CN107338399A - 含稀土高强高韧性页岩气用无缝管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含稀土高强高韧性页岩气用无缝管及其制备方法。该无缝管的化学成分按照重量百分比计包括：C 0.23～0.26；Si 0.20～0.25；Mn0.45～0.55；Cr 1.2～1.3；Mo 0.2～0.3；P≤0.018；S≤0.006；V 0.055～0.065；B 0.002～0.004；RE 0.0022～0.0041；其余为Fe。本发明通过设计合理的化学成分、冶炼连铸工艺、轧制工艺及热处理工艺使得材料具有较高的屈服强度、抗拉强度及低温冲击韧性。采用本发明提供的含稀土高强度高韧性页岩气用无缝管的制备工艺，生产效率高成本低，经济效益好，具有良好的推广价值。

Description

含稀土高强高韧性页岩气用无缝管及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金材料领域，特别涉及一种含稀土高强高韧性页岩气用无缝管及其制备方法。
背景技术
国际能源署(IEA)发布预测报告称，受益于开采页岩油和页岩气在内的非常规油气资源，到2017年，美国可能超过沙特阿拉伯成为世界最大的石油生产国。新型能源的发现，不仅带来能源价格的下降，而且还可以确保未来100年能源需求的自给自足。相关专业人士调研发现，中国拥有充足的页岩气，足以使用650年，因此，从资源量的角度来看，我国页岩气开发前景良好。调研显示四川省南部的页岩气分布广泛，页岩气厚度大，含气量较好，有广阔的勘探开发前景。此外，国内外多个石油公司加入到我国页岩气的勘探研究工作中，使得我国页岩气的勘探研究取得进，与此同时，我国政府对发展页岩气给予了有力的政策支持。页岩气的开采、储存与运输，将是钢铁行业的福音，同时是无缝管崛起的新动力。它的研发不仅提升了无缝管产品档次，优化了产品结构，同时将为企业带来较大的经济效益与社会效益。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种含稀土高强高韧性页岩气用无缝管及其制备方法。
本发明提供一种含稀土高强高韧性页岩气用无缝管，其化学成分按照重量百分比计包括：C 0.23～0.26；Si 0.20～0.25；Mn 0.45～0.55；Cr 1.2～1.3；Mo 0.2～0.3；P≤0.018；S≤0.006；V 0.055～0.065；B 0.002～0.004；RE 0.0022～0.0041；其余为Fe。
本发明还提供一种上述含稀土高强高韧性页岩气用无缝管的制备方法，其依次包括：冶炼连铸，穿孔轧制和热处理；
所述冶炼连铸依次包括：准备铁水，铁水预处理，转炉冶炼，LF精炼，VD脱气，圆坯连铸；
所述穿孔轧制依次包括：圆坯锯切，加热，定心，穿孔，轧管，张力减径，冷却，切头尾，矫直，检查；其中，圆坯穿孔时温度为1220～1250℃；轧管时温度为1130℃；定张减时温度为800～850℃。
所述热处理包括：淬火和回火；其中，淬火温度为890℃±10℃，保温50～60分钟；回火温度为620℃±10℃，保温80～90分钟。
进一步地，所述冶炼连铸工序中：
硅锰、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁及硼铁在加入之前进行脱氧合金化；
转炉终点控制目标：C≥0.06％，P≤0.015％；
采用单渣工艺冶炼，出钢前加入200KG白灰造渣，终渣碱度≥3.0；
VD深真空度目标值≤0.06Kpa，深真空时间≥15分钟，软吹Ar不小于15分钟；
VD脱气结束后以稀土合金投入方式加入稀土；
连铸过程采用电磁搅拌工艺，坯型为Φ210mm，恒定拉速控制在1.5M/min，钢水过热度ΔT≤30℃，采用堆垛方式进行冷却，同时应避开风口。
