CN105950974A - 一种高强度高冲击韧性的石油用钢管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度高冲击韧性的石油用钢管，该钢管按照质量百分比的成分为：C：0.16％～0.25％、Si：0.15％～0.37％、Mn：0.7％～1.3％、P：0.001％～0.012％、S：0.0001％～0.004％、Cr：0.7％～1.2％、Mo：0.6％～1.2％、Ni：0.2％～2.5％、B：0.001％～0.003％、Nb：0.04％～0.12％、Ti：0.02％～0.05％、Al：0.01％～0.05％、Ca：0.0005％～0.005％、Cu：≤0.15％、La≤0.01％，其余为Fe和不可避免杂质。本发明抗拉强度≥1160MPa，屈服强度≥1070MPa，延伸率≥15％，屈强比≤0.94；硬度≥HRC38，该钢管0℃的夏比U型缺口纵向全尺寸冲击功≥100J；该钢管0℃的夏比U型缺口横向全尺寸冲击功≥66J；既具备较高的强度，又具备良好的韧性和塑性，具有优异的综合使用性能。

Description

一种高强度高冲击韧性的石油用钢管

技术领域

本发明涉及油田用钢管的生产领域，具体是一种高强度高冲击韧性的石油用钢管。

背景技术

和传统的110ksi以下钢级相比，135ksi以上套管是一种高技术含量、高附加值的产品，市场前景广阔。开发难点在于如何保证高强度和高韧性的匹配，高钢级材料的开发难点在于保证较高的强度的同时还要具有较高的冲击韧性。较高的冲击功可以保证管子受压时不产生裂纹，同时可以增加高温高压环境下的承受能力。

从石油管材开发的趋势看，作为石油行业主要物资的套管，其强度级别要求越来越高，国内很多厂家已经开始供应155ksi级别的各种套管，配套地，国内外油井井下作业用管的强度级别也在往这上面发展。

影响冲击功的因素很多，包括化学成分设计、夹杂物、气体含量、晶粒度、轧制工艺、热处理等，并且各影响因素之间相互关联，尤其是夹杂物和晶粒度控制对冲击功的影响非常显著。高强度条件下还要保证较高横向冲击功是高钢级管材开发的最大难点，攻克这一难关对进军高端结构钢管材领域具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度高冲击韧性的石油用钢管，该钢管的屈服强度达到高钢级，且该钢管0℃的夏比U缺口横向全尺寸冲击功≥66J，实现了高钢级钢管的强度和韧性良好匹配。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高强度高冲击韧性的石油用钢管，该钢管按照质量百分比的成分为：C：0.16％～0.25％、Si：0.15％～0.37％、Mn：0.7％～1.3％、P：0.001％～0.012％、S：0.0001％～0.004％、Cr：0.7％～1.2％、Mo：0.6％～1.2％、Ni：0.2％～2.5％、B：0.001％～0.003％、Nb：0.04％～0.12％、Ti：0.02％～0.05％、Al：0.01％～0.05％、Ca：0.0005％～0.005％、Cu：≤0.15％、La≤0.01％，其余为Fe和不可避免杂质。

作为本发明进一步的方案：不可避免的杂质包括：Sb、Bi、Pb、As、Sn、O、H、N，其中O：≤0.002％、N：≤0.008％、H：≤0.0001％。

作为本发明进一步的方案：所述高强度高冲击韧性的石油用钢管的制备过程包括：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、连铸、连轧、钢坯加热、钢管轧制、调质处理、矫直。

作为本发明进一步的方案：所述高强度高冲击韧性的石油用钢管的制备过程，具体包括以下步骤：

1)钢坯冶炼和成型：按照上述成分配比将各成分先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1640℃～1670℃时，进行VD炉真空处理，真空度45Pa～65Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间15min～30min，钢液温度在1550℃～1580℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1160℃～1250℃时进行连续轧制，圆管坯的变形比≥6，然后冷却到室温，圆管坯奥氏体平均晶粒度细于8级；

2)钢管轧制：圆管坯加热到1200℃～1250℃，穿孔前温度1160℃～1220℃，斜轧前温度980℃～1130℃，张力减径前温度830℃～920℃；

3)调质处理：淬火温度为880℃～920℃，水冷；回火温度为560℃～630℃，空冷；

4)矫直：回火后趁温，在460℃～550℃时，将钢管矫直。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明生产的钢管的室温性能：该钢管抗拉强度≥1160MPa，屈服强度≥1070MPa，延伸率≥15％，屈强比≤0.94；硬度≥HRC38，该钢管0℃的夏比U型缺口纵向全尺寸冲击功≥100J；该钢管0℃的夏比U型缺口横向全尺寸冲击功≥66J；采用本发明生产的钢管，经过调质处理后，既具备较高的强度，又具备良好的韧性和塑性，具有优异的综合使用性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例中，本发明的高强度高冲击韧性的石油用钢管的化学组成以质量％计，各元素的含量分别为，C：0.16％～0.25％、Si：0.15％～0.37％、Mn：0.7％～1.3％、P：0.001％～0.012％、S：0.0001％～0.004％、Cr：0.7％～1.2％、Mo：0.6％～1.2％、Ni：0.2％～2.5％、B：0.001％～0.003％、Nb：0.04％～0.12％、Ti：0.02％～0.05％、Al：0.01％～0.05％、Ca：0.0005％～0.005％、O：≤0.002％、N：≤0.008％、H：≤0.0001％，Cu：≤0.15％、La≤0.01％、其余为Fe和不可避免杂质。

