CN107138553B - 一种高锰钢无缝管制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无缝钢管制作方法，特别是一种高锰钢高强度耐腐蚀无缝管制造方法。一种高锰钢无缝管制造方法，按照如下的步骤进行将按照重量百分数计（%），C含量0.08~0.60%，Si含量0.10~3.60%，Mn含量15.00~28.00%，Al含量0.02~4.50%，P含量≤0.045%，S含量≤0.045%，Nb含量0.01~0.30%，N含量0.001~0.040%，Ti含量0.01~0.20%，V含量0.01~0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质的高锰钢钢锭在1150~1250℃温度下保温6‑8小时，在850~1100℃温度下将钢锭热锻成圆柱坯，然后快速扣保温罩缓冷，48小时后吊罩空冷至室温。
Description
技术领域
本发明涉及一种无缝钢管制作方法，特别是一种高锰钢高强度耐腐蚀无缝管制造方法。
背景技术
膨胀套管技术是近十多年来新发展的石油开采领域的创新技术，上世纪九十年代荷兰壳牌公司提出了概念并很快开展了应用，该技术被称为是钻井技术的革命。采用膨胀套管技术可实现等井径钻井，可缩减油气井上部井眼尺寸，优化钻具组合，提高机械钻速，节省井口设备、钻井液、循环时间、水泥、钻头和平台费用。据统计，该技术可以降低44%的钻井液用量、42%的水泥用量、38%的套管用量和59%的钻屑生成量，在海上钻井和建井中可节省33%~48%的建井费用。
目前使用的低合金高强度钢（HSLA）无缝钢管、因成分设计及强化机制的因素，钢的强塑性匹配相对较差。高锰奥氏体钢具有低屈服、高断裂强度、高加工硬化能力及高均匀延伸率等特点，较好地满足在低于25MPa膨胀驱动压力的条件下内径膨胀变形率≥15%，且膨胀后的管体屈服强度至少达到550MPa以上的性能要求，就力学性能而言非常适合加工制造膨胀管。但是目前国内尚没有高锰奥氏体钢无缝管的生产报道，绝大多数的报道集中于汽车钢板以及其它领域。
为了经济可靠地制造石油膨胀套管材料，开创性地采用高锰奥氏体钢成分设计、钢锭锻造、热挤压及热处理的方法，利用热挤压过程中材料变形量大、三向压应力的变形特点，结合固溶热处理，得到高强塑积、组织均匀、晶粒适中的无缝管体，实现材料性能和制造经济性的大幅提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种高强度耐腐蚀的高锰钢无缝管。
本发明所采用的技术方案是：一种高锰钢无缝管制造方法，按照如下的步骤进行
步骤一、将按照重量百分数计（%），C含量0.08~0.60%，Si 含量0.10~3.60%，Mn 含量15.00~28.00%，Al含量0.02~4.50%，P含量≤0.045%，S含量≤0.045%，Nb含量0.01~0.30%，N 含量0.001~0.040%，Ti含量 0.01~0.20%，V含量0.01~0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质的高锰钢钢锭在1150~1250℃温度下保温6-8小时，在850~1100℃温度下将钢锭热锻成圆柱坯，然后快速扣保温罩缓冷，48小时后吊罩空冷至室温；
步骤二、圆柱坯经机加工圆车剥皮、锯切后，形成直径Φ240~400mm、长度600~1100mm的圆柱形的坯料，坯料中心用深孔钻钻出直径50~80mm通孔；
步骤三、将经过步骤二处理的坯料经过环形炉加热、第一次感应加热、扩孔、第二次感应加热、玻璃粉润滑后，进入卧式挤压机进行热挤压，穿水冷却，形成外径为140mm，壁厚为8mm的荒管；
