CN113481434B - 屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管及生产方法 - Google Patents

屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管及生产方法，无缝钢管的性能为：抗拉强度≥896MPa，Rp0.2屈服强度862～1034MPa，伸长率≥12％。无缝钢管的生产方法为：⑴电炉冶炼+连铸生产超级13Cr铸坯；⑵铸坯退火，降低硬度；⑶坯料加工，去除表面氧化皮、中心疏松、裂纹；⑷电磁感应加热1150℃～1220℃，热挤压成型；⑸预热处理，钢管加热960℃～1010℃，吹风冷却至室温；⑹加热960℃～1010℃，淬火油快冷，再加热560℃～610℃，回火处理，得到125钢级性能的超级13Cr钢管。本发明提高了无缝钢管的成材率和质量，降低了生产成本。无缝钢管表面质量好，油淬热处理力学性能高，具有较高的强度和良好的韧性。

Description

屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管及生产方法
技术领域
本发明属于工业器材生产领域，尤其涉及一种屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管及生产方法。
背景技术
随着世界上浅井和较易开发的油田逐渐枯竭，以及各国对于能源需求的不断增长，迫使人们不得不转向开采地质条件更为恶劣深井的含二氧化碳腐蚀的油田。L80-13Cr是一种石油开采用钢，具有良好的耐二氧化碳腐蚀性能，是成本低廉的耐腐蚀合金，在油田开采中，L80-13Cr无缝钢管应用较为广泛。
随着油井深度的增加，地质条件变得复杂，普通的低钢级L80-13Cr难以承受复杂地质产生的压力，需要材料具备更高强度性能和良好的冲击韧性。在材质成分不变的情况下，通过降低回火温度或者回火时间，可以将L80-13Cr调质到125ksi钢级，但是此时此成分的塑性和韧性大大降低，脆性极大，极易开裂，不能使用。这就需要从根本上进行成分优化，结合影响强度、冲击韧性和耐腐蚀性的因素，研究更高强度的125Ksi钢级的化学成分和生产工艺，实现高强度条件下兼顾较高冲击功，且具有二氧化碳腐蚀性能的钢材，攻克这一技术具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管，使用钢具备较高的强度和良好的韧性，用于含有二氧化碳的油田开采过程。本发明的另一目的是提供一种屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管的生产方法。
本发明的技术方案是：屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管，用钢的成分按质量百分比为：C：≤0.04、Si：0.30～0.50、Mn：0.40～0.60、P：≤0.016、S：≤0.005、Cr：12.7～13.5、Ni：5.0～6.0、Mo：1.5～3.0、Ti：0.03～0.10、Nb：0.01～0.06、V：0.05～0.15、Al：0.01～0.08、Ca：0.0005～0.008、N：0.008～0.025、Cu：≤0.25、O：≤0.0035、H：≤0.0004，其余为Fe和不可避免杂质。
无缝钢管的外圆直径为φ100～φ325mm，壁厚为15mm～55mm。无缝钢管的性能为：抗拉强度≥896MPa，Rp0.2屈服强度862～1034MPa，伸长率≥12％，硬度≤34HRC。无缝钢管-10℃的横向夏比V型缺口全尺寸冲击功≥60J。
本发明屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管的生产方法，包括以下步骤：
⑴坯料冶炼，通过电炉冶炼+连铸工艺，生产超级13Cr铸坯；
⑵坯料退火，对步骤⑴得到的铸坯进行退火，降低其硬度；
⑶坯料加工，将步骤⑵得到的铸坯外圆单边加工5～15mm，中心孔加工直径40～100mm，去除表面氧化皮、中心疏松、裂纹；
⑷扩孔+挤压成型，将加工后的铸坯用电磁感应炉均匀加热到1150℃～1220℃，通过扩孔+挤压的热挤压成型得到成品尺寸钢管；
⑸预热处理，钢管均匀加热到960℃～1010℃，加热时间5～10min/mm，吹风冷却至常温；
⑹调质处理，将钢管均匀加热到960℃～1010℃，然后用淬火油进行快冷，待钢管温度冷却至40℃～50℃，再均匀加热到560℃～610℃进行回火处理，得到125钢级性能的超级13Cr钢管。
步骤⑴坯料冶炼为：钢水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1600℃～1670℃时，进行VD炉真空处理，真空度25Pa～65Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间20min～40min。钢液温度在1500℃～1580℃时，连铸成圆管坯。步骤⑵坯料退火的退火温度为750℃～850℃，保温12h～24h，随炉冷却到450℃。步骤⑷扩孔+挤压成型阶段，利用电磁感应炉均匀加热到1150℃～1220℃，首先进行高压水除鳞，随后内外表面用玻璃粉润滑。采用2500T立式扩孔机进行扩孔，再采用6300T卧式挤压机热挤压成型，挤压速度200mm～350mm/s，挤压比5～15。
步骤⑹调质处理阶段，将钢管均匀加热到960℃～1010℃，保温4～8min/mm，然后用淬火油进行快冷。待钢管温度冷却至40℃～50℃，再均匀加热到560℃～610℃，保温6～15min/mm，进行回火处理，得到125钢级性能的超级13Cr钢管。
本发明采用铸坯+热挤压成型+油淬热处理相结合生产屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管，克服了现有技术工艺流程长、成材率低、性能差的问题，省去了锻造工序，减少了冒口的损失，有利于提高125钢级超级13Cr厚壁无缝钢管的成材率和质量，降低生产成本。本发明生产的无缝钢管表面质量好，油淬热处理后力学性能高，具有较高的强度和良好的韧性，广泛用于含有二氧化碳的油田开采过程。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
本发明屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管，生产规格为φ133mm×壁厚35mm，化学成分如表1所示：
表1.φ133mm×35mm的超级13Cr无缝钢管成分化验数据/(质量百分数％)
Figure BDA0003124412370000031
Figure BDA0003124412370000041
屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管的生产过程，包括以下步骤：
⑴坯料冶炼，通过电炉冶炼+连铸工艺，生产超级13Cr铸坯；铸坯料的规格为φ315mm×长900mm，采用电炉+炉外精炼+真空脱气+连铸工艺，制备成超级13Cr铸坯料。钢水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1600℃～1670℃时，进行VD炉真空处理，真空度25Pa～65Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间20min～40min。采用这种方式冶炼保证了钢质的纯净度，钢液温度在1500℃～1580℃时，连铸成圆管坯。
⑵坯料退火，对步骤⑴得到的铸坯进行退火，降低其硬度。退火温度为780℃，保温12h，随炉冷却到400℃～450℃。
⑶坯料加工，铸坯料的外圆单边加工到300mm，中心孔加工直径50mm，去除表面氧化皮、中心疏松、裂纹。
⑷扩孔+挤压成型，将加工后的铸坯用电磁感应炉均匀加热到1150℃～1200℃，进行高压水除鳞，随后内外表面用玻璃粉润滑。内润滑用中碱粉，外润滑用844-7，玻璃垫粉用中碱粉。采用2500T立式扩孔机进行扩孔成型，再采用6300T卧式挤压机热挤压，挤压筒内径315mm，挤压模内径135mm，芯棒63.5mm，挤压比6.58，挤压速度200mm～350mm/s，挤压出φ133mm×厚35mm钢管。
⑸预热处理，钢管均匀加热到960℃～1000℃，加热时间5～10min/mm，吹风冷却至常温。
⑹调质处理，将钢管均匀加热到980℃～100℃，然后用淬火油进行快冷，待钢管温度冷却至40℃～50℃，再均匀加热到580℃进行回火处理，得到125钢级性能的超级13Cr钢管。
⑺性能检测，对生产出的屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管进行性能检验，检验数据见表2。
表2. 125钢级超级13Cr无缝钢管性能检测结果
Figure BDA0003124412370000051

