CN110004357A - 一种含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管及其制备方法 - Google Patents

一种含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管，其材料的化学成分质量百分含量为：C 0.23～0.27、Si 0.17～0.37、Mn 0.45～0.65、Cr 0.8～1.2、Mo 0.60～0.80、V 0.06～0.10、Al 0.01～0.04、P≤0.015、S≤0.005和RE 0.006～0.010。还公开了一种制备方法。本发明的含稀土高强高韧性页岩气用无缝钢管材料，通过在Cr‑Mo系钢基础上加入稀土元素，利用稀土元的变质作用和微合金化作用不仅使钢具有高的强度和抗挤毁性还具有高的韧性特别是横向冲击韧性高，能够满足页岩气开采的工况要求，具有很好的推广价值。

Description

一种含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料冶金技术领域，尤其涉及一种含稀土高强高韧页岩气用无 缝钢管及其制备方法。
背景技术
页岩气往往分布在盆地内厚度较大的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相 比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，中国主要盆地和地区页 岩气资源量约为15万亿-30万亿立方米大，开采寿命一般可达30～50年甚至更 长，经济价值巨大，但页岩层地质条件复杂，开采难度大，套损高，近年来， 油田倾向于采用专门针对页岩层特殊设计的非API专用套管，这类套管要求强 度高、抗挤毁强、韧性好，因此开发高附加值的高强高韧页岩气无缝钢管越来 越成为各大钢厂的迫切需求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种含稀土高强高韧页岩气用无缝钢 管及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管，该无缝钢管的化学成分按质量百 分数包括：C 0.23～0.27％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.45～0.65％、Cr 0.8～1.2％、 Mo 0.60～0.80％、V 0.06～0.10％、Al 0.01～0.04％、P≤0.015％、S≤0.005％和 RE 0.006～0.010％，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
进一步的，该无缝钢管的化学成分按质量百分数包括：C 0.23％、Si 0.17％、 Mn0.45％、Cr 0.8％、Mo 0.60％、V 0.006％、Al 0.01％、P 0.010％、S 0.005％和 RE0.006％，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
进一步的，该无缝钢管的化学成分按质量百分数包括：C 0.27％、Si 0.37％、 Mn0.65％、Cr 1.2％、Mo 0.80％、V 0.010％、Al 0.04％、P 0.012％、S 0.005％和 RE0.010％，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
进一步的，该无缝钢管的化学成分按质量百分数包括：C 0.24％、Si 0.21％、 Mn0.50％、Cr 0.9％、Mo 0.65％、V 0.007％、Al 0.015％、P 0.009％、S 0.004％ 和RE0.007％，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
进一步的，该无缝钢管的化学成分按质量百分数包括：C 0.25％、Si 0.27％、 Mn0.55％、Cr 1.0％、Mo 0.70％、V 0.008％、Al 0.020％、P 0.008％、S 0.003％ 和RE0.008％，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
进一步的，该无缝钢管的化学成分按质量百分数包括：C 0.26％、Si 0.32％、 Mn0.60％、Cr 1.1％、Mo 0.75％、V 0.009％、Al 0.030％、P 0.015％、S 0.002％ 和RE0.009％，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
一种含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管的制备方法，包括炼钢生产过程、 钢的轧制过程和热处理过程；得到的含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管化学成 分质量百分数含量为：C 0.23～0.27、Si 0.17～0.37、Mn 0.45～0.65、Cr 0.8～ 1.2、Mo 0.60～0.80、V0.06～0.10、Al 0.01～0.04、P≤0.015、S≤0.005和 RE 0.006～0.01，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
