WO2018086394A1 - 一种连铸坯生产深海采油井口装置用LS-CrNiMo30C钢锻材的工艺 - Google Patents

一种连铸坯生产深海采油井口装置用LS-CrNiMo30C钢锻材的工艺 Download PDF

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许晓红
邵淑艳
黄镇
聂爱诚
冀鸰
朱国荣
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Definitions

  • the present invention belongs to the technical field of steel forging production, and relates to a method for producing a LS-CrN iMo30C steel forging material for a deep sea production wellhead device by continuous casting blank.
  • the deep sea oil production wellhead consists of a casing head, a tubing head and a production tree. It is an important equipment for oil and gas production. It is mainly used to control the pressure of the production wellhead and regulate the flow of oil (gas) water wells. The pros and cons are related to whether oil and gas wells can be produced safely and efficiently.
  • the steel for deep-sea oil production wellheads is mostly forged by steel-casting ingots.
  • the production is because the internal quality of steel ingots is better than continuous casting billets (especially alloy steels containing a certain amount of Cr, Ni, Mo, etc.), after forging
  • the bar can meet the high ultrasonic flaw detection and mechanical properties requirements of the deep sea production wellhead device.
  • the continuous casting slab is different from the casting ingot in the casting method and the solidification principle of the steel.
  • the internal quality of the slab has the characteristics of poor compactness and segregation weight. Therefore, the forged material produced by the slab cannot generally meet the requirements for the use of steel for deep sea production wellhead devices. .
  • the technical problem to be solved by the present invention is to improve the internal quality of ⁇ 6 00mm continuous casting slab of LS-CrNiMo30C steel according to the above prior art, and adopt a reasonable forging process to replace the die casting ingot to produce ⁇ 300-4 00mm specification.
  • the internal quality meets the D/d level ultrasonic flaw detection requirements of SEP 1921 standard, and the mechanical properties meet the requirements of API SPEC 6A standard.
  • molten steel smelting LS-CrNiMo30C uses medium carbon low alloy CrNiMo steel, the chemical composition weight percentage of steel is C: 0.25-0.40%, Si: 0.15-0.40%, Mn: 0.80 ⁇ 1.30 ⁇ 3 ⁇ 4, P : ⁇ 0.010%, S: ⁇ 0.008%, Cr: 0.85 ⁇ 1.55 ⁇ 3 ⁇ 4, Mo: 0.30 ⁇ 0.65 ⁇ 3 ⁇ 4, Ni: 0.80 ⁇ 1.40 ⁇ 3 ⁇ 4, V: 0.02 ⁇ 0.08 ⁇ 3 ⁇ 4, Nb: 0.02 ⁇ 0.05 ⁇ 3 ⁇ 4, Cu ⁇ 0.25%, B ⁇ 0.0005%, H ⁇ 0.0002%, the balance is iron and unavoidable impurity elements.
  • the molten iron is pretreated by KR, and then processed by BOF converter, LF refining and RH vacuum degassing.
  • slab low-fold structure According to the YB/T4149 standard Appendix A rating: center loose ⁇ 2.0, center crack ⁇ 1.0, shrinkage hole ⁇ 1.0 Class, it is strictly forbidden to have intermediate cracks, white spots, and turning defects;
  • the lower part is pulled out, the forging pressure is infiltrated into the core to improve the internal quality, then the drawing is continued and the outer circle is inverted, and finally finished to the finished product size; the forged material is ⁇ 500° after the line is taken off.
  • the high temperature sand is buried slowly, and the temperature is lowered to below 200 °C.
  • the furnace After °C, the furnace is released, and it is cooled to room temperature.
  • the present invention has the beneficial effects compared with the prior art process of forging steel ingots for producing LS-CrNiMo30C steel forgings.
  • Embodiment 1 is a low-fold structure of a ⁇ 350 ⁇ specification forged round steel produced by continuous casting billet according to Embodiment 1 of the present invention
  • Example 2 is a low-magnification structure of a D390mm-sized forged round steel produced by the continuous casting billet of Example 2 of the present invention.
