中一个，然后进 行交叉实验确定相应参数对石油套管性能的影响，从中选出最佳工艺参数。

2.3实验结果及分析

2.3.1淬火温度的影响

由公式Ac3=910-320C-14Ni-12Cu-10Mn+5Cr+14Mo+18Si（式中变量为元素的百分含量）计算得出34Mn6的奥氏体化温度为791℃，因而取淬火温度830℃.、850℃、870℃、890℃，回火温度和回火保温时间分别保持在640℃、60min不变，得出力学性能如下表4；在其他条件不变的情况下，随着淬火温度的提高，调质处理后的钢管屈服强度Rt、抗拉强度Rm、延伸率A、冲击功AKV逐渐升高，到870℃达到最高，再提高淬火温度则屈服强度、抗拉强度、冲击功、延伸率都有不同程度降低。

表4 不同淬火温度下的力学性能

2.3.2回火温度的影响

在保持淬火温度在870℃和回火保温时间60min不变的条件下，调整回火温度为600℃、620℃、640℃、660℃，得出力学性能如下表5，由表可以看出回火温度对钢管力学性能的影响和一般低合金钢一致，即随着回火温度的增高，钢管的抗拉强度、屈服强度降低， 延伸率和冲击功提高。

表5 不同回火温度下的力学性能

2.3.3回火保温时间的影响

在保持淬火温度870℃、回火温度640℃不变的条件下，调整回火保温时间在50min、60min、70min、80min变化，从而得出力学性能如下表6，在空气炉中有效厚度小于25mm的钢件达到回火温度以后保温时间只要达到40min以上即可，由表可以看出增加保温时间对抗拉强度、屈服强度、延伸率变化不明显，冲击功有所降低。

表6 不同回火保温时间下的力学性能

2.3.4优化参数后的性能

经过以上实验以后对淬火温度、回火温度、回火保温时间经过优化见下表7，得出力学性能列于表8，由表看出钢管的塑性、韧性均超过API Spec 5CT要求，用热处理以后的试样做高倍检验，得出检验结果列于表9，结果显示晶粒度9-9.5级，回火组织为100%回火索氏体。

表7 优化的热处理工艺制度

编号	热处理工艺制度
		1	870℃＋30min保温水淬；600℃回火＋60min保温；
2	870℃＋30min保温水淬；620℃回火＋60min保温；
		3	870℃＋30min保温水淬；640℃回火＋60min保温；

表8 优化以后的力学性能

表9 金相结果

2.3.5热处理制度

经过以上热处理小实验，综合各参数得出以下热处理制度870℃±20℃＋40min保温水淬；630℃±20℃回火＋70min保温。

3.工业生产试验

在实际生产中用研究得出的热处理制度处理×7.72 mm、×9.17mm、×11.99mm、×10.03 mm、 ø 244.5 mm×8.94 mm、Ф177.8mm×10.36mm、Ф177.8mm×8.05mm等规格，力学性能的数据如下表10，合格率100%，一次检验合格率97，6%。

表10 工业生产的力学性能数据

Claims (2)

1.一种N80Q钢级石油套管的生产方法，其特征是：管坯的化学成分按重量百分比为：C 0.32-0.36；Si 0.15-0.35；Mn 1.30-1.60；P ≤0.030；S ≤0.030；Al 0.02-0.05；套管生产工艺流程为：铁水预处理→顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→管坯加热→穿孔→连轧管→定张减径→冷床→锯切→矫直→热处理→探伤；其中：套管的热处理制度为：870℃±20℃＋40min保温水淬；630℃±20℃回火＋70min保温。

2.根据权利要求1所述的N80Q钢级石油套管的生产方法，其特征是：管坯以重量百分比90%的高炉铁水与10%的废钢作为原料制作。