CN104532168A - 高品质非调质钻探用无缝钢管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高品质非调质钻探用无缝钢管及其制造方法，所述钻探管的化学成分为：C：0.36~0.38%，Si：0.25~0.35%，Mn：1.46~1.66%，Mo：0.26~0.32%，V：0.06~0.08%，Ti：0.022~0.032%，Alt：0.014~0.018%，P ≤0.010%，S≤0.010%，N：55~75ppm，H≤1.5ppm；O≤25ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi≤0.038%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，其性能：抗拉强度Rm≥1100MPa、屈服强度Rp0.2≥960MPa、延伸率A≥16%、纵向冲击功AKU2≥75J。本发明非调质钢采用独特的成分所形成的粒状贝氏体组织满足了本发明抗拉强度、屈服强度、延伸率、纵向冲击功的设计要求，与采用淬火和高温回火的调质工艺相比，达到了同样的质量要求，减少了一次加热，缩短了生产流程，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及钻探用无缝钢管制造技术领域，特别是一种高品质非调质钻探用无缝钢管及其制造方法。
背景技术
随着社会的发展，人们对物质的需求越来越大，致使矿产资源和能源的需求日益增多。矿产资源和能源紧缺是全世界范围内共同面临的问题。现在，找矿、找油的地质钻探已向地质条件更为复杂、深度深达到 1500 米以上的矿产资源发展，这样，对用于地质钻探的钻杆的综合性能提出了更严苛的要求：不仅要求制造地质钻杆的材料具有更高的强度水平，而且还要有一定的韧性和塑性储备，以抵御钻探过程中过载操作的强拉、强扭、冲击振动以及各种交变载荷作用，从而能适应深部矿产资源钻探的特殊工作条件下的使用要求。根据我国石油钻探管行业统计资料，每掘进1m，一般需要消耗钻探管2.5kg～3.0kg（一次性消耗，不能重复使用），因此，通过提高钻探管强度来抵御材料磨损可以重复使用，以降低钻探管消耗。目前，按GB/T 9808-2008《钻探用无缝钢管》标准生产的钻探用地质管主要用于500～1500m深度的钻探工程，深度超过1500m时地质勘查单位多采用进口钻杆。该标准中性能最好的钻探管ZT740已不能满足钻探过程中地壳和海底深层的地质条件，比其性能更优的高品质钻探管急需开发。高品质钻探管经过调质热处理，能使钢的抗拉强度、屈服强度、断面延伸率得到一个较合理的值，但调质热处理要淬火和高温回火，其不但造成能源浪费、环境污染、生产成本增加，而且影响产品的生产效率。因此，通过非调质生产ZT740以上更高级别的钻探管是一个研究方向。
与本发明接近的专利文献有：公告号为CN 102994895 A，名称为“一种微合金化高强度高韧性地质钻探用钢及其生产工艺”的中国专利文献公开了一种微合金化高强度高韧性地质钻探用钢，该钢材的化学成分按重量百分比（wt . %）为：C : 0.36～0.42%，Si : 0.40～0.60%，Mn : 1.45～1.70%，Cr : 0.20～0.30% , V : 0.10～0.20% , AL : 0.010～0.030 % , Ti : 0.015～0.035% , S≤0.015% , P≤0.020% , Cu≤0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。该技术方案所述地质钻探用钢的性能只能满足YB/T 5052 标准（现已作废，被GB/T 9808-2008替代）中DZ55（相当于ZT540）钢级的要求，部分钻杆性能达DZ60（相当于ZT590）钢级的要求。远远不能满足地壳和海底深层钻探要求。
申请人检索到2009年6月期刊《探矿工程（岩土钻掘工程）》第36卷第6期（P28～30）发表的文章“XJY高强度精密地质管材的研制”，文中成分未公开，所述钻探用地质管材采用特殊热处理，其基体金相组织为铁素体+珠光体，抗拉强度940～1010MPa、屈服强度630～660MPa、延伸率12.5～14%，总体强度偏低，延伸率偏低，反应在钻探过程是耐磨性能差，重复使用率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造成本低、易操作、性能均匀且稳定，重复使用率高的一种高品质非调质钻探用无缝钢管及其制造方法，开发的非调质钻探管钢ZT850，其抗拉强度Rm≥1100MPa、屈服强度Rp0.2≥960MPa、延伸率A≥16%、纵向冲击功AKU2≥75J。本发明采用特定成分非调质处理，开发的钻探用无缝钢管ZT850与调质热处理质量相当，满足了地壳和海底深层钻探要求。
本发明所述的高品质非调质钻探用无缝钢管，其化学成分按质量百分数为：C：0.36~0.38%，Si：0.25~0.35%，Mn ：1.46~1.66%，Mo：0.26~0.32%，V：0.06~0.08%，Ti：0.022~0.032%，Alt：0.014~0.018%，P ≤0.010%，S ≤0.010%，N：55~75ppm，H≤1.5ppm；O≤25ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi≤0.038%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，其性能：抗拉强度Rm≥1100MPa、屈服强度Rp0.2≥960MPa、延伸率A≥16%、纵向冲击功AKU2≥75J。
