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

一种油气开采用马氏体不锈钢无缝钢管及其制造方法 Download PDF

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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。
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