CN102899581B - 一种ct80级连续油管用钢材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油管钢制造技术领域，特别涉及一种CT80级连续油管用钢材料及其制造方法，该钢的化学组分按质量百分比为碳0.11~0.13%，硅0.30~0.40%，锰0.70~0.90%，铬0.50~0.60%，镍≤0.25%，钼0.13~0.15%，铜0.30~0.40%，铌0.02~0.04%，余量为铁及不可避免的杂质，其中，所述的杂质中氮≤0.004%，磷≤0.015%，硫≤0.005%。其制造方法为：将合金进行熔炼，在熔炼过程采用实芯金属钙包芯线进行终脱氧，形成铸锭后进行控轧控冷轧制，成品为4.5mm带材。本发明脱氧完全，晶粒细小且组织均匀，钢的屈服强度、延伸率和硬度值较好。
Description
技术领域
本发明属于油管钢制造技术领域，特别涉及一种CT80级连续油管用钢材料及其制造方法。
背景技术
连续油管(Coiled Tubing,简称CT)又被称作挠性油管、盘管或蛇形管，是相对于用螺纹连接下井的常规油管而言的，是由若干段长度在百米以上的柔性管道通过对焊或斜焊工艺焊接而成的没有接头的连续管，总长度可达到几百米或几千米。最近几年，国内各大油田纷纷引进连续油管进行相关的油田作业，对CT技术的依赖性逐渐加大。
连续油管用钢最初是以碳钢为主，由于当时的CT材料的强度不高，且焊缝过多，不能抵抗循环弯曲和拉力，因而使这种油管的事故较多。虽然碳钢CT存在某些不足，但因其价格低廉，现场可焊接，维修方便，所以至今仍用于低钢级的CT制造中，受到部分油田作业者的欢迎。随后采用高强度低合金钢制造CT，有效改善了CT的性能。在低C-Mn-Si钢的基础上添加Nb、V和Mo等其它合金元素，通过微合金化与热加工工艺相结合得到理想中的组织，达到大幅度提高钢材综合性能的目的。Mn是连续油管用钢控轧控冷中的重要合金元素，它能降低奥氏体向铁素体转变的相变温度（Ar3），促进中温转变的发生，从而提高钢的淬透性；锰元素还可以融入铁素体基体，起到固溶强化的作用，提高钢材的屈服强度和抗拉强度。连续油管用钢中的另一重要合金元素Mo能有效的降低奥氏体向铁素体转化的速率，抑制多边形铁素体和珠光体的形核，促进具有高位错密亚结构的针状铁素体或微细结构超低碳贝氏体的形成，从而保证了连续油管用钢高强度和高韧性的综合性能。经研究发现，即使在钢中加入少量微合金化元素，其性能也会产生异乎寻常的变化。在连续油管用钢中加入的少量Nb、V、Ti等微合金元素在轧制过程中可以有效的控制损害钢塑韧性的沉淀相的析出，并且这些微合金元素的碳氮化物析出对材料也产生极好的沉淀强化作用。其中，合金元素Nb是目前公认的最重要最典型的微合金元素，由于具有细晶强化作用和沉淀强化作用，是将晶粒细化技术与纳米级第二相析出强化技术相结合于一身的代表，铌的作用主要是通过沉淀强化控制奥氏体晶粒尺寸，并在一定程度上细化其组织，改善钢的韧性和抗疲劳性能。
目前，国内CT80级连续油管用钢的微合金元素均含有Nb、V、Ti，其最终产品是经轧制后热处理所得，增加了热处理工艺，增加了成本。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种CT80级连续油管用钢及其制造方法，其中微合金元素中只含有Nb元素，无V和Ti元素，并且采用控轧控冷轧制技术，无需后续热处理工艺直接得到产品，并且具有高屈服强度、高延伸率和高硬度。
本发明的一种CT80级连续油管用钢材料，该钢的化学组分按质量百分比为碳0.11~0.13%，硅0.30~0.40%，锰0.70~0.90%，铬0.50~0.60%，镍≤0.25%，钼0.13~0.15%，铜0.30~0.40%，铌0.02~0.04%，余量为铁及不可避免的杂质。
