CN106591680B - 一种连铸坯生产深海采油井口装置用CrNiMo30C钢锻材的工艺 - Google Patents

一种连铸坯生产深海采油井口装置用CrNiMo30C钢锻材的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用连铸坯生产深海采油井口装置用CrNiMo30C钢锻材的工艺，采用Φ600mm规格连铸圆坯生产Φ300‑400mm规格锻造圆钢，工艺包括钢水冶炼、连铸、锻造、退火、冷却等步骤，连铸坯低倍组织：按YB/T4149标准的附录A评级满足：中心疏松≤2.0级、中心裂纹≤1.0级、缩孔≤1.0级，严禁有中间裂纹、白点、翻皮缺陷。锻造时铸坯加热的升温速度≤200℃/h，锻造加热温度1200～1250℃，并保证铸坯透烧，始锻温度高于1150℃，终锻温度不低于850℃；锻材下线后≥500℃高温沙埋缓冷，待温度降至200℃以下后出坑缓冷。成品钢锻材内部质量满足超声波探伤SEP 1921标准D/d级别要求，力学性能满足API SPEC 6A标准要求。

Description

一种连铸坯生产深海采油井口装置用CrNiMo30C钢锻材的 工艺
技术领域
本发明属于钢锻材生产技术领域，涉及连铸坯生产深海采油井口装置用CrNiMo30C钢锻材的方法。
背景技术
深海采油井口装置由套管头、油管头和采油树三部分组成，是油气生产的重要设备，主要用于控制生产井口的压力和调节油(气)水井的流量等，其性能的优劣关系到油气井能否安全、高效地生产。
目前深海采油井口装置用钢多采用模铸钢锭锻造成材，生产因为钢锭的内部质量优于连铸坯(特别是含有一定量的Cr、Ni、Mo等合金钢)，其锻造后的棒材能够满足深海采油井口装置需求的较高超声波探伤及力学性能要求。而连铸坯与模铸锭相比钢水的浇铸方式及钢的凝固原理不同，铸坯内部质量存在致密性差、偏析重特点，因此其生产的锻材一般无法满足深海采油井口装置用钢使用要求。但采用模铸方式生产锻材每支钢锭均需要切除冒口及锭尾，锻造成材率仅80％左右，而连铸方式生产锻材数炉钢一个浇次，因铸坯成坯率高，锻造成材率达90％以上，生产效率高、成本低。因此提高连铸坯内部质量，控制铸坯锻造生产工艺，以连铸坯代替模铸锭生产深海采油井口装置用锻材是较好的发展方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术通过提高CrNiMo30C钢Φ600mm连铸坯内部质量，采用合理的锻造工艺，以连铸坯代替模铸锭生产Φ300-400mm规格锻造圆钢，内部质量满足SEP 1921标准的D/d级别超声探伤要求，力学性能满足API SPEC6A标准的要求。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种连铸坯生产深海采油井口装置用CrNiMo30C钢锻材的工艺，包括如下步骤
1)钢水冶炼：CrNiMo30C采用中碳低合金CrNiMo钢，钢的化学成分重量百分数为C：0.25～0.40％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.80～1.30％，P：≤0.010％，S：≤0.008％，Cr：0.85～1.55％，Mo：0.30～0.65％，Ni：0.80～1.40％，V：0.02～0.08％，Nb:0.02～0.05％，Cu≤0.25％，B≤0.0005％，H≤0.0002％，余量为铁及不可避免的杂质元素，铁水先进行KR预处理，经BOF转炉冶炼、LF精炼及RH真空脱气处理，生产出低H、低S、P的CrNiMo30C钢，最终按P≤0.010％、S≤0.005％、H≤1.5ppm的要求控制出钢；
2)连铸：采用氩气保护，结晶器M-EMS和末端F-EMS复合电磁搅拌，配合二冷水并低拉速浇注，严格控制过热度20-35℃，减少柱状晶、扩大等轴晶，防止柱状晶发达从而细化晶粒，降低钢结晶过程中偏析程度，充分保证内在组织的均匀致密性，Φ600mm连铸坯≥500℃高温下线并入缓冷坑，在保温坑中保持≥36h，出坑后及时锻造；连铸坯低倍组织：按YB/T4149标准的附录A评级满足：中心疏松≤2.0级、中心裂纹≤1.0级、缩孔≤1.0级，严禁有中间裂纹、白点、翻皮缺陷；
