CN113699462B - 一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法 - Google Patents

一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，涉及油井管线用钢技术领域。本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸→热轧，钢中化学成分重量百分比：0.12％～0.14％C、0.3％～0.4％Si、1.50％～2％Mn、P≤0.015％、S≤0.005％、0.5％～0.7％Cr、0.1％～0.4％Cu、0.1％～0.3％Ni、0.2％～0.5％Mo、0.05％～0.07％Nb、0.04～0.05％V、0.01～0.02％Ti、0.02～0.035％Als；其余为Fe及不可避免的夹杂；热轧钢带的厚度在3～5mm，其金相组织为铁素体+马氏体组织，以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要。

Description

一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法
技术领域
本发明涉及油井管线用钢技术领域，更具体地说是一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法。
背景技术
连续管(CT，Coiled tubing)，是一种单根长度可达数千米甚至上万米的高强度、高塑性并具有一定抗腐蚀性能的新型油气管材，缠绕在卷筒上运输和使用，与连续管作业机配合，可进行油气田修井、测井、钻井、完井、油气输送等领域数十种作业，具有占地面积小、作业安全高效、环境污染小、运输安装便捷等优点。
随着国内超深井以及西南地区页岩气的发展需要，国内陆上超深井(6000～9000m)数量快速增长，连续油管的作业深度也超过了6000m，井下作业压力大，常规的高强连续油管已经不能完全满足生产的需求，难以承受大的自重以及作业过程中钢管内部的高压，需要更高强度的连续油管产品。
经检索，关于解决上述的不足，目前已有相关专利公开。如，中国专利申请号为：200810040895.6、申请日为：2008年7月24日、授权公告日为：2011年7月20日，公开了一种CT90级连续油管用钢及其制造方法，其化学成分重量百分配比为：C：0.02～0.25％、Si：0.10～0.60％、Mn：0.50～2.0％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cr：0.30～1.50％、Nb：0.02～0.13％、Ti：0.01～0.10％、V：0.01～0.10％、Mo：0.05～0.35％、Cu：0.10～0.50％、Ni：0.10～0.40％、Ca：0.0010～0.0050％，Al：0.01～0.05％，N≤0.012，余量为Fe及不可避免的夹杂，通过冶炼、浇铸、板坯再加热、轧制、冷却、卷取等工艺，提高了强度，但其强度同样不足以满足超深井作业的需要；同时其成分设计中含较高的V，这对产品的韧性和焊接性能是不利的；其钢板屈强比均在0.90以上，可变形能力差，无法满足该类产品作业过程中需反复塑性变形的要求。
又如中国专利，申请号为：201711324677.0、申请日为：2017年12月13日、授权公告日为：2019年3月8日，公开了一种CT110级连续管用热轧钢带及生产方法，其组分及wt％：C：0.11～0.15％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.90～1.30％，P：≤0.015％，S：≤0.0020％，Cu：0.25～0.40％，Ni：0.15～0.35％，Cr：0.60～1.00％，Nb：0.020～0.050％，V：≤0.010％，T i：0.010～0.030％，N：≤0.0050％，Al：0.015～0.060％，Mo：0.10～0.30％，Ca：0.0008～0.0025％，其生产步骤为：转炉冶炼等工序后连铸成坯；对铸坯加热；粗轧；精轧；冷却并卷取，使得其屈服强度在700MPa左右，但在超深井的作业同样会面临强度不足的风险。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术中的连续油管用钢强度不足以满足超深井作业的需要，本发明提出一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸→热轧，经过LF炉外精炼后，钢中化学成分满足重量百分比(wt％)：C：0.12％～0.14％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.50％～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Cr：0.50％～0.70％、Cu：0.10％～0.40％、Ni：0.10％～0.30％、Mo：0.20％～0.50％、Nb：0.050％～0.070％、V：0.040～0.050％、Ti：0.010～0.020％、Als：0.020～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂；生产出的热轧钢带的厚度在3～5mm，其金相组织为铁素体+马氏体组织，晶粒度≥12级，带状组织≤1.5级。