CN107916366A - 一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢，包括以下重量百分比的原料：C：0.18％～0.30％、Si：0.15％～0.60％、Mn：0.40％～0.65％、P：0.001％～0.015％、S：0.00005％～0.005％、Cr：0.90％～1.10％、Mo：0.75％～0.86％、Ni：0.02％～2.2％、B：0.0005％～0.003％、Nb：0.01％～0.05％、V：0.08％～0.15％、Al：0.01％～0.05％、Ca：0.001％～0.075％、Al/N≥2、Ca/S≥1.5、Ti：≤0.03％、O：≤0.0025％、N：≤0.008％、H：≤0.00015％、Cu：≤0.15％、Zr：≤0.10％、RE：0.01％～0.08％，其余为Fe和不可避免杂质。该低合金钢生产的钢管调质后，既具备较高的强度，又具备良好的韧性和塑性，具有优异的综合使用性能。

Description

一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢
技术领域
本发明涉及油田用钢管的生产领域，具体是一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢。
背景技术
和传统的125ksi以下钢级相比，150ksi以上钢管是一种高技术含量、高附加值的产品，市场前景广阔。开发难点在于如何保证高强度和高韧性的匹配，高钢级材料的开发难点在于保证较高的强度的同时还要具有较高的冲击韧性。较高的冲击功可以保证管子受压时不产生裂纹，同时可以增加高温高压环境下的承受能力。
从石油管材开发的趋势看，作为石油行业主要物资的套管，其强度级别要求越来越高，国内很多厂家已经开始供应150ksi级别的各种套管，配套地，国内外油井井下作业用管的强度级别也在往这上面发展。
影响冲击功的因素很多，包括化学成分设计、夹杂物、气体含量、晶粒度、轧制工艺、热处理等，并且各影响因素之间相互关联，尤其是夹杂物和晶粒度控制对冲击功的影响非常显著。高强度条件下还要保证较高横向冲击功是高钢级管材开发的最大难点，攻克这一难关对进军高端结构钢管材领域具有重要意义。因此，本发明提供一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢，以解决上述背景技术中提出的问题。该低合金钢调质后的屈服强度达到170ksi钢级，且0℃的夏比U缺口横向全尺寸冲击功≥80J，实现了高钢级钢管的强度和韧性良好匹配。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢，包括以下重量百分比的原料：C：0.18％～0.30％、Si：0.15％～0.60％、Mn：0.40％～0.65％、P：0.001％～0.015％、S：0.00005％～0.005％、Cr：0.90％～1.10％、Mo：0.75％～0.86％、Ni：0.02％～2.2％、B：0.0005％～0.003％、Nb：0.01％～0.05％、V：0.08％～0.15％、Al：0.01％～0.05％、Ca：0.001％～0.075％、Al/N≥2、Ca/S≥1.5、Ti：≤0.03％、O：≤0.0025％、N：≤0.008％、H：≤0.00015％、Cu：≤0.15％、Zr：≤0.10％、RE：0.01％～0.08％，其余为Fe和不可避免杂质。
一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢的制备方法，所述低合金钢的制造过程包括：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、钢锭轧制、轧材调质处理。
作为本发明进一步的方案：具体包括以下步骤：
(1)钢坯冶炼和成型：铁水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1620℃～1675℃时，进行VD炉真空处理，真空度30Pa～50Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间10min～20min，钢液温度在1500℃～1560℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1200℃～1280℃时进行连续轧制，圆管坯的变形比≥4，然后冷却到室温；
(2)钢管轧制：圆管坯加热到1205℃～1255℃，穿孔前温度1160℃～1220℃，斜轧前温度950℃～1130℃，张力减径前温度800℃～920℃；
(3)调质处理：淬火温度为880℃～920℃，水冷；回火温度为500℃～530℃，空冷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该低合金钢生产的钢管调质后，抗拉强度≥1250MPa，屈服强度：1175～1265MPa，延伸率≥15％，0℃的夏比U型缺口横向全尺寸冲击功≥80J；既具备较高的强度，又具备良好的韧性和塑性，具有优异的综合使用性能，适合用于未来深井和超深井的开采领域。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢，包括以下重量百分比的原料：C：0.18％、Si：0.15％、Mn：0.40％、P：0.001％、S：0.00005％、Cr：0.90％、Mo：0.75％、Ni：0.02％、B：0.0005％、Nb：0.01％、V：0.08％、Al：0.01％、Ca：0.001％、Ti：0.03％、O：0.0025％、N：0.005％、H：0.00015％、Cu：0.15％、Zr：0.10％、RE：0.01％，其余为Fe和不可避免杂质。
