CN110656287B - 一种高强度钻杆用无缝钢管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度钻杆用无缝钢管，成分按质量百分比为：C 0.22～0.28％；Mn 0.45～0.65％；S≤0.008％；P≤0.015％；Si 0.17～0.35％；Ni 0.52～0.65％；Cr 0.85～1.00％；Cu≤0.20％；Mo 0.50～0.60％；Al 0.005～0.040％；Nb 0.02～0.05％；V 0.03～0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。高强度钻杆用无缝钢管制造方法，无缝钢管的制造工艺：转炉冶炼、炉外精炼LF+VD、连铸、连轧得到的管坯经过环形炉加热，然后穿孔，再采用MPM、PQF连轧后热处理。本发明通过合理的化学成分设计，添加少量的合金元素，在不大幅度提高成本的基础上，使钢管热处理后强度有较大幅度的提升，强度达到145PSI钢级，满足复杂地层及不同钻进工艺的要求，节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金领域，特别涉及一种高强度钻杆用无缝钢管及其制造方法。
背景技术
钻杆广泛应用于山体滑坡、基坑锚固、隧道管棚、水电站、高铁、油田等各个领域，在各类复杂地层及不同钻进工艺的造孔施工中，由于受到拉、压、扭、弯及冲击等复杂载荷作用，服役条件恶劣，要求钻杆具有良好的力学性能和抗腐蚀能力。
目前国内钢管企业能够生产最高强度的钻杆是根据美国石油协会API 5D标准生产的135PSI钢级只能满足最多8000米的油井需求。为了满足恶劣地质条件，更深油井的钻探需求，拓宽市场空间，寻求新的利润增长点，很有必要进行更高钢级(145PSI)钻杆用无缝钢管产品的开发。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度钻杆用无缝钢管及其制造方法，提高钻杆强度。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高强度钻杆用无缝钢管，成分按质量百分比为：C 0.22～0.28％；Mn 0.45～0.65％；S≤0.008％；P≤0.015％；Si 0.17～0.35％；Ni 0.52～0.65％；Cr 0.85～1.00％；Cu≤0.20％；Mo 0.50～0.60％；Al 0.005～0.040％；Nb 0.02～0.05％；V 0.03～0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。
一种高强度钻杆用无缝钢管制造方法，制造工艺：转炉冶炼、炉外精炼LF+VD、连铸、连轧得到的管坯经过环形炉加热，然后穿孔，再采用MPM、PQF连轧后热处理，其中：
1)环形炉加热温度为1200℃～1300℃；
2)MPM、PQF连轧的出脱管温度为950～1050℃，定径温度控制在750℃～850℃；
3)热处理采用淬火+回火工艺，淬火：900±30℃，保温时间：大于30min，冷却剂为水，回火：700～750℃，保温时间：大于30min，冷却剂为空气。
主要的化学成分和作用如下：
C是碳化物形成元素，可以提高钢的强度，保证必要强度和硬度.但为保证调质过程的产品质量，其含量不能太高，故含量定位0.22-0.28％。
Si是有效的脱氧元素，含量过低会缺乏脱氧效果，过高又会降低钢的韧性，因此，选择0.17～0.35％作为Si的合金含量范围。
Mn是奥氏体形成元素，用于提高钢的强度，可以弥补因碳含量降低而损失的屈服强度，Mn在提高强度的同时，还可以提高钢的韧性，降低韧脆转变温度。其含量控制在0.45-0.65％。
Cr是扩大淬透性元素，也是碳化物形成元素，可提高钢的淬透性，在淬火+低高温回火状态，可保证钢种在较复杂的地质条件下具有良好的综合机械性能。
Mo是非常重要的元素。钼在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性。在调质钢中，钼能提高较大断面的淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，可以在较高温度下回火，从而更有效地消除(或降低)残余应力，提高塑性和韧性。
V、Nb具有析出强化和细化晶粒的作用，形成碳化物，通过铁素体沉淀强化和细化铁素体晶粒来提高钢的强度。二者结合，其作用大于单独加入一个元素。
P为杂质元素，其促进中心偏析，显著降低钢的低温冲击韧性，提高钢的韧脆转变温度，同时还会恶化钢的焊接性能，应尽量降低其含量，要求P含量不超过0.015％。
S为杂质元素，会在晶界处偏析，易形成硫化物，降低钢的韧性，要求S含量不超过0.008％。
无缝钢管经过调质后，其组织为回火索氏体，晶粒度7.0级。由于钢中加入了一定量的Cr、Mo等元素及Nb、V微量合金，对热处理制度严格要求，尤其是回火温度，以保证性能的稳定。经过900℃以上淬火+700℃以上较高温度的回火后，得到良好、均质的回火索氏体。组织晶粒细小均匀,满足高性能的质量要求。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过合理的化学成分设计，添加少量的合金元素，在不大幅度提高成本的基础上，使钢管热处理后强度有较大幅度的提升，强度达到145PSI(10000MPa)钢级，屈服强度1070～1120MPa，延伸率15～19％，抗拉强度1120～1180MPa，硬度45～55HRC。满足复杂地层及不同钻进工艺的要求，节约成本。
附图说明
图1为热轧态金相组织示意图。
图2为淬火+回火金相组织示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：
如图一种高强度钻杆用无缝钢管，成分按质量百分比为：C 0.22～0.28％；Mn0.45～0.65％；S≤0.008％；P≤0.015％；Si 0.17～0.35％；Ni 0.52～0.65％；Cr 0.85～1.00％；Cu≤0.20％；Mo 0.50～0.60％；Al 0.005～0.040％；Nb 0.02～0.05％；V 0.03～0.05％，余量为铁和不可避免的杂质。
一种高强度钻杆用无缝钢管制造方法，无缝钢管的制造工艺：转炉冶炼、炉外精炼LF+VD、连铸、连轧得到的管坯经过环形炉加热，然后穿孔，再采用MPM、PQF连轧后热处理，其中：
1)环形炉加热温度为1200℃～1300℃；
2)MPM、PQF连轧的出脱管温度为950～1050℃，定径温度控制在750℃～850℃；
3)热处理采用淬火+回火工艺，淬火：900～950℃，保温时间：大于30min，冷却剂为水，回火：700～750℃，保温时间：大于30min，冷却剂为空气。
钻杆用无缝钢管成分见表1；
表1：钻杆用无缝钢管成分％
PQF连轧方法及热处理制度见表2；
表2：PQF连轧方法及热处理制度
力学性能见表3；
表3：力学性能
上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。
Claims (1)
1.一种高强度钻杆用无缝钢管，成分按质量百分比为：C 0.27%；Mn 0.51%；S0.005%；P0.012%；Si 0.26%；Ni 0.55%；Cr 0.95%；Cu0.10%；Mo 0.53%；Al 0.04%；Nb 0.03%；V0.04%；高强度钻杆用无缝钢管的制造方法，制造工艺：转炉冶炼、炉外精炼LF+VD、连铸、连轧得到的管坯经过环形炉加热，然后穿孔，再采用MPM、PQF连轧后热处理，其中：
1）环形炉加热温度为1268℃；
2）MPM、PQF连轧的出脱管温度为1001℃，定径温度控制在799℃；
3）热处理采用淬火+回火工艺，淬火：905℃，保温时间：大于30min，冷却剂为水，回火：711℃，保温时间：大于30min，冷却剂为空气；
高强度钻杆用无缝钢管热处理后屈服强度1081MPa；延伸率16.0%；抗拉强度1134MPa；硬度53HRC。
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| CN110656287A (zh) | 2020-01-07 |
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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