CN104988403B - 一种油气开采用马氏体不锈钢无缝钢管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气开采用马氏体不锈钢无缝钢管及其制造方法，所述无缝钢管包括下列重量百分比的原料：0.20%≤C≤0.60%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，12.0%≤Cr≤14.0%，S≤0.01%，P≤0.02%，Ni≤0.60%，其余为铁及不可避免的杂质。制造方法的主要步骤是：先按照化学成分冶炼钢水并将钢水浇注成钢坯，将钢坯锻造成实心圆管坯，而后将圆管坯挤压成所需规格的无缝钢管，经过调质和后续精整工序，即可得到满足使用要求的高强度、高韧性、耐腐蚀的马氏体不锈钢无缝钢管。

Description

一种油气开采用马氏体不锈钢无缝钢管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种油气开采用马氏体不锈钢无缝钢管及其制造方法，属于钢管制造技术领域。

背景技术

随油气开采环境的的日趋恶劣，“三高”（高温、高压、高腐蚀）油气井也逐渐增多，其中腐蚀环境为二氧化碳和氯离子综合作用的“三高”油气井对材料的需求也更严格，既要求高强度，还要求耐腐蚀。普碳钢和合金钢的使用已经无法满足使用要求，不锈钢及其耐蚀合金已经广泛应用于油井管。实践证明，马氏体不锈钢能满足高强度、高韧性、耐腐蚀的要求。然传统的API系列的马氏体不锈钢强度较低，屈服强度在565-655MPa间，日本住友公司生产的超级马氏体不锈钢价格高，交货期长。因此，需要一种提升材料强度的马氏体不锈钢无缝钢管产品。

发明内容

本发明旨在提供一种高强度、高韧性、耐腐蚀的马氏体不锈钢无缝钢管及其制造方法。

本发明提供了一种油气开采用马氏体不锈钢无缝钢管，包括下列重量百分比的原料：0.20%≤C≤0.60%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，12.0%≤Cr≤14.0%，S≤0.01%，P≤0.02%，Ni≤0.60%，其余为铁及不可避免的杂质。

本发明采用转炉、电炉等常规手段加氩氧炉（AOD）或真空炉（VOD）精炼手段，用连铸或模铸开坯的方式生产成坯料；将坯料锻造成适合的圆钢尺寸后，用挤压的方式一次成型制成无缝钢管。

本发明提供了一种油气开采用马氏体不锈钢无缝钢管的制造方法，包括以下过程：

预处理铁水→转炉或电炉→AOD或VOD→连铸或模铸→开坯→轧制或锻造→管坯准备（钻孔、倒角）→热挤压→空冷→调质→矫直→切头→喷丸→探伤→称重→喷标→包装，具体步骤为：

1、冶炼

预处理后的铁水经过转炉或电炉冶炼与AOD或VOD精炼后，钢水成分百分数达到下述要求即可出钢：

0.20%≤C≤0.60%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，12.0%≤Cr≤14.0%，S≤0.01%，P≤0.02%，Ni≤0.60%，其余为铁及不可避免的杂质；

2、浇注钢坯

将上述钢水连铸或模铸成钢坯；

3、钢坯热加工

①加热

将钢坯加热，均热温度为1100-1200℃，加热时间根据钢坯厚度计算，取1-2min/mm，均热时间为30-60min，确保钢坯烧透、均匀；

②轧制或锻造实心管坯

轧制或锻造实心管坯时，开轧或开锻的温度为1050-1150℃，终轧或终锻温度为900-1000℃，锻造完成后空冷至室温；

4、管坯准备

管坯准备包括锯切、深钻孔、倒角三个工序：锯切是根据钢管的尺寸要求进行切分；深钻孔是将切分后的管坯进行中心钻孔，孔径通常为40-100mm；倒角是将钻孔后的管坯进行两端倒棱，避免尖锐的棱部影响后续生产；

5、热挤压

①管坯预热：首先进行管坯预热，通常预热温度为600-1000℃，预热时间为管坯直径×（1-2）min，确保预热均匀；

②工频感应炉加热：预热后进入工频感应炉加热，加热的温度为1100-1150℃，保温时间为1-5min，确保感应加热后温度差在20℃以内；

③扩孔：感应加热完毕，管坯送至扩孔机进行扩孔，扩孔的尺寸随成品钢管的尺寸而定，扩孔前在管坯内外表面均需进行玻璃粉润滑；

④二次感应炉加热：扩孔后再进行工频感应加热，加热温度较扩孔温度要高，为热挤压做准备，二次感应加热的温度为1150-1200℃之间；

⑤热挤压：二次感应加热完毕，管坯进行内外表面玻璃粉润滑后送至挤压机挤压筒内进行挤压，选取与成品尺寸相适应的工模具（包括挤压针、挤压模、挤压垫等），并进行挤压速度设定，通常为100-300mm/s，而后即可进行挤压制成无缝钢管；挤压完毕后空冷至室温；