优选的，所述的高品质非调质钻探用无缝钢管，其化学成分按质量百分数为：C：0.37~0.38%，Si：0.28~0.32%，Mn ：1.46~1.56 %，Mo：0.27~0.30%，V：0.07~0.08%，Ti：0.022~0.028%，Alt：0.015~0.017%，P ≤0.008%，S ≤0.006%，N：60~70ppm，H≤1.4 ppm；O≤20ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi≤0.035%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质。
进一步优选的，所述的高品质非调质钻探用无缝钢管，其化学成分按质量百分数为：C：0.37%，Si：0.30%，Mn ：1.50 %，Mo：0.28%，V：0.07%，Ti：0.026%，Alt：0.016%，P ≤0.008%，S ≤0.004%，N：60~70ppm，H≤1.2 ppm；O≤15ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi≤0.033%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质。
本发明所述高品质非调质钻探用无缝钢管，采用C-Mn-Mo-V-Ti-N的成分设计，正火热处理，理由是：
（1）C：本发明碳含量选择在0.36~0.38 %，比调质热处理设定C提高许多，主要考虑本发明要求的钻探管强度高，而碳是钢铁材料中最廉价、最有效的强化元素，溶入基体中，能起到固溶强化作用，同时能在钢中形成更多的渗碳体，进一步提高钢的强度，结合本发明其它成分，试验证明，C 0.36%以下达不到本发明所需要的强度；碳含量过高（C 0.40%以上），会明显降低钢材的塑韧性，达不到本发明的技术效果；
（2）Si：本发明的硅含量在0.25~0.35%，合适的Si范围有助于提高本发明的钻探管强度。Si主要以固溶强化形式来提高钢材的强度，同时也是钢中的脱氧元素，但含量过高，也会降低钢材的塑韧性，同时使钢坯加热后表面氧化铁皮粘稠性增加，容易使钢管表面出现麻点等表面问题；
（3）Mn：本发明的锰含量为1.46~1.66%，用于辅助提高本发明的钻探管强度，增强韧性。Mn是弱碳化物形成元素，它在冶炼中的作用是脱氧和消除硫的影响，还可以降低奥氏体转变温度，细化铁素体晶粒，对提高钢管强度和韧性有益。同时还能固溶强化铁素体，随着Mn含量增高，钢材的强度也增大，但过高的Mn也将会降低钢材的韧性；
（4）Mo：本发明的钼含量为0.26~0.32%，Mo是提高本发明钻探管强度、改善韧性、管材止裂的重要手段。Mo元素主要是通过碳化物析出强化及固溶强化形式来提高钢的强度。Mo的碳化物颗粒细小而不会造成微观组织结构的应力集中，有利于提高钢的冲击韧性。适中的Mo含量会使得 Mo在形成碳化物同时，还会有部分多余的 Mo 固溶在基体中，这一部分固溶于基体中的Mo则能以固溶强化的形式提高钢的稳定性。结合本发明其它成分，试验证明，当Mo的加入量达到0.40~0.60%，抗拉强度1200～1300MPa、屈服强度1060～1150MPa、延伸率12.0%以下，延伸率不能满足用户要求。此外，Mo是贵重金属，价格昂贵，在满足性能要求前提下，尽量少用；
（5）V：本发明的钒含量为0.06~0.08%，V也是提高本发明钻探管强度、改善韧性重要手段。V是钢中的强化元素，主要是由于VC、V(CN)的沉淀强化，可使钢材的强度明显提高，钒在钢中主要起的作用是细化组织晶粒，增加回火稳定性，并产生二次硬化效应。钒除提高钢的强度，特别是屈服点和屈强比以外，还改善钢的塑性和韧性。由于材料晶粒的细化，细化后材料的晶粒度等级大大提高，晶界的比重加大，钢的强度增加，材料对裂纹的敏感性大大降低。同时V能固定钢中的氮，使钢材的时效性能得以改善。但V过高会提高钢材的韧脆转变温度，钒铁价格昂贵，在满足性能要求前提下，尽量少用；
（6）Ti ：本发明的钛含量为0.022~0.032%，Ti主要用来细化晶粒，改善本发明钻探管的韧性。Ti是化学上极为活泼的金属元素之一，它和氮、氧、碳都有极强的亲和力，因此利用它来固定钢中的氮。同时，Ti元素和碳形成一种碳化物TiC ，这种碳化物结合力极强，极稳定，不易分解；在钢中，只有加热到 1000 ℃ 以上，才能缓慢地溶入固溶体（ Q 或 Y 相）中。在未溶入前，碳化钛微粒有阻止钢晶粒长大粗化的作用。因此，用Ti来细化晶粒，既避免了该钢材料的裂纹敏感性，又提高了材料的综合力学性能。Ti低于0.015％时，起不到固定钢中N，并细化晶粒的作用，Ti太高容易形成TiN点状夹杂，降低材料的冲击韧性和疲劳寿命。 Ti 元素用量少，成本低；
（7）N：本发明的氮含量为为55~75ppm，N能与钢中的V化合，形成VN，对控制轧制有明显作用，细化奥氏体晶粒，还有析出强化的作用，显著地改善钢材的强韧性，但N含量过高，将使钢中的游离氮增多，从而降低钢材的塑性，恶化钢材的时效性能；
（8）Alt：本发明的铝含量为0.014%~0.018%，Al是主要的脱氧元素，能细化钢的晶粒。这是由于铝在钢中和其它元素形成细小弥散分布的难熔化合物起阻碍作用，主要是AlN的影响。但Al含量过高，钢中将会出现大量的AlN，而减少VN的含量；
