CN103451560A

CN103451560A - X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管钢种及无缝桩腿管制造方法

Info

Publication number: CN103451560A
Application number: CN2013103024361A
Authority: CN
Inventors: 周晓锋; 史庆志; 张传友; 刘江成; 李效华; 周家祥; 张国柱; 周国帅
Original assignee: Tianjin Pipe Group Corp
Current assignee: Tianjin Pipe Group Corp
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明提供一种X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管钢种及无缝桩腿管制造方法，本钢种组成原料C：0.08～0.14%，Si：0.25～0.40%，Mn：1.10～1.40%，P≤0.010%，S≤0.005%，Mo：0.20～0.50%，Al：0.005～0.045%，Nb：0.03～0.06%，V：0.05～0.10%，Cu：≤0.30%，Ni：0.30～0.50%，Cr：0.20～0.50%。本发明效果是该方法生产的管体整体组织均匀，为均匀的B_回+F组织，焊接性能良好，具有优良的低温冲击性能，成本低廉，完全可以满足X100钢级自升式钻井平台用管的要求；连铸、穿孔和轧制工艺最大限度地提升了自升钻井平台用管的机械性能；采用双淬火+回火的调质热处理方式，大大提高了无缝桩腿管管体的淬透性。

Description

X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管钢种及无缝桩腿管制造方法

技术领域

本发明属于冶金工业的无缝钢管制造技术，涉及一种X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管钢种及无缝桩腿管制造方法。

背景技术

石油和天然气仍是未来世界很长一段时间内能源消费的主要来源。而目前陆地油气资源探明率70%以上，海洋油气资源探明率仅30%左右。据剑桥能源咨询公司统计，2009年海洋石油产量占全球石油总产量的33%，预计到2020年这一比例升至35%。寻求资源独立和开发技术水平的逐年提升，使油气资源开发从陆地转向海洋、浅海转向深海成必然趋势。

随着海上油气田勘探与开发的不断深入，海上采油平台用桩柱管的需求也迅速增长。由于桩柱用管在工作状态下不仅要对钻井平台起到支撑作用，而且其水下部分还需要抵抗低温环境下水流和海浪的强烈冲击，因此对其低温的高强韧性匹配提出了较高的要求。另外，受船体负重的限制，对桩柱管的尺寸精度也提出了更高的要求。

目前，我国开发的均为浅海、近海的油气资源，现在加大对海上油气田勘探和开发后，逐渐勘探更深水域，就需要自升式的钻井平台来勘探开发深水区的油气资源，因此国内企业也加大了对自升式钻井平台的需求。海上采油平台桩柱管为钻井平台的最主要支撑结构，先国内还没有正式生产厂，其所用无缝钢管的主要供货方为V&M和Tenaris等几家国外知名无缝钢管企业，也仅限于钢级不超过X80级别。

冶金技术的进步和微合金化管线钢的发展，使生产具有高强度、高韧性、良好焊接性管线钢成为现实。目前针对API5L高钢级管线的设计制造方面的专利有X80，X100钢级，但是这些专利都是针对焊管而言，而针对无缝钢管X100钢级的管线管专利尚未发现。

发明内容

为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管钢种及无缝桩腿管制造方法，满足市场对X100钢级无缝钢管的需要。通过该方法制造的无缝管线管能达到API5L规定的X100钢级的力学性能，并且具有优良焊接性能。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管钢种，钢种组成元素的重量配比为C：0.08～0.14%，Si：0.25～0.40%，Mn：1.10～1.40%，P≤0.010%，S≤0.004%，Mo：0.20～0.50%，Al：0.005～0.045%，Nb：0.03～0.06%，V：0.05～0.10%，Cu：≤0.30%，Ni：0.30～0.50%，Cr：0.20～0.50%，Ti：≤0.015%，Ca：0.0015～0.0060%，B：≤0.0005%，N：≤0.012%，其余为铁，杂质元素微量。

同时提供一种X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管的制造方法。

本发明的有益效果具体表现在：1）采用微合金钢设计，适用于生产外径不超过355.6mm，壁厚不超过35mm X100钢级自升式钻井平台用无缝桩腿管，管体整体组织均匀，为均匀的B_回+F（回火贝氏体+铁素体）组织，焊接性能良好，具有优良的低温冲击性能，成本低廉，完全可以满足X100钢级自升式钻井平台用管的要求；2）连铸、穿孔和轧制工艺制定的合理，最大限度地提高了自升式钻井平台用管的机械性能；3）采用双淬火+回火的调质热处理方式，大大提高了钢管的淬透性；4）高温回火充分，管体整体组织均匀。