生产出的热轧钢带屈服强度为782～809MPa、抗拉强度为1077～1143MPa，以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，其化学成分重量百分比含量为：C：0.12％～0.14％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.50％～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Cr：0.50％～0.70％、Cu：0.10％～0.40％、Ni：0.10％～0.30％、Mo：0.20％～0.50％、Nb：0.050％～0.070％、V：0.040～0.050％、Ti：0.010～0.020％、Als：0.020～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂；生产出的热轧钢带的厚度在3～5mm，其金相组织为铁素体+马氏体组织，晶粒度≥12级，带状组织≤1.5级。生产出的热轧钢带屈服强度为782～809MPa、抗拉强度为1077～1143MPa，以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要。
一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法，包括如下步骤：
步骤一、铁水预处理：控制脱硫后的铁水[S]≤0.0050％；
步骤二、转炉冶炼：氩站进行顶底强搅，强搅时间≥4min，强化过程脱P，出钢时进行脱氧合金化，加强挡渣操作；
步骤三、LF炉精炼：钢包顶渣充分还原，调成分至目标值或接近目标值，出站温度：1600～1615℃；
步骤四、RH炉精炼：真空度≤2.6mbar，真空时间≥12min，调整所有成分至目标值；
步骤五、连铸：中包目标温度控制在液相线温度以上15～30℃，连铸过程投用动态轻压下和电磁制动；
步骤六、加热：铸坯进入加热炉中进行加热；
步骤七、轧制：轧制采用两阶段轧制，第一阶段是再结晶区域轧制，轧制温度控制在1000～1060℃，通过反复变形和再结晶，使奥氏体晶粒显著细化；第二阶段是在未再结晶区域轧制，轧制温度控制在900～1000℃，形变和相变同时进行，在此阶段中奥氏体晶粒被伸长，同时产生滑移带，奥氏体晶界的增加和滑移带出现为铁素体形核提供了有利条件，进而得到细晶粒铁素体；
步骤八、轧后钢板层流冷却和卷取：层流冷却过程中投用边部遮挡装置4～6组，降低带钢边部温降，冷却到400～550℃范围内进行卷取。
进一步的技术方案，步骤六中，控制铸坯出炉温度在1230～1270℃，均热段保温时间不小于60min，其主要目的是保证材料完全奥氏体化，使合金元素充分固溶，同时又能抑制奥氏体晶粒的过分长大。
进一步的技术方案，在铸坯进加热炉前先进行堆垛缓冷48小时以上。
进一步的技术方案，步骤七中，粗轧阶段在奥氏体再结晶区轧制，轧制温度控制在1000～1060℃范围内。
进一步的技术方案，步骤七中，精轧阶段采用7架四辊CVC轧机进行连轧，终轧温度控制在830～870℃，通过累计大变形，增加形变奥氏体内的形变带和位错密度，增加相变形核点细化晶粒。
进一步的技术方案，步骤八中，冷却速度控制在20～30℃/s。
进一步的技术方案，步骤八中，在400～550℃范围内进行卷取。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸→热轧，经过LF炉外精炼后，钢中化学成分满足重量百分比(wt％)：C：0.12％～0.14％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.50％～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Cr：0.50％～0.70％、Cu：0.10％～0.40％、Ni：0.10％～0.30％、Mo：0.20％～0.50％、Nb：0.050％～0.070％、V：0.040～0.050％、Ti：0.010～0.020％、Als：0.020～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂；生产出的热轧钢带的厚度在3～5mm，其金相组织为铁素体+马氏体组织，晶粒度≥12级，带状组织≤1.5级。生产出的热轧钢带屈服强度为782～809MPa、抗拉强度为1077～1143MPa，以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要；
