CN1088998A - 高韧性高强度石油管用钢 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种N80石油管用钢，其主要化
学成分为(wt％)，碳：0.15～0.60，硅：0.08～0.5，锰：
0.70～1.5，铬：0.20～1.00，钙：0.003～0.015，铝：0.01
～0.08，硫：0～0.035，磷：0～0.035，镍：0～0.3，钼：0
～0.2，铜：0～0.40，钒：0～0.2，钛：0～0.10：铌：0～
0.05，稀土：0～0.02，余量为铁。其工艺为热轧态+回
火态，显微组织为：细珠光体+贝氏体+非网状铁素
体。其主要优点是屈服强度、抗拉强度、伸长率均可
达到API新标准要求，并具有高的冲击韧性，还可节
能、降低成本。
Description
本发明属于低合金高强度钢领域。
现有N80级石油钢管（包括油管、套管）用钢，根据1990年前API标准，除了硫、磷最高含量有所限制外，不规定化学成分，只要求屈服强度（552～758兆帕）、抗拉强度（不低于689兆帕）及伸长率（不低于18%），而没有规定冲击韧性的要求。是否需热处理不作规定，一般在热轧态或正火态供货。自1990年以后，API新标准增加了冲击韧性的要求：纵向冲击功（V型缺口）不低于23焦耳，横向冲击功（V型缺口）不低于15焦耳。对此新要求，原有钢种在热轧态或正火态的冲击韧性（热轧态纵向冲击功只有10～15焦耳，横向冲击只有7～10焦耳;正火态的纵向冲击功也只有10～20焦耳，横向冲击功也只有9～13焦耳。远远达不到新标准的要求。只有在正火+回火条件下才可能达到API新标准的要求。现有的生产技术即采用正火+回火技术进行生产。这就势必增加能源消耗，降低劳动生产率，提高生产成本。
经国际联机检索，查找了美国Dialog系统的8、340文挡和国内联机检索，查找了WETADEX西文库。WPI文库、中国专利库，以及手工检索，查阅了《中国冶金文摘》等六种刊物。检索结果总共获得6篇与本发明有相关性的文献。
其中密切相关文献仅1篇，为1979年11月17日的日本专利，ACC-No8000638C/08001，专利号为昭54-147121，专利名称为“韧性の优
快削钢”（高韧性易切削钢），其成分范围为，C：0.01～0.80%，Si：0.01～0.40%，Mn：0.02～2.0%，Cr：5%以下，Ca：0.003～0.015%，Al：0.001～0.050%，P：0.005～0.020%，S：0.01%以下，余量为铁，还可加入微量的Mo、Nb、Ti、B等元素。该专利的钢种在成分范围上与本发明有密切相关性，但该钢种是仅用于要求高速切削加工的中、低强度机器零件用的棒材，而本发明则用于N80级高强度油管、套管的无缝钢管。该专利的钢材是在正火或球化退火状态供货，本发明的无缝钢管是在热轧态或热轧后回火状态供货。该专利钢种的主要性能要求（技术难点）是在高速切削（40米/分）条件下容易切削，本发明的主要性能要求（技术难点）是在高强度级别下的纵、横向冲击韧性。在韧性水平上本发明钢和该专利钢难以比较，因石油管的API标准规定用“V”型缺口冲击试样，该专利所提供的易削钢的冲击韧性试样用“U”缺口。
其余为一般相关文献，它们是：
1.本发明人自己的在机床用钢方面的论文“Ca在58CrV钢中的合金化行为”发表于《金属学报》第28卷（1992）第6期A243页，除了含Ca之外，钢的其它成分、性能与用途均不相同。
2.1973年原苏联专利，ACC-No：8091504C/08051，专利号：SU-730869，专利名称“Free machaining structural steel for castings”，是Ca-Se系易切削铸钢。
3.1980年日本专利，ACC-No：8074450C/08042，专利号：昭55-115951，专利名称“Improving oxidn.resistance of ferrite chrominm”，是Ca-Y系抗氧化铬铁素体钢。
4.AN;SH：题目“M-Steels-Low AlloySiructural Steel With Exactly Controlled Hardenability”，钢号为有：16MnCr5，42CrMo4，21NiCrMo2，25CrMo4，17CrNiMo56等，是Ca处理的、严格控制淬透性的易削钢。发表在Fachber.Huttenprax.Metallwelterverarb，Sept.1986，24，（9），787-792。
5.AN;SH：841156-1264，题目：“survey of the Thermomechanic Treatment of Seamless Steel Tubes”。所用钢号（原东德）为：D，36 62S，steel 20，steel 35，28NiCrMoV85、42Kh2N5SMa、X41CrMoV51等。成分与本发明不同。发表在Neue Hutte，Mar 1984，29，（3），81-86（德文）。
