CN102260834A

CN102260834A - 一种抗h2s腐蚀油井管用热轧钢板及其制造方法

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Publication number: CN102260834A
Application number: CN2010101879728A
Authority: CN
Inventors: 李忠义; 朱涛; 王炜; 赵勇; 王立涛; 王莹; 饶添荣; 章海; 刘学华; 杨铮
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2011-11-30

Abstract

本发明公开了一种抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板及其制造方法，该钢板成分质量百分比为：C0.10-0.25％，Si0.20-0.60％，Mn0.50-1.80％，P≤0.015％，S≤0.008％，Cr0.40-1.00％，Ni≤0.35％，Cu≤0.50％，余量为Fe和不可避免的杂质，其制造方法包括转炉冶炼、经过钢包吹氩、LF炉精炼、RH真空处理和连铸、再加热后粗轧、再经连轧机组生产线进行热机械控轧、轧后采用管线钢钢专用高强度冷却工艺。本发明的抗H₂S应力腐蚀油套管热轧板卷具有优秀的抗HIC性能、较低的屈强比和极好的冲击韧性和延塑性，综合性能优良，生产工艺简单，能耗小。

Description

一种抗H<sub>2</sub>S腐蚀油井管用热轧钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于低合金控轧控冷钢板制造领域，特别是涉及一种抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板及其制造方法。

背景技术

石油工业对油井管的需求与消耗与日俱增。我国每年消费油井管约200万吨，占世界每年油井管消耗总量约16％。石油专用钢管的质量、性能对石油工业的发展关系重大。恶劣的服役条件对油井管专用板的强度、韧性和抗酸性介质腐蚀能力方面提出了极高的要求，必须重点考虑H₂S引起的氢损伤，包括硫化物应力开裂/应力腐蚀开裂(SSC/SCC)和氢致开裂/阶梯形裂纹(HIC/SWC)等。中国石油龙岗气田、中石化普天气田等川东北高含硫气田的开发对抗酸性介质腐蚀高等级油井管的需求非常迫切。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生产工艺简单、具有优良综合性能的抗H₂S腐蚀低合金控轧控冷热轧钢板，本发明的另一目的是提供该钢板的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板，其成分质量百分比为：C0.10-0.25％，Si0.20-0.60％，Mn0.50-1.80％，P≤0.015％，S≤0.008％，Cr0.40-1.00％，Ni≤0.35％，Cu≤0.50％，余量为Fe和不可避免的杂质。根据需要，可任意选择加入：Nb≤0.08％，V≤0.10％，Ti≤0.02％，Al≤0.065％，Ca0.002～0.003％。

一种制造抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板的方法，包括转炉冶炼、经过钢包吹氩、LF炉精炼、RH真空处理和连铸、再加热后粗轧、经连轧机组生产线进行热机械控轧、轧后采用管线钢专用高强度冷却工艺，所述热轧钢板制造方法的控轧控冷工艺制度为：(1)轧制道次分配一共15～17道次，在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控轧控冷，(1180～1220℃)加热-(1130～1170℃)初轧开轧-(1050～950℃)精轧开轧-(930～830℃)精轧终轧-(650～450℃)终止冷却并卷取；(2)精轧终轧后冷却方式为水幕层流冷却，水冷15℃～30℃/S。

本发明所涉及的油井管板卷在对低温韧性、焊接性能有严格要求的基础上，特别要求具有高的抗HIC性能，按照NACE TM0284规定采用A溶液进行HIC试验，要求试验结果应满足：CSR≤2％，CLR≤15％，CTR≤5％。因此，在成分、轧制工艺设计上的指导原则是：第一，控制碳含量的加入，并添加Cu、Cr、Ni元素的微合金化设计，以确保材料的耐腐蚀性能；第二，设计轧制、冷却工艺，综合微合金化、固溶强化和组织强化等方法，根据强度等级的需要，获得针状铁素体为主和少量的准多边形铁素体复相组织，同时提高强度和塑性；第四，通过超纯净冶炼最大限度降低S和P的含量，减少硫化锰夹杂来降低氢致诱发裂纹的形成点、提高韧性。

在TMCP工艺制度下，通过合理的成分设计，综合利用固溶强化、细晶强化和相变强化等强化方式，使轧制状态钢板强韧性能达到目标值。采用控制轧制+加速冷却的方式生产，通过高温奥氏体区形变再结晶、低温奥氏体未再结晶的变形以及轧后的加速冷却来区获得最佳晶粒细化和相变强化效果。特别是，通过控制轧制和控制冷却，在轧后实施高强度冷却(15℃～35℃/S)，获得针状铁素体为主和少量的准多边形铁素体复相组织，确保材料的耐腐蚀性能，屈强比控制在0.85以下，使其具有有良好的抗冲击性能，该钢板应用于高含硫气田的油井管的开发，其抗拉强度可达480MPa以上，屈服强度可达380MPa以上，延伸率(A₅₀)可达30％以上，10×10×55mm全尺寸试样-20℃夏比冲击功大于150J、-20℃夏比冲击剪切面积(SA％)100％。

本发明的管线钢的晶粒尺寸细小，晶粒度11～13级，组织均匀，因而具有更高韧性和更好的焊接性能，而且比常规多边形铁素体为主体的铁素体珠光体钢具有更好的抗硫化氢腐蚀、氢诱发裂纹性能和抗大气腐蚀性能。