其中，CT80级连续油管用钢杂质中的氮≤0.004%，磷≤0.015%，硫≤0.005%。
加入合金元素的目的是使其在热加工过程中充分发挥固溶强化、沉淀强化等作用，从而显著提高材料的综合性能。
一种CT80级连续油管用钢材料的制造方法，包括以下步骤：
（1）根据下列化学组分质量百分比进行炼钢：碳0.11~0.13%，硅0.30~0.40%，锰0.70~0.90%，铬0.50~0.60%，镍≤0.25%，钼0.13~0.15%，铜0.30~0.40%，铌0.02~0.04%，余量为铁及不可避免的杂质；在熔炼过程采用实芯金属钙包芯线进行终脱氧，炼钢温度为1600~1650℃，经电炉、转炉熔炼，铸造成80mm厚钢坯；
（2）形成铸锭后进行控轧控冷轧制，前三道次进行粗轧工艺，从80mm轧制至31mm；后六道次进行精轧，从31mm轧制至4.5mm；粗轧开轧温度为1050~1150℃，精轧开轧温度为900~950℃，终轧温度为830~880℃，终冷温度为550~600℃，冷却速度为16~18℃/s。
其中，控轧控冷实验的压下规程如表1。
表1
| 道次 | 轧前厚度/mm | 轧后厚度/mm | 压下量/mm | 压下率/% |
| 1 | 80 | 55 | 25 | 31.25 |
| 2 | 55 | 40 | 15 | 27.27 |
| 3 | 40 | 31 | 9 | 22.5 |
| 4 | 31 | 22 | 9 | 29.03 |
| 5 | 22 | 15.5 | 6.5 | 29.55 |
| 6 | 15.5 | 11 | 4.5 | 29.03 |
| 7 | 11 | 8 | 3 | 27.27 |
| 8 | 8 | 6 | 2 | 25 |
| 9 | 6 | 4.5 | 1.5 | 25 |
本发明的有益效果在于：
1、由于连续油管用钢对钢的品质要求很高，所以终脱氧采用实芯金属钙包芯线进行，脱氧更完全。
2、本发明所用材料为连续油管用钢，其中的微合金元素Nb（含量为0.02%~0.04%）的溶解度随着终轧温度的降低而降低，因此析出物越来越多，为随后的相变以及新晶粒的形成提供了更多的形核点，从而导致了在随后的冷却过程中晶粒之间相互挤压、晶粒的长大受到抑制，从而使晶粒细化，组织的细密程度增加。
3、本发明所述的CT80级连续油管用钢的制造方法是控轧控冷轧制，控轧控冷是集轧制成形及热处理于一体的全面提高金属材料力学性能、细化组织的先进冶金生产工艺技术。本发明合金采用9道次控轧控冷，从铸锭厚度为80mm最终轧制到4.5mm；经控冷后，成品的金相显微组织中晶粒比较细小且组织分布较均匀，如图1所示，主要为粒状贝氏体、针状铁素体和少量板条状贝氏体。控轧控冷轧制到4.5mm的钢带屈服强度为565MPa，抗拉强度为685MPa，延伸率达32%。
4、在冷却过程中，晶粒尺寸随着冷却速度的增大而变得细小，轧制后冷却速度越大，组织中板条贝氏体、粒状贝氏体和针状铁素体的含量越多，对材料的性能越有利。当冷却速度在16~18℃/s区间内，钢的屈服强度、延伸率和硬度值较佳。
附图说明
图1为本发明经控轧控冷后的CT80级金相组织形貌电镜图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
将比重为碳0.11%，硅0.30%，锰0.70%，铬0.50%，镍0.25%，钼0.13%，铜0.30%和铌0.02%的合金进行炼钢，炼钢温度为1600℃，经电炉、转炉熔炼，铸造成80mm厚钢坯。在熔炼过程采用实芯金属钙包芯线进行终脱氧，形成铸锭后进行控轧控冷轧制，经过9道次控轧控冷，前三道次粗轧开轧温度为1050℃，后六道次精轧开轧温度为900℃，终轧温度为830℃，冷却速度为16℃/s，终冷温度为550℃，从铸锭厚度为80mm最终轧制到4.5mm的钢带，所得钢带的杂质中氮≤0.004%，磷≤0.015%，硫≤0.005%，屈服强度为565MPa，抗拉强度为685MPa，延伸率达32%。