步骤四、荒管进行固溶热处理，固溶温度1010℃，保温30min，出炉后直接穿水冷却到室温；
步骤五、荒管采用锯切平头、并进行矫直处理；
步骤六、荒管采用喷沙抛丸处理，去除内外表面氧化铁皮，形成光管；
步骤七、用车床在光管两端部加工膨胀管专用螺纹。
作为一种优选方式：对加工完成的高锰钢无缝管，进行第二次固溶热处理，固溶温度1010℃，保温30min，出炉后直接穿水冷却到室温，固溶热处理过程在荒管升温时内部填充压实的秸秆。进行第二次固溶热处理，不仅可以改善钢管内部组织，而且在秸秆碳化过程，在钢管表面会形成一层细密的碳保护层。
本发明的有益效果是：首次采用高锰钢的成分设计，钢锭经锻造及表面机加工成管坯后，利用热挤压过程中材料变形量大、三向压应力的变形特点，结合管体固溶热处理，得到高强塑积、奥氏体组织均匀、晶粒适中的无缝管体。该高锰钢奥氏体无缝管体用于石油开采领域的膨胀管，很好地满足在15~25MPa较低的膨胀驱动应力下，管体内径膨胀变形率达到15~25%，且膨胀后管体的屈服强度达到550MPa或550MPa以上的较好水平。该高锰钢奥氏体无缝管体突破了目前国内膨胀管选用材料如J55、20钢等，膨胀率小、强度等级低的材料局限，更好地满足了复杂钻井和等井径技术中对膨胀管的膨胀性能要求，促进了膨胀管技术的发展。
采用此钢种成分设计及热挤压+热处理制造的管体，尺寸精度高，表面质量好，实现材料性能和制造经济性的大幅提高，是目前石油开采领域膨胀管的替代材料。
本发明的无缝管，具有屈服强度Rp0.2≥ 300MPa，抗拉强度Rm≥650MPa。断后伸长率A≥45.0%。在15~25MPa较低的膨胀驱动压力下，内径膨胀变形率达到15~25%，膨胀后管体的屈服强度达到550MPa或550MPa以上。
具体实施方式
实施例一
1、所采用的钢化学成分重量百分数（%）为：C含量0.13%，Si含量 1.90%，Mn含量25.05%，Al含量3.18%，P含量0.013%，S含量0.008%，Nb含量0.25%。
2、锻造
将钢锭加热温度1220℃，加热时间8.5h；开锻温度1060℃，终锻温度890℃。锻造成直径290mm、2.2m长圆钢坯，锻后圆坯快速扣保温罩缓冷，48小时后吊罩。
3、坯料准备
圆坯经机加工圆车剥皮、锯切，成为直径277mm、长度700mm坯料，坯料中心用深孔钻钻出直径60mm通孔。
坯料外径偏差-1mm。
坯料长度偏差+3 mm。
通孔同心度0.4mm；
坯料表面粗糙度Ra=3.2μm。
4、热挤压
坯料经过环形炉加热、第一次感应加热、扩孔、第二次感应加热、玻璃粉润滑，进入卧式挤压机进行热挤压，穿水冷却。荒管外径为140mm，壁厚为8mm。
环形炉加热温度850℃，加热时间4小时。
一次感应加热温度1130℃，加热时间5min。
扩孔锥规格135mm，扩延系数1.11。
二次感应加热温度1130℃，加热时间5min。
挤压比15.5，挤压速度12.5～14.5%。
挤压完成后穿水冷却至室温。
荒管尺寸公差：外径+ 1.0mm，壁厚+ 1.0mm。
5、热处理
荒管进行固溶热处理。固溶温度1010℃，保温30min，出炉后直接穿水冷却。
6、矫直
荒管采用锯切平头、并进行矫直处理。
7、抛丸
荒管采用喷沙抛丸处理，去除内外表面氧化铁皮。
8、用车床在光管端部加工成膨胀管专用螺纹，得到石油膨胀管成品。
9、对加工完成的高锰钢无缝管，进行第二次固溶热处理，固溶温度1010℃，保温30min，出炉后直接穿水冷却到室温，固溶热处理过程在荒管升温时内部填充压实的秸秆。
材料性能见表1。
实施例二
1、所采用的材料炉号、化学成分与实施例一相同。
2、锻造
