CN108570542A - 高强油井管用钢的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强油井管用钢的制造方法，包括：生产板坯；加热板坯至1210℃‑1290℃，加热时间大于3小时；将加热后的板坯进行粗轧获得中间坯，粗轧温度为1180℃‑1220℃；精轧中间坯以获得热轧板，精轧温度为980℃‑1020℃；终轧热轧板以获得带钢，终轧温度为830℃‑870℃；自然冷却带钢；加热带钢至淬火温度，淬火保温后淬水冷却至室温，再次加热带钢至回火温度，回火保温后空冷至室温。本发明旨在提供一种采用低强度板坯制造高强油井管用钢的方法。

Description

高强油井管用钢的制造方法
技术领域
本发明涉及带钢生产和热处理领域，更具体而言，涉及一种高强油井管用钢的制造方法。
背景技术
油井管分为三类：套管、油管及钻柱构件，其中套管作为基本材料占整个油井管消费的70％～80％。在传统开采模式下，套管又可细分为导管、表层套管、技术套管和生产套管。随着油井的深度增加，油井管的直径将减小，级别增加，在深井和超深井中，技术套管和生产套管目前涉及的最高级别已经达到Q125、甚至V150。在应用方面，未来趋势主要为非常规油气的开发，比较典型的就是页岩气的开采。
目前，高强套管多采用无缝钢管，而在市面了出现了可取代无缝套管的HFW(高频电阻焊管)套管，HFW套管凭借其良好性能、高精度、低成本等优势逐步发展到超深井和特殊用途套管，如高抗挤压套管、高强度套管等，但还是无法完全取代无缝套管。
调研中发现技术层面的主要原因为，对于采用高强度板卷制造高强度HFW套管，国内制管设备能力仍较欠缺，同时高强度板卷存在焊接问题、热区软化问题和高内应力等问题等，在国内管厂仍不能较好解决，废品率高，直接导致成本上升，不能有效替代无缝钢管。
发明内容
针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种采用低强度板坯制造高强油井管用钢的方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种高强油井管用钢的制造方法，包括：
生产板坯；
加热板坯至1210℃-1290℃，加热时间大于3小时；
将加热后的板坯进行粗轧获得中间坯，粗轧温度为1180℃-1220℃；
精轧中间坯以获得热轧板，精轧温度为980℃-1020℃；
终轧热轧板以获得带钢，终轧温度为830℃-870℃；
自然冷却带钢；
加热带钢至淬火温度，淬火保温后淬水冷却至室温，再次加热带钢至回火温度，回火保温后空冷至室温。
根据本发明的一个实施例，生产板坯包括：依次经过转炉冶炼和钢包精炼炉精炼获得钢水，将钢水进行全保护浇铸以生产板坯。
根据本发明的一个实施例，板坯包括：C：0.20％-0.30％，Si：0.1％-0.3％，Mn：1.0％-1.5％，Mo：0.2-0.4％，Cr：0.2％-0.4％，Nb、V及Ti的总量＜0.1％。
根据本发明的一个实施例，自然冷却带钢之前还包括：将进行终轧后获得的带钢进行前段集中水冷，再卷曲带钢，卷曲温度为600℃-640℃。
根据本发明的一个实施例，经过终轧获得的带钢厚度为6mm。
根据本发明的一个实施例，加热带钢至淬火温度包括：通过电磁感应加热带钢至淬火温度；再次加热带钢至回火温度包括：通过电磁感应加热带钢至回火温度。
根据本发明的一个实施例，淬火温度为950℃。
根据本发明的一个实施例，淬火保温时间为1min。
根据本发明的一个实施例，回火温度为550℃。
根据本发明的一个实施例，回火保温时间为1min。
本发明的有益技术效果在于：
本发明涉及的高强油井管用钢的制造方法，采用低强度板坯通过一系列热处理工艺升级为能够符合高强油井管用钢要求的高强度钢管，制管过程易于控制，热处理生产效率高；并且可以避免直接使用高强度板坯进行卷曲所存在的焊接问题、热区软化问题和高内应力问题等。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例制造方法的流程图；
图2示出了根据本发明一个实施例，经过终轧后带钢的微观组织；
图3示出了根据本发明一个实施例，经过终轧后带钢的微观组织；
图4示出了根据本发明一个实施例，带钢经过热处理后，通过金相显微镜观测到的微观组织；
图5示出了根据本发明一个实施例，带钢经过热处理后，通过扫描电镜(SEM)观测到的微观组织。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种高强油井管用钢的制造方法。该制造方法包括：生产板坯；对板坯进行热轧以获得带钢；以及对带钢进行热处理。