进一步的，炼钢过程中转炉冶炼采用脱硫铁水，终渣碱度≥3.0；LF精炼全 过程保持底部吹氩气，在LF后VD前按照每100t钢水喂入150m的稀土丝；VD 深真空度≤0.08Kpa，深真空时间≥15min，VD后按每100t钢水喂150米硅钙线， 喂丝后保证15分钟以上的软吹时间，软吹后保证钢包静止5分钟上连铸台，连 铸起步拉速为0.4m/s，横定拉速度控制在1.4～1.6m/min。
进一步的，轧制过程中管坯加热温度为1240～1280℃；圆坯穿孔时温度为 1200～1250℃；轧管时温度为1000～1200℃；终轧温度≥870℃。
进一步的，钢管的热处理过程包括：淬火+回火，淬火温度为890±10℃， 保温40～60分钟；回火温度为670±5℃，保温70～90分钟，矫直温度≥480℃。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1、本发明含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管，通过稀土的变质作用和微合 金化作用使材料具有高韧性，特别是横向冲击韧性高。
2、本发明的含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管具有强度高、抗挤毁性能好 等良好的综合力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明。
炼钢生产过程为：铁铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸。 转炉冶炼采用脱硫铁水，采用单渣冶炼工艺，终渣碱度≥3.0，终脱氧采用有铝 脱氧，能有效的减少钢中气体的含量特别是氧的含量；LF精炼全过程保持底部 吹氩气，采用从低数级到高数级逐渐升温速度方式加热提温，按照转炉的来钢 成分进行成分微调，LF后VD前加入150米的稀土丝；VD深真空度≤0.08Kpa， 深真空时间≥15min，VD真空后喂150m的硅钙线，喂丝后保证15分钟以上的软 吹时间，然后保持镇定5分钟使夹杂物变性充分上浮，减少钢中夹杂物的含量； 连铸过程采用无氧化保护浇注，钢水的过热度控制在30℃以内，采用恒拉速控 制工艺，起步拉速为0.4m/s，横定拉速度控制在1.4～1.6m/min，可以提高连 铸坯的质量。
对各实例的化学成分进行检测，化学成分如表1所示：C 0.23、Si 0.17、 Mn 0.45、Cr 0.8、Mo 0.60、V 0.06、Al 0.01、P 0.010、S 0.005、RE 0.006， 其余为Fe和不可避免杂质，质量分数共计100％；或者，C 0.24、Si 0.21、Mn 0.50、 Cr 0.9、Mo 0.65、V 0.07、Al0.015、P 0.009、S 0.004、RE 0.007，其余为 Fe和微量杂质，质量分数共计为100％；或者，C0.25、Si 0.27、Mn 0.55、 Cr 1.0、Mo 0.70、V 0.08、Al 0.020、P 0.008、S 0.003、RE0.008，其余为 Fe和微量杂质，质量分数共计为100％；或者，C 0.26、Si 0.32、Mn 0.60、 Cr1.1、Mo 0.75、V 0.09、Al 0.030、P 0.015、S 0.002、RE 0.009，其余为 Fe和微量杂质，质量分数共计为100％；或者，C 0.27、Si 0.37、Mn 0.65、 Cr 1.20、Mo 0.80、V 0.10、Al 0.04、P0.012、S 0.005、RE 0.010，
表1各示例化学成分百分比(％)
钢的轧制过程包括圆坯→锯切→加热→穿孔→轧管→张减径→冷床冷却。 管坯加热温度为1240～1280℃，该钢的合金含量高，在此温度下既可以使合金 元素全部溶解扩散均匀，又不会使坯料过烧；圆坯穿孔时温度为1200～1250℃； 轧管温度为1000～1200℃，在该温度区间内，该钢的塑形好，易于变形，能保 证钢管的内外表面质量；保证终轧温度≥870℃，终轧温度高相当于对钢管进行 一次正火，可以均匀组织，为后面的热处理做组织准备。
钢管热处理过程包括：淬火+回火。淬火温度为890±10℃，保温40～60min， 该温度既能够保证合金元素全部溶于奥氏体中，又不会使晶粒过于粗大；回火 温度为670±5℃，保温70～90min，在此回火温度下回火材料具有良好的强韧 性匹配。保证矫直温度≥480℃以避免钢管应力大而产生裂纹。
上述过程生产的一种含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管材料化学成分的质 量百分含量为C 0.23～0.27、Si 0.17～0.37、Mn 0.45～0.65、Cr 0.8～1.2、 Mo 0.60～0.80、V0.06～0.10、Al 0.01～0.04、P≤0.015、S≤0.005和RE 0.006～ 0.01，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。通过在Cr-Mo系钢基础 上加入稀土元素，利用稀土元素具有变质作用和微合金化作用不仅使钢具有高 的强度和抗挤毁性还具有高的韧性特别是横向冲击韧性高。
各实施例化学力学性能测试结果如表2所示。
表2各实施例的力学性能测试结果
从表2可以看出，本发明的无缝钢管材料具有良好的力学性能，特别是材 料强度高，韧性好。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发 明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护 范围内。

