CN103741063A - 一种地质钻探用无缝钢管材料及其制备方法 - Google Patents

一种地质钻探用无缝钢管材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地质钻探用无缝钢管材料及其制备方法，其化学成分的质量百分比为：C0.2-0.4、Si0.15-0.35、Mn0.8-1.6、Cr0.5-1.0、Mo0.4-0.8、Ni0.2-0.5、Cu0.15-0.25、Al0.1-0.2、Sn0.04-0.08、Cd0.03-0.05、In0.025-0.045、Gd0.02-0.03、Yb0.01-0.02、P≤0.01、S≤0.005，余量为Fe。本发明制得的钢管材料综合性能优异，机械强度高，低温冲击韧性好，具有优良的耐磨性和抗应力腐蚀性，完全适应更低的工作温度，更深的勘探深度。本发明生产工艺简单易操作，成本低，经济效益好，适合大规模工业化生产。

Description

一种地质钻探用无缝钢管材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种地质钻探用无缝钢管材料及其制备方法，属于冶金材料领域。
背景技术
无缝钢管是一种具有中空截面、周边没有接缝的圆形，方形，矩形钢材。无缝钢管是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后经热轧、冷轧或冷拨制成。无缝钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道，钢管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面钢材，广泛用于地质勘探或钻井作业，目前，国内现行标准所规定的最高钢级其机械强度、低温冲击韧性等均无法满足实际勘探的使用要求，使得我国的地质钻探用无缝钢管只能依赖进口。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机械强度高、低温冲击韧性好的地质钻探用无缝钢管材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
    一种地质钻探用无缝钢管材料，其化学成分的质量百分比为：C 0.2-0.4、Si 0.15-0.35、Mn 0.8-1.6、Cr 0.5-1.0、Mo 0.4-0.8、Ni 0.2-0.5、Cu 0.15-0.25、Al 0.1-0.2、Sn 0.04-0.08、Cd 0.03-0.05、In 0.025-0.045、Gd 0.02-0.03、Yb 0.01-0.02、P≤0.01、S≤0.005，余量为Fe。
    一种地质钻探用无缝钢管材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按化学成分要求将配好的炉料加入电弧炉中熔炼，熔炼温度为1550-1580℃，待炉料熔清80%以上，调整钢水温度至1560-1600℃，加入15-20kg/t钢的造渣剂，保温35-40min，扒渣，然后调整温度至1580-1620℃，加入适量的硅铁和锰铁脱氧15-25min，取样分析并调整成分，当钢水温度达到1610-1640℃即可出钢，在出炉2-3min前往钢水中插入1-1.5kg/t钢的铝饼进行终脱氧；
    （2）钢水在钢水包内镇静3-5min后浇注，浇注温度为1540-1580℃，并连铸成圆坯，将制得的圆坯加热至1280-1340℃，利用穿孔机对钢管坯穿孔，将得到的钢管坯以100-150℃/h升温至280-320℃，保温4-8h，再以140-180℃/h升温至630-660℃，保温3-5h，然后以80-120℃/h降温至420-440℃，保温4-6h，再以100-150℃/h升温至730-750℃，保温2-3h，然后以120-160℃/h降温至480-520℃，保温3-6h，再以140-180℃/h升温至820-850℃，保温1-2h，然后以100-150℃/h降温至540-560℃，保温3-5h，再以80-120℃/h降温至250-300℃，保温5-10h，空冷至室温，酸洗后热轧壁厚至所需规格，开轧温度为1180-1240℃，终轧温度为925-945℃，然后张力减径，张力减径的温度为935-955℃；
    （3）将上述制得的管材进行热处理：以140-180℃/h升温至300-350℃，保温4-8h，再以120-160℃/h升温至620-660℃，保温3-5h，再以80-120℃/h升温至840-870℃，保温1-2h，然后以150-200℃/h降温至440-480℃，保温3-6h，再以80-120℃/h升温至640-680℃，保温3-4h，然后以100-150℃/h降温至420-460℃，保温3-6h，再以140-180℃/h升温至750-780℃，保温2-3h，强风风冷至320-350℃，保温4-8h，然后放入0-5℃冰盐水中冷却至50℃以下，取出管材以85-95℃/h升温至170-190℃，保温1-2h，再以40-50℃/h降温至85-95℃，保温3-4h，再以50-60℃/h升温至195-215℃，保温1-2h，空冷至室温后以50-60℃/h升温至100-120℃，保温2-3h，再以30-40℃/h升温至160-180℃，保温1-2h，再以45-55℃/h降温80-90℃，保温3-4h，至空冷至室温；