本发明的目的在于提供一种经济型（与已有钢种比较冶炼成本相近）的、在热轧态条件下即能达到API的新标准对机械性能的全面要求的、高韧性N80级石油管用的新钢种。
本发明的主要内容是应用微钙合金化原理、现代冶金精炼技术及易切削钢发展新成果，发明了一种适用于热轧态供货条件的高韧性N80级石油管（无缝钢管）用经济型新钢种。其化学成分为（wt%）：碳：0.15～0.60，硅：0.08～0.50，锰：0.70～1.50，铬：0.20～1.00，钙：0.003～0.015，铝：0.01～0.08，硫：0.005～0.035，磷0.005～0.035，镍：0～0.3，钼：0～0.2，铜：0～0.40，钒：0～0.2，钛：0～0.10，铌：0～0.05，稀土：0～0.02，余量为铁。
供货状态：热轧态或热轧+回火态回火温度450～650℃，回火时间为0.5～2.0小时）。
显微组织：细珠光体+贝氏体+非网状铁素体。
机械性能：达到API新标准对N80级油管、套管的要求。
本发明的优点在于：可在热轧态或热轧+回火态的条件下，屈服强度、抗拉强度、伸长率均可达到API新标准的要求，并具有高的冲击韧性，能满足API新标准对冲击韧性的要求。热轧态的纵向（V型缺口）冲击功不低于30焦耳，横向冲击功（V型缺口）不低于20焦耳;热轧+回火态的纵向冲击功（V型缺口）不低于40焦耳，横向冲击功（V型缺口）不低于40焦耳，横向冲击功（V型缺口）不低于25焦耳。在保证机械性能要求的条件下，热轧后不需另行热处理或只需较低温度的回火，可以节约能耗，提高劳动生产率，降低生产成本。
实施例：本发明试验钢的成分列于表-1。
表-1
机械性能列于表-2。
表-2
| 供试钢 | 钢号及供货状态 | 纵 向冲击功（焦耳） | 横 向冲击功（焦耳） | 屈服强度(N/mm2) | 抗拉强度（N/mm2) | 伸长率（％） | |
| 本发明钢 | F1 | 42MnCrCa,热轧态 | 35 | 25 | 581 | 865 | 21 |
| F1 | 42MnCrCa,热轧态＋回火 | 50 | 32 | 576 | 857 | 23 | |
| F2 | 45MnCrCuNiMoCa,热轧态＋回火 | 39 | 28 | 592 | 856 | 19 | |
| 比较?钢 | B1 | 42MnCr，热轧态 | 17 | 10 | 573 | 869 | 18 |
| B1 | 42MnCr，热轧态＋回火 | 21 | 13 | 568 | 860 | 20 | |
| B1 | 42MnCr，热轧态＋正火＋回火 | 31 | 17 | 570 | 860 | 21 | |
| B2 | 45MnCrCuNiMo，热轧态 | 10 | 8 | 570 | 870 | 15 | |
| B2 | 45MnCrCuNiMo，热轧态＋回火 | 24 | 14 | 558 | 845 | 17 | |
| B2 | 45MnCrCuNiMo,热轧态＋正火＋回火 | 29 | 19 | 560 | 852 | 19 | |
| B3 | 42MnMo,热轧态 | 10 | 5 | 529 | 793 | 19 | |
| B3 | 42MnMo，热轧态＋正火 | 12 | 9 | 580 | 815 | 19 | |
| B3 | 42MnMo，热轧态＋正火＋回火 | 25 | 11 | 495 | 722 | 21 | |
| （注）表中各项性能数据均系检测试样（4个）中的最小值。 | |||||||
| API新标准 | ≥23 | ≥15 | 522～758 | ≥689 | ≥18 | ||
Claims (2)
1、一种N80级石油管用钢，其特征在于：其化学成分(wt%)，碳：0.15～0.60，硅：0.08～0.5，锰：0.70～1.5，铬：0.20～1.00，钙：0.003～0.015，铝：0.01～0.08，硫：0.005～0.035，磷：0.005～0.035，镍：0～0.3，钼：0～0.2，铜：0～0.40，钒：0～0.2，钛：0～0.10，铌：0～0.05，稀土：0～0.02，余量为铁，其工艺为热轧态或热轧+回火态，回火温度为450～650℃，回火时间为0.5～2小时。
2、如权利要求1所述的N80级石油管用钢，其特征在于化学成分的优先选择范围为：（wt%）碳：0.25～0.50，硅：0.15～0.35，锰：1.00～1.40，铬：0.30～0.60，钼：0～0.10，铝：0.01～0.05，硫：0.008～0.02，磷：0.008～0.02，热轧后不需热处理，或只需回火。回火温度为500℃～550℃，回火时间为45～90分钟。
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