CN113699462B - 一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法,涉及油井管线用钢技术领域。本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法,采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸→热轧,钢中化学成分重量百分比:0.12%~0.14%C、0.3%~0.4%Si、1.50%~2%Mn、P≤0.015%、S≤0.005%、0.5%~0.7%Cr、0.1%~0.4%Cu、0.1%~0.3%Ni、0.2%~0.5%Mo、0.05%~0.07%Nb、0.04~0.05%V、0.01~0.02%Ti、0.02~0.035%Als;其余为Fe及不可避免的夹杂;热轧钢带的厚度在3~5mm,其金相组织为铁素体+马氏体组织,以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要。
Description
技术领域
本发明涉及油井管线用钢技术领域,更具体地说是一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法。
背景技术
连续管(CT,Coiled tubing),是一种单根长度可达数千米甚至上万米的高强度、高塑性并具有一定抗腐蚀性能的新型油气管材,缠绕在卷筒上运输和使用,与连续管作业机配合,可进行油气田修井、测井、钻井、完井、油气输送等领域数十种作业,具有占地面积小、作业安全高效、环境污染小、运输安装便捷等优点。
随着国内超深井以及西南地区页岩气的发展需要,国内陆上超深井(6000~9000m)数量快速增长,连续油管的作业深度也超过了6000m,井下作业压力大,常规的高强连续油管已经不能完全满足生产的需求,难以承受大的自重以及作业过程中钢管内部的高压,需要更高强度的连续油管产品。
经检索,关于解决上述的不足,目前已有相关专利公开。如,中国专利申请号为:200810040895.6、申请日为:2008年7月24日、授权公告日为:2011年7月20日,公开了一种CT90级连续油管用钢及其制造方法,其化学成分重量百分配比为:C:0.02~0.25%、Si:0.10~0.60%、Mn:0.50~2.0%、P≤0.015%、S≤0.005%、Cr:0.30~1.50%、Nb:0.02~0.13%、Ti:0.01~0.10%、V:0.01~0.10%、Mo:0.05~0.35%、Cu:0.10~0.50%、Ni:0.10~0.40%、Ca:0.0010~0.0050%,Al:0.01~0.05%,N≤0.012,余量为Fe及不可避免的夹杂,通过冶炼、浇铸、板坯再加热、轧制、冷却、卷取等工艺,提高了强度,但其强度同样不足以满足超深井作业的需要;同时其成分设计中含较高的V,这对产品的韧性和焊接性能是不利的;其钢板屈强比均在0.90以上,可变形能力差,无法满足该类产品作业过程中需反复塑性变形的要求。
又如中国专利,申请号为:201711324677.0、申请日为:2017年12月13日、授权公告日为:2019年3月8日,公开了一种CT110级连续管用热轧钢带及生产方法,其组分及wt%:C:0.11~0.15%,Si:0.10~0.30%,Mn:0.90~1.30%,P:≤0.015%,S:≤0.0020%,Cu:0.25~0.40%,Ni:0.15~0.35%,Cr:0.60~1.00%,Nb:0.020~0.050%,V:≤0.010%,T i:0.010~0.030%,N:≤0.0050%,Al:0.015~0.060%,Mo:0.10~0.30%,Ca:0.0008~0.0025%,其生产步骤为:转炉冶炼等工序后连铸成坯;对铸坯加热;粗轧;精轧;冷却并卷取,使得其屈服强度在700MPa左右,但在超深井的作业同样会面临强度不足的风险。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术中的连续油管用钢强度不足以满足超深井作业的需要,本发明提出一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法,采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸→热轧,经过LF炉外精炼后,钢中化学成分满足重量百分比(wt%):C:0.12%~0.14%、Si:0.30%~0.40%、Mn:1.50%~2.00%、P:≤0.015%、S:≤0.0050%、Cr:0.50%~0.70%、Cu:0.10%~0.40%、Ni:0.10%~0.30%、Mo:0.20%~0.50%、Nb:0.050%~0.070%、V:0.040~0.050%、Ti:0.010~0.020%、Als:0.020~0.035%;其余为Fe及不可避免的夹杂;生产出的热轧钢带的厚度在3~5mm,其金相组织为铁素体+马氏体组织,晶粒度≥12级,带状组织≤1.5级。生产出的热轧钢带屈服强度为782~809MPa、抗拉强度为1077~1143MPa,以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要。