    （4）将上述热处理后的管材经矫直、探伤、喷标识、包装等后序工艺，即得成品。
    所述的造渣剂的制备方法如下：a、取以下重量份的原料：石灰石15-20、白云石5-10、高岭土10-15、钾长石5-10、菱镁石4-8、铁矿渣8-12、莫来砂3-6；b、取菱镁石、硅灰石和铝矾土混合均匀，湿法球磨12-24h，烘干，850-880℃煅烧30-40min，冷却至室温，再放入浓度为15-20%的盐酸溶液中浸泡1-2h，过滤，滤渣用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1220-1240℃煅烧1-2h，水淬，湿法球磨12-24h，过100-150目筛，烘干即得。
本发明的有益效果：     本发明制得的钢管材料综合性能优异，机械强度高，低温冲击韧性好，具有优良的耐磨性和抗应力腐蚀性，完全适应更低的工作温度，更深的勘探深度。本发明生产工艺简单易操作，成本低，经济效益好，适合大规模工业化生产。
具体实施方式
    （1）按化学成分满足如下质量百分比为：C 0.2-0.4、Si 0.15-0.35、Mn 0.8-1.6、Cr 0.5-1.0、Mo 0.4-0.8、Ni 0.2-0.5、Cu 0.15-0.25、Al 0.1-0.2、Sn 0.04-0.08、Cd 0.03-0.05、In 0.025-0.045、Gd 0.02-0.03、Yb 0.01-0.02、P≤0.01、S≤0.005，余量为Fe进行配料；将配好的炉料加入电弧炉中熔炼，熔炼温度为1570℃，待炉料熔清80%以上，调整钢水温度至1600℃，加入16kg/t钢的造渣剂，保温40min，扒渣，然后调整温度至1620℃，加入适量的硅铁和锰铁脱氧20min，取样分析并调整成分，当钢水温度达到1640℃即可出钢，在出炉3min前往钢水中插入1kg/t钢的铝饼进行终脱氧；
    （2）钢水在钢水包内镇静5min后浇注，浇注温度为1560℃，并连铸成圆坯，将制得的圆坯加热至1320℃，利用穿孔机对钢管坯穿孔，将得到的钢管坯以150℃/h升温至320℃，保温4h，再以180℃/h升温至660℃，保温3h，然后以120℃/h降温至420℃，保温6h，再以150℃/h升温至750℃，保温2h，然后以160℃/h降温至480℃，保温6h，再以180℃/h升温至850℃，保温1h，然后以150℃/h降温至540℃，保温5h，再以120℃/h降温至250℃，保温10h，空冷至室温，酸洗后热轧壁厚至所需规格，开轧温度为1240℃，终轧温度为9945℃，然后张力减径，张力减径的温度为955℃；
（3）将上述制得的管材进行热处理：以180℃/h升温至350℃，保温4h，再以160℃/h升温至660℃，保温3h，再以120℃/h升温至870℃，保温1h，然后以200℃/h降温至440℃，保温6h，再以120℃/h升温至680℃，保温3h，然后以150℃/h降温至420℃，保温6h，再以180℃/h升温至780℃，保温2h，强风风冷至350℃，保温4h，然后放入2℃冰盐水中冷却至50℃以下，取出管材以95℃/h升温至190℃，保温1h，再以50℃/h降温至85℃，保温4h，再以60℃/h升温至215℃，保温1h，空冷至室温后以55℃/h升温至110℃，保温2h，再以40℃/h升温至180℃，保温1h，再以50℃/h降温80℃，保温4h，至空冷至室温；
（4）将上述热处理后的管材经矫直、探伤、喷标识、包装等后序工艺，即得成品。
    所述的造渣剂的制备方法如下：a、取以下重量（kg）的原料：石灰石15、白云石10、高岭土10、钾长石8、菱镁石6、铁矿渣10、莫来砂5；b、取菱镁石、硅灰石和铝矾土混合均匀，湿法球磨24h，烘干，880℃煅烧30min，冷却至室温，再放入浓度为20%的盐酸溶液中浸泡1h，过滤，滤渣用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1240℃煅烧1h，水淬，湿法球磨24h，过150目筛，烘干即得。
    经检验，成品化学成分为：C 0.35%、Si 0.28%、Mn 1.44%、Cr 0.87%、Mo 0.65%、Ni 0.34%、Cu 0.19%、Al 0.14%、Sn 0.058%、Cd 0.043%、In 0.039%、Gd 0.026%、Yb 0.014%、P 0.0074%、S 0.0032%，余量为Fe；力学性能为：抗拉强度1146Mpa，屈服强度1028Mpa，伸长率22.8%，-45℃冲击功72J。

