CN103290324A - 细晶粒铁素体+珠光体型n80-1非调质无缝油套管及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种细晶粒铁素体+珠光体型N80-1非调质无缝油套管，所述油套管的成分以质量%计，具体有：C：0.35～0.40、Si：0.20～0.35、Mn：1.55～1.75、P≤0.020、S≤0.010、Cu≤0.20、Ni≤0.10、Cr≤0.30、Mo≤0.05、V：0.105～0.145、Nb≤0.02、Ti：0.005～0.025、N：0.0085～0.0140，其余部分为Fe及不可避免的杂质，其中∑As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.050。其生产方法如下：坯料加热→穿孔→轧管→相变重结晶，控制荒管温度冷却至≤500℃→再加热，控制炉温900～950℃→定径或减径→空冷。该方法避免了钢管变形参数和冷却速度控制的可操作性难度大的问题，通过合金元素的合理搭配和添加，有效控制相变重结晶和再加热炉温，充分利用奥氏体中V的碳氮化物析出作用，来细化和改善组织，达到提高韧性而不降低或不显著降低强度的目的。

Description

细晶粒铁素体+珠光体型N80-1非调质无缝油套管及生产方法

技术领域

本发明涉及一种N80-1非调质无缝油套管及生产方法，特别是一种细晶粒铁素体+珠光体型N80-1非调质无缝油套管及生产方法。

背景技术

N80-1非调质无缝油套管是API 5CT标准中非调质态的最高钢级产品，强度要求较高（屈服：552～758MPa，抗拉≥689MPa），通常以添加适量的合金元素Mn、Cr、Mo及少量的微合金元素V 、Nb 、Ti，并控制热轧参数，替代调质处理方式生产，来满足高强度要求，这种生产方法大幅度降低了生产成本、简化了生产流程，而被广泛应用。目前，国内该产品的常用钢种有：27Mn2V、34Mn2V、36Mn2V、36Mn2VNb、37MnCr62V、36Cr6MnMo2V、28MnSiVTi、42MnMo7、26CrMoNbB、35Mn2V和40Mn2V等20多种。合金元素Mn、Cr、Mo、V 、Nb 、Ti的添加，虽提高了强度，却显著地降低了材料的韧性，只有通过轧制参数和冷却速率的严格控制，才能在达到提高强度的同时又不降低或不显著降低韧性目的。然而，无缝钢管的热轧工艺极为复杂，再加上无缝钢管特殊形状，为热轧参数及冷却速率的严格控制带来了极大的困难，实际可操作性不强，使得实际生产中N80-1无缝油套管的冲击韧性时常偏低，无法确保满足API 5CT标准中产品规范等级PSL2或A.10 SR16补充要求（强制冲击韧性要求：0度横向冲击韧性值≥14J、0度纵向冲击韧性值≥27J），严重威胁了该产品的使用安全性。因此，对于产品规范等级PSL2或A.10 SR16补充要求的N80-1产品，国内多采用中碳-锰钢调质处理的方法，来保证产品的冲击韧性符合要求，这样既增多了生产流程又增加了热处理成本。

对于N80-1非调质无缝油套管，最终组织和第二相析出是影响强度和韧性的两个关键因素。为了达到该产品高强度的要求，合金元素Mn、Cr、Mo、V 、Nb 、Ti的添加，显著的提高了强度，但同时也显著的提高了材料的淬透性，再加上无缝钢管的热轧及冷却工艺参数无法像板材那样进行严格控制，致使最终产品的组织往往较粗大甚至含有部分贝氏体或马氏体组织，急剧降低了产品的韧性，而主要添加微合金元素V多在冷却过程中的铁素体甚至珠光体中析出，虽然强化作用显著，但并未起到改善组织和细化晶粒的作用。因此，要想同时满足N80-1油套管高强度和良好冲击韧性的要求，必须通过必要的手段以获得细小的铁素体+珠光组织，来保证良好的韧性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种细晶粒铁素体+珠光体型N80-1非调质无缝油套管及生产方法。