附图说明

图1为Φ273.05×21.41mm X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管中心500X金相照片。

具体实施方式

结合附图对本发明的X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管钢种及无缝桩腿管制造方法加以说明。

本发明的X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管钢种的组成元素的重量配比为：

C：0.08～0.14%，Si：0.25～0.40%，Mn：1.10～1.40%，P≤0.010%，S≤0.004%，Mo：0.20～0.50%，Al：0.005～0.045%，Nb：0.03～0.06%，V：0.05～0.10%，Cu：≤0.30%，Ni：0.30～0.50%，Cr：0.20～0.50%，Ti：≤0.015%，Ca：0.0015～0.0060%，B：≤0.0005%，N：≤0.012%，其余为铁，杂质元素微量。

对上述主要组成成分选取理由如下：

碳：钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化的作用对提高钢的强度有明显的作用，具有成本低、调控敏感性好的优点。良好的焊接性能是自升式钻井平台用桩腿管所必需具备的性能，碳低则相应的焊接性能良好。

锰：作为脱氧材料在炼钢上所必需的元素，通过固溶强化、细晶强化和相变强化对管线屈服强度和抗拉强度的综合效果十分明显。锰在提高强度的同时还可以提高钢的韧性，降低钢的韧脆转变温度。

钒：具有较高的析出强化作用和晶粒细化作用，通过铁素体沉淀硬化和细化铁素体晶粒的提高屈服和抗拉强度。在铌、钒微合金元素复合使用时，钒是同通过铁素体中以VC析出强化来提高钢的强度。

铌：是加入的微合金化元素，通过细晶强化和沉淀强化可以提高强度，同时可改善钢的低温冲击韧性。铌降低钢的热塑性从而增加了含铌钢铸坯的热裂倾向。

镍：本设计钢种的主要合金元素，为主要奥氏体形成元素并改善钢的耐蚀性能，细化铁素体晶粒，提高钢的塑性和韧性，特别是低温韧性，与铬、钼等联合使用，提高钢的热强性和耐蚀性。

铬：本设计钢种的主要合金元素，铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，显著提高钢的脆性转变温度，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。

钼：本设计钢种的主要合金元素，扩大奥氏体相区，推迟奥氏体向铁素体相变时析出铁素体形成，促进贝氏体的形成的主要元素，对控制相变组织起到重要作用，在向钢中加入适量的钼后，即使在较慢的冷却速度下也可以获得明显的贝氏体组织，同时由于相变向低温方向转变，可以使得组织进一步细化。

铝：是脱氧剂，其含量低于0.005%时不能达到这种效果，但含量过高时，易导致夹杂物增多，产生发纹，降低韧性和加工性能。

本发明的X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管的制造方法步骤包括：按照技术方案配料炼钢→LF精炼→VD真空除气→连铸→环形炉加热→穿孔→连轧→定径→锯切→矫直→探伤→调质热处理(双淬火+回火)→UT探伤→水压→喷标→入库。

其中VD高真空时间不少于10分钟，此外，为了控制钢种的夹杂物，还进行了钙处理，氩气弱搅拌时间不少于3分钟，连铸过程使用末端电磁搅拌，为了提高钢的抗腐蚀性能和低温韧性，控制P≤0.010%，S≤0.004%，五害元素之和要求小于200ppm，成品氮小于120ppm，成品氧小于30ppm，成品氢小于2ppm。

主要的技术参数如下：

①配料冶炼、连铸

按上述钢种组成元素重量成分为：C：0.08～0.14%，Si：0.25～0.40%，Mn：1.10～1.40%，P≤0.010%，S≤0.004%，Mo：0.20～0.50%，Al：0.005～0.045%，Nb：0.03～0.06%，V：0.05～0.10%，Cu：≤0.30%，Ni：0.30～0.50%，Cr：0.20～0.50%，Ti：≤0.015%，Ca：0.0015～0.0060%，B：≤0.0005%，N：≤0.012%，其余为铁，杂质元素微量。LF精炼完后的钢水经过VD真空除气，喂入Ca丝进行钙处理，温度合适后上连铸平台进行连铸，连铸过程使用末端电磁搅拌。

②轧制

检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温控制为1250～1290℃，穿孔温度控制为1200～1250℃，连轧温度控制为1050～1100℃，终轧温度控制为850～950℃，冷却，锯切，矫直，探伤。

