CN108441772A - 一种膨胀管用twip钢的冶炼与钢管制备工艺 - Google Patents

一种膨胀管用twip钢的冶炼与钢管制备工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN108441772A
CN108441772A CN201810357382.1A CN201810357382A CN108441772A CN 108441772 A CN108441772 A CN 108441772A CN 201810357382 A CN201810357382 A CN 201810357382A CN 108441772 A CN108441772 A CN 108441772A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel
twip
smelting
pipe
steel pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810357382.1A
Other languages
English (en)
Inventor
徐书根
孟维歌
王胜昆
孙志伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Petroleum East China
Original Assignee
China University of Petroleum East China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum East China filed Critical China University of Petroleum East China
Priority to CN201810357382.1A priority Critical patent/CN108441772A/zh
Publication of CN108441772A publication Critical patent/CN108441772A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/10—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
    • C21D8/105—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C22C33/06—Making ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明涉及金属材料和石油天然气工业领域，尤其是一种膨胀管用TWIP钢的冶炼与钢管制备工艺。本发明的材料成分质量百分比为：C：0.05～0.07％，Mn：24～26％，Al：2％，Si：0.5～1.5％，P：≤0.015，S：≤0.15，Fe为余量。本发明通过成分设计、冶炼、电渣重熔、锻造、穿孔、轧管、定径及退火热处理工艺获得了低的碳含量，稳定的奥氏体组织可达95％以上，有利于膨胀变形后抑制TRIP效应，产生形变孪晶，力学性能优异，可焊性较好的一种膨胀管用TWIP钢钢管。整个TWIP钢的冶炼及钢管制备工艺简单、可靠、成本低，具有较为广阔的市场应用前景。