（9）钢中的有害元素的上限控制为P≤0.010%，S≤0.010%，以提高钢的纯净度，改善钢的塑韧性，理论上越低越好；
（10）钢中的有害气体控制H≤1.5ppm；O≤25ppm，可以防止氢脆和减少钢中夹杂物含量，保证钻探管轧制、使用过程中不开裂；
（11）钢中的有害元素As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi总量控制≤0.038%，避免含量过高，钻探管使用过程中产生脆裂。
本发明非调质钢不采用淬火和高温回火的工艺，采用正火热处理，要使抗拉强度、屈服强度、延伸率、纵向冲击功满足设计要求，可以通过细化组织晶粒、沉淀强化、相变强化等方式达到。如Ti、V等，可聚集在奥氏体的晶界上，减小晶粒的长大倾向细化晶粒，提高钢的塑韧性。钢在加热到1100℃时V能够完全溶入奥氏体中，而在钢的连续冷却过程中V会从钢中析出细小弥散的VC或V（C,N）第二相质点来提高钢的强度。钢中随Mo含量的增加，奥氏体中的碳不易被激活扩散，能够促进碳化物形成，Mo对提高钢的强度有重要作用。微合金非调质钢在一定温度、冷却速度下进行冷却可以形成粒状贝氏体组织，其组织特征是在岛状物在块状的铁素体的基体上随机分布，岛状物大多是由碳化物或者其它第二相离子组成，因此增加了钢的强度，又因为其基体由铁素体组成而具有良好的韧性，因此粒状贝氏体组织的微合金非调质钢的综合机械性能比铁素体+珠光体组织的钢材要好。
一种专用于高品质非调质钻探用无缝钢管的制造方法，工艺流程为：EBT电炉冶炼→LF炉精炼→VD炉脱气→铸坯→开坯轧制成管坯→穿孔机穿孔成毛管→冷拔→正火热处理→精整入库。具体工艺步骤如下：
1）电炉冶炼：加入铁水及废钢，实现预脱 P 及成分初调，得到初炼钢水，目标控制C≤0.60%、P ≤0.060%，S ≤0.080%；
2) LF炉精炼：初炼钢水送LF炉精炼，在LF 炉中脱S 、脱O 及成分微调；得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.36~0.38%，Si：0.25~0.35%，Mn ：1.46~1.66%，Mo：0.26~0.32%，V：0.06~0.08%，Ti：0.022~0.032%，Alt：0.014~0.018%，P ≤0.010%，S ≤0.010%，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi≤0.038%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
3) VD炉精炼：LF炉精炼钢水送VD炉进一步精炼，在VD炉中真空脱气及成分微调，得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.36~0.38%，Si：0.25~0.35%，Mn ：1.46~1.66%，Mo：0.26~0.32%，V：0.06~0.08%，Ti：0.022~0.032%，Alt：0.014~0.018%，P ≤0.010%，S ≤0.010%，N：55~75ppm，H≤1.5ppm；O≤25ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi≤0.038%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
4）连铸：在连铸机上浇成矩形连铸坯，中包温度为1522~1546℃，拉速0.62~0.68 m/min；
5）开坯：把连铸坯在加热炉中加热到1180～1200℃，保温20～30 min，使铸坯热透，在轧机上轧制成管坯，其开轧温度取1130～1150℃，终轧温度910～950℃，轧制成为管坯后，进行堆冷；
6）穿孔：将轧制后的管坯装入加热炉中进行加热，预热温度650～860℃，加热温度1230～1250℃，均热温度1190～1220℃，出炉温度1190～1210℃，总加热时间45～65 min，用穿孔机穿孔制成毛管；
7）：冷拔之前，对毛管进行酸洗和润滑，拔制成无缝钢管；
8）热处理：将冷拔后的钢管采用正火热处理，加热炉温度控制：加热段860～920℃，均热段850～880℃，钢管加热总时长25～30min，制得钢管金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，其性能：抗拉强度Rm≥1100MPa、屈服强度Rp0.2≥960MPa、延伸率A≥16%、纵向冲击功AKU2≥75J；
9）精整入库：将热处理后的无缝钢管矫直、表面精整，加工成用户需要的尺寸。
优选的，步骤4）连铸中包温度为1532~1542℃，拉速0.62~0.66 m/min。
优选的，步骤5）连铸坯开轧温度取1135～1145℃，终轧温度920～930℃，轧制成为管坯后，进行堆冷。
优选的，步骤6）管坯加热后出炉温度1230～1240℃，总加热时间55～65 min，用穿孔机穿孔制成毛管。
优选的，步骤8）正火热处理，加热炉温度控制：加热段880～900℃，均热段860～870℃，钢管加热总时长25～30min。
