專利名稱：：復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼及生產(chǎn)工藝的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于高強度低合金控軋控冷鋼的
技術領域：
，具體為一種具有(AF+M)新型復相結構的抗粘扣高頻電阻焯石油套管用帶鋼及其生產(chǎn)工藝，主要用于提髙ERW(高頻電阻焊)石油套管用帶鋼的抗粘扣性能。
背景技術：
：粘扣是ERW石油套管連接部位在加工檢驗和使用中最常見的損傷失效形式，國內(nèi)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明其占套管失效事故的86%，往往給油瞎蹄隨廠家?guī)矸浅乐氐慕?jīng)濟損失。因此，如何提高ERW石油套管的抗粘扣能力一直以來都是相關禾禍開工作者研究的一個重點。目前對于套管螺紋的粘扣機理主要有兩種觀點。一是摩擦磨損觀點，也就是認為粘著磨損、磨粒磨損是引起油套管螺紋失效的根本原因。這一觀點認為油套管在上卸扣過程中，局部接觸點由于嚴重的塑性變形而產(chǎn)生冷焊現(xiàn)象，這些冷焊點在不斷地被剪切后又重新形成，并發(fā)生材料的轉移，從而出現(xiàn)螺紋的粘著磨損；同時螺紋在旋進過程中顆粒狀雜物X寸摩擦表面起切肖,犁刨作用，弓l起表面上的材料脫落而形成摩粒磨損。另一種是接觸應力觀點，認為接觸應力過大是引起螺紋粘扣的原因。油套管在上卸扣過程中，上扣扭矩和幾何約束過盈的聯(lián)合作用使得螺紋接觸界面的摩擦力增大，產(chǎn)生宏觀粘扣現(xiàn)象。分析管螺紋的粘扣機理可以看出，螺紋本身材質的力學鵬絵影響到材料的抗粘扣性能，主要影響因素包括材料的強度和硬度以及加工硬化指數(shù)。在保證一定韌性的條件下，材料的強度以及加工硬化指數(shù)越大，則材料的抗變形能力越強，粘扣就越不容易發(fā)生。材料的硬度越高，則摩擦系數(shù)和摩擦力越小，越不易發(fā)生粘扣。目前，廣泛應用的N80級ERW石油套管用帶鋼是采用傳統(tǒng)的TMCP(熱機械加工)工藝生產(chǎn)的，一般分為控軋階段、勻速冷卻階段以及巻屈階段。這種生產(chǎn)工藝只能形成單一的AF(針狀鐵素體)組織或者高纟顯轉變混合組織(F+P+AF，先共析鐵素體+珠光體+針狀鐵素體)。傳統(tǒng)的N80級ERW石油套管用帶鋼化學成分范圍、TMCP工藝參數(shù)和主要力學性能參數(shù)如表1、表2和表3所示。表1為N80級ERW石油套管用帶鋼的化學成分范圍cMnCuNiMoNbVTisSPFeo則.08U(W.70020O.l(KOO0220則.06O.l0.01~0.0232，50，50Bal.表2為N80級ERW石油套管用帶鋼采用的TMCP工藝參數(shù)開軋鵬。c冷卻速度匸/s冷卻方式U50翻850腦1020連續(xù)冷卻表3為N80級ERW石油套管用帶鋼的力學性顯微組織屈服:JM(MPa)抗拉鵬(MPa)Rp0.2/Rm延伸率(%)硬化指數(shù)(n)維氏鵬(Hv)CVN沖擊韌性(-20。C,J)F+P+AF5866810.86210.1421554AF5917030.84200.152196
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有(AF+M)新型復相結構的抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼及生產(chǎn)工藝。在不改變材料的化學成分，不增加桐料成本的前提下，僅通過調(diào)整TMCP工藝參數(shù)來獲得一種新型的復相組織結構(AF+M，針狀鐵素體+馬氏體)。從而，可以在保證材料韌性性能的前提下，有效提高ERW石油套管用鋼的強度和硬度以及加工硬化指數(shù)，從材質本身入手提高ERW石油套管螺紋的抗粘扣性能。本發(fā)明的技術方案是一種復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼，鋼材具有針狀鐵素體和馬氏體的復相組織結構。所述的復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼，針狀鐵素體組織為基體，馬氏體組織呈點狀分布在基體上。所述的復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼，針狀鐵素體的體積分數(shù)占70-95%，馬氏體的體積分數(shù)占5-30%。所述的復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼的生產(chǎn)工藝，將傳統(tǒng)4TMCP工藝中的勻速控冷階段調(diào)整為分階段控制冷卻。