实施例2
将比重为碳0.12%，硅0.35%，锰0.80%，铬0.55%，镍0.18%，钼0.14%，铜0.35%和铌0.025%的合金进行炼钢，炼钢温度为1620℃，经电炉、转炉熔炼，铸造成80mm厚钢坯。在熔炼过程采用实芯金属钙包芯线进行终脱氧，形成铸锭后进行控轧控冷轧制，经过9道次控轧控冷，前三道次粗轧开轧温度为1100℃，后六道次精轧开轧温度为950℃，终轧温度为850℃，冷却速度为17℃/s，终冷温度为570℃，从铸锭厚度为80mm最终轧制到4.5mm的钢带，所得钢带的杂质中氮≤0.004%，磷≤0.015%，硫≤0.005%，屈服强度为565MPa，抗拉强度为685MPa，延伸率达32%。
实施例3
将比重为碳0.13%，硅0.40%，锰0.90%，铬0.60%，镍0.10%，钼0.15%，铜0.40%和铌0.04%的合金进行炼钢，炼钢温度为1650℃，经电炉、转炉熔炼，铸造成80mm厚钢坯。在熔炼过程采用实芯金属钙包芯线进行终脱氧，形成铸锭后进行控轧控冷轧制，经过9道次控轧控冷，前三道次粗轧开轧温度为1150℃，后六道次精轧开轧温度为920℃，终轧温度为880℃，冷却速度为18℃/s，终冷温度为600℃，从铸锭厚度为80mm最终轧制到4.5mm的钢带，所得钢带的杂质中氮≤0.004%，磷≤0.015%，硫≤0.005%，屈服强度为565MPa，抗拉强度为685MPa，延伸率达32%。
Claims (2)
1.一种CT80级连续油管用钢材料，其特征在于：该钢的化学组分按质量百分比为碳0.12～0.13％，硅0.35～0.40％，锰0.80～0.90％，铬0.55～0.60％，镍≤0.18％，钼0.14～0.15％，铜0.35～0.40％，铌0.025～0.04％，余量为铁及不可避免的杂质；
其中，所述CT80级连续油管用钢材料的制备方法包括以下步骤：
(1)根据下列化学组分质量百分比进行炼钢：碳0.12～0.13％，硅0.35～0.40％，锰0.80～0.90％，铬0.55～0.60％，镍≤0.18％，钼0.14～0.15％，铜0.35～0.40％，铌0.025～0.04％，余量为铁及不可避免的杂质；在熔炼过程采用实芯金属钙包芯线进行终脱氧，炼钢温度为1620～1650℃，经电炉、转炉熔炼，铸造成80mm厚钢坯；
(2)形成铸锭后进行控轧控冷轧制，前三道次进行粗轧工艺，从80mm轧制至31mm；后六道次进行精轧，从31mm轧制至4.5mm；粗轧开轧温度为1100～1150℃，精轧开轧温度为920～950℃，终轧温度为850～880℃，终冷温度为570～600℃，冷却速度为17～18℃/s；
所述杂质中氮≤0.004％，磷≤0.015％，硫≤0.005％。
2.根据权利要求1所述的一种CT80级连续油管用钢材料，其特征在于，所制备的钢材料的屈服强度为565MPa，抗拉强度为685MPa。
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| CN101560629A (zh) * | 2009-05-27 | 2009-10-21 | 东北大学 | 一种屈服强度高于800MPa的热轧带钢及其制备方法 |
| CN102220547A (zh) * | 2011-06-10 | 2011-10-19 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | Ct80级连续油管用钢带及其制备方法 |
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| CN102899581A (zh) | 2013-01-30 |
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