3)锻造：将铸坯加热，升温速度≤200℃/h，锻造加热温度1200-1250℃，并保证铸坯透烧，始锻温度高于1150℃，终锻温度不低于850℃，连铸坯出炉后采用1400T液压机双工位自由锻造，锻造过程中及时去氧化皮，初开坯采用小压下量拔方，防止出现表面裂纹，中间开坯采用大压下量拔方，使锻压力渗透到芯部，以提高内部质量，随后继续拔方并倒外圆，最后精整至成品尺寸；锻材下线后≥500℃高温沙埋缓冷，待温度降至200℃以下后出坑缓冷；
4)锻材去应力退火处理：退火温度650-700℃，保温12h以上，随炉冷却至300℃以下后出炉，空冷至室温；
5)检验：每支锻材切掉头、尾部，逐支按SEP 1921标准的D/d级别超声波探伤检验合格；按批次进行力学性能检验，拉伸、冲击、硬度等要满足API SPEC 6A标准的要求。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
与现有模铸钢锭锻造生产CrNiMo30C钢锻材的工艺相比，本发明有益效果：
1)采用“KR-BOF-LF-RH-CCM”冶炼及连铸工艺生产，自动化和机械化程度高，改善了工作条件，提高了生产效率。
2)采用晶器M-EMS和末端F-EMS复合电磁搅拌技术，提高连铸坯内部质量，通过控制锻造加热工艺和开坯下压量，生产出内部质量较好的Cr、Ni、Mo系深海采油装置用锻材，以连铸坯代替模铸钢锭锻造，提高了成材率，成本优势明显。
附图说明
图1为本发明实施例1连铸坯生产的Φ350mm规格锻造圆钢低倍组织；
图2为本发明实施例2连铸坯生产的Φ390mm规格锻造圆钢低倍组织。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明所述的深海采油井口装置用CrNiMo30C钢锻材生产工艺作进一步详细描述。
CrNiMo30C钢锻材的化学成分满足C：0.25～0.40％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.80～1.30％，P：≤0.010％，S：≤0.008％，Cr：0.85～1.55％，Mo：0.30～0.65％，Ni：0.80～1.40％，V：0.02～0.08％，Nb：0.02～0.05％，Cu≤0.25％，B≤0.0005％，H≤0.0002％，余量为铁及不可避免的杂质元素。
实施例1
材料选用CrNiMo30C钢；
1)冶炼：铁水需先经KR预处理进行脱S、脱Si，入转炉前S＝0.005％，BOF转炉冶炼主要脱P、脱C和升温，出钢后加入合金。在LF精炼过程中微调钢水成分，脱氧、脱S、去夹杂。在经过RH真空脱气处理后，破空定H＝0.8ppm。
2)连铸：钢水在浇注过程中全程氩气保护，过热度控制在25℃，采用结晶器(M-EMS)和末端(F-EMS)复合电磁搅拌技术生产Φ600mm连铸圆坯，下线入坑温度550℃，保温时间36小时，缓冷出坑后取连铸坯检测低倍组织，按YB/T4149标准的附录A评级检验：中心疏松1.0级、中心裂纹0级、缩孔0级，无中间裂纹、白点、翻皮等缺陷。
3)锻造：Φ600mm连铸圆坯冷装入炉加热至1220℃，升温速度≤200℃/h，保温5h，始锻温度1150℃，终锻温度不低于850℃，连铸坯出炉后采用1400T液压机双工位自由锻造，锻造过程中及时去氧化皮，初开坯锻造压下量20-30mm拔长约550mm方，中间开坯锻造采用大压下量70-80mm拔长约400mm方，使锻压力渗透到芯部，以提高内部质量，随后继续拔长并倒外圆至Φ370mm圆，最后精整至成品尺寸Φ350mm圆，锻材下线空冷至550℃埋沙缓冷，温度降至200℃以下出坑。
4)退火：锻材缓冷出坑后进行去应力退火处理，退火温度660℃，时间≥12h，然后随炉冷却至300℃以下出炉，空冷至室温，检测的低倍组织如图1所示。
5)检验：每支锻材切掉头、尾部，逐支按SEP 1921标准的D/d级别超声波探伤检验合格；按批次进行力学性能检验，拉伸、冲击、硬度等满足API SPEC 6A标准的要求。
实施例2
材料选用CrNiMo30C钢。