其中，对板坯进行热轧的过程具体包括：加热板坯至1210℃-1290℃，加热时间大于3小时，将加热后的板坯进行粗轧获得中间坯，粗轧温度为1180℃-1220℃，精轧中间坯以获得热轧板，精轧温度为980℃-1020℃，终轧热轧板以获得带钢，终轧温度为830℃-870℃，自然冷却带钢。
对带钢进行热处理的过程进一步包括：加热带钢至淬火温度，淬火保温后淬水冷却至室温，再次加热带钢至回火温度，回火保温后空冷至室温。
应该可以理解，上述实施例所涉及的板坯是一种低强度板坯，采用这种低强度板坯进行一系列热轧和热处理工艺可以获得能够满足高强油井管用钢强度要求的钢管，并且可以避免直接使用高强度板坯进行卷曲所存在的焊接问题、热区软化问题和高内应力问题等。
上述实施例所涉及的高强油井管用钢的制造方法，采用低强度板坯通过一系列热处理工艺升级为能够符合高强油井管用钢要求的高强度钢管，制管过程易于控制，热处理生产效率高。
根据本发明的一个实施例，生产板坯的过程进一步包括：依次经过转炉冶炼和钢包精炼炉(LF)精炼获得钢水，将钢水进行全保护浇铸以生产板坯。
进一步地，在一个实施例中，上述板坯包括：C：0.20％-0.30％，Si：0.1％-0.3％，Mn：1.0％-1.5％，Mo：0.2-0.4％，Cr：0.2％-0.4％，Nb、V及Ti的总量＜0.1％。应该可以理解，上述化学成分的比例为其在板坯中的化学成分质量百分比，除上述各种化学成分以外，板坯的其余成分为铁或其他不可避免的杂质。上述实施例中的板坯为一种低强度的中碳微合金钢，此种板坯成本低、热处理生产效率高，进行热处理后既能够达到Q125级套管的强度又可以保持较好的韧性。
具体地，例如在一个实施例中，如表1所示，板坯的成分1包括C：0.20％、Si：0.2％、Mn：1.5％、Mo：0.3％，Cr：0.3％、Nb：0.03％、Ti：0.02％。其中V的含量较少，甚至在一些实施例中V的含量可以忽略不计。
在该实施例中，对板坯进行热轧后的带钢力学性能如表2所示，其中Rt0.5为屈服强度，Rm为抗拉强度、A50指的是断后延伸力。板坯的成分1经过热轧后获得的带钢的整体强度在制管设备能力之内。并且，如图2和图3所示，经过热轧后的上述带钢的微观组织为典型的铁素体和珠光体组织。
然后，再对上述带钢进行热处理。如表3所示，经过热处理的带钢力学性能完全能够符合API 5CT(石油套管规格表)中Q125级套管性能要求。并且，如图4和图5所示，经过热处理的带钢为典型的回火马氏体组织。
具体地，在一个进一步的实施例中，对成分1的板坯进行加热至1250℃，加热时间大于3小时，将加热后的板坯进行粗轧获得中间坯，粗轧温度为1180℃，精轧中间坯以获得热轧板，精轧温度为1000℃，终轧热轧板以获得带钢，终轧温度为860℃，最终获得的带钢力学性能完全能够符合套管的强度和韧性要求。
表1板坯冶炼化学成分(％)
表2热轧后带钢力学性能
Rt0.5(MPa) Rm(MPa) 屈强比 A50(％)
成分1 597 731 0.80 24.5
成分2 556 728 0.76 24.0
成分3 535 725 0.74 25.5
成分4 507 717 0.71 25.0
表3热处理后性能
Rt0.5(MPa) Rm(MPa) 屈强比 A50(％)
成分1 896 953 0.94 14.0
成分2 918 987 0.93 14.5
成分3 943 1055 0.89 16.5
成分4 932 1013 0.92 15.5
Q125标准要求 862-1034 ＞931 - ≥13
参照表1至表3，在另一个实施例中，板坯的成分2包括C：0.23％、Si：0.2％、Mn：1.3％、Mo：0.3％，Cr：0.3％、Nb：0.03％、Ti：0.02％。与前述实施例类似地，此种成分的板坯经过热轧后获得的带钢的整体强度在制管设备能力之内。并且，经过热处理的带钢力学性能完全能够符合API5CT中Q125级套管性能要求。
根据又一个实施例，板坯的成分3包括C：0.7％、Si：0.2％、Mn：1.1％、Mo：0.3％，Cr：0.3％、Nb：0.03％、Ti：0.02％。与前述实施例类似地，此种成分的板坯经过热轧后获得的带钢的整体强度在制管设备能力之内。并且，经过热处理的带钢力学性能完全能够符合API 5CT中Q125级套管性能要求。
再次参照表1至表3，在另一个实施例中，板坯的成分4包括C：0.30％、Si：0.2％、Mn：1.0％、Mo：0.3％，Cr：0.3％、Nb：0.03％、Ti：0.02％。与前述实施例类似地，此种成分的板坯经过热轧后获得的带钢的整体强度在制管设备能力之内。并且，经过热处理的带钢力学性能完全能够符合API 5CT中Q125级套管性能要求。
进一步地，在一个实施例中，上述对板坯进行热轧的过程进一步包括：在自然冷却带钢之前，将进行终轧后获得的带钢进行前段集中水冷，再卷曲带钢，卷曲温度为600℃-640℃。