本发明的优点在于采用了C-Mn-Mo-V-Ti-N的成分设计，充分利用了细晶强化、固溶强化和沉淀强化机理,并且通过正火热处理,进一步细化了钢的晶粒和组织，在消除了热轧过程中产生的内应力同时，碳元素在高温下发生均匀扩散，改善了钢管的内部组织。本发明非调质钢采用独特的成分所形成的粒状贝氏体组织满足了本发明抗拉强度、屈服强度、延伸率、纵向冲击功的设计要求，与目前的采用淬火和高温回火的调质工艺相比，达到了同样的质量要求，减少了一次加热，节约了燃气和水资源，缩短了生产流程，制造成本低，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明钻探管正火热处理后金相组织（粒状贝氏体）。
图2为本发明成品钻探管拉伸试样扫描电镜下断口形貌。
图3为本发明成品钻探管冲击试样扫描电镜下断口形貌。
具体实施方式
下列实施例中钻探管均为本发明所设计的化学成分、制造方法所制备。
实施例1：本实施例的高品质非调质钻探用无缝钢管，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.36%，Si：0.28%，Mn：1.48%，Mo：0.26%，V：0.07%，Ti：0.022%，Alt：0.016%，P ：0.010%，S ：0.006%，N：75ppm，H：1.5ppm；O：25ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.038%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，钻探管规格：70.2×4.9×3300mm，其性能：抗拉强度Rm：1140MPa、屈服强度Rp0.2：970MPa、延伸率A：18%、纵向冲击功AKU2：96J。
本实施例的制造工艺如下：
（1）电炉冶炼：加入铁水及废钢，实现预脱 P 及成分初调，得到初炼钢水，C：0.56%、P ：0.060%，S ：0.070%；
（2) LF炉精炼：初炼钢水送LF炉精炼，在LF 炉中脱S 、脱O 及成分微调；得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.36%，Si：0.28%，Mn：1.48%，Mo：0.26%，V：0.07%，Ti：0.022%，Alt：0.016%，P ：0.010%，S ：0.006%，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.038%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
（3) VD炉精炼：LF炉精炼钢水送VD炉进一步精炼，在VD炉中真空脱气及成分微调，得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.36%，Si：0.28%，Mn：1.48%，Mo：0.26%，V：0.07%，Ti：0.022%，Alt：0.016%，P ：0.010%，S ：0.006%，N：75ppm，H：1.5ppm；O：25ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.038%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
（4）连铸：在连铸机上浇成矩形连铸坯，中包温度为1522~1542℃，拉速0.66 m/min；
（5）开坯：把连铸坯在加热炉中加热到1190℃，保温20 min，使铸坯热透，在轧机上轧制成管坯，其开轧温度1140℃，终轧温度940℃，轧制成为管坯后，进行堆冷；
（6）穿孔：将轧制后的管坯装入加热炉中进行加热，预热温度650～860℃，加热温度1230～1250℃，均热温度1190～1220℃，出炉温度1190℃，总加热时间45 min，用穿孔机穿孔制成毛管；
（7）冷拔之前，对毛管进行酸洗和润滑，拔制成无缝钢管；
（8）热处理：将冷拔后的钢管采用正火热处理，加热炉温度控制：加热段860～920℃，均热段850～880℃，钢管加热总时长25～30min，制得钢管金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，钻探管规格：70.2×4.9×3300mm，其性能：抗拉强度Rm：1140MPa、屈服强度Rp0.2：970MPa、延伸率A：18%、纵向冲击功AKU2：96J；
（9）精整入库：将热处理后的无缝钢管矫直、表面精整，加工成用户需要的尺寸。
实施例2：本实施例的高品质非调质钻探用无缝钢管，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.38%，Si：0.25%，Mn：1.66%，Mo：0.27%，V：0.08%，Ti：0.030%，Alt：0.018%，P ：0.006%，S ：0.004%，N：55ppm，H：1.2ppm；O：15ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.030%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，钻探管规格：70.2×5.05×3050mm，其性能：抗拉强度Rm：1200MPa、屈服强度Rp0.2：1020MPa、延伸率A：16%、纵向冲击功AKU2：81J。
本实施例的制造工艺如下：