  • the chemical composition of the LS-CrNiMo30C steel forging material satisfies C: 0.25-0.40%, Si: 0.15-0.40%, Mn
  • the material is selected from LS-CrNiMo30C steel;
  • the temperature of the lower line into the pit is 550 °C, and the heat preservation time is 36 hours. After the slow cooling out of the pit, the continuous casting billet is used to detect the low-fold structure.
  • the rating is as follows: Center Loose 1.0, center Crack 0, shrinkage 0, no intermediate cracks, white spots, flipping and other defects.
  • the material is selected from LS-CrNiMo30C steel.
  • the intermediate slab forging uses a large reduction of 70- 80mm is about 410mm long, so that the forging pressure penetrates into the core to improve the internal quality, then continue to lengthen and pour the outer circle to ⁇ 400 ⁇ circle, and finally finish to the finished product size O390mm round, the forged material is air cooled to 550 °C The sand is slowly cooled, and the temperature drops below 200 °C.
  • the present invention includes other embodiments, and any technical solutions formed by equivalent transformation or equivalent replacement are included in the scope of protection of the present invention.

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Abstract

一种用连铸坯生产深海采油井口装置用LS-CrNiMo30C钢锻材的工艺，采用Φ600mm规格连铸圆坯生产锻造圆钢，工艺包括钢水冶炼、连铸、锻造、退火、冷却等步骤，锻造时铸坯加热的升温速度≤200℃/h，锻造加热温度1200～1250℃，始锻温度高于1150℃，终锻温度不低于850℃；锻材下线后≥500℃高温沙埋缓冷，待温度降至200℃以下后出坑缓冷。

Description

发明名称：一种连铸坯生产深海釆油井口装置用 LS-CrNiMo30C钢 锻材的工艺
技术领域
[0001] 本发明属于钢锻材生产技术领域， 涉及连铸坯生产深海采油井口装置用 LS-CrN iMo30C钢锻材的方法。
背景技术
[0002] 深海采油井口装置由套管头、 油管头和采油树三部分组成， 是油气生产的重要 设备， 主要用于控制生产井口的压力和调节油 （气） 水井的流量等， 其性能的 优劣关系到油气井能否安全、 高效地生产。
[0003] 目前深海采油井口装置用钢多采用模铸钢锭锻造成材， 生产因为钢锭的内部质 量优于连铸坯 （特别是含有一定量的 Cr、 Ni、 Mo等合金钢） ， 其锻造后的棒材 能够满足深海采油井口装置需求的较高超声波探伤及力学性能要求。 而连铸坯 与模铸锭相比钢水的浇铸方式及钢的凝固原理不同， 铸坯内部质量存在致密性 差、 偏析重特点， 因此其生产的锻材一般无法满足深海采油井口装置用钢使用 要求。 但采用模铸方式生产锻材每支钢锭均需要切除冒口及锭尾， 锻造成材率 仅 80%左右， 而连铸方式生产锻材数炉钢一个浇次， 因铸坯成坯率高， 锻造成材 率达 90%以上， 生产效率高、 成本低。 因此提高连铸坯内部质量， 控制铸坯锻造 生产工艺， 以连铸坯代替模铸锭生产深海采油井口装置用锻材是较好的发展方 向。
技术问题