2.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法,其化学成分重量百分比含量为:C:0.12%~0.14%、Si:0.30%~0.40%、Mn:1.50%~2.00%、P:≤0.015%、S:≤0.0050%、Cr:0.50%~0.70%、Cu:0.10%~0.40%、Ni:0.10%~0.30%、Mo:0.20%~0.50%、Nb:0.050%~0.070%、V:0.040~0.050%、Ti:0.010~0.020%、Als:0.020~0.035%;其余为Fe及不可避免的夹杂;生产出的热轧钢带的厚度在3~5mm,其金相组织为铁素体+马氏体组织,晶粒度≥12级,带状组织≤1.5级。生产出的热轧钢带屈服强度为782~809MPa、抗拉强度为1077~1143MPa,以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要。
一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法,包括如下步骤:
步骤一、铁水预处理:控制脱硫后的铁水[S]≤0.0050%;
步骤二、转炉冶炼:氩站进行顶底强搅,强搅时间≥4min,强化过程脱P,出钢时进行脱氧合金化,加强挡渣操作;
步骤三、LF炉精炼:钢包顶渣充分还原,调成分至目标值或接近目标值,出站温度:1600~1615℃;
步骤四、RH炉精炼:真空度≤2.6mbar,真空时间≥12min,调整所有成分至目标值;
步骤五、连铸:中包目标温度控制在液相线温度以上15~30℃,连铸过程投用动态轻压下和电磁制动;
步骤六、加热:铸坯进入加热炉中进行加热;
步骤七、轧制:轧制采用两阶段轧制,第一阶段是再结晶区域轧制,轧制温度控制在1000~1060℃,通过反复变形和再结晶,使奥氏体晶粒显著细化;第二阶段是在未再结晶区域轧制,轧制温度控制在900~1000℃,形变和相变同时进行,在此阶段中奥氏体晶粒被伸长,同时产生滑移带,奥氏体晶界的增加和滑移带出现为铁素体形核提供了有利条件,进而得到细晶粒铁素体;
步骤八、轧后钢板层流冷却和卷取:层流冷却过程中投用边部遮挡装置4~6组,降低带钢边部温降,冷却到400~550℃范围内进行卷取。
进一步的技术方案,步骤六中,控制铸坯出炉温度在1230~1270℃,均热段保温时间不小于60min,其主要目的是保证材料完全奥氏体化,使合金元素充分固溶,同时又能抑制奥氏体晶粒的过分长大。
进一步的技术方案,在铸坯进加热炉前先进行堆垛缓冷48小时以上。
进一步的技术方案,步骤七中,粗轧阶段在奥氏体再结晶区轧制,轧制温度控制在1000~1060℃范围内。
进一步的技术方案,步骤七中,精轧阶段采用7架四辊CVC轧机进行连轧,终轧温度控制在830~870℃,通过累计大变形,增加形变奥氏体内的形变带和位错密度,增加相变形核点细化晶粒。
进一步的技术方案,步骤八中,冷却速度控制在20~30℃/s。
进一步的技术方案,步骤八中,在400~550℃范围内进行卷取。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下有益效果:
(1)本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法,采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸→热轧,经过LF炉外精炼后,钢中化学成分满足重量百分比(wt%):C:0.12%~0.14%、Si:0.30%~0.40%、Mn:1.50%~2.00%、P:≤0.015%、S:≤0.0050%、Cr:0.50%~0.70%、Cu:0.10%~0.40%、Ni:0.10%~0.30%、Mo:0.20%~0.50%、Nb:0.050%~0.070%、V:0.040~0.050%、Ti:0.010~0.020%、Als:0.020~0.035%;其余为Fe及不可避免的夹杂;生产出的热轧钢带的厚度在3~5mm,其金相组织为铁素体+马氏体组织,晶粒度≥12级,带状组织≤1.5级。生产出的热轧钢带屈服强度为782~809MPa、抗拉强度为1077~1143MPa,以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要;