（1）电炉冶炼：加入铁水及废钢，实现预脱 P 及成分初调，得到初炼钢水，C：0.60%、P ：0.050%，S ：0.050%；
（2) LF炉精炼：初炼钢水送LF炉精炼，在LF 炉中脱S 、脱O 及成分微调；得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.38%，Si：0.25%，Mn：1.66%，Mo：0.27%，V：0.08%，Ti：0.030%，Alt：0.018%，P ：0.006%，S ：0.004%，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.030%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
（3) VD炉精炼：LF炉精炼钢水送VD炉进一步精炼，在VD炉中真空脱气及成分微调，得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.38%，Si：0.25%，Mn：1.66%，Mo：0.27%，V：0.08%，Ti：0.030%，Alt：0.018%，P ：0.006%，S ：0.004%，N：55ppm，H：1.2ppm；O：15ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.030%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
（4）连铸：在连铸机上浇成矩形连铸坯，中包温度为1532~1542℃，拉速0.62 m/min；
（5）开坯：把连铸坯在加热炉中加热到1185℃，保温30 min，使铸坯热透，在轧机上轧制成管坯，其开轧温度1135℃，终轧温度920℃，轧制成为管坯后，进行堆冷；
（6）穿孔：将轧制后的管坯装入加热炉中进行加热，预热温度650～860℃，加热温度1230～1240℃，均热温度1200～1220℃，出炉温度1194℃，总加热时间65 min，用穿孔机穿孔制成毛管；
（7）冷拔之前，对毛管进行酸洗和润滑，拔制成无缝钢管；
（8）热处理：将冷拔后的钢管采用正火热处理，加热炉温度控制：加热段880～900℃，均热段860～870℃，钢管加热总时长25～30min，制得钢管金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，钻探管规格：70.2×5.05×3050mm，其性能：抗拉强度Rm：1200MPa、屈服强度Rp0.2：1020MPa、延伸率A：16%、纵向冲击功AKU2：81J；
（9）精整入库：将热处理后的无缝钢管矫直、表面精整，加工入库。
实施例3：本实施例的高品质非调质钻探用无缝钢管，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.37%，Si：0.35%，Mn：1.46%，Mo：0.32%，V：0.06%，Ti：0.032%，Alt：0.015%，P ：0.007%，S ：0.005%，N：65ppm，H：1.4ppm；O：20ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.033%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，钻探管规格：70.2×5.05×3250mm，其性能：抗拉强度Rm：1180MPa、屈服强度Rp0.2：1005MPa、延伸率A：16%、纵向冲击功AKU2：84J。
本实施例的制造工艺如下：
（1）电炉冶炼：加入铁水及废钢，实现预脱 P 及成分初调，得到初炼钢水，C：0.40%、P ：0.060%，S ：0.070%；
（2) LF炉精炼：初炼钢水送LF炉精炼，在LF 炉中脱S 、脱O 及成分微调；得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.37%，Si：0.35%，Mn：1.46%，Mo：0.32%，V：0.06%，Ti：0.032%，Alt：0.015%，P ：0.007%，S ：0.005%，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.035%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
（3) VD炉精炼：LF炉精炼钢水送VD炉进一步精炼，在VD炉中真空脱气及成分微调，得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.37%，Si：0.35%，Mn：1.46%，Mo：0.32%，V：0.06%，Ti：0.032%，Alt：0.015%，P ：0.007%，S ：0.005%，N：65ppm，H：1.4ppm；O：20ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.035%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
（4）连铸：在连铸机上浇成矩形连铸坯，中包温度为1535~1546℃，拉速0.65 m/min；
（5）开坯：把连铸坯在加热炉中加热到1200℃，保温26 min，使铸坯热透，在轧机上轧制成管坯，其开轧温度1150℃，终轧温度950℃，轧制成为管坯后，进行堆冷；