根据本发明的一个实施例，经过终轧获得的带钢厚度为6mm。当然，可以理解的是，根据具体使用的需要不同，带钢也可以具有其他厚度，这可以根据具体情况而定，本发明不局限于此。
在一个实施例中，对带钢进行热处理进一步包括：通过电磁感应加热带钢至淬火温度，以及通过电磁感应加热带钢至回火温度。采用电磁感应的方式对带钢进行加热，其加热速度快、效率高，既能使带钢达到Q125级套管的强度，又能够有效降低生产成本。
根据本发明的一个实施例，对带钢进行热处理的过程中的淬火温度为950℃。
根据本发明的一个实施例，对带钢进行热处理的过程中的淬火保温时间为1min。
根据本发明的一个实施例，对带钢进行热处理的过程中的回火温度为550℃。
根据本发明的一个实施例，对带钢进行热处理的过程中的回火保温时间为1min。
再次参照图1至图5，本发明的一个实施例提供的高强油井管用钢的制造和热处理升级方法涉及一种对包含C：0.20％-0.30％；Si：0.1％-0.3％；Mn：1.0％-1.5％；Mo：0.2-0.4％；Cr：0.2％-0.4％；Nb+V+Ti＜0.1％的板坯进行轧制和热处理以生产高强套管的方法。
所采取的工艺路线为：依次通过转炉冶炼、LF精炼、连铸全保护浇铸生产成分符合要求的板坯；板坯均热温度1210℃-1290℃，均热时间大于3h，粗轧入口1180℃-1220℃，精轧入口980℃-1020℃，终轧830℃-870℃，带钢厚度6.0mm，轧后前段集中水冷，600℃-640℃卷曲，带钢自然冷却；带钢电磁感应加热至950℃保温1min淬水冷却至室温，紧接着电磁感应加热至550℃保温1min空冷至室温。
上述实施例的技术原理为：板坯的化学成分中碳-低锰结合少量Cr、Mo可以提高淬透性，并确保可以获得一定的强度和较好的升级潜力；高温淬火获得马氏体组织结构，高温回火后降低提高马氏体的韧性，获得强韧性合理匹配的高强度套管。
上述实施例涉及的制造方法能够降低高强套管的合金成本、提高HFW焊管热处理生产效率，具体为：中碳-低锰结合少量Cr、Mo提高淬透性并确保获得一定的强度和较好的升级潜力；高温淬火获得马氏体组织结构，高温回火后降低提高马氏体的韧性，获得强韧性合理匹配的高强度套管。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强油井管用钢的制造方法，其特征在于，包括：
生产板坯；
加热所述板坯至1210℃-1290℃，加热时间大于3小时；
将加热后的所述板坯进行粗轧获得中间坯，粗轧温度为1180℃-1220℃；
精轧所述中间坯以获得热轧板，精轧温度为980℃-1020℃；
终轧所述热轧板以获得带钢，终轧温度为830℃-870℃；
自然冷却所述带钢；
加热所述带钢至淬火温度，淬火保温后淬水冷却至室温，再次加热所述带钢至回火温度，回火保温后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述生产板坯包括：
依次经过转炉冶炼和钢包精炼炉精炼获得钢水，将所述钢水进行全保护浇铸以生产板坯。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述板坯包括：
C：0.20％-0.30％，Si：0.1％-0.3％，Mn：1.0％-1.5％，Mo：0.2-0.4％，Cr：0.2％-0.4％，Nb、V及Ti的总量＜0.1％。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述自然冷却所述带钢之前还包括：
将进行所述终轧后获得的所述带钢进行前段集中水冷，再卷曲所述带钢，卷曲温度为600℃-640℃。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，经过所述终轧获得的所述带钢厚度为6mm。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述加热所述带钢至淬火温度包括：
通过电磁感应加热所述带钢至所述淬火温度；
所述再次加热所述带钢至回火温度包括：
通过电磁感应加热所述带钢至所述回火温度。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述淬火温度为950℃。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述淬火保温时间为1min。
9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述回火温度为550℃。
10.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述回火保温时间为1min。
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