(2)本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法,轧制采用两阶段轧制,第一阶段是再结晶区域轧制,轧制温度控制在1000~1060℃,通过反复变形和再结晶,使奥氏体晶粒显著细化;第二阶段是在未再结晶区域轧制,轧制温度控制在900~1000℃,形变和相变同时进行,在此阶段中奥氏体晶粒被伸长,同时产生滑移带,奥氏体晶界的增加和滑移带出现为铁素体形核提供了有利条件,进而得到细晶粒铁素体;
(3)本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法,控制铸坯出炉温度在1230~1270℃,均热段保温时间不小于60min,其主要目的是保证材料完全奥氏体化,使合金元素充分固溶,同时又能抑制奥氏体晶粒的过分长大;
(4)本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法,精轧阶段采用7架四辊CVC轧机进行连轧,终轧温度控制在830~870℃,通过累计大变形,增加形变奥氏体内的形变带和位错密度,增加相变形核点细化晶粒。
附图说明
图1为本发明对应的热轧钢带的金相照片;
图2为本发明对应的热轧钢带的电镜照片。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容,结合附图对发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种750MPa级连续油管用热轧钢带,其化学成分重量百分比含量为:C:0.12%~0.14%、Si:0.30%~0.40%、Mn:1.50%~2.00%、P:≤0.015%、S:≤0.0050%、Cr:0.50%~0.70%、Cu:0.10%~0.40%、Ni:0.10%~0.30%、Mo:0.20%~0.50%、Nb:0.050%~0.070%、V:0.040~0.050%、Ti:0.010~0.020%、Als:0.020~0.035%;其余为Fe及不可避免的夹杂;生产出的热轧钢带的厚度在3~5mm,其金相组织为铁素体+马氏体组织,晶粒度≥12级,带状组织≤1.5级。生产出的热轧钢带屈服强度为782~809MPa、抗拉强度为1077~1143MPa,以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要。
实施例2
本实施例的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法,基本结构同实施例1,不同和改进之处在于:包括如下步骤:
步骤一、铁水预处理:控制脱硫后的铁水[S]≤0.0050%;
步骤二、转炉冶炼:氩站进行顶底强搅,强搅时间≥4min,强化过程脱P,出钢时进行脱氧合金化,加强挡渣操作;
步骤三、LF炉精炼:钢包顶渣充分还原,调成分至目标值或接近目标值,出站温度:1600~1615℃;
步骤四、RH炉精炼:真空度≤2.6mbar,真空时间≥12min,调整所有成分至目标值;
步骤五、连铸:中包目标温度控制在液相线温度以上15~30℃,连铸过程投用动态轻压下和电磁制动,连铸全过程进行保护浇铸;
步骤六、加热:铸坯进入加热炉中进行加热;
步骤七、轧制:轧制采用两阶段轧制,第一阶段是再结晶区域轧制,轧制温度控制在1000~1060℃,通过反复变形和再结晶,使奥氏体晶粒显著细化;第二阶段是在未再结晶区域轧制,轧制温度控制在900~1000℃,形变和相变同时进行,在此阶段中奥氏体晶粒被伸长,同时产生滑移带,奥氏体晶界的增加和滑移带出现为铁素体形核提供了有利条件,进而得到细晶粒铁素体;
步骤八、轧后钢板层流冷却和卷取:层流冷却过程中投用边部遮挡装置4~6组,降低带钢边部温降,冷却到400~550℃范围内进行卷取。
本实施例中,步骤六中,控制铸坯出炉温度在1230~1270℃,均热段保温时间不小于60min,其主要目的是保证材料完全奥氏体化,使合金元素充分固溶,同时又能抑制奥氏体晶粒的过分长大。在铸坯进加热炉前先进行堆垛缓冷48小时以上。
步骤七中,粗轧阶段在奥氏体再结晶区轧制,轧制温度控制在1000~1060℃范围内;精轧阶段采用7架四辊CVC轧机进行连轧,终轧温度控制在830~870℃,通过累计大变形,增加形变奥氏体内的形变带和位错密度,增加相变形核点细化晶粒。
步骤八中,冷却速度控制在20~30℃/s;在400~550℃范围内进行卷取。
实施例3