所述的性能指标是，常温下该钢管抗拉强度≥1160MPa，屈服强度≥1070MPa，延伸率≥15％，屈强比≤0.94；硬度≥HRC38，该钢管0℃的夏比U型缺口纵向全尺寸冲击功≥100J；该钢管0℃的夏比U型缺口横向全尺寸冲击功≥66J；晶粒度10-12级。

本发明的高强度高冲击韧性的石油用钢管的成型方法是这样实现的：

钢坯冶炼和成型：按照上述成分配比先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1640℃～1670℃时，进行VD炉真空处理，真空度45Pa～65Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间15min～30min，采用这种方式冶炼保证了钢质的纯净度，钢液温度在1550℃～1580℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1160℃～1250℃时进行连续轧制，圆管坯的变形比≥6，然后冷却到室温，圆管坯奥氏体平均晶粒度细于8级。

钢管轧制：圆管坯加热到1200℃～1250℃，穿孔前温度1160℃～1220℃，斜轧前温度980℃～1130℃，张力减径前温度830℃～920℃。

调质处理：淬火温度为880℃～920℃，水冷。回火温度为560℃～630℃，空冷。采用步进炉加热，在淬火炉温度达到920℃时，将钢管送进淬火炉内，保温时间50分钟到70分钟，出炉后在20秒之内将钢管入水淬火，淬火时间30秒到60秒，待钢管表面温度等却到150℃-200℃时将钢管装入回火炉保温处理，回火温度560℃～630℃，回火炉内保温时间90分钟到140分钟，然后出回火炉。

矫直：回火出炉后趁温，在钢管温度在460℃～550℃时，将钢管矫直。

本发明的高强度高冲击韧性的石油用管检测成分见表1：

表1本发明的钢管的实际检测成分(质量分数％)

余量为Fe和不可避免杂质，不可避免的杂质包括:Sb、Bi、Pb、As、Sn、O、H、N，其中:Sb：0.001％，Bi：0.0002％，Pb：0.0005，As：0.005％，Sn：0.003％，O：0.001％，N：0.0050％，H：0.0001％。

炼钢成分控制较低的P、S残量，添加Mn、Cr、Mo等作为主要合金元素，改善钢铁的强度和韧性，提高钢材的淬透能力；加入微量的Ti、Nb、B元素提高回火稳定性，细化晶粒；Ca改善夹杂物的分布和形态，La净化钢水。

非金属夹杂物符合按照GB/T10561中附录A中A、B、C、D和DS评级图进行评级，粗系和细系的检测结果见表2。

表2非金属夹杂物

本发明的最终成品管具有良好的强韧性匹配，较高的室温屈服强度，优异的延伸率，合适的屈强比，稳定的硬度，该钢管0℃的夏比U型缺口纵向全尺寸冲击功和横向全尺寸冲击功十分优异，平均晶粒度10-12级。本发明的钢管的性能试验结果见表3。

表3钢管性能检测结果

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种高强度高冲击韧性的石油用钢管，其特征在于，该钢管按照质量百分比的成分为：C：0.16％～0.25％、Si：0.15％～0.37％、Mn：0.7％～1.3％、P：0.001％～0.012％、S：0.0001％～0.004％、Cr：0.7％～1.2％、Mo：0.6％～1.2％、Ni：0.2％～2.5％、B：0.001％～0.003％、Nb：0.04％～0.12％、Ti：0.02％～0.05％、Al：0.01％～0.05％、Ca：0.0005％～0.005％、Cu：≤0.15％、La≤0.01％，其余为Fe和不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的高强度高冲击韧性的石油用钢管，其特征在于，不可避免的杂质包括：Sb、Bi、Pb、As、Sn、O、H、N，其中O：≤0.002％、N：≤0.008％、H：≤0.0001％。

3.根据权利要求1所述的高强度高冲击韧性的石油用钢管，其特征在于，该钢管的制备过程包括：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、连铸、连轧、钢坯加热、钢管轧制、调质处理、矫直。

4.根据权利要求3所述的高强度高冲击韧性的石油用钢管，其特征在于，具体包括以下步骤：

1)钢坯冶炼和成型：按照上述成分配比将各成分先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1640℃～1670℃时，进行VD炉真空处理，真空度45Pa～65Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间15min～30min，钢液温度在1550℃～1580℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1160℃～1250℃时进行连续轧制，圆管坯的变形比≥6，然后冷却到室温，圆管坯奥氏体平均晶粒度细于8级；

2)钢管轧制：圆管坯加热到1200℃～1250℃，穿孔前温度1160℃～1220℃，斜轧前温度980℃～1130℃，张力减径前温度830℃～920℃；

3)调质处理：淬火温度为880℃～920℃，水冷；回火温度为560℃～630℃，空冷；

4)矫直：回火后趁温，在460℃～550℃时，将钢管矫直。