6、调质

正火的温度为950-1050℃，回火温度在600-700℃之间，保温时间依据钢管壁厚而定；

正火温度过高，容易晶粒粗大，强度偏低；回火温度过高，会造成回火马氏体球化，强度也容易偏低；因此，要达到高强度、高韧性的要求需严格执行调质工艺；

7、精整

调质完毕，执行精整工序：矫直、切头、喷丸、探伤、喷标、包装后即可发货。

按上述步骤生产，可以生产屈服强度在650-750MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率≥20%，室温冲击≥30J的高韧性、高强度、耐腐蚀的马氏体不锈钢无缝钢管。

本发明在挤压完成后，应及时进行调质处理：正火的温度为950-1050℃，保温时间依据钢管壁厚而定，通常为壁厚×（2-3）分钟，正火后空冷至室温。回火温度在600-700℃之间，回火时间为壁厚×（2-5）分钟，回火后空冷至室温。

本发明的有益效果：

通过提高碳元素含量，将材料的强度进行了相应的提升，克服了普通API系马氏体不锈钢强度低的缺点。

通过一次成型的挤压方式，克服了高碳马氏体不锈钢无缝钢管不易热轧的工艺难题，创新了高碳马氏体不锈钢管的的生产工艺。

通过本发明，可以生产屈服强度在650-750MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率≥20%，室温冲击≥30J的高韧性、高强度、耐腐蚀的马氏体不锈钢无缝钢管。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：马氏体不锈钢无缝钢管的制造方法：

本实施例钢组分的质量百分比为：

C 0.26；Si 0.34；Mn 0.58；P 0.020；S 0.001；Cr 13.5；其余为Fe及不可避免的微量杂质。

目标规格为Φ165×25×4000mm，具体包括以下步骤：

1、冶炼

预处理后的铁水经过K-OBM-S转炉冶炼与VOD炉精炼后，钢水的成分质量百分比达到下述要求即可出钢：

C 0.26；Si 0.34；Mn 0.58；P 0.020；S 0.001；Cr 13.5；其余为Fe及不可避免的微量杂质。

2、浇注钢坯

采用8.4吨的锭模，将上述钢水模铸成方锭，上口边长800mm，下口边长670mm，锥度13%的钢坯。

3、热轧钢坯

a加热

将钢坯加热，均热温度为1150℃，加热时间为500min，均热时间为45min，确保钢坯烧透、均匀。

b锻造实心管坯

锻造实心管坯时，开锻的温度为1130℃，终锻温度为970℃。将钢坯锻造成Φ290mm圆管坯，锻造完成后空冷至室温。

4、管坯准备

将锻造完成的长管坯锯切为850mm/支的短管坯，切分后中间加工通孔60mm，两端倒角为R25mm。

5、热挤压

首先进行管坯预热，预热温度为850℃，预热时间为300min，确保预热均匀。预热后进入工频感应炉加热，加热的温度为1120℃，保温时间为2min，感应加热后温度差为12℃。感应加热完毕，管坯送至扩孔机进行扩孔，扩孔锥尺寸为Φ125mm，扩孔前管坯内外表面进行玻璃粉润滑；扩孔后再进行工频感应加热，二次感应加热温度为1180℃；管坯内外表面进行玻璃粉润滑后送至挤压机挤压筒内进行挤压，挤压针尺寸Φ115mm，挤压模尺寸为Φ165mm，挤压速度为150mm/s，挤压完毕空冷至室温；挤压钢管的尺寸即为Φ165×25×4000mm的无缝钢管。