1)冶炼：铁水需先经KR预处理进行脱S、脱Si，入转炉前S＝0.003％，BOF转炉冶炼主要脱P、脱C和升温，出钢后加入合金。在LF精炼过程中微调钢水成分，脱氧、脱S、去夹杂。在经过RH真空脱气处理后，破空定H＝1.0ppm。
2)连铸：钢水在浇注过程中全程氩气保护，过热度27℃，采用结晶器(M-EMS)和末端(F-EMS)复合电磁搅拌技术生产Φ600mm连铸圆坯，下线入坑温度580℃，保温时间40h，缓冷出坑后取连铸坯检测低倍组织，按YB/T4149标准的附录A评级检验：中心疏松1.5级、中心裂纹0.5级、缩孔0级，无中间裂纹、白点、翻皮等缺陷。
3)锻造：Φ600mm连铸圆坯冷装入炉加热至1220℃，升温速度≤200℃/h，保温5h，始锻温度1120℃，终锻温度不低于850℃，连铸坯出炉后采用1400T液压机双工位自由锻造，锻造过程中需及时去氧化皮，初开坯锻造压下量20-30mm拔长约550mm方，中间开坯锻造采用大压下量70-80mm拔长约410mm方，使锻压力渗透到芯部，以提高内部质量，随后继续拔长并倒外圆至Φ400mm圆，最后精整至成品尺寸Φ390mm圆，锻材下线空冷至550℃埋沙缓冷，温度降至200℃以下出坑。
4)退火：锻材缓冷出坑后进行去应力退火处理，退火温度660℃，时间≥12h，然后随炉冷却至300℃以下出炉，空冷至室温，检测的低倍组织如图2所示。
5)检验：每支锻材切掉头、尾部，逐支按SEP 1921标准的D/d级别超声波探伤检验合格；按批次进行力学性能检验，拉伸、冲击、硬度等满足API SPEC 6A标准的要求。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种连铸坯生产深海采油井口装置用CrNiMo30C钢锻材的工艺，其特征在于：包括如下步骤
1)钢水冶炼：CrNiMo30C采用中碳低合金CrNiMo钢，钢的化学成分重量百分数为C：0.25～0.40％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.80～1.30％，P：≤0.010％，S：≤0.008％，Cr：0.85～1.55％，Mo：0.30～0.65％，Ni：0.80～1.40％，V：0.02～0.08％，Nb:0.02～0.05％，Cu≤0.25％，B≤0.0005％，H≤0.0002％，余量为铁及不可避免的杂质元素，铁水先进行KR预处理，经BOF转炉冶炼脱P脱C和升温，出钢后加入合金、LF精炼及RH真空脱气处理，生产出低H、低S、P的CrNiMo30C钢，最终按P≤0.010％、S≤0.005％、H≤1.5ppm的要求控制出钢；
2)连铸：采用氩气保护，结晶器M-EMS和末端F-EMS复合电磁搅拌，配合二冷水并低拉速浇注，严格控制过热度20-35℃，减少柱状晶、扩大等轴晶，防止柱状晶发达从而细化晶粒，降低钢结晶过程中偏析程度，充分保证内在组织的均匀致密性，Φ600mm连铸坯≥500℃高温下线并入缓冷坑，在保温坑中保持≥36h，出坑后及时锻造；连铸坯低倍组织：按YB/T4149标准的附录A评级满足：中心疏松≤2.0级、中心裂纹≤1.0级、缩孔≤1.0级，严禁有中间裂纹、白点、翻皮缺陷；
3)锻造：将铸坯加热，升温速度≤200℃/h，锻造加热温度1200-1250℃，并保证铸坯透烧，始锻温度高于1150℃，终锻温度不低于850℃，连铸坯出炉后采用1400T液压机双工位自由锻造，锻造过程中及时去氧化皮，初开坯采用小压下量拔方，防止出现表面裂纹，中间开坯采用大压下量拔方，使锻压力渗透到芯部，以提高内部质量，随后继续拔方并倒外圆，最后精整至成品尺寸；锻材下线后≥500℃高温沙埋缓冷，待温度降至200℃以下后出坑缓冷；
4)锻材去应力退火处理：退火温度650-700℃，保温12h以上，随炉冷却至300℃以下后出炉，空冷至室温；
5)检验：每支锻材切掉头、尾部，逐支按SEP 1921标准的D/d级别超声波探伤检验合格；按批次进行力学性能检验，拉伸、冲击、硬度要满足API SPEC 6A标准的要求。
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