Description

一种膨胀管用TWIP钢的冶炼与钢管制备工艺
一、技术领域
本发明涉及金属材料和石油天然气工业领域，尤其是一种膨胀管用TWIP钢的冶炼与钢管制备工艺。
二、背景技术
膨胀管技术是一项新兴的可优化井身结构、提高钻井安全性并显著降低钻井成本的技术。该技术可应用于钻井、完井、采油和修井等作业全过程，被认为是21世纪国际石油工程领域具有革命性影响的核心技术之一。膨胀管技术是利用液压或机械力推动或拉动膨胀工具使其在套管内沿轴向运动，使得管体径向扩张至所要求的直径尺寸，产生永久塑性变形并用于后续作业。该技术利用金属塑性变形特点，通过在井下将套管径向膨胀至塑性变形区域，扩大井眼尺寸以达到节省井眼直径的目的。该技术有多重优点，包括减小井眼锥度，简化井身结构，提高钻井速度和深度，降低钻井成本，封隔或封固复杂井段，补贴已损套管等。
用于修井的传统膨胀管的径向膨胀率一般为10％～15％，而等井径膨胀管的膨胀率为20％～30％，膨胀率的大幅增加对套管材料的力学性能提出了更高的要求，可膨胀管的材料必须具备良好的强度和塑性，以保证可膨胀管在井下具有较大的膨胀能力和抗挤毁能力。现阶段，一般以“强塑积”作为可膨胀管材料选用设计开发准则，强塑积为材料在正常状态下的抗拉强度和伸长率的乘积。大多数的高强度钢如双相钢、TRIP钢等往往抗拉强度越高则延伸率越低，但是TWIP钢不仅具有较高的抗拉强度，还具有相当优越的塑性。
TWIP钢在使用时无外载荷、冷却到室温下的组织是稳定的残余奥氏体，但是如果施加一定的外部载荷，由于应变诱导产生机械孪晶，会产生大的无颈缩延伸，显示出非常优异的力学性能，目前TWIP钢的研究已经从第一代的Fe-Mn-Si-Al系列到第二代Fe-Mn-C系列一直到目前的Fe-Mn-Al-C系TWIP钢。第一代TWIP钢具有中等的抗拉强度(约600MPa)和极高的延伸率(大于80％)，但是该系列TWIP钢中Al含量较高，在浇铸过程中容易生成氧化物残渣堵住浇铸口；第二代TWIP钢去除了合金元素Al和Si，却出现了缺口敏感性问题；第三代TWIP钢主要集中在高Mn钢中通过置换固溶原子(Mn、Al、Si)成分调整来获得TWIP效应。
在进行TWIP钢成分设计时，主要考虑合金元素对奥氏体稳定性的影响和对奥氏体层错能的影响。C是奥氏体稳定化元素，其间隙固溶强化作用，奥氏体中含碳量升高，奥氏体稳定性升高，但是含C量也不能太高，不然会影响焊接性能；Mn作为TWIP的最重要的元素之一，具有很强的促进奥氏体化的作用，同时又是增加合金层错能的最有效元素，可以强烈促进TWIP效应，抑制TRIP效应；Al元素也可增加合金层错能，抑制奥氏体向马氏体转变，但是Al易氧化，在浇铸时容易产生氧化物残渣堵住浇铸口，因此要控制Al元素的含量；Si元素可以降低马氏体相变临界温度Ms，对室温下得到稳定的奥氏体组织有益，而且Si元素固溶于奥氏体，有利于提高TWIP钢强度，但是Si元素会降低合金层错能，抑制TWIP效应，因此，要合理的配比各种元素，从而设计出力学性能优异的TWIP钢。
经文献检索，中国国家知识产权局授权的，授权公开号为CN101381839A的发明专利，提供了一种高强塑合金钢及其热处理工艺，可对高强塑积TWIP钢组织与性能进行调控，但是该种钢成分中的Si含量较高，会抑制TWIP效应，而且还会直接影响钢板表面质量；授权公开号为CN102560259A的发明专利，提供了一种低成本大膨胀率膨胀管用TWIP钢及钢管制备方法，但是该种钢成分中C元素含量较高，塑性和可焊性较差；授权公开号为CN105441796A的发明专利，提供了一种具有高强塑积TWIP钢及其制备方法，该钢的强塑积大于50GPa％，但是该种钢的Al元素含量较高，不利于浇铸成形；授权公开号为CN102345077A的发明专利，提供了一种具有高强塑积的大膨胀率膨胀管用钢及制备方法，该种钢具有纯净度高，含硅铝量低，避免热轧钢坯缺陷的优点，但是该种钢掺入了Re元素用来改善TWIP钢的性能，使得钢的成本提高，不利于大规模生产、推广应用。
三、发明内容
本发明的目的是，克服现有TWIP钢存在的缺陷，提供一种膨胀管用TWIP钢的冶炼与钢管制备工艺。
为实现上述目的，本发明的技术方案包括材料配方和冶炼加工工艺，其特征为：
TWIP钢材料配方成分质量百分比为：C：0.05～0.07％，Mn：24～26％，Al：2～2.5％，Si：0.5～1.5％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Fe为余量；
TWIP钢的冶炼与钢管制备工艺步骤：
(1)将纯铁、电解锰、铝丸、硅铁作为原料按配方元素成分质量配比称量后置于中频感应炉内进行冶炼，出钢温度区间为1500～1650℃，浇铸温度区间为1400～1500℃，将浇铸好的钢锭进行电渣重熔；
(2)将电渣重熔后的钢锭进一步锻造得到管坯，始锻温度为1100～1200℃，终锻温度为800℃，锻后进行退火热处理，退火温度为1000℃，退火时间为2h，水冷至室温，切除表面的氧化皮，磨光获得管坯；
(3)利用环形加热炉将管坯加热到1200～1250℃，然后经过穿孔、轧管、定径的加工工艺获得符合尺寸要求的TWIP钢钢管，将加工好的钢管进行退火热处理，退火温度为1000～1150℃，退火时间为30min，然后水冷至室温。
本发明取得的有益效果：
(1)C元素含量较低，使得钢材的塑性和可焊性较于现有的TWIP钢更为优异。
(2)通过合理的设计各种化学元素的配比，加工后的钢管在1000～1150℃的退火处理后稳定的奥氏体组织可达95％以上，有利于膨胀变形后抑制TRIP效应，产生形变孪晶。
(3)有效的解决了现有TWIP钢Al含量较高，浇铸过程中容易产生氧化物堵塞浇铸口的缺陷以及TWIP钢缺口敏感性和价格昂贵的问题。
四、附图说明
图1是本发明钢材的拉伸试验取得的应力应变曲线；
图2是本发明钢材经过1150℃的退火热处理后的金相组织照片；
图3是本发明钢材经过1150℃的退火热处理+18％变形量的金相组织照片。
五、具体实施方式
结合说明书附图，详细描述本发明的具体实施过程。
TWIP钢材料成分质量百分比为：C：0.064％，Mn：25.17％，Al：2.03％，Si：0.589％，P：0.014％，S：0.013％，Fe为余量。
TWIP钢的冶炼与钢管制备工艺步骤：
(1)将纯铁、电解锰、铝丸和硅铁按照上述元素成分的质量配比称量后，置于中频感应炉内进行冶炼，出钢温度区间为1500～1650℃，浇铸温度区间为1400～1500℃，将浇铸好的钢锭进行电渣重熔；
(2)然后将钢锭置于锻造机上进行锻造，锻造比为3：1，始锻温度为1100～1200℃，终锻温度为800℃，锻后进行退后热处理，退火温度为1000℃，退火时间为2h，水冷至室温，切除表面的氧化皮，磨光获得的管坯；
(3)利用超声波探伤检查管坯无缺陷后，将管坯置于环形炉加热至1200～1250℃，然后置于穿孔机上进行穿孔得到的毛管，然后利用自动轧管机进行连轧获得的管子，再经过定径机的定径处理获得的钢管，最后经过1150℃的退火热处理获得符合质量要求的TWIP钢钢管。
如图1所示，是从TWIP钢钢管上切割出拉伸试样进行拉伸试验所获得的应力应变曲线，从图中可以看出该种钢材的屈服强度大约为200MPa，抗拉强度约为500MPa；如图2所示，是1150℃退火热处理后的TWIP钢金相组织，从图中可以看出其基体组织为奥氏体组织，存在少量的退火孪晶组织；如图3所示，是经过18％的预应变后的金相组织可以看出明显的孪晶组织。

