CN113789474A - 一种经济型非开挖钻杆用无缝钢管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种经济型非开挖钻杆用无缝钢管，成分按重量百分比规定如下C：0.27％～0.35％、Si：0.26％～0.42％、Mn：1.10％～1.30％、Cr：0.55％～0.75％、Mo：0.07％～0.15％、Al：0.020％～0.045％、P：≤0.015％、S：≤0.010％，其余为铁和不可避免杂质。本发明通过合理控制C含量，添加Cr、Mo合金，控制硫磷含量，采用连轧方法，淬火+回火的热处理方法，改善其冲击性能和拉伸性能，冲击韧性≥90J，屈服强度≥950MPa，抗拉强度≥1000MPa，且可大大降低产品成本。
Description
技术领域
本发明涉及无缝管制造领域，特别是经济型非开挖钻杆用无缝钢管及其制造方法。
背景技术
在工程施工中，往往需要在地下一定深处安置某种用途的管道或线缆，就须在地面向下开挖管道安装的地沟，然后再回填。但在某些情况下，这种开挖地沟的方式成本很高，或者实际上是不允许的。这就需要新型的技术方法，不必在地面开挖管道安装地沟而直接在地下施工，非开挖钻探就是能够直接在地下进行一定范围、规格管道安装施工的现代化技术。非开挖钻探所用到的关键工具——钻杆就是采用无缝钢管制作而成。非开挖钻杆大多采用石油钻杆的生产加工工艺，并对杆体管端进行加厚而成，之后端部需螺纹车丝或与接头焊接。因此，钻杆用管的良好力学性能成为钻杆连接稳定性的关键因素。对于高强度级别的一般加入了较多的Cr、Mo合金元素，生产成本偏高。
中国专利号CN103820737的专利公开了“一种非开挖钻杆用钢”通过控制成分C0.26％～0.29％、Si0.17％～0.37％、Mn1.05％～1.30％、Cr0.80％～1.10％，Mo0.20％～0.25％、V0.07％～0.15％、Cu≤0.1％、As≤0.010％、Sn≤0.010％、Pb≤0.003％、Sb≤0.010％，余量为Fe和不可避免的杂质。该发明Cr、Mo、V添加含量较高，成本较高，力学性能虽达到135Ksi级别，但冲击性能较低。
中国专利号CN112226694的专利公开了“一种非开挖钻杆及其热处理工艺”，该发明涉及一种非开挖钻杆及其热处理工艺，所述非开挖钻杆中以质量百分含量计包括：C0.30～0.33％，Si 0.15～0.35％，Mn 0.95～1.2％，Cr 0.95～1.2％，Mo 0.3～0.38％，P≤0.015％，S≤0.005％，V≤0.2％，余量为Fe；所述热处理工艺包括：对所述非开挖钻杆依次进行淬火、水淬、回火和冷却。同样该发明添加了较高含量的Cr、Mo、V，成本高，且该发明未明确强度级别，冲击韧性略低。
中国专利号CN105861932的专利公开了“一种超高强度超高韧性钻杆接头及其制造方法”，该发明公开了一种超高强度超高韧性钻杆接头，其化学元素质量含量为：C：0.33～0.40％；Si：0.1～0.5％；Mn：0.7～1.5％；Cr：0.7～1.5％；Mo：0.82～0.98％；V：0.01～0.10％；Nb：0.01～0.05％；P≤0.015％；S≤0.005％；其余为Fe和不可避免的杂质；本发明还公开了一种上述超高强度超高韧性钻杆接头的制造方法。该发明添加了Cr、Mo、V、Nb等多处合金元素，虽强度韧性性能优良，但合金添加量大，成本高，应用领域为石油勘探钻杆接头使用，不适合大量在非开挖领域使用该钻杆。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种经济型非开挖钻杆用无缝钢管，具有良好的经济性和综合力学性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种经济型非开挖钻杆用无缝钢管，成分按重量百分比规定如下C：0.27％～0.35％；Si：0.26％～0.42％；Mn：1.10％～1.30％；Cr：0.55％～0.75％；Mo：0.07％～0.15％；Al：0.020％～0.045％；P≤0.015％；S≤0.010％；其余为铁和不可避免杂质。
成分作用：
C是碳化物形成元素，可以提高钢的强度，为保证必要强度下限定位0.27％，但碳含量太高会加剧带状产生，影响冲击性能，所以上限定为0.35％。
Si是有效的脱氧元素，含量过低会缺乏脱氧效果，过高又会降低钢的韧性，因此，选择0.26～0.42％作为Si的合金含量范围。
Mn是奥氏体形成元素，用于提高钢的强度，可以弥补因碳含量降低而损失的屈服强度，Mn在提高强度的同时，还可以提高钢的韧性，降低韧脆转变温度。
Cr可以形成稳定的碳化物，减缓碳的扩散生成紧固的氧化皮，可降低脱碳作用。Cr可提高钢的淬透性，与Mo元素共同作用可是淬透性进一步提高，有利于提高钢的强度。Cr过高增加回火脆性，过低则强化作用降低，因此Cr范围选定为0.55～0.75％。
Al在钢中与氧、氮有很大的亲和力，与氮结合形成的AlN能细化晶粒，抑制低碳钢的时效并提高钢的韧性。