本发明提供一种含稀土高强高韧性页岩气用无缝管及其制备方法，其通过设计合理的化学成分、冶炼连铸工艺、轧制工艺及热处理工艺使得材料具有较高的屈服强度、抗拉强度及低温冲击韧性。采用本发明提供的含稀土高强度高韧性页岩气用无缝管的制备工艺，生产效率高成本低，经济效益好，具有良好的推广价值。实验证明，采用本发明提供的方法制备的含稀土高强高韧性页岩气用无缝管，其屈服强度高达125psi以上、0℃实验环境下V型全尺寸冲击韧性高于80J。
具体实施方式
本发明公开了一种含稀土高强高韧性页岩气用无缝管及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
以页岩气开采工况使用条件出发点，本发明通过各元素在材料中的作用设计了合理的化学成分，通过冶炼连铸、穿孔轧制、调质工艺生产出屈服强度高达125psi以上、0℃实验环境下V型全尺寸(其他尺寸根据标准换算为全尺寸)冲击韧性高于80J的高强度高韧性页岩气开采用无缝管。
本发明提供一种含稀土高强高韧性页岩气用无缝管，其化学成分按照重量百分比计包括：C 0.23～0.26；Si 0.20～0.25；Mn 0.45～0.55；Cr 1.2～1.3；Mo 0.2～0.3；P≤0.018；S≤0.006；V 0.055～0.065；B 0.002～0.004；RE 0.0022～0.0041；其余为Fe。
上述组成中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬和锰同时加入钢中，可急剧提高钢的淬透性并具有一定的抗回火性，铬能在钢的表面形成致密的钝化膜，具有抗腐蚀性及抗氧化性；钼使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度。在调质钢中，钼能提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除残余应力，提高塑性；钒细化钢的晶粒，能同时提高钢的强度和韧性，同时在硼钢中起到固定氮的作用而充分发挥硼的有效作用；V是强碳化物形成元素，在Cr-Mo钢中加入V沉淀强化效应进一步加强，Mo的固溶强化效果更加显著；硼能强烈提高低合金钢的淬透性，但含硼钢在生产过程中容易开裂，因此含量不宜过高；利用稀土的变质作用及合金化作用提高钢的横向冲击韧性，降低材料各向异性。
本发明还提供一种上述含稀土高强高韧性页岩气用无缝管的制备，其依次包括：冶炼连铸，穿孔轧制和热处理；
所述冶炼连铸依次包括：准备铁水，铁水预处理，转炉冶炼，LF精炼，VD脱气，圆坯连铸；
所述穿孔轧制依次包括：圆坯锯切，加热，定心，穿孔，轧管，张力减径，冷却，切头尾，矫直，检查；其中，圆坯穿孔时温度为1220～1250℃；轧管时温度为1130℃；定张减时温度为800～850℃。
所述热处理包括：淬火和回火；其中，淬火温度为890℃±10℃，保温50～60分钟；回火温度为620℃±10℃，保温80～90分钟。
作为本发明的优选方案，所述冶炼连铸工序中：
硅锰、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁及硼铁在加入之前进行脱氧合金化；进而为抑制材料中气体含量；
转炉终点控制目标：C≥0.06％，P≤0.015％；
采用单渣工艺冶炼，出钢前加入200KG白灰造渣，终渣碱度≥3.0；进一步地，为保证材料的洁净度，出钢时进行挡渣，挡渣失败则需进行扒渣；
VD深真空度目标值≤0.06Kpa，深真空时间≥15分钟，软吹Ar不小于15分钟；以保证材料中较低的气体含量；
VD脱气结束后以稀土合金投入方式加入稀土；
连铸过程采用电磁搅拌工艺，坯型为Φ210mm，恒定拉速控制在1.5M/min，钢水过热度ΔT≤30℃，采用堆垛方式进行冷却，同时应避开风口。