Claims (4)

1.一种屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管，其特征是：所述无缝钢管用钢的成分按质量百分比为：C：≤0.04、Si：0.30～0.50、Mn：0.40～0.60、P：≤0.016、S：≤0.005、Cr：12.7～13.5、Ni：5.0～6.0、Mo：1.5～3.0、Ti：0.03～0.10、Nb：0.01～0.06、V：0.05～0.15、Al：0.01～0.08、Ca：0.0005～0.008、N：0.008～0.025、Cu：≤0.25、O：≤0.0035、H：≤0.0004，其余为Fe和不可避免杂质；所述的屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管的生产方法，包括以下步骤：
⑴坯料冶炼，通过电炉冶炼+连铸工艺，生产超级13Cr铸坯；所述坯料冶炼步骤为，钢水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1600℃～1670℃时，进行VD炉真空处理，真空度25Pa～65Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间20min～40min；钢液温度在1500℃～1580℃时，连铸成圆管坯；
⑵坯料退火，对步骤⑴得到的铸坯进行退火，降低其硬度；
⑶坯料加工，将步骤⑵得到的铸坯外圆单边加工5～15mm，中心孔加工直径40～100mm，去除表面氧化皮、中心疏松、裂纹；
⑷扩孔+挤压成型，将加工后的铸坯用电磁感应炉均匀加热到1150℃～1220℃，通过扩孔+挤压的热挤压成型得到成品尺寸钢管；
⑸预热处理，钢管均匀加热到960℃～1010℃，加热时间5~10min/mm，吹风冷却至常温；
⑹调质处理，将钢管均匀加热到960℃～1010℃，保温4～8min/mm，然后用淬火油进行快冷；待钢管温度冷却至40℃～50℃，再均匀加热到560℃～610℃，保温6～15min/mm，进行回火处理，得到125钢级性能的超级13Cr无缝钢管；
所述无缝钢管的性能为：抗拉强度969～980MPa，Rp0.2屈服强度903～928MPa，伸长率22%，硬度29.2～30.5；所述无缝钢管-10℃的横向夏比V型缺口全尺寸冲击功108～125J。
2.根据权利要求1所述屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管，其特征是：所述无缝钢管的外圆直径为φ100～φ325mm；壁厚为15mm～55mm。
3.根据权利要求1所述屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管，其特征是：所述步骤⑵坯料退火的退火温度为750℃～850℃，保温12h～24h，随炉冷却到400℃～450℃。
4.根据权利要求1所述屈服强度125钢级的厚壁超级13Cr无缝钢管，其特征是：所述步骤⑷扩孔+挤压成型阶段，利用电磁感应炉均匀加热到1150℃～1220℃，首先进行高压水除鳞，随后内外表面用玻璃粉润滑；采用2500T立式扩孔机进行扩孔，再采用6300T卧式挤压机热挤压成型，挤压速度200mm～350mm/s，挤压比5～15。
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