③管加工

采用双淬火+回火的调质热处理工艺，淬火温度为900℃～960℃，淬火介质为水，回火温度在600～700℃，采用空冷，确保500℃以上进行热矫直，UT探伤。

所述X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管的力学性能达到的指标如下：

屈服强度	690～840MPa
		抗拉强度	760～990MPa
屈强比	≤0.97
		断后延伸率	≥18%
夏比V型冲击韧性	-40℃横向全尺寸夏比冲击功≥50J
		硬度	≤325HV10
晶粒度	≥8级

实施例1：Φ273.05×21.41mm X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管

1.1、配料冶炼、连铸

按上述钢种组成元素重量成分为：C：0.08～0.14%，Si：0.25～0.40%，Mn：1.10～1.40%，P≤0.010%，S≤0.004%，Mo：0.20～0.50%，Al：0.005～0.045%，Nb：0.03～0.06%，V：0.05～0.10%，Cu：≤0.30%，Ni：0.30～0.50%，Cr：0.20～0.50%，Ti：≤0.015%，Ca：0.0015～0.0060%，B：≤0.0005%，N：≤0.012%，其余为铁，杂质元素微量。

LF精炼完后的钢水经过VD真空除气，喂入Ca丝进行钙处理，温度合适后上连铸平台进行连铸，连铸过程使用末端电磁搅拌，连铸坯直径Φ310mm。实际控制合金成分如下表：

C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr
							0.11	0.29	1.31	0.007	0.002	0.21	0.30
0.10	0.30	1.29	0.008	0.002	0.25	0.34
							Mo	Cu	Al	V	Nb	Ti	N
0.37	0.15	0.042	0.07	0.04	<0.01	0.0062
							0.36	0.17	0.045	0.08	0.04	<0.01	0.0073

1.2、轧制

检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温为1280℃，穿孔温度为1220℃，连轧温度为1060℃，终轧温度为900℃，然后冷床冷却，锯切，矫直，探伤。

1.3、管加工

采用双淬火+回火的热处理工艺，淬火温度为940℃，淬火介质为水，回火温度在680℃，采用空冷，热矫直温度为510℃，UT探伤，最终产品性能测试结果如下：

（1）拉伸

试样号	温度	取向	Rt0.5	Rm	Rt/Rm	A%
							1	22	纵向	725	805	0.90	23
2	22	纵向	755	830	0.91	22

（2）冲击

（3）硬度

（4）晶粒度

晶粒度为9级，金相组织如图1所示。

实施例2：Φ355.6×35mm X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管

2.1、配料冶炼、连铸

LF精炼完后的钢水经过VD真空除气，喂入Ca丝进行钙处理，温度合适后上连铸平台进行连铸，连铸过程使用末端电磁搅拌，连铸坯直径Φ350mm。实际控制合金成分如下表：

C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr
							0.11	0.28	1.18	0.008	0.003	0.43	0.40
0.12	0.31	1.14	0.007	0.003	0.41	0.41
							Mo	Cu	Al	V	Nb	Ti	N
0.38	0.18	0.029	0.06	0.04	<0.01	0.0052
							0.36	0.14	0.032	0.06	0.04	<0.01	0.0076

2.2、轧制

检验合格后的定尺连铸坯在环形加热炉内加热，加热炉炉温为1280℃，穿孔温度为1220℃，连轧温度为1060℃，终轧温度为920℃，然后冷床冷却，锯切，矫直，探伤。

2.3、管加工

采用双淬火+回火的热处理工艺，淬火温度为950℃，淬火介质为水，回火温度在630℃，采用空冷，热矫直温度为530℃，UT探伤，最终产品性能测试结果如下：

（1）拉伸

试样号	温度	取向	Rt0.5	Rm	Rt/Rm	A%
							1	22	纵向	715	780	0.92	22
2	22	纵向	725	785	0.92	22

（2）冲击

（3）硬度

（4）晶粒度

晶粒度为9级，金相组织如图1所示。

Claims

1.一种X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管钢种，其特征是：所述钢种组成元素的重量配比为：

2.根据权利要求1所述X100钢级自升钻井平台用无缝桩腿管的制造方法，该方法包括以下步骤：按照权利要求1配比配料，经电炉或转炉炼钢，LF精炼，VD真空除气，连铸，环形炉加热，穿孔，连轧，定径，精整，调质热处理，探伤，水压，入库；在VD真空除气中VD高真空时间不少于10分钟，真空除气后Ca处理，氩气弱搅拌时间不少于3分钟；连铸过程使用末端电磁搅拌；环形炉加热温度控制在1250～1290℃，终轧温度控制为850～950℃；采用双淬火+回火的调质热处理方式，淬火温度900～960℃，回火温度600～700℃。