（6）穿孔：将轧制后的管坯装入加热炉中进行加热，预热温度650～860℃，加热温度1235～1245℃，均热温度1200～1220℃，出炉温度1200℃，总加热时间52 min，用穿孔机穿孔制成毛管；
（7）冷拔之前，对毛管进行酸洗和润滑，拔制成无缝钢管；
（8）热处理：将冷拔后的钢管采用正火热处理，加热炉温度控制：加热段880～900℃，均热段860～870℃，钢管加热总时长25～30min，制得钢管金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，钻探管规格：70.2×5.05×3250mm，其性能：抗拉强度Rm：1180MPa、屈服强度Rp0.2：1005MPa、延伸率A：16%、纵向冲击功AKU2：84J；
（9）精整入库：将热处理后的无缝钢管矫直、表面精整，加工入库。
实施例4：本实施例的高品质非调质钻探用无缝钢管，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.37%，Si：0.29%，Mn：1.49%，Mo：0.29%，V：0.07%，Ti：0.027%，Alt：0.017%，P ：0.006%，S ：0.004%，N：63ppm，H：1.2ppm；O：16ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.031%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，钻探管规格：70.2×5.05×3050mm，其性能：抗拉强度Rm：1160MPa、屈服强度Rp0.2：986MPa、延伸率A：17%、纵向冲击功AKU2：92J。
本实施例的制造工艺如下：
（1）电炉冶炼：加入铁水及废钢，实现预脱 P 及成分初调，得到初炼钢水，C：0.49%、P ：0.070%，S ：0.040%；
（2) LF炉精炼：初炼钢水送LF炉精炼，在LF 炉中脱S 、脱O 及成分微调；得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.37%，Si：0.29%，Mn：1.49%，Mo：0.29%，V：0.07%，Ti：0.027%，Alt：0.017%，P ：0.006%，S ：0.004%，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.031%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
（3) VD炉精炼：LF炉精炼钢水送VD炉进一步精炼，在VD炉中真空脱气及成分微调，得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.37%，Si：0.29%，Mn：1.49%，Mo：0.29%，V：0.07%，Ti：0.027%，Alt：0.017%，P ：0.006%，S ：0.004%，N：63ppm，H：1.2ppm；O：16ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.031%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
（4）连铸：在连铸机上浇成矩形连铸坯，中包温度为1530~1540℃，拉速0.68 m/min；
（5）开坯：把连铸坯在加热炉中加热到1190℃，保温28 min，使铸坯热透，在轧机上轧制成管坯，其开轧温度1140℃，终轧温度930℃，轧制成为管坯后，进行堆冷；
（6）穿孔：将轧制后的管坯装入加热炉中进行加热，预热温度650～860℃，加热温度1232～1238℃，均热温度1200～1220℃，出炉温度1200℃，总加热时间54 min，用穿孔机穿孔制成毛管；
（7）冷拔之前，对毛管进行酸洗和润滑，拔制成无缝钢管；
（8）热处理：将冷拔后的钢管采用正火热处理，加热炉温度控制：加热段880～900℃，均热段860～870℃，钢管加热总时长25～30min，制得钢管金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，钻探管规格：70.2×5.05×3050mm，其性能：抗拉强度Rm：1160MPa、屈服强度Rp0.2：986MPa、延伸率A：17%、纵向冲击功AKU2：92J；
（9）精整入库：将热处理后的无缝钢管矫直、表面精整，加工入库。
实施例5：本实施例的高品质非调质钻探用无缝钢管，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.37%，Si：0.26%，Mn：1.58%，Mo：0.28%，V：0.07%，Ti：0.026%，Alt：0.015%，P ：0.007%，S ：0.005%，N：58ppm，H：1.3ppm；O：20ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.030%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，钻探管规格：70.2×4.9×3300mm，其性能：抗拉强度Rm：1190MPa、屈服强度Rp0.2：1011MPa、延伸率A：16%、纵向冲击功AKU2：75J。
本实施例的制造工艺如下：