一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢的制备方法，所述低合金钢的制造过程包括：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、钢锭轧制、轧材调质处理。具体包括以下步骤：(1)钢坯冶炼和成型：铁水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1620℃时，进行VD炉真空处理，真空度30Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间10min，采用这种方式冶炼保证了钢质的纯净度，钢液温度在1500℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1200℃时进行连续轧制，圆管坯的变形比≥4，然后冷却到室温；(2)钢管轧制：圆管坯加热到1205℃，穿孔前温度1160℃，斜轧前温度950℃，张力减径前温度800℃；(3)调质处理：淬火温度为880℃，水冷；回火温度为500℃，空冷。
实施例2
与实施例1不同的是，其中Al：0.02％、N：0.008％。
实施例3
一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢，包括以下重量百分比的原料：C：0.30％、Si：0.60％、Mn：0.65％、P：0.015％、S：0.005％、Cr：1.10％、Mo：0.86％、Ni：2.2％、B：0.003％、Nb：0.05％、V：0.15％、Al：0.05％、Ca：0.075％、Ti：0.02％、O：0.002％、N：0.006％、H：0.0001％、Cu：0.14％、Zr：0.008％、RE：0.08％，其余为Fe和不可避免杂质。
一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢的制备方法，所述低合金钢的制造过程包括：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、钢锭轧制、轧材调质处理。具体包括以下步骤：(1)钢坯冶炼和成型：铁水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1675℃时，进行VD炉真空处理，真空度50Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间20min，采用这种方式冶炼保证了钢质的纯净度，钢液温度在1560℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1280℃时进行连续轧制，圆管坯的变形比≥4，然后冷却到室温；(2)钢管轧制：圆管坯加热到1255℃，穿孔前温度1220℃，斜轧前温度1130℃，张力减径前温度920℃；(3)调质处理：淬火温度为920℃，水冷；回火温度为530℃，空冷。
实施例4
一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢，包括以下重量百分比的原料：C：0.23％、Si：0.25％、Mn：0.6％、P：0.008％、S：0.0008％、Cr：0.95％、Mo：0.78％、Ni：0.6％、B：0.001％、Nb：0.03％、V：0.09％、Ca：0.002％、Al：0.02％、Ti：0.01％、O：0.0022％、N：0.005％、H：0.00008％、Cu：0.03％、Zr：0.02％、RE：0.03％，其余为Fe和不可避免杂质。
一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢的制备方法，所述低合金钢的制造过程包括：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、钢锭轧制、轧材调质处理。具体包括以下步骤：(1)钢坯冶炼和成型：铁水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1630℃时，进行VD炉真空处理，真空度35Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间12min，采用这种方式冶炼保证了钢质的纯净度，钢液温度在1520℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1210℃时进行连续轧制，圆管坯的变形比≥4，然后冷却到室温；(2)钢管轧制：圆管坯加热到1210℃，穿孔前温度1185℃，斜轧前温度980℃，张力减径前温度820℃；(3)调质处理：淬火温度为895℃，水冷；回火温度为505℃，空冷。
实施例5
一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢，包括以下重量百分比的原料：C：0.22％、Si：0.29％、Mn：0.58％、P：0.009％、S：0.003％、Cr：1.03％、Mo：0.80％、Ni：1.5％、B：0.001％、Nb：0.02％、V：0.12％、Al：0.02％、Ca：0.005％、Ti：0.03％、O：0.0016％、N：0.006％、H：0.00006％、Cu：0.03％、Zr：0.02％、RE：0.05％，其余为Fe和不可避免杂质。
一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢的制备方法，所述低合金钢的制造过程包括：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、钢锭轧制、轧材调质处理。具体包括以下步骤：(1)钢坯冶炼和成型：铁水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1645℃时，进行VD炉真空处理，真空度39Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间15min，采用这种方式冶炼保证了钢质的纯净度，钢液温度在1545℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1250℃时进行连续轧制，圆管坯的变形比≥4，然后冷却到室温；(2)钢管轧制：圆管坯加热到1235℃，穿孔前温度1200℃，斜轧前温度1030℃，张力减径前温度880℃；(3)调质处理：淬火温度为900℃，水冷；回火温度为520℃，空冷。