(2)本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，轧制采用两阶段轧制，第一阶段是再结晶区域轧制，轧制温度控制在1000～1060℃，通过反复变形和再结晶，使奥氏体晶粒显著细化；第二阶段是在未再结晶区域轧制，轧制温度控制在900～1000℃，形变和相变同时进行，在此阶段中奥氏体晶粒被伸长，同时产生滑移带，奥氏体晶界的增加和滑移带出现为铁素体形核提供了有利条件，进而得到细晶粒铁素体；
(3)本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，控制铸坯出炉温度在1230～1270℃，均热段保温时间不小于60min，其主要目的是保证材料完全奥氏体化，使合金元素充分固溶，同时又能抑制奥氏体晶粒的过分长大；
(4)本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，精轧阶段采用7架四辊CVC轧机进行连轧，终轧温度控制在830～870℃，通过累计大变形，增加形变奥氏体内的形变带和位错密度，增加相变形核点细化晶粒。
附图说明
图1为本发明对应的热轧钢带的金相照片；
图2为本发明对应的热轧钢带的电镜照片。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种750MPa级连续油管用热轧钢带，其化学成分重量百分比含量为：C：0.12％～0.14％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.50％～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Cr：0.50％～0.70％、Cu：0.10％～0.40％、Ni：0.10％～0.30％、Mo：0.20％～0.50％、Nb：0.050％～0.070％、V：0.040～0.050％、Ti：0.010～0.020％、Als：0.020～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂；生产出的热轧钢带的厚度在3～5mm，其金相组织为铁素体+马氏体组织，晶粒度≥12级，带状组织≤1.5级。生产出的热轧钢带屈服强度为782～809MPa、抗拉强度为1077～1143MPa，以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要。
实施例2
本实施例的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：包括如下步骤：
步骤一、铁水预处理：控制脱硫后的铁水[S]≤0.0050％；
步骤二、转炉冶炼：氩站进行顶底强搅，强搅时间≥4min，强化过程脱P，出钢时进行脱氧合金化，加强挡渣操作；
步骤三、LF炉精炼：钢包顶渣充分还原，调成分至目标值或接近目标值，出站温度：1600～1615℃；
步骤四、RH炉精炼：真空度≤2.6mbar，真空时间≥12min，调整所有成分至目标值；
步骤五、连铸：中包目标温度控制在液相线温度以上15～30℃，连铸过程投用动态轻压下和电磁制动，连铸全过程进行保护浇铸；
步骤六、加热：铸坯进入加热炉中进行加热；
步骤七、轧制：轧制采用两阶段轧制，第一阶段是再结晶区域轧制，轧制温度控制在1000～1060℃，通过反复变形和再结晶，使奥氏体晶粒显著细化；第二阶段是在未再结晶区域轧制，轧制温度控制在900～1000℃，形变和相变同时进行，在此阶段中奥氏体晶粒被伸长，同时产生滑移带，奥氏体晶界的增加和滑移带出现为铁素体形核提供了有利条件，进而得到细晶粒铁素体；
步骤八、轧后钢板层流冷却和卷取：层流冷却过程中投用边部遮挡装置4～6组，降低带钢边部温降，冷却到400～550℃范围内进行卷取。
本实施例中，步骤六中，控制铸坯出炉温度在1230～1270℃，均热段保温时间不小于60min，其主要目的是保证材料完全奥氏体化，使合金元素充分固溶，同时又能抑制奥氏体晶粒的过分长大。在铸坯进加热炉前先进行堆垛缓冷48小时以上。
步骤七中，粗轧阶段在奥氏体再结晶区轧制，轧制温度控制在1000～1060℃范围内；精轧阶段采用7架四辊CVC轧机进行连轧，终轧温度控制在830～870℃，通过累计大变形，增加形变奥氏体内的形变带和位错密度，增加相变形核点细化晶粒。
步骤八中，冷却速度控制在20～30℃/s；在400～550℃范围内进行卷取。
实施例3
本实施例的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法，基本结构同实施例2，不同和改进之处在于：采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸→热轧。经过LF炉外精炼后，钢中化学成分满足重量百分比(wt％)：C：0.12％～0.14％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.50％～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Cr：0.50％～0.70％、Cu：0.10％～0.40％、Ni：0.10％～0.30％、Mo：0.20％～0.50％、Nb：0.050％～0.070％、V：0.040～0.050％、Ti：0.010～0.020％、Als：0.020～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂。