Mo可以通过弥散分布在颗粒基体表面，从而抑制晶粒粗化，并阻断碳化物形成元素在颗粒和基体间的扩散。这种机制极大程度阻止析出强化的降低。Mo可以有效地提高所谓的回火抗力，这弥补了强度的降低。但Mo的大量添加会大大增加产品成本，过低又无法起到强化作用，因此Mo范围选定为0.07～0.15％。
P为杂质元素，其促进中心偏析，显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的韧脆转变温度，同时还会恶化钢的焊接性能，应尽量降低其含量，要求P含量不超过0.015％。
S为杂质元素，易形成硫化物，影响非开挖钻杆的冲击韧性，当S≥0.012％时，冲击韧性明显降低，本发明要求S含量不超过0.010％。
一种经济型非开挖钻杆用无缝钢管制造方法，包括：
1)转炉冶炼、炉外精炼LF+VD、方坯连铸、冷却至室温后进加热炉，连轧得到管坯，经方坯连轧管坯，得到的管坯经过环形炉加热到1255℃～1275℃，采用穿孔、连轧、定径工艺轧制成钢管，穿孔温度1210℃～1240℃，定径温度控制在760℃～820℃，轧制延伸系数控制在6.8以上，钢管外径88.9mm～168mm，壁厚在5mm～20mm；
2)淬火+回火热处理，采用步进热处理炉，淬火加热温度870℃～910℃，淬火保温时间不低于40min，回火加热温度490℃～510℃，回火保温时间不低于50min。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1)由于Cr、Mo合金价格昂贵，而实现减少添加量且保证良好力学性能具有很大难度，本发明通过合理控制C含量，添加适量Cr、Mo合金，控制硫磷含量，采用连轧方法，淬火+回火的热处理方法，改善其冲击性能和拉伸性能，冲击韧性≥90J,，屈服强度≥950MPa，抗拉强度≥1000MPa，且可大大降低产品成本。与现有产品相比，具有良好力学性能，更具经济性，可广泛用于135ksi非开挖钻杆使用。
2)6.8以上的轧制延伸系数可以细化钢管内部的晶粒度，晶粒越细，金属材料的强度、硬度越高，塑性、韧性越好。随着晶粒的细化，晶界越多、越曲折，晶粒与晶粒之间咬合的机会就越多，越不利于裂纹的传播和发展，有利于提高本发明产品的冲击性能。
3)本发明淬火+回火热处理后组织均匀、力学性能优良。
4)本发明产品的制造工艺易于实现，产品性能的均匀性、稳定性好，在非开挖领域应用良好，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明实施例1金相组织照片，组织为回火索氏体。
图2是本发明实施例2金相组织照片，组织为回火索氏体。
图3是本发明实施例3金相组织照片，组织为回火索氏体。
图4是本发明实施例4金相组织照片，组织为回火索氏体。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进一步说明：
非开挖钻杆用钢管的化学成分见表1；
表1：实施例钢的化学成分(wt％)
注：余量为铁及不可避免杂质
轧制方法见表2；
表2：实施例钢的轧制参数
热处理方法见表3；
表3：实施例钢的热处理参数
实施例钢的拉伸性能见表4；
表4：实施例钢的拉伸性能
冲击性能见表5；
表5：实施例冲击性能
实施例3、4钢的冲击性能见表6；
表6：实施例4、5钢的冲击性能
本发明的无缝钢管具有优良的力学性能，具有良好的冲击性能，金相组织为回火索氏体，保证屈服强度≥950MPa，抗拉强度≥1000MPa，常温冲击性能3/4尺寸试样≥90J，1/2尺寸试样≥70J。本发明具有良好的经济性和综合力学性能，可以广泛应用于非开挖钻杆用钢管的使用。
对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行改进与修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种经济型非开挖钻杆用无缝钢管，其特征在于，冲击韧性≥90J，屈服强度≥950MPa，抗拉强度≥1000MPa，成分按重量百分比规定如下C：0.27％～0.35％；Si：0.26％～0.42％；Mn：1.10％～1.30％；Cr：0.55％～0.75％；Mo：0.07％～0.15％；Al：0.020％～0.045％；P≤0.015％；S≤0.010％；其余为铁和不可避免杂质。
2.一种经济型非开挖钻杆用无缝钢管制造方法，其特征在于，包括：
1)转炉冶炼、炉外精炼LF+VD、方坯连铸、冷却至室温后进加热炉，连轧得到管坯，经方坯连轧管坯，得到的管坯经过环形炉加热到1255℃～1275℃，采用穿孔、连轧、定径工艺轧制成钢管，穿孔温度1210℃～1240℃，定径温度控制在760℃～820℃，轧制延伸系数控制在6.8以上，钢管外径88.9mm～168mm，壁厚在5mm～20mm；
2)淬火+回火热处理，采用步进热处理炉，淬火加热温度870℃～910℃，淬火保温时间不低于40min，回火加热温度490℃～510℃，回火保温时间不低于50min。
3.根据权利要求1所述的一种经济型非开挖钻杆用无缝钢管，其特征在于，非开挖钻杆用无缝钢管的冲击韧性≥90J,，屈服强度≥950MPa，抗拉强度≥1000MPa。
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