实施例6
一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢，包括以下重量百分比的原料：C：0.25％、Si：0.37％、Mn：0.46％、P：0.005％、S：0.001％、Cr：1.08％、Mo：0.76％、Ni：1.6％、B：0.001％、Nb：0.04％、V：0.10％、Al：0.02％、Ca：0.002％、Ti：0.02％、O：0.0019％、N：0.004％、H：0.00006％、Cu：0.03％、Zr：0.02％、RE：0.04％，其余为Fe和不可避免杂质。
一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢的制备方法，所述低合金钢的制造过程包括：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、钢锭轧制、轧材调质处理。具体包括以下步骤：(1)钢坯冶炼和成型：铁水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1665℃时，进行VD炉真空处理，真空度42Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间19min，采用这种方式冶炼保证了钢质的纯净度，钢液温度在1548℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1265℃时进行连续轧制，圆管坯的变形比≥4，然后冷却到室温；(2)钢管轧制：圆管坯加热到1240℃，穿孔前温度1210℃，斜轧前温度1120℃，张力减径前温度905℃；(3)调质处理：淬火温度为910℃，水冷；回火温度为525℃，空冷。
实验例
本发明的低合金钢检测成分见表1：
表1本发明的低合金钢成分(质量分数％)
炉号16030的气体含量：O：0.0022％、N：0.005％、H：0.00008％；
炉号16035的气体含量：O：0.0016％、N：0.006％、H：0.00006％；
炉号16039的气体含量：O：0.0019％、N：0.004％、H：0.00006％；
炼钢成分控制较低的P、S残量，添加Mn、Cr、Mo等作为主要合金元素，改善钢铁的强度和韧性，提高钢材的淬透能力；加入微量的V、Nb、Ti元素提高回火稳定性，细化晶粒；Ca改善夹杂物的分布和形态，RE净化钢水和细化晶粒，提高冲击性能。
非金属夹杂物符合按照GB/T10561-1989中附录A中A、B、C、D评级图进行评级，粗系和细系的检测结果见表2。
表2本发明低合金钢的非金属夹杂物
本发明的低合金钢调质后具有良好的强韧性匹配，较高的室温屈服强度，优异的延伸率，合适的屈强比，该低合金钢调质后0℃的夏比U型缺口横向全尺寸冲击功十分优异，平均晶粒度11级。本发明的用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢调质后的性能试验结果见表3：
表3用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢性能
该低合金钢生产的钢管调质后，抗拉强度≥1250MPa，屈服强度：1175～1265MPa，延伸率≥15％，0℃的夏比U型缺口横向全尺寸冲击功≥80J；既具备较高的强度，又具备良好的韧性和塑性，具有优异的综合使用性能，适合用于未来深井和超深井的开采领域。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：C：0.18％～0.30％、Si：0.15％～0.60％、Mn：0.40％～0.65％、P：0.001％～0.015％、S：0.00005％～0.005％、Cr：0.90％～1.10％、Mo：0.75％～0.86％、Ni：0.02％～2.2％、B：0.0005％～0.003％、Nb：0.01％～0.05％、V：0.08％～0.15％、Al：0.01％～0.05％、Ca：0.001％～0.075％、Al/N≥2、Ca/S≥1.5、Ti：≤0.03％、O：≤0.0025％、N：≤0.008％、H：≤0.00015％、Cu：≤0.15％、Zr：≤0.10％、RE：0.01％～0.08％，其余为Fe和不可避免杂质。
2.一种如权利要求1所述的用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢的制备方法，其特征在于，所述低合金钢的制造过程包括：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、钢锭轧制、轧材调质处理。
3.根据权利要求2所述的用于生产170ksi钢级钢管的低合金钢的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)钢坯冶炼和成型：铁水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1620℃～1675℃时，进行VD炉真空处理，真空度30Pa～50Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间10min～20min，钢液温度在1500℃～1560℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1200℃～1280℃时进行连续轧制，圆管坯的变形比≥4，然后冷却到室温；
(2)钢管轧制：圆管坯加热到1205℃～1255℃，穿孔前温度1160℃～1220℃，斜轧前温度950℃～1130℃，张力减径前温度800℃～920℃；
(3)调质处理：淬火温度为880℃～920℃，水冷；回火温度为500℃～530℃，空冷。
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