本发明提供一种含稀土高强高韧性页岩气用无缝管及其制备方法。通过设计合理的化学成分、冶炼连铸工艺、轧制工艺及热处理工艺使得材料具有较高的屈服强度、抗拉强度及低温冲击韧性。采用本发明提供的含稀土高强度高韧性页岩气用无缝管的制备工艺及方法，生产效率高成本低，经济效益好，具有良好的推广价值。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1-8
钢材的冶炼连铸生产工艺为：铁水→铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→圆坯连铸。
转炉采用脱硫铁水冶炼，硅锰、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁及硼铁加入前脱氧合金化，加入量根据其收得率、铁合金中合金含量、钢材中成分设计含量要求计算得出，真空度目标值≤0.06KPa，深真空时间≥15min，过冷度ΔT≤30℃。各实施例化学成分如表1所示。
表1各实施例成分(质量百分数/％)
穿孔轧制工艺：圆坯→锯切→加热→穿孔→轧管→张力减径→冷却→切头尾→矫直→检查→中间库。其圆坯穿孔时温度为1220～1250℃；轧管时温度为1100～1130℃；定张减时温度为800～850℃。应用Ф159mmPQF机组轧制规格为Φ139.7mm×10.54mm的无缝钢管。
热处理工艺为：淬火+回火，淬火温度为890℃±10℃，保温50～60分钟；回火温度为620℃±10℃，保温80～90分钟。热处理后金相组织检验结果如表2所示，热处理后的力学性能如表3所示。
表2各实施例金相组织
表3各实施例力学性能
从表2可以发现，各实施例夹杂物细小、分布均匀，组织结构适宜，晶粒为超细晶粒，可达到9.5级。从表3可以看出，各实施例具有良好强度、较高的韧性，用其制备的无缝钢管，具有很好的高强性和高韧性。
由上述内容可知，采用本发明提供的方法制备的含稀土高强高韧性页岩气用无缝管，其屈服强度高达125psi以上、0℃实验环境下V型全尺寸冲击韧性高于80J。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种含稀土高强高韧性页岩气用无缝管，其特征在于，其化学成分按照重量百分比计包括：C 0.23～0.26；Si 0.20～0.25；Mn 0.45～0.55；Cr 1.2～1.3；Mo 0.2～0.3；P≤0.018；S≤0.006；V 0.055～0.065；B 0.002～0.004；RE 0.0022～0.0041；其余为Fe。
2.权利要求1所述的含稀土高强高韧性页岩气用无缝管的制备方法，其特征在于，依次包括：冶炼连铸，穿孔轧制和热处理；
所述冶炼连铸依次包括：准备铁水，铁水预处理，转炉冶炼，LF精炼，VD脱气，圆坯连铸；
所述穿孔轧制依次包括：圆坯锯切，加热，定心，穿孔，轧管，张力减径，冷却，切头尾，矫直，检查；其中，圆坯穿孔时温度为1220～1250℃；轧管时温度为1130℃；定张减时温度为800～850℃。
所述热处理包括：淬火和回火；其中，淬火温度为890℃±10℃，保温50～60分钟；回火温度为620℃±10℃，保温80～90分钟。
3.根据权利要求2所述的含稀土高强高韧性页岩气用无缝管的制备方法，其特征在于，所述冶炼连铸工序中：
硅锰、锰铁、铬铁、钼铁、钒铁及硼铁在加入之前进行脱氧合金化；
转炉终点控制目标：C≥0.06％，P≤0.015％；
采用单渣工艺冶炼，出钢前加入200KG白灰造渣，终渣碱度≥3.0；
VD深真空度目标值≤0.06Kpa，深真空时间≥15分钟，软吹Ar不小于15分钟；
VD脱气结束后以稀土合金投入方式加入稀土；
连铸过程采用电磁搅拌工艺，坯型为Φ210mm，恒定拉速控制在1.5M/min，钢水过热度ΔT≤30℃，采用堆垛方式进行冷却，同时应避开风口。
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