综上所述，本发明抗H₂S应力腐蚀油套管热轧板卷具有优秀的抗HIC性能、较低的屈强比和极好的冲击韧性和延塑性，综合性能优良，生产工艺简单，能耗小。

具体实施方式

实施例1

实施例1抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板的化学成分见表1，经300吨转炉冶炼，经过钢包吹氩、LF炉精炼、RH真空处理和连铸，再加热后，进入两机架R1和R2粗轧，再经7机架连轧机组生产线进行热机械控轧，轧后采用高强度冷却工艺，热轧厚度规格4.2mm。抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板的控轧控冷工艺制度为：(1)轧制道次分配一共17道次，在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控轧控冷，1190℃加热→1135℃初轧开轧→粗轧终轧温度1090℃→精轧入口温度1030℃→1000℃精轧开轧→913℃精轧终轧→620℃终止冷却并卷取；(2)精轧终轧冷却方式为水幕层流冷却，水冷15℃～25℃/S。

实施例2

实施例2抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板的化学成分见表1，经300吨转炉冶炼，经过钢包吹氩、LF炉精炼、RH真空处理和连铸，再加热后，进入两机架R1和R2粗轧，再经7机架连轧机组生产线进行热机械控轧，轧后采用高强度冷却工艺，热轧厚度规格4.2mm。抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板的控轧控冷工艺制度为：(1)轧制道次分配一共16道次，在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控轧控冷，1220℃加热→1165℃初轧开轧→粗轧终轧温度1089℃→精轧入口温度1022℃→950℃精轧开轧→830℃精轧终轧→480℃终止冷却并卷取；(2)精轧终轧冷却方式为水幕层流冷却，水冷20-30℃/S。

实施例3

实施例3抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板的化学成分见表1，经300吨转炉冶炼，经过钢包吹氩、LF炉精炼、RH真空处理和连铸，再加热后，进入两机架R1和R2粗轧，再经7机架连轧机组生产线进行热机械控轧，轧后采用高强度冷却工艺，热轧厚度规格4.2mm。抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板的控轧控冷工艺制度为：(1)轧制道次分配一共17道次，在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控轧控冷，1200℃加热→1155℃初轧开轧→粗轧终轧温度1078℃→精轧入口温度1025℃→980℃精轧开轧→900℃精轧终轧→560℃终止冷却并卷取；(2)精轧终轧冷却方式为水幕层流冷却，水冷20-30℃/S。

实施例4

实施例4抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板的化学成分见表1，经300吨转炉冶炼，经过钢包吹氩、LF炉精炼、RH真空处理和连铸，再加热后，进入两机架R1和R2粗轧，再经7机架连轧机组生产线进行热机械控轧，轧后采用高强度冷却工艺，热轧厚度规格4.2mm。抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板的控轧控冷工艺制度为：(1)轧制道次分配一共15道次，在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控轧控冷，1190℃加热→1145℃初轧开轧→粗轧终轧温度1083℃→精轧入口温度1015℃→990℃精轧开轧→930℃精轧终轧→590℃终止冷却并卷取；(2)精轧终轧冷却方式为水幕层流冷却，水冷15℃～25℃/S。

表1实施例的化学成份要求(熔炼分析)Wt％

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Ti	Als	Nb	V	Ca
														1	0.11	0.29	0.60	0.015	0.002	0.93	0.11	0.29	/	/	/	/	/
2	0.23	0.52	1.72	0.012	0.005	0.42	0.21	0.48	/	/	/	/	/
														3	0.15	0.38	1.04	0.010	0.008	0.56	0.35	0.21	0.014	0.020	0.04	0.03	0.002
4	0.22	0.43	1.21	0.009	0.002	0.78	0.18	0.19	0.016	0.052	0.07	0.08	0.003

实施例金相检验结果见表2，机械性能检验结果见表3。

对4组实施例所得试样，进行HIC试验，试验按照NACE TM0284-2003标准进行，经过96小时H2S饱和溶液(A溶液)浸泡，抗HIC性能检验结果见表4所示，达到CLR≤15％、CTR≤5％、CSR≤2％要求。

表2实施例显微组织检验结果

实施例	显微组织	实际晶粒度 (级)	带状组织 (级)
				1	针状铁素体+少量的准多边形铁素体	11.5	2.0
2	针状铁素体+少量的准多边形铁素体	11.5	2.0
				3	针状铁素体+少量的准多边形铁素体	13.0	2.0
4	针状铁素体+少量的准多边形铁素体	12.0	2.0

表3实施例的力学性能检验结果

表4实施例的HIC性能检验结果

Claims

1.一种抗H₂S腐蚀油井管用热轧钢板，其成分质量百分比为：C0.10-0.25％，Si0.20-0.60％，Mn0.50-1.80％，P≤0.015％，S≤0.008％，Cr0.40-1.00％，Ni≤0.35％，Cu≤0.50％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的热轧钢板，其特征在于：其成分还包含Nb≤0.08％，V≤0.10％，Ti≤0.02％，Al≤0.065％，Ca0.002～0.003％。

3.一种制造如权利要求1或2所述热轧钢板的方法，包括转炉冶炼、经过钢包吹氩、LF炉精炼、RH真空处理和连铸、加热后粗轧、再经连轧机组生产线进行热机械控轧、轧后采用管线钢钢专用高强度冷却工艺，其特征在于：所述热轧钢板制造方法的控轧控冷工艺制度为：(1)轧制道次分配一共15～17道次，在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控轧控冷，(1180～1220℃)加热-(1130～1170℃)初轧开轧-(1000～950℃)精轧开轧-(930～830℃)精轧终轧-(650～450℃)终止冷却并卷取；(2)精轧终轧冷却方式为水幕层流冷却，水冷15℃～30℃/S。