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术通过提高 LS-CrNiMo30C钢 Φ6 00mm连铸坯内部质量， 采用合理的锻造工艺， 以连铸坯代替模铸锭生产 Φ300-4 00mm规格锻造圆钢， 内部质量满足 SEP 1921标准的 D/d级别超声探伤要求， 力 学性能满足 API SPEC 6A标准的要求。
问题的解决方案 技术解决方案
[0005] 本发明解决上述问题所采用的技术方案为： 一种连铸坯生产深海采油井口装置 用 LS-CrNiMo30C钢锻材的工艺， 包括如下步骤
[0006] 1) 钢水冶炼： LS-CrNiMo30C采用中碳低合金 CrNiMo钢， 钢的化学成分重量 百分数为 C: 0.25—0.40%, Si: 0.15—0.40% , Mn: 0.80〜1.30<¾， P: <0.010% ， S: <0.008% , Cr: 0.85〜1.55<¾， Mo: 0.30〜0.65<¾， Ni: 0.80〜1.40<¾， V： 0 .02〜0.08<¾， Nb: 0.02〜0.05<¾， Cu<0.25%, B<0.0005%, H<0.0002%, 余量为 铁及不可避免的杂质元素， 铁水先进行 KR预处理， 经 BOF转炉冶炼、 LF精炼及 RH真空脱气处理， 生产出低11、 低8、 P的 LS-CrNiMo30C钢， 最终按 P≤0.010<¾ 、 S≤0.005<¾、 H≤1.5ppm的要求控制出钢；
[0007] 2) 连铸： 采用氩气保护， 结晶器 M-EMS和末端 F-EMS复合电磁搅拌， 配合二 冷水并低拉速浇注， 严格控制过热度 20-35°C， 减少柱状晶、 扩大等轴晶， 防止 柱状晶发达从而细化晶粒， 降低钢结晶过程中偏析程度， 充分保证内在组织的 均匀致密性， （D600mm连铸坯≥500°C高温下线并入缓冷坑， 在保温坑中保持≥36 h， 出坑后及吋锻造； 连铸坯低倍组织： 按 YB/T4149标准的附录 A评级满足： 中 心疏松≤2.0级、 中心裂纹≤1.0级、 缩孔≤1.0级， 严禁有中间裂纹、 白点、 翻皮缺 陷；
[0008] 3) 锻造： 将铸坯加热， 升温速度≤200°01， 锻造加热温度 1200-1250°C， 并保 证铸坯透烧， 始锻温度高于 1150°C， 终锻温度不低于 850°C， 连铸坯出炉后采用 1 400T液压机双工位自由锻造， 锻造过程中及吋去氧化皮， 初幵坯采用小压下量 拔方， 防止出现表面裂纹， 中间幵坯采用大压下量拔方， 使锻压力渗透到芯部 ， 以提高内部质量， 随后继续拔方并倒外圆， 最后精整至成品尺寸； 锻材下线 后≥500°。高温沙埋缓冷， 待温度降至 200°C以下后出坑缓冷；
[0009] 4) 锻材去应力退火处理： 退火温度 650-700°C， 保温 12h以上， 随炉冷却至 300
°C以下后出炉， 空冷至室温；
[0010] 5) 检验： 每支锻材切掉头、 尾部， 逐支按 SEP 1921标准的 D/d级别超声波探伤 检验合格； 按批次进行力学性能检验， 拉伸、 冲击、 硬度等要满足 API SPEC 6A 标准的要求。 发明的有益效果
有益效果
[0011] 与现有技术相比， 本发明的优点在于：
[0012] 与现有模铸钢锭锻造生产 LS-CrNiMo30C钢锻材的工艺相比， 本发明有益效果
[0013] 1) 采用" KR-BOF-LF-RH-CCM"冶炼及连铸工艺生产， 自动化和机械化程度高
， 改善了工作条件， 提高了生产效率。
[0014] 采用晶器 M-EMS和末端 F-EMS复合电磁搅拌技术， 提高连铸坯内部质量， 通过 控制锻造加热工艺和幵坯下压量， 生产出内部质量较好的 Cr、 Ni、 Mo系深海采 油装置用锻材， 以连铸坯代替模铸钢锭锻造， 提高了成材率， 成本优势明显。 对附图的简要说明
附图说明
[0015] 图 1为本发明实施例 1连铸坯生产的 Φ350ηηη规格锻造圆钢低倍组织；
[0016] 图 2为本发明实施例 2连铸坯生产的 (D390mm规格锻造圆钢低倍组织。
实施该发明的最佳实施例
本发明的最佳实施方式
[0017] 以下结合附图实施例对本发明所述的深海采油井口装置用 LS-CrNiMo30C钢锻 材生产工艺作进一步详细描述。
[0018] LS-CrNiMo30C钢锻材的化学成分满足 C: 0.25—0.40% , Si: 0.15—0.40%, Mn
： 0.80〜1.30<¾， P: <0.010% , S: <0.008%, Cr: 0.85〜1.55<¾， Mo: 0.30〜0.6
5% , Ni: 0.80〜1.40<¾， V： 0.02〜0.08<¾， Nb: 0.02〜0.05<¾， Cu<0.25% , B<0.