表1所示为实验时，各实施例的化学成分。成分检测根据GB/T 4336《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)》进行。
表1本发明各实施例的化学成分
Figure BDA0003181932400000051
Figure BDA0003181932400000061
轧制工序采用板坯加热至1230～1270℃→高压水除鳞→2机架粗轧→7机架精轧→层流冷却→卷取，轧制工艺主要参数见表2所示。
表2轧制工序主要工艺参数
Figure BDA0003181932400000062
本发明试验钢的组织均为铁素体和少量马氏体，力学性能如表3所示。
表3本发明试验钢的非金属夹杂物
Figure BDA0003181932400000063
本发明试验钢的低温冲击性能良好，换算标准试样的冲击功见表4所示。
表4本发明试验钢的冲击功
Figure BDA0003181932400000064
Figure BDA0003181932400000071
综上所述，按照本发明提供的化学成分、热轧和工艺设计生产的连续油管用热轧钢带其屈服强度达到了750MPa以上，横向力学性能：屈服强度：782～809MPa，抗拉强度：1077～1143MPa，A50：12％～14.4％；纵向力学性能：屈服强度：770～806MPa，抗拉强度：1081～1141MPa，A50：13.3％～15.8％；产品屈强比低于0.75，具备良好的可变形能力；产品-20℃下冲击功大于30J，韧性良好。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种750MPa级连续油管用热轧钢带，其特征在于：其化学成分重量百分比含量为：C：0.12％～0.14％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.50％～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Cr：0.50％～0.70％、Cu：0.10％～0.40％、Ni：0.10％～0.30％、Mo：0.20％～0.50％、Nb：0.050％～0.070％、V：0.040～0.050％、Ti：0.010～0.020％、Als：0.020～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂；生产出的热轧钢带的厚度在3～5mm，其金相组织为铁素体+马氏体组织，晶粒度≥12级，带状组织≤1.5级，生产出的热轧钢带横向力学性能：屈服强度为782～809MPa、抗拉强度为1077～1143MPa；其纵向力学性能：屈服强度为770～806MPa、抗拉强度为1081～1141MPa；屈强比低于0.75。
2.制造如权利要求1所述的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、铁水预处理：控制脱硫后的铁水[S]≤0.0050％；
步骤二、转炉冶炼：氩站进行顶底强搅，强搅时间≥4min，强化过程脱P，出钢时进行脱氧合金化，加强挡渣操作；
步骤三、LF炉精炼：钢包顶渣充分还原，调成分至目标值或接近目标值，出站温度：1600～1615℃；
步骤四、RH炉精炼：真空度≤2.6mbar，真空时间≥12min，调整所有成分至目标值；
步骤五、连铸：设液相线温度为A，则中包目标温度＝A+(15～30)℃，连铸过程投用动态轻压下和电磁制动；
步骤六、加热：铸坯进入加热炉中进行加热，控制铸坯出炉温度在1230～1270℃，均热段保温时间不小于60min；
步骤七、轧制：轧制采用两阶段轧制，第一阶段是再结晶区域轧制，轧制温度控制在1000～1060℃；第二阶段是在未再结晶区域轧制，轧制温度控制在900～1000℃；
步骤八、轧后钢板层流冷却和卷取：层流冷却过程中投用边部遮挡装置4～6组，降低带钢边部温降，冷却到400～550℃进行卷取，冷却速度控制在20～30℃/s。
3.根据权利要求2所述的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法，其特征在于：在铸坯进加热炉前先进行堆垛缓冷48小时以上。
4.根据权利要求2所述的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法，其特征在于：步骤七中，粗轧阶段在奥氏体再结晶区轧制，轧制温度控制在1000～1060℃范围内。
5.根据权利要求2所述的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法，其特征在于：步骤七中，精轧阶段采用7架四辊CVC轧机进行连轧，终轧温度控制在830～870℃。
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