Claims (1)

1.一种膨胀管用TWIP钢的冶炼与钢管制备工艺，包括材料配方和冶炼加工工艺，其特征为：
TWIP钢材料配方成分质量百分比为：C：0.05～0.07％，Mn：24～26％，Al：2～2.5％，Si：0.5～1.5％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，Fe为余量；
TWIP钢的冶炼与钢管制备工艺步骤：
(1)将纯铁、电解锰、铝丸、硅铁作为原料按配方元素成分质量配比称量后置于中频感应炉内进行冶炼，出钢温度区间为1500～1650℃，浇铸温度区间为1400～1500℃，将浇铸好的钢锭进行电渣重熔；
(2)将电渣重熔后的钢锭进一步锻造得到管坯，始锻温度为1100～1200℃，终锻温度为800℃，锻后进行退火热处理，退火温度为1000℃，退火时间为2h，水冷至室温，切除表面的氧化皮，磨光获得管坯；
(3)利用环形加热炉将管坯加热到1200～1250℃，然后经过穿孔、轧管、定径的加工工艺获得符合尺寸要求的TWIP钢钢管，将加工好的钢管进行退火热处理，退火温度为1000～1150℃，退火时间为30min，然后水冷至室温。
CN201810357382.1A 2018-04-20 2018-04-20 一种膨胀管用twip钢的冶炼与钢管制备工艺 Pending CN108441772A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810357382.1A CN108441772A (zh) 2018-04-20 2018-04-20 一种膨胀管用twip钢的冶炼与钢管制备工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810357382.1A CN108441772A (zh) 2018-04-20 2018-04-20 一种膨胀管用twip钢的冶炼与钢管制备工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108441772A true CN108441772A (zh) 2018-08-24

Family

ID=63200300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810357382.1A Pending CN108441772A (zh) 2018-04-20 2018-04-20 一种膨胀管用twip钢的冶炼与钢管制备工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108441772A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111809021A (zh) * 2020-06-30 2020-10-23 中国科学院合肥物质科学研究院 一种提高twip钢管材耐蚀性能的工艺方法及耐腐蚀twip钢管
CN114606430A (zh) * 2022-03-01 2022-06-10 兴机电器有限公司 一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111809021A (zh) * 2020-06-30 2020-10-23 中国科学院合肥物质科学研究院 一种提高twip钢管材耐蚀性能的工艺方法及耐腐蚀twip钢管
CN114606430A (zh) * 2022-03-01 2022-06-10 兴机电器有限公司 一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢及其制备方法
CN114606430B (zh) * 2022-03-01 2023-05-12 兴机电器有限公司 一种低碳Fe-Mn-Al-Si系TWIP钢及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101805871B (zh) 一种油气井实体可膨胀套管的制造方法
CN102181793B (zh) 深海采油设备输送立管用钢锻件制造工艺
JP6574307B2 (ja) 高強靭性継目無鋼管及びその製造方法
CN108467973B (zh) 700℃超超临界锅炉用镍铬钨系高温合金无缝管及制造方法
CN103350173B (zh) 一种奥氏体不锈钢异形整体大锻件的生产方法
CN107747068B (zh) 一种耐热不锈钢无缝管及其制备方法
CN103276296B (zh) 一种马氏体不锈钢环形锻件的制造方法
CN104089109B (zh) 一种625MPa级UOE焊管及其制造方法
CN111940538B (zh) 一种tc27钛合金管材冷轧方法
CN109136653A (zh) 用于核电设备的镍基合金及其热轧板的制造方法
CN102560259B (zh) 一种低成本大膨胀率膨胀管用twip钢的钢管制备方法
CN102560268B (zh) 一种超低碳高强度不锈钢细径导管的制备方法
CN108277438A (zh) 超低碳马氏体不锈钢无缝管及其制造方法
CN107552698A (zh) 一种hr‑2抗氢钢棒材的锻制方法
CN102162067A (zh) 一种油田用防腐抽油杆用钢及其生产方法
CN108441772A (zh) 一种膨胀管用twip钢的冶炼与钢管制备工艺
CN101368249A (zh) 一种锅炉用钢及其制造方法
CN113539653B (zh) 一种软磁合金棒材的制备方法
CN107012363B (zh) 一种tc4钛合金油井管的制造工艺
CN100375829C (zh) 一种基于电炉薄板坯连铸连轧流程生产j55钢级石油套管用钢的方法
CN112501382B (zh) 一种获得低网状碳化物的碳素工具钢的制备方法
CN107282854A (zh) 一种核电用护环的成形方法
CN103114248B (zh) 一种钻具用钢以及冶炼钻具用钢的方法
CN104894432B (zh) 一种110ksi级钛合金油管及其制备方法
CN103194676A (zh) 一种1000MPa超级铁素体钢及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180824