6、调质

正火的温度为1000℃，保温时间为60min，正火后空冷至室温。回火温度为650℃，回火时间为60min，回火后空冷至室温。

调质后的检测结果为：屈服强度为670MPa，抗拉强度为830MPa，延伸率为22%，冲击功为40-45J。

7、精整

调质完毕，执行精整工序：矫直、切头、喷丸、探伤、喷标、包装后即可发货。

实施例2：马氏体不锈钢无缝钢管的制造方法：

本实施例钢组分的质量百分比为：

C 0.46；Si 0.18；Mn 0.44；P 0.018；S 0.001；Cr 13.2；其余为Fe及不可避免的微量杂质。

目标规格为Φ220×40×4000mm，具体包括以下步骤：

1、冶炼

预处理后的铁水经过电炉冶炼与AOD炉精炼后，钢水的成分质量百分比达到下述要求即可出钢：

C 0.46；Si 0.18；Mn 0.44；P 0.018；S 0.001；Cr 13.2；其余为Fe及不可避免的微量杂质。

2、浇注钢坯

采用8.4吨的锭模，将上述钢水模铸成方锭，上口边长800mm，下口边长670mm，锥度13%的钢坯。

3、热轧钢坯

a加热

将钢坯加热，均热温度为1150℃，加热时间为500min，均热时间为45min，确保钢坯烧透、均匀。

b锻造实心管坯

锻造实心管坯时，开锻的温度为1140℃，终锻温度为970℃。将钢坯锻造成Φ400mm圆管坯，锻造完成后空冷至室温。

4、管坯准备

将锻造完成的长管坯锯切为850mm/支的短管坯，切分后中间加工通孔80mm，两端倒角为R25mm。

5、热挤压

首先进行管坯预热，预热温度为850℃，预热时间为400min，确保预热均匀。预热后进入工频感应炉加热，加热的温度为1120℃，保温时间为3min，感应加热后温度差为8℃。感应加热完毕，管坯送至扩孔机进行扩孔，扩孔锥尺寸为Φ150mm，扩孔前管坯内外表面进行玻璃粉润滑；扩孔后再进行工频感应加热，二次感应加热温度为1180℃；管坯内外表面进行玻璃粉润滑后送至挤压机挤压筒内进行挤压，挤压针尺寸Φ140mm，挤压模尺寸为Φ220mm，挤压速度为200mm/s，挤压完毕空冷至室温；挤压钢管的尺寸即为Φ220×40×4000mm的无缝钢管。

6、调质

正火的温度为1000℃，保温时间为100min，正火后空冷至室温。回火温度为650℃，回火时间为120min，回火后空冷至室温。

调质后的检测结果为：屈服强度为705MPa，抗拉强度为860MPa，延伸率为20%，冲击功为35-40J。

7、精整

调质完毕，执行精整工序：矫直、切头、喷丸、探伤、喷标、包装后即可发货。

Claims (3)

1.一种油气开采用马氏体不锈钢无缝钢管的制造方法，所述油气开采用马氏体不锈钢无缝钢管，包括下列重量百分比的原料：0.20%≤C≤0.60%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，12.0%≤Cr≤14.0%，S≤0.01%，P≤0.02%，Ni≤0.60%，其余为铁及不可避免的杂质；其特征在于：首先采用转炉、电炉常规冶炼加氩氧炉或真空炉精炼，然后用连铸或模铸开坯的方式生产成坯料；最后将坯料锻造成所需的圆钢尺寸后，用挤压的方式一次成型制成马氏体不锈钢无缝钢管；

包括以下步骤：

（1）冶炼

预处理后的铁水经过转炉或电炉冶炼与AOD或VOD精炼后，钢水成分百分数达到下述要求即可出钢：

0.20%≤C≤0.60%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，12.0%≤Cr≤14.0%，S≤0.01%，P≤0.02%，Ni≤0.60%，其余为铁及不可避免的杂质；

（2）浇注钢坯

将上述钢水连铸或模铸成钢坯；

（3）钢坯热加工

①加热

将钢坯加热，均热温度为1100-1200℃，加热时间根据钢坯厚度计算，取1-2min/mm，均热时间为30-60min，确保钢坯烧透、均匀；

②轧制或锻造实心管坯

轧制或锻造实心管坯时，开轧或开锻的温度为1050-1150℃，终轧或终锻温度为900-1000℃，锻造完成后空冷至室温；

（4）管坯准备

管坯准备包括锯切、深钻孔、倒角三个工序：锯切是根据钢管的尺寸要求进行切分；深钻孔是将切分后的管坯进行中心钻孔，孔径通常为40-100mm；倒角是将钻孔后的管坯进行两端倒棱，避免尖锐的棱部影响后续生产；

（5）热挤压

①管坯预热：首先进行管坯预热，通常预热温度为600-1000℃，预热时间为管坯直径×（1-2）min，确保预热均匀；

②工频感应炉加热：预热后进入工频感应炉加热，加热的温度为1100-1150℃，保温时间为1-5min，确保感应加热后温度差在20℃以内；

③扩孔：感应加热完毕，管坯送至扩孔机进行扩孔，扩孔的尺寸随成品钢管的尺寸而定，扩孔前在管坯内外表面均需进行玻璃粉润滑；

④二次感应炉加热：扩孔后再进行工频感应加热，加热温度较扩孔温度要高，为热挤压做准备，二次感应加热的温度为1150-1200℃之间；

⑤热挤压：二次感应加热完毕，管坯进行内外表面玻璃粉润滑后送至挤压机挤压筒内进行挤压，选取与成品尺寸相适应的工模具，并进行挤压速度设定，通常为100-300mm/s，而后即可进行挤压制成无缝钢管；挤压完毕后空冷至室温；

（6）调质

正火的温度为950-1050℃，回火温度在600-700℃之间，保温时间依据钢管壁厚而定；

（7）精整

调质完毕，执行精整工序：矫直、切头、喷丸、探伤、喷标、包装后即可发货。

2.根据权利要求1所述的油气开采用马氏体不锈钢无缝钢管的制造方法，其特征在于：所述调质过程中，正火的保温时间为壁厚×（2-3）分钟，正火后空冷至室温；回火的保温时间为壁厚×（2-5）分钟，回火后空冷至室温。

3.根据权利要求1所述的油气开采用马氏体不锈钢无缝钢管的制造方法，其特征在于：按上述步骤生产，所得的马氏体不锈钢无缝钢管的性能为：屈服强度在650-750MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率≥20%，室温冲击≥30J。