将钢锭加热温度1240℃，加热时间8.5h；开锻温度1060℃，终锻温度930℃。锻造成直径360mm、1.4m长圆钢坯，锻后圆坯快速扣保温罩缓冷，48小时后吊罩。
3、坯料准备
圆坯经机加工圆车剥皮、锯切，成为直径344mm、长度1000mm坯料，坯料中心用深孔钻钻出直径80mm通孔。
坯料外径偏差-1.5mm。
坯料长度偏差+4 mm。
通孔同心度0.4mm；
坯料表面粗糙度Ra=4.2μm。
4、热挤压
坯料经过环形炉加热、第一次感应加热、扩孔、第二次感应加热、玻璃粉润滑，进入卧式挤压机进行热挤压，穿水冷却。荒管外径为194mm，壁厚为10mm。
环形炉加热温度850℃，加热时间4小时。
一次感应加热温度1130℃，加热时间5min。
扩孔锥规格185mm，扩延系数1.18。
二次感应加热温度1130℃，加热时间5min。
挤压比13，挤压速度14.0～16.0%。
挤压完成后穿水冷却至室温。
荒管尺寸公差：外径+ 1.0mm，壁厚+ 1.5mm。
5、热处理
荒管进行固溶热处理。固溶温度1020℃，保温40min，出炉后直接穿水冷却。
6、矫直
荒管采用锯切平头、并进行矫直处理。
7、抛丸
荒管采用喷沙抛丸处理，去除内外表面氧化铁皮。
8、用车床在光管端部加工成膨胀管专用螺纹，得到石油膨胀管成品。
材料性能见表1。
9、对加工完成的高锰钢无缝管，进行第二次固溶热处理，固溶温度1010℃，保温30min，出炉后直接穿水冷却到室温，固溶热处理过程在荒管升温时内部填充压实的秸秆。
表1 实施例与对比例性能对比
对比例为采用低合金高强度钢成分设计并结合热挤压制造的膨胀管材料。
从性能列表可以看出，实施例的性能全面优于对比例。尤其在较小的驱动压力的情况下，保证了管体内径膨胀率达到15%，且管体屈服强度达到了较高的水平。这既简便了井下的实际操作，又提高了管体的强度与耐磨性能，大大提高了膨胀管的使用寿命。
Claims (2)
1.一种高锰钢无缝管制造方法，其特征在于：按照如下的步骤进行
步骤一、将按照重量百分数计（%），C含量0.08~0.60%，Si 含量0.10~3.60%，Mn 含量15.00~28.00%，Al含量0.02~4.50%，P含量≤0.045%，S含量≤0.045%，Nb含量0.01~0.30%，N含量0.001~0.040%，Ti含量 0.01~0.20%，V含量0.01~0.20%，余量为Fe和不可避免的杂质的高锰钢钢锭在1150~1250℃温度下保温6-8小时，在850~1100℃温度下将钢锭热锻成圆柱坯，然后快速扣保温罩缓冷，48小时后吊罩空冷至室温；
步骤二、圆柱坯经机加工圆车剥皮、锯切后，形成直径Φ240~400mm、长度600~1100mm的圆柱形的坯料，坯料中心用深孔钻钻出直径50~80mm通孔；
步骤三、将经过步骤二处理的坯料经过环形炉加热、第一次感应加热、扩孔、第二次感应加热、玻璃粉润滑后，进入卧式挤压机进行热挤压，穿水冷却，形成外径为140mm，壁厚为8mm的荒管；
步骤四、荒管进行固溶热处理，固溶温度1010℃，保温30min，出炉后直接穿水冷却到室温；
步骤五、荒管采用锯切平头、并进行矫直处理；
步骤六、荒管采用喷沙抛丸处理，去除内外表面氧化铁皮，形成光管；
步骤七、用车床在光管两端部加工膨胀管专用螺纹。
2.根据权利要求1所述的一种高锰钢无缝管制造方法，其特征在于：对加工完成的高锰钢无缝管，进行第二次固溶热处理，固溶温度1010℃，保温30min，出炉后直接穿水冷却到室温，固溶热处理过程在荒管升温时内部填充压实的秸秆。
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