0005% , H<0.0002% , 余量为铁及不可避免的杂质元素。
[0019] 实施例 1
[0020] 材料选用 LS-CrNiMo30C钢；
[0021] 1) 冶炼： 铁水需先经 KR预处理进行脱 S、 脱 Si， 入转炉前 S=0.005<¾， BOF转 炉冶炼主要脱 P、 脱 C和升温， 出钢后加入合金。 在 LF精炼过程中微调钢水成分 ， 脱氧、 脱8、 去夹杂。 在经过 RH真空脱气处理后， 破空定 H=0.8ppm。 [0022] 2) 连铸： 钢水在浇注过程中全程氩气保护， 过热度控制在 25°C， 采用结晶器（ M-EMS)和末端 (F-EMS)复合电磁搅拌技术生产 (D600mm连铸圆坯， 下线入坑温 度 550°C， 保温吋间 36小吋， 缓冷出坑后取连铸坯检测低倍组织， 按 YB/T4149标 准的附录 A评级检验： 中心疏松 1.0级、 中心裂纹 0级、 缩孔 0级， 无中间裂纹、 白点、 翻皮等缺陷。
[0023] 3) 锻造： Φ600ηηη连铸圆坯冷装入炉加热至 1220°C， 升温速度≤200°01， 保温 5h， 始锻温度 1150°C， 终锻温度不低于 850°C， 连铸坯出炉后采用 1400T液压机 双工位自由锻造， 锻造过程中及吋去氧化皮， 初幵坯锻造压下量 20-30mm拔长约 550mm方， 中间幵坯锻造采用大压下量 70-80mm拔长约 400mm方， 使锻压力渗 透到芯部， 以提高内部质量， 随后继续拔长并倒外圆至 Φ370ηηη圆， 最后精整至 成品尺寸 <D350mm圆， 锻材下线空冷至 550°C埋沙缓冷， 温度降至 200°C以下出坑
[0024] 4) 退火： 锻材缓冷出坑后进行去应力退火处理， 退火温度 660°C， 吋间≥12h， 然后随炉冷却至 300°C以下出炉， 空冷至室温， 检测的低倍组织如图 1所示。
[0025] 5) 检验： 每支锻材切掉头、 尾部， 逐支按 SEP 1921标准的 D/d级别超声波探伤 检验合格； 按批次进行力学性能检验， 拉伸、 冲击、 硬度等满足 API SPEC 6A标 准的要求。
[0026]
[0027] 实施例 2
[0028] 材料选用 LS-CrNiMo30C钢。
[0029] 1) 冶炼： 铁水需先经 KR预处理进行脱 S、 脱 Si， 入转炉前 S=0.003<¾， BOF转 炉冶炼主要脱 P、 脱 C和升温， 出钢后加入合金。 在 LF精炼过程中微调钢水成分 ， 脱氧、 脱8、 去夹杂。 在经过 RH真空脱气处理后， 破空定 H=1.0ppm。
[0030] 2) 连铸： 钢水在浇注过程中全程氩气保护， 过热度 27°C， 采用结晶器 (M-EMS )和末端 (F-EMS)复合电磁搅拌技术生产 (D600mm连铸圆坯， 下线入坑温度 580°C ， 保温吋间 40h， 缓冷出坑后取连铸坯检测低倍组织， 按 YB/T4149标准的附录 A 评级检验： 中心疏松 1.5级、 中心裂纹 0.5级、 缩孔 0级， 无中间裂纹、 白点、 翻 皮等缺陷。 [0031] 3) 锻造： Φ600ηηη连铸圆坯冷装入炉加热至 1220°C， 升温速度≤200°01， 保温 5h， 始锻温度 1120°C， 终锻温度不低于 850°C， 连铸坯出炉后采用 1400T液压机 双工位自由锻造， 锻造过程中需及吋去氧化皮， 初幵坯锻造压下量 20-30mm拔长 约 550mm方， 中间幵坯锻造采用大压下量 70-80mm拔长约 410mm方， 使锻压力 渗透到芯部， 以提高内部质量， 随后继续拔长并倒外圆至 Φ400ηηη圆， 最后精整 至成品尺寸 O390mm圆， 锻材下线空冷至 550°C埋沙缓冷， 温度降至 200°C以下出 坑。