Claims (10)

1.一种含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管，其特征在于，该无缝钢管的化学成分按质量百分数包括：C 0.23～0.27％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.45～0.65％、Cr 0.8～1.2％、Mo0.60～0.80％、V 0.06～0.10％、Al 0.01～0.04％、P≤0.015％、S≤0.005％和RE 0.006～0.010％，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
2.根据权利要求1所述的含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管，其特征在于，该无缝钢管的化学成分按质量百分数包括：C 0.23％、Si 0.17％、Mn 0.45％、Cr 0.8％、Mo 0.60％、V0.006％、Al 0.01％、P 0.010％、S 0.005％和RE 0.006％，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
3.根据权利要求1所述的含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管，其特征在于，该无缝钢管的化学成分按质量百分数包括：C 0.27％、Si 0.37％、Mn 0.65％、Cr 1.2％、Mo 0.80％、V0.010％、Al 0.04％、P 0.012％、S 0.005％和RE 0.010％，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
4.根据权利要求1所述的含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管，其特征在于，该无缝钢管的化学成分按质量百分数包括：C 0.24％、Si 0.21％、Mn 0.50％、Cr 0.9％、Mo 0.65％、V0.007％、Al 0.015％、P 0.009％、S 0.004％和RE 0.007％，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
5.根据权利要求1所述的含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管，其特征在于，该无缝钢管的化学成分按质量百分数包括：C 0.25％、Si 0.27％、Mn 0.55％、Cr 1.0％、Mo 0.70％、V0.008％、Al 0.020％、P 0.008％、S 0.003％和RE 0.008％，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
6.根据权利要求1所述的含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管，其特征在于，该无缝钢管的化学成分按质量百分数包括：C 0.26％、Si 0.32％、Mn 0.60％、Cr 1.1％、Mo 0.75％、V0.009％、Al 0.030％、P 0.015％、S 0.002％和RE 0.009％，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管的制备方法，其特征在于，包括炼钢生产过程、钢的轧制过程和热处理过程；得到的含稀土高强高韧页岩气用无缝钢管化学成分质量百分数含量为：C 0.23～0.27、Si 0.17～0.37、Mn 0.45～0.65、Cr 0.8～1.2、Mo 0.60～0.80、V 0.06～0.10、Al 0.01～0.04、P≤0.015、S≤0.005和RE 0.006～0.01，其余为Fe和微量杂质，质量分数共计为100％。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，炼钢过程中转炉冶炼采用脱硫铁水，终渣碱度≥3.0；LF精炼全过程保持底部吹氩气，LF后VD前加入150m的稀土丝；VD深真空度≤0.08Kpa，深真空时间≥15min，VD真空后喂150m的硅钙线，喂丝后保证15分钟以上的软吹时间，软吹后保证钢包静止5分钟上连铸台，连铸起步拉速为0.4m/s，横定拉速度控制在1.4～1.6m/min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，轧制过程中管坯加热温度为1240～1280℃；圆坯穿孔时温度为1200～1250℃；轧管时温度为1000～1200℃；终轧温度≥870℃。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，钢管的热处理过程包括：淬火+回火，淬火温度为890±10℃，保温40～60分钟；回火温度为670±5℃，保温70～90分钟，矫直温度≥480℃。
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