所述的復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼的生產(chǎn)工藝，分階段控制冷卻，通過控制第一階段冷卻的開冷溫度和終冷溫度，使組織中獲得具有良好綜合強韌性能的針狀鐵素體組織，并調(diào)整針狀鐵素體組織的體積分數(shù)；通過控制第二冷卻階段的開冷溫度以及冷卻速度，使組織中其余的過冷奧氏體轉變?yōu)轳R氏體組織；在轉變過程中，針狀鐵素體組織為領先相，將原奧氏體晶粒分割成不同的區(qū)域，隨后通過控制工藝將原奧氏體未轉變部分轉變?yōu)轳R氏體組織。所述的復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼的生產(chǎn)工藝，第一階段冷卻的開冷溫度范圍為相變溫度Art之上，終冷溫度范圍為500°C700°C，冷卻速度為102(TC/s，冷卻方式為連續(xù)冷卻。所述的復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼的生產(chǎn)工藝，第二冷卻階段的開冷溫度范圍為500°C700°C，冷卻速度大于馬氏體轉變的臨界冷卻速度，冷卻方式為直接淬火。本發(fā)明提供了一種具有抗粘扣性能的N80級ERW石油套管用帶鋼及其生產(chǎn)工藝。其特征在于鋼材具有新型(AF+M)的復相組織結構；生產(chǎn)工藝的特征在于將傳統(tǒng)TMCP工藝中的勻速控冷階段調(diào)整為分階段控制冷卻。通過控制第一階段冷卻的開冷溫度和終冷溫度，使組織中獲得具有良好綜合強韌性能的AF組織，并調(diào)整AF組織的體積分數(shù)；通過控制第二冷卻階段的開冷溫度(淬火溫度)以及冷卻速度，使組織中其余的過冷奧氏體轉變?yōu)镸(馬氏體)組織。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下1、本發(fā)明由于復相組織結構中硬相M組織的出現(xiàn)，使韌性相AF組織在變形過程中受到約束，從而有效提高了其對變形的抗力。因此，本發(fā)明具有雙相組織(AF+M)的高頻電阻焊石油套管用帶鋼的加工硬化性能，高于單一的AF組織或者由高溫轉變組織組成的(F+P+AF)混合組織。2、本發(fā)明采用新的TMCP工藝后，在保證韌性性能的前提下，鋼的強度、硬度和加工硬化性能均得到明顯提高。同時隨著組織中M相體積分數(shù)的增加，鋼的抗拉強度提高明顯，而延伸率并沒有降低，且沖擊韌性僅略有降低，而加工硬化指數(shù)還略有提高。這主要是因為采用了新的TMCP工藝所獲得的(AF+M)的雙相組織與傳統(tǒng)工藝獲得的(F+M)雙相組織有很大的不同。與先共析F相比較，AF組織的有效斷裂單元為針狀鐵素體條束，彼此咬合、互相交錯分布的細小的針狀鐵素體條束可有效地阻礙裂紋的擴展。同時超細AF管線鋼中特殊的組織結構，尤其是晶界處馬氏體/奧氏體(M/A)薄膜結構，通過增加裂紋擴展的偏折程度，表現(xiàn)出對裂紋擴展的強烈阻滯作用。另一方面，AF組織可以在原奧氏體晶粒內(nèi)部以及原奧氏體晶界同時形核，這樣就可以更有效地分害順奧氏體晶粒，也就可以使在隨后淬火過程中形成的M組織更加細小和彌散。而這種含有細小晶粒尺寸的雙相組織可以在保證塑性和沖擊韌性以及加工硬化率的前提下，有效地提高鋼的強度和硬度。從而，可有效地提高材料的抗粘扣性能。圖1實施例1中采用新型IMCP工藝獲得的新型復相組織結構(AF+M)。圖2實施例2中采用新型1MCP工藝獲得的新型復相組織結構(AF+M)。具體實施例方式采用目前常見的N80級ERW石油套管用帶鋼的化學成分，如表4所示。采用新型的TMCP工藝獲得了具有(AF+M)的新型復相組織結構材料。在保證材料韌性性能的前提下，大幅度提高了材料的強度、硬度以及加工硬化指數(shù)，因而有效提高了材料的抗粘扣性能。復相組織結構的金相照片如圖1所示，本實施例中的針狀鐵素體組織為基體，馬氏體組織呈點狀分布在基體上，針狀鐵素體的體積分數(shù)占95%，馬氏體的體積分數(shù)占5%;TMCP工藝的具體工藝參數(shù)以及桐料的力學性能如表5和表6所示。表4實施例1中材料采用的化學成分(wt5)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>其中，第一階段的冷卻方式為連續(xù)冷去卩(勻速)。表6實施例1中材料的主要力學性能屈服抗拉硬化維氏延伸率CVN沖擊韌性強度強度Rp0.2/Rm指數(shù)硬度(%)(-20。