本发明的技术方案是：一种细晶粒铁素体+珠光体型N80-1非调质无缝油套管，所述油套管的成分以质量%计，具体有：C：0.35～0.40、Si：0.20～0.35、Mn：1.55～1.75、P≤0.020、S≤0.010、Cu≤0.20、Ni≤0.10、Cr≤0.30、Mo≤0.05、V：0.105～0.145、Nb≤0.02、Ti：0.005～0.025、N：0.0085～0.0140，其余部分为Fe及不可避免的杂质，其中∑As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.050。

本发明还提供了一种细晶粒铁素体+珠光体型N80-1非调质无缝油套管的生产方法，生产过程中考虑钢种成分、热轧及冷却参数是影响N80-1非调质无缝油套管组织影响主要因素，其中，热轧及冷却参数的控制难度较大，为了避开这一控制难题，在钢中添加并合理搭配0.005～0.025的Ti、0.105～0.145的V及0.0085～0.0140的N，通过Ti的碳氮化物析出，来阻碍高温过程奥氏体晶粒的长大，在轧管之后再加热之前控制荒管温度冷却至相变点Ar₃之下，利用相变重结晶过程进一步细化晶粒，并控制再加热温度来减缓晶粒长大速度。在上述两点温度控制的前提下，利用V与N易于在奥氏体温度区形变析出的特点，促使部分V以碳氮化物形式在奥氏体中析出，来细化和改善最终组织，并获得细小的铁素体+珠光体组织及大量弥散分布的V的碳氮化物，来提高韧性而不降低或不显著降低强度，以满足API 5CT标准中API 5CT标准中产品规范等级PSL2或A.10 SR16的强制冲击韧性要求。其具体生产方法如下：

坯料加热→穿孔→轧管→相变重结晶，控制荒管温度冷却至≤500℃→再加热，控制炉温900～950℃→定径或减径→空冷。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、与非调质生产方式相比，避开了轧管、定径或减径、冷却工艺控制难度大的问题，相变重结晶及再加热炉温的控制更简单，实际生产可操作性更强。有意添加并合理搭配适量的Ti、V及N，促使部分V的碳氮化物奥氏体中析出，细化并改善组织，避免组织粗大甚至贝氏体或马氏体组织的产生，并获得细晶粒铁素体+珠光体组织，充分利用了微合金元素V分别在奥氏体和铁素体中的析出作用，在提高韧性的同时而不降低或不显著降低强度。

2、与调质处理方式相比，达到了同等性能要求，并简化了生产流程，节约了热处理成本。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

附图1为139.7×9.17mm产品的晶粒照片图；

附图2为139.7×9.17mm产品的组织照片图；

附图3为139.7×9.17mm产品Ti、V的碳氮化物析出形貌图；

附图4为244.48×11.99mm产品的晶粒照片图；

附图5为244.48×11.99mm产品的组织照片图；

附图6为244.48×11.99mm产品Ti、V的碳氮化物析出形貌图。

具体实施方式

实施例一、本实施例生产的细晶粒铁素体+珠光体型N80-1非调质无缝油套管外径为139.7mm，壁厚为9.17mm，生产机组为∮340机组。

油套管的成分以质量%计，具体成分为：C：0.38、Si：0.23、Mn：1.63、P：0.011、S：0.009、Cu：0.05、Ni：0.036、Cr：0.11、Mo：0.018、V：0.121、Nb：0.001、Ti：0.014、N：0.013，其余部分为Fe及不可避免的杂质，其中∑As+Sn+Pb+Sb+Bi：0.041。

其具体生产方法如下：

坯料加热（坯径∮220mm，长度3.2M）→穿孔（毛管外径∮246mm，壁厚19.1mm，长度8.8M）→轧管（荒管外径∮201mm，壁厚8.1mm，长度24.5M）→相变重结晶（荒管温度：440～485℃）→再加热（炉温925～945℃）→定径或减径（钢管外径∮139.7mm，壁厚9.17mm，长度31.6M）→空冷。