[0032] 4) 退火： 锻材缓冷出坑后进行去应力退火处理， 退火温度 660°C， 吋间≥12h， 然后随炉冷却至 300°C以下出炉， 空冷至室温， 检测的低倍组织如图 2所示。
[0033] 5) 检验： 每支锻材切掉头、 尾部， 逐支按 SEP 1921标准的 D/d级别超声波探伤 检验合格； 按批次进行力学性能检验， 拉伸、 冲击、 硬度等满足 API SPEC 6A标 准的要求。
[0034] 除上述实施例外， 本发明还包括有其他实施方式， 凡采用等同变换或者等效替 换方式形成的技术方案， 均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

权利要求书
[权利要求 1] 一种连铸坯生产深海采油井口装置用 LS-CrNiMo30C钢锻材的工艺， 其特征在于： 包括如下步骤
1) 钢水冶炼： LS-CrNiMo30C采用中碳低合金 CrNiMo钢， 钢的化学 成分重量百分数为 C: 0.25—0.40% , Si: 0.15—0.40%, Mn: 0.80〜1. 30% , P: <0.010%, S: <0.008% , Cr: 0.85〜1.55<¾， Mo: 0.30〜0. 65% , Ni: 0.80〜1.40<¾， V： 0.02〜0.08<¾， Nb:
0.02—0.05% , Cu<0.25% , B<0.0005% , H<0.0002% , 余量为铁及不 可避免的杂质元素， 铁水先进行 KR预处理， 经 BOF转炉冶炼脱 P脱 C 和升温， 出钢后加入合金、 LF精炼及 RH真空脱气处理， 生产出低 H 、 低8、 P的 LS-CrNiMo30C钢， 最终按 P≤0.010<¾、 S≤0.005<¾、 H<1.5 ppm的要求控制出钢；
2) 连铸： 采用氩气保护， 结晶器 M-EMS和末端 F-EMS复合电磁搅拌 ， 配合二冷水并低拉速浇注， 严格控制过热度 20-35°C， 减少柱状晶
、 扩大等轴晶， 防止柱状晶发达从而细化晶粒， 降低钢结晶过程中偏 析程度， 充分保证内在组织的均匀致密性， Φ600ηηη连铸坯≥500°C高 温下线并入缓冷坑， 在保温坑中保持≥361， 出坑后及吋锻造； 连铸 坯低倍组织： 按 YB/T4149标准的附录 A评级满足： 中心疏松≤2.0级、 中心裂纹≤1.0级、 缩孔≤1.0级， 严禁有中间裂纹、 白点、 翻皮缺陷；
3) 锻造： 将铸坯加热， 升温速度≤200°01， 锻造加热温度 1200-1250 °C， 并保证铸坯透烧， 始锻温度高于 1150°C， 终锻温度不低于 850°C
， 连铸坯出炉后采用 1400T液压机双工位自由锻造， 锻造过程中及吋 去氧化皮， 初幵坯采用小压下量拔方， 防止出现表面裂纹， 中间幵坯 采用大压下量拔方， 使锻压力渗透到芯部， 以提高内部质量， 随后继 续拔方并倒外圆， 最后精整至成品尺寸； 锻材下线后≥500°C高温沙 埋缓冷， 待温度降至 200°C以下后出坑缓冷；
4) 锻材去应力退火处理： 退火温度 650-700°C， 保温 12h以上， 随炉 冷却至 300°C以下后出炉， 空冷至室温； 5) 检验： 每支锻材切掉头、 尾部， 逐支按 SEP 1921标准的 D/d级别 超声波探伤检验合格； 按批次进行力学性能检验， 拉伸、 冲击、 硬度 等要满足 API SPEC 6A标准的要求。
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