C，J)(MPa)(MPa)(n)CHv)6057650.79220.1923871實施例2:材料的化學成分與實施例1相同，采用了新型TMCP工藝的設計思想，生產(chǎn)出了具有新型復相組織結構(AF+M)組織。其復相組織結構如圖2所示，本實施例中的針狀鐵素體和馬氏體雙相組織分布與實施例1相同，針狀鐵素體的體積分數(shù)占85%，馬氏體的體積分數(shù)占15%;TMCP工藝的具體工藝參數(shù)以及材料的力學性能如表7和表8所示。表7實施例2中采用的TMCP工藝參數(shù)°c終軋鰣°c第一階段開冷鵬。c第一階段冷卻速度°C/s第一階段終冷鵬。c第二階段冷卻速度°C/s第二階段開冷鵬°C薩80079516655直接淬火650其中，第一階段的冷卻方式為連續(xù)冷卻(勻速)。表8實施例2中材料的主要力學性能屈服抗拉硬化維氏延伸率CVN沖擊韌性強度強度RpO,2/Rm指數(shù)硬度(%)(-20。C,J)(MPa)(MPa)(n)(Hv)6388780.73220.2027056實施例的結果表明本發(fā)明提出一種新型抗粘扣ERW石油套管用帶鋼的組織設計思想及其生產(chǎn)方法，組織設計的特征是采用一種新型的復相組織結構(AF+M);生產(chǎn)工藝的特征是采用新型TMCP工藝，將傳統(tǒng)的TMCP工藝中的勻速控冷階段調(diào)整為分階段冷卻，從而獲得目標組織為(AF+M)的復相組織結構。在本發(fā)明技術方案給出的技術參數(shù)范圍內(nèi)，均可在保證材料韌性性能的前提下，有效地提高材料的強度、硬度以及加工硬化指數(shù)，進而提高材料的抗粘扣性權利要求1、一種復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼，其特征在于鋼材具有針狀鐵素體和馬氏體的復相組織結構。2、按照權利要求1所述的復相結構抗粘扣髙頻電阻焊石油套管用帶鋼，其特征在于針狀鐵素體組織為基體，馬氏體組織呈點狀分布在基體上。3、按照權利要求1所述的復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼，其特征在于:所述針狀鐵素體的體積分數(shù)占70-95%，所述馬氏體的體積分數(shù)占5-30%。4、按照權利要求1所述的復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼的生產(chǎn)工藝，其特征在于:將傳統(tǒng)1MCP工藝中的勻速控冷階段調(diào)整為分階段控制冷卻。5、按照權利要求1所述的復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述分階段控制冷卻，通過控制第一階S冷卻的開冷纟顯度和終冷溫度，使組織中獲得具有良好綜合強韌性能的針狀鐵素體組織，并調(diào)整針狀鐵素體組織的體積分數(shù)；通過控制第二冷卻階段的開冷溫度以及冷卻速度，使組織中其余的過冷奧氏體轉變?yōu)轳R氏體組織；在轉變過程中，針狀鐵素體組織為領先相，將原奧氏體晶粒分割成不同的區(qū)域，隨后通過控制工藝將原奧氏體未轉變部分轉變?yōu)轳R氏體組織。6、按照權利要求5所述的復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述第一階段冷卻的開冷溫度范圍為相變溫度Ari之上，終冷溫度范圍為500。C70(TC，冷卻速度為1020°C/s，冷卻方式為連續(xù)冷卻。7、按照權禾腰求5所述的復相結構抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述第二冷卻階段的開冷鵬范圍為50(TC70(rC，冷卻速度大于馬氏體轉變的臨界冷卻速度，冷卻方式為直接淬火。全文摘要本發(fā)明屬于高強度低合金控軋控冷鋼的
技術領域：
，具體為一種具有(AF+M)新型復相結構的抗粘扣高頻電阻焊石油套管用帶鋼及其生產(chǎn)工藝，主要用于提高ERW(高頻電阻焊)石油套管用帶鋼的抗粘扣性能。本發(fā)明提出一種新型抗粘扣ERW石油套管用帶鋼的組織設計思想及其生產(chǎn)方法。組織設計的特征是采用一種新型的復相組織結構(AF+M)；生產(chǎn)工藝的特征是采用新型TMCP工藝，將傳統(tǒng)的TMCP工藝中的勻速控冷階段調(diào)整為分階段冷卻，從而獲得目標組織為(AF+M)的復相組織結構。本發(fā)明可在保證材料韌性性能的前提下，有效地提高材料的強度、硬度以及加工硬化指數(shù)，進而提高材料的抗粘扣性能。文檔編號B21B37/74GK101545068SQ200810010760公開日2009年9月30日申請日期2008年3月26日優(yōu)先權日2008年3月26日發(fā)明者單以銀,柯楊,偉魏申請人:中國科學院金屬研究所