（1）电炉冶炼：加入铁水及废钢，实现预脱 P 及成分初调，得到初炼钢水，C：0.55%、P ：0.080%，S ：0.060%；
（2) LF炉精炼：初炼钢水送LF炉精炼，在LF 炉中脱S 、脱O 及成分微调；得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.37%，Si：0.26%，Mn：1.58%，Mo：0.28%，V：0.07%，Ti：0.026%，Alt：0.015%，P ：0.007%，S ：0.005%，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.030%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
（3) VD炉精炼：LF炉精炼钢水送VD炉进一步精炼，在VD炉中真空脱气及成分微调，得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.37%，Si：0.26%，Mn：1.58%，Mo：0.28%，V：0.07%，Ti：0.026%，Alt：0.015%，P ：0.007%，S ：0.005%，N：58ppm，H：1.3ppm；O：20ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi=0.030%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
（4）连铸：在连铸机上浇成矩形连铸坯，中包温度为1535~1545℃，拉速0.62 m/min；
（5）开坯：把连铸坯在加热炉中加热到1195℃，保温26 min，使铸坯热透，在轧机上轧制成管坯，其开轧温度1145℃，终轧温度920℃，轧制成为管坯后，进行堆冷；
（6）穿孔：将轧制后的管坯装入加热炉中进行加热，预热温度650～860℃，加热温度1220～1240℃，均热温度1200～1220℃，出炉温度1195℃，总加热时间61 min，用穿孔机穿孔制成毛管；
（7）冷拔之前，对毛管进行酸洗和润滑，拔制成无缝钢管；
（8）热处理：将冷拔后的钢管采用正火热处理，加热炉温度控制：加热段880～900℃，均热段860～870℃，钢管加热总时长25～30min，制得钢管金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，钻探管规格：70.2×4.9×3300mm，其性能：抗拉强度Rm：1190MPa、屈服强度Rp0.2：1011MPa、延伸率A：16%、纵向冲击功AKU2：75J；
（9）精整入库：将热处理后的无缝钢管矫直、表面精整，加工入库。
对以上实施例1-5的钻探管正火热处理后取样进行力学性能和金相组织检测，以及与现有技术比较，见表1和图1～图3。
表1 正火热处理钻探管的力学性能与现有技术比较。
。
从表1可以看出，本发明正火热处理后的钻探管力学性能屈服强度在970-1020MPa之间，抗拉强度在1140-1200MPa之间，延伸率在16-18%之间，总体质量水平与比较例2、3、4相当，性能均匀且稳定，比比较例1、5好。平均冲击功比比较例2稍低，但这不是本发明追求的目标，本发明的目标是在追求高强度的基础上，保证材料具有一定的塑性和韧性，GB/T 9808-2008《钻探用无缝钢管》标准和用户也没有对冲击功提出具体要求，用户使用证明，完全满足深层钻探要求。
图1给出了本发明钻探管正火热处理后的金相组织，从图1中可以看出钻探管的组织主要由粒状贝氏体组成，其组织均匀细小，具有贝氏体组织的钢材其韧性好，强度高，可以承受大强度载荷。图2也显示出本发明ZT850具有良好强度塑性和抗疲劳能力，其具有良好的强韧性配合，能够满足用户对高品质钻探管的需求。
图2、图3给出了为本发明成品钻探管拉伸试样和冲击试样扫描电镜下断口形貌。从图2可以看出，拉伸断口中有许多韧窝存在，主要是通过基体中的第二相或者是夹杂物质点本身的开裂，或者是它们与基体界面脱离而成核，并在位错引起的应力集中下形成微孔，微孔的形核长大和聚合就在断口上出现如上图的韧窝。而图3的冲击断口可见，由于冲击能量大，速度快，显示有较多材料较多撕裂棱，其中也有一些韧窝。说明ZT850有较好的塑韧性。
本发明的高品质钻探管分别出口到澳大利亚、哈萨克斯坦和塔吉克斯坦，其钻探部门反映钻井深度由过去的500m～1500m(使用ZT590)，使用本发明钻探管ZT850后安全钻井深度1500m～3000m，并且因其强度高、耐磨性好、塑韧性好而重复使用，累计钻探20000m后报废，大大降低了钻探管消耗，钻探工程用户评价良好。
Claims (8)
1.一种高品质非调质钻探用无缝钢管，其特征在于，其化学成分按质量百分数为：C：0.36~0.38%，Si：0.25~0.35%，Mn ：1.46~1.66%，Mo：0.26~0.32%，V：0.06~0.08%，Ti：0.022~0.032%，Alt：0.014~0.018%，P ≤0.010%，S ≤0.010%，N：55~75ppm，H≤1.5ppm；O≤25ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi≤0.038%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质，金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，其性能：抗拉强度Rm≥1100MPa、屈服强度Rp0.2≥960MPa、延伸率A≥16%、纵向冲击功AKU2≥75J。