本实施例的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法,基本结构同实施例2,不同和改进之处在于:采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸→热轧。经过LF炉外精炼后,钢中化学成分满足重量百分比(wt%):C:0.12%~0.14%、Si:0.30%~0.40%、Mn:1.50%~2.00%、P:≤0.015%、S:≤0.0050%、Cr:0.50%~0.70%、Cu:0.10%~0.40%、Ni:0.10%~0.30%、Mo:0.20%~0.50%、Nb:0.050%~0.070%、V:0.040~0.050%、Ti:0.010~0.020%、Als:0.020~0.035%;其余为Fe及不可避免的夹杂。
表1所示为实验时,各实施例的化学成分。成分检测根据GB/T 4336《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)》进行。
表1本发明各实施例的化学成分
轧制工序采用板坯加热至1230~1270℃→高压水除鳞→2机架粗轧→7机架精轧→层流冷却→卷取,轧制工艺主要参数见表2所示。
表2轧制工序主要工艺参数
本发明试验钢的组织均为铁素体和少量马氏体,力学性能如表3所示。
表3本发明试验钢的非金属夹杂物
本发明试验钢的低温冲击性能良好,换算标准试样的冲击功见表4所示。
表4本发明试验钢的冲击功
综上所述,按照本发明提供的化学成分、热轧和工艺设计生产的连续油管用热轧钢带其屈服强度达到了750MPa以上,横向力学性能:屈服强度:782~809MPa,抗拉强度:1077~1143MPa,A50:12%~14.4%;纵向力学性能:屈服强度:770~806MPa,抗拉强度:1081~1141MPa,A50:13.3%~15.8%;产品屈强比低于0.75,具备良好的可变形能力;产品-20℃下冲击功大于30J,韧性良好。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种750MPa级连续油管用热轧钢带,其特征在于:其化学成分重量百分比含量为:C:0.12%~0.14%、Si:0.30%~0.40%、Mn:1.50%~2.00%、P:≤0.015%、S:≤0.0050%、Cr:0.50%~0.70%、Cu:0.10%~0.40%、Ni:0.10%~0.30%、Mo:0.20%~0.50%、Nb:0.050%~0.070%、V:0.040~0.050%、Ti:0.010~0.020%、Als:0.020~0.035%;其余为Fe及不可避免的夹杂;生产出的热轧钢带的厚度在3~5mm,其金相组织为铁素体+马氏体组织,晶粒度≥12级,带状组织≤1.5级,生产出的热轧钢带横向力学性能:屈服强度为782~809MPa、抗拉强度为1077~1143MPa;其纵向力学性能:屈服强度为770~806MPa、抗拉强度为1081~1141MPa;屈强比低于0.75。
2.制造如权利要求1所述的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、铁水预处理:控制脱硫后的铁水[S]≤0.0050%;
步骤二、转炉冶炼:氩站进行顶底强搅,强搅时间≥4min,强化过程脱P,出钢时进行脱氧合金化,加强挡渣操作;
步骤三、LF炉精炼:钢包顶渣充分还原,调成分至目标值或接近目标值,出站温度:1600~1615℃;
步骤四、RH炉精炼:真空度≤2.6mbar,真空时间≥12min,调整所有成分至目标值;
步骤五、连铸:设液相线温度为A,则中包目标温度=A+(15~30)℃,连铸过程投用动态轻压下和电磁制动;
步骤六、加热:铸坯进入加热炉中进行加热,控制铸坯出炉温度在1230~1270℃,均热段保温时间不小于60min;
步骤七、轧制:轧制采用两阶段轧制,第一阶段是再结晶区域轧制,轧制温度控制在1000~1060℃;第二阶段是在未再结晶区域轧制,轧制温度控制在900~1000℃;
步骤八、轧后钢板层流冷却和卷取:层流冷却过程中投用边部遮挡装置4~6组,降低带钢边部温降,冷却到400~550℃进行卷取,冷却速度控制在20~30℃/s。
3.根据权利要求2所述的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法,其特征在于:在铸坯进加热炉前先进行堆垛缓冷48小时以上。
4.根据权利要求2所述的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法,其特征在于:步骤七中,粗轧阶段在奥氏体再结晶区轧制,轧制温度控制在1000~1060℃范围内。
5.根据权利要求2所述的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法,其特征在于:步骤七中,精轧阶段采用7架四辊CVC轧机进行连轧,终轧温度控制在830~870℃。
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