    实物性能：屈服635～670MPa（25 mm宽条状样），0度纵向冲击52～68J（试样尺寸10×7.5×55mm）。

139.7×9.17mm产品晶粒照片如附图1所示， 139.7×9.17mm产品组织照片如附图2所示， 139.7×9.17mm产品Ti、V的碳氮化物析出形貌如附图3所示，附图3中的标记1、2、3分别表示析出物(Ti，V)N、V(C，N)、VC，依次在奥氏体、奥氏体、铁素体中析出，尺寸依次为40～65nm、20～45nm、5～25nm，含量依次为5%左右、25%左右、70左右。

实施例二、本实施例生产的N80-1非调质无缝油套管外径为244.48mm，壁厚为11.99mm，生产机组为∮340机组。

油套管的成分以质量%计，具体成分为：C：0.39、Si：0.25、Mn：1.61、P：0.013、S：0.007、Cu：0.07、Ni：0.026、Cr：0.16、Mo：0.02、V：0.115、Nb：0.001、Ti：0.011、N：0.012，其余部分为Fe及不可避免的杂质，其中∑As+Sn+Pb+Sb+Bi：0.043。

其具体生产方法如下：

坯料加热（坯径∮280mm，长度4.53M）→穿孔（毛管外径∮336mm，壁厚21.3mm，长度13M）→轧管（荒管外径∮281mm，壁厚11.3mm，长度28.6M）→相变重结晶（荒管温度：450～495℃）→再加热（炉温915～935℃）→定径或减径（钢管外径∮244.48mm，壁厚11.99mm，长度31.2M）→空冷。

实物性能：屈服610～655MPa（38 mm宽条状样），0度横向冲击37～46J（试样尺寸10×7.5×55mm）。

244.48×11.99mm产品晶粒照片如附图4所示， 244.48×11.99mm产品组织照片如附图5所示， 244.48×11.99mm产品Ti、V的碳氮化物析出形貌如附图6所示。附图6中的标记1、2、3分别表示析出物(Ti，V)N、V(C，N)、VC，依次在奥氏体、奥氏体、铁素体中析出，尺寸依次为40～65nm、20～45nm、5～25nm，含量依次为5%左右、25%左右、70左右。

Claims (2)

1.一种细晶粒铁素体+珠光体型N80-1非调质无缝油套管，其特征是：所述油套管的成分以质量%计，具体有：C：0.35～0.40、Si：0.20～0.35、Mn：1.55～1.75、P≤0.020、S≤0.010、Cu≤0.20、Ni≤0.10、Cr≤0.30、Mo≤0.05、V：0.105～0.145、Nb≤0.02、Ti：0.005～0.025、N：0.0085～0.0140，其余部分为Fe及不可避免的杂质，其中∑As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.050。

2.根据权利要求1所述的一种细晶粒铁素体+珠光体型N80-1非调质无缝油套管的生产方法，其特征是：在钢中添加0.005～0.025的Ti、0.105～0.145的V及0.0085～0.0140的N，通过Ti的碳氮化物析出，来阻碍高温过程奥氏体晶粒的长大，在轧管之后再加热之前控制荒管温度冷却至相变点Ar₃之下，利用相变重结晶过程进一步细化晶粒，并控制再加热温度来减缓晶粒长大速度；在上述两点温度控制的前提下，利用V与N易于在奥氏体温度区形变析出的特点，促使部分V以碳氮化物形式在奥氏体中析出，来细化和改善最终组织，并获得细小的铁素体+珠光体组织及大量弥散分布的V的碳氮化物，来提高韧性而不降低或不显著降低强度，以满足API 5CT标准中API 5CT标准中产品规范等级PSL2或A.10 SR16的强制冲击韧性要求；其具体生产方法如下：

坯料加热→穿孔→轧管→相变重结晶，控制荒管温度冷却至≤500℃→再加热，控制炉温900～950℃→定径或减径→空冷。

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