2.根据权利要求1所述的高品质非调质钻探用无缝钢管，其特征在于，其化学成分按质量百分数为：C：0.37~0.38%，Si：0.28~0.32%，Mn ：1.46~1.56 %，Mo：0.27~0.30%，V：0.07~0.08%，Ti：0.022~0.028%，Alt：0.015~0.017%，P ≤0.008%，S ≤0.006%，N：60~70ppm，H≤1.4 ppm；O≤20ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi≤0.035%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的高品质非调质钻探用无缝钢管，其特征在于，其化学成分按质量百分数为：C：0.37%，Si：0.30%，Mn ：1.50 %，Mo：0.28%，V：0.07%，Ti：0.026%，Alt：0.016%，P ≤0.008%，S ≤0.004%，N：60~70ppm，H≤1.2 ppm；O≤15ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi≤0.033%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质。
4.一种专用于高品质非调质钻探用无缝钢管的制造方法，工艺流程为：EBT电炉冶炼→LF炉精炼→VD炉脱气→铸坯→开坯轧制成管坯→穿孔机穿孔成毛管→冷拔→正火热处理→精整入库，其特征在于，具体工艺步骤如下：、
1）电炉冶炼：加入铁水及废钢，实现预脱 P 及成分初调，得到初炼钢水，目标控制C≤0.60%、P ≤0.060%，S ≤0.080%；
2) LF炉精炼：初炼钢水送LF炉精炼，在LF 炉中脱S 、脱O 及成分微调；得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.36~0.38%，Si：0.25~0.35%，Mn ：1.46~1.66%，Mo：0.26~0.32%，V：0.06~0.08%，Ti：0.022~0.032%，Alt：0.014~0.018%，P ≤0.010%，S ≤0.010%，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi≤0.038%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
3) VD炉精炼：LF炉精炼钢水送VD炉进一步精炼，在VD炉中真空脱气及成分微调，得到如下成分，按重量百分比计为：C：0.36~0.38%，Si：0.25~0.35%，Mn ：1.46~1.66%，Mo：0.26~0.32%，V：0.06~0.08%，Ti：0.022~0.032%，Alt：0.014~0.018%，P ≤0.010%，S ≤0.010%，N：5575ppm，H≤1.5ppm；O≤25ppm，As＋Sn＋Pb＋Sb＋Bi≤0.038%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质；
4）连铸：在连铸机上浇成矩形连铸坯，中包温度为1522~1546℃，拉速0.62~0.68 m/min；
5）开坯：把连铸坯在加热炉中加热到1180～1200℃，保温20～30 min，使铸坯热透，在轧机上轧制成管坯，其开轧温度取1130～1150℃，终轧温度910～950℃，轧制成为管坯后，进行堆冷；
6）穿孔：将轧制后的管坯装入加热炉中进行加热，预热温度650～860℃，加热温度1230～1250℃，均热温度1190～1220℃，出炉温度1190～1210℃，总加热时间45～65 min，用穿孔机穿孔制成毛管；
7）冷拔之前，对毛管进行酸洗和润滑，拔制成无缝钢管；
8）热处理：将冷拔后的钢管采用正火热处理，加热炉温度控制：加热段860～920℃，均热段850～880℃，钢管加热总时长25～30min，制得钢管金相组织为均匀细小的粒状贝氏体组织，其性能：抗拉强度Rm≥1100MPa、屈服强度Rp0.2≥960MPa、延伸率A≥16%、纵向冲击功AKU2≥75J；
9）精整入库：将热处理后的无缝钢管矫直、表面精整，加工成用户需要的尺寸。
5.根据权利要求4所述的高品质非调质钻探用无缝钢管的制造方法，其特征在于，步骤4）连铸中包温度为1532~1542℃，拉速0.62~0.66 m/min。
6.根据权利要求4所述的高品质非调质钻探用无缝钢管的制造方法，其特征在于，步骤5）连铸坯开轧温度取1135～1145℃，终轧温度920～930℃，轧制成为管坯后，进行堆冷。
7.根据权利要求4所述的高品质非调质钻探用无缝钢管的制造方法，其特征在于，步骤6）管坯加热后出炉温度1230～1240℃，总加热时间55～65 min，用穿孔机穿孔制成毛管。
8.根据权利要求4所述的高品质非调质钻探用无缝钢管的制造方法，其特征在于，步骤8）正火热处理，加热炉温度控制：加热段880～900℃，均热段860～870℃，钢管加热总时长25～30min。
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