Claims (3)

1.一种地质钻探用无缝钢管材料，其特征在于，其化学成分的质量百分比为：C 0.2-0.4、Si 0.15-0.35、Mn 0.8-1.6、Cr 0.5-1.0、Mo 0.4-0.8、Ni 0.2-0.5、Cu 0.15-0.25、Al 0.1-0.2、Sn 0.04-0.08、Cd 0.03-0.05、In 0.025-0.045、Gd 0.02-0.03、Yb 0.01-0.02、P≤0.01、S≤0.005，余量为Fe。
2.如权利要求1所述的地质钻探用无缝钢管材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
按化学成分要求将配好的炉料加入电弧炉中熔炼，熔炼温度为1550-1580℃，待炉料熔清80%以上，调整钢水温度至1560-1600℃，加入15-20kg/t钢的造渣剂，保温35-40min，扒渣，然后调整温度至1580-1620℃，加入适量的硅铁和锰铁脱氧15-25min，取样分析并调整成分，当钢水温度达到1610-1640℃即可出钢，在出炉2-3min前往钢水中插入1-1.5kg/t钢的铝饼进行终脱氧；
钢水在钢水包内镇静3-5min后浇注，浇注温度为1540-1580℃，并连铸成圆坯，将制得的圆坯加热至1280-1340℃，利用穿孔机对钢管坯穿孔，将得到的钢管坯以100-150℃/h升温至280-320℃，保温4-8h，再以140-180℃/h升温至630-660℃，保温3-5h，然后以80-120℃/h降温至420-440℃，保温4-6h，再以100-150℃/h升温至730-750℃，保温2-3h，然后以120-160℃/h降温至480-520℃，保温3-6h，再以140-180℃/h升温至820-850℃，保温1-2h，然后以100-150℃/h降温至540-560℃，保温3-5h，再以80-120℃/h降温至250-300℃，保温5-10h，空冷至室温，酸洗后热轧壁厚至所需规格，开轧温度为1180-1240℃，终轧温度为925-945℃，然后张力减径，张力减径的温度为935-955℃；
将上述制得的管材进行热处理：以140-180℃/h升温至300-350℃，保温4-8h，再以120-160℃/h升温至620-660℃，保温3-5h，再以80-120℃/h升温至840-870℃，保温1-2h，然后以150-200℃/h降温至440-480℃，保温3-6h，再以80-120℃/h升温至640-680℃，保温3-4h，然后以100-150℃/h降温至420-460℃，保温3-6h，再以140-180℃/h升温至750-780℃，保温2-3h，强风风冷至320-350℃，保温4-8h，然后放入0-5℃冰盐水中冷却至50℃以下，取出管材以85-95℃/h升温至170-190℃，保温1-2h，再以40-50℃/h降温至85-95℃，保温3-4h，再以50-60℃/h升温至195-215℃，保温1-2h，空冷至室温后以50-60℃/h升温至100-120℃，保温2-3h，再以30-40℃/h升温至160-180℃，保温1-2h，再以45-55℃/h降温80-90℃，保温3-4h，至空冷至室温；
将上述热处理后的管材经矫直、探伤、喷标识、包装等后序工艺，即得成品。
3.根据权利要求1所述的地质钻探用无缝钢管材料的制备方法，其特征在于，所述的造渣剂的制备方法如下：a、取以下重量份的原料：石灰石15-20、白云石5-10、高岭土10-15、钾长石5-10、菱镁石4-8、铁矿渣8-12、莫来砂3-6；b、取菱镁石、硅灰石和铝矾土混合均匀，湿法球磨12-24h，烘干，850-880℃煅烧30-40min，冷却至室温，再放入浓度为15-20%的盐酸溶液中浸泡1-2h，过滤，滤渣用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1220-1240℃煅烧1-2h，水淬，湿法球磨12-24h，过100-150目筛，烘干即得。
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