專利名稱：：一種無(wú)縫鋼管制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋼管制造方法，特別涉及生產(chǎn)高性能油井管的一種無(wú)縫鋼管制造方法。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的生產(chǎn)高性能油井管的主要工藝過(guò)程是管坯1250130(TC加熱穿孔、9501050。C連軋、脫棒后再加熱至95098(TC奧氏體化處理、張力減徑機(jī)于92095(TC軋管、空冷至室溫后調(diào)質(zhì)熱處理。由于連軋溫度較高，晶粒粗大，脫棒后鋼管立刻進(jìn)入再加熱爐，進(jìn)爐前鋼管溫度仍高于Acl點(diǎn)，使得連軋后的奧氏體粗晶保留到張減軋制之前。由于張減機(jī)的軋管溫度較高，在奧氏體再結(jié)晶區(qū)，在軋后空冷條件下，晶粒仍然粗大。這種組織狀況主要靠采用調(diào)質(zhì)鋼軋后調(diào)質(zhì)熱處理來(lái)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)軋后的淬火和回火處理得到所需要的組織和性能。由于調(diào)質(zhì)熱處理成本較高，為降低生產(chǎn)成本提高競(jìng)爭(zhēng)力，出現(xiàn)了鋼管再線?；に嚰夹g(shù)。其實(shí)質(zhì)是將連軋脫棒后的鋼管溫度降至Acl以下，通過(guò)奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變，使得鋼管進(jìn)入再加熱爐前進(jìn)行一次相變，在再加熱爐內(nèi)重新加熱奧氏體化后，利用重結(jié)晶細(xì)化奧氏體晶粒。這樣經(jīng)張減后空冷的鋼管晶粒會(huì)比以前有所細(xì)化，一般可從67級(jí)提高到910級(jí)，韌性也有所提高。這種工藝雖然可以改善鋼管的韌性，但強(qiáng)度提高不大。為提高強(qiáng)度，出現(xiàn)了在在線常化的基礎(chǔ)上，提高張減后冷卻速度的在線加速冷卻工藝。采用此種工藝，雖然可以提高材料的強(qiáng)韌性，但仍然存在兩個(gè)問(wèn)題--是受原有工藝布局的限制，很難在原有的生產(chǎn)節(jié)奏下使脫棒后的鋼管很快冷卻到Acl溫度以下；二是鋼管終軋后的加速冷卻速度不夠快，只能得到以鐵素體為主的組織，不能生產(chǎn)N80及以上級(jí)別的油井管。
發(fā)明內(nèi)容3本發(fā)明的目的提出了一種無(wú)縫鋼管制造方法，可以保證高溫軋制時(shí)不出現(xiàn)混晶和粗晶現(xiàn)象，脫棒后的鋼管不需進(jìn)入再加熱爐，直接進(jìn)入減徑機(jī)軋制，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。利用終軋后的加速冷卻，得到以貝氏體為主的組織，不經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理直接生產(chǎn)高性能油井管。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種無(wú)縫鋼管制造方法，其包括如下步驟1)管坯的成分質(zhì)量百分比為C:0.220.4%、Sh0.10.5%、Mn:1.02.0%、V:0.050.25%、Al:0.0050.050%、N:0.0150.030%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)；2)管坯經(jīng)環(huán)形加熱爐在12001320。C加熱后，經(jīng)穿孔機(jī)在11501250匸穿孔，然后在9001050r軋管，脫棒后進(jìn)入減徑機(jī)組，在750850"C軋成鋼管；3)鋼管從減徑機(jī)出來(lái)之后10秒鐘之內(nèi)用水或水加氣，以550°C/S的冷卻速度，快速冷卻到400650"C之間，然后空冷，空冷后的鋼管經(jīng)檢查后按成品管交貨。進(jìn)--步，本發(fā)明所述的管坯的成分還包括Mo:0.100.40%、Nb:0.01~0.05%、Ti:0.005~0.05%中的一種或一種以上。按上述要求的軋管工藝軋管后，不需要熱處理，直接軋成N80及以上鋼級(jí)套管使用。在本發(fā)明中，C:0.220.4(wt%，以下各元素相同)，C為碳化物形成元素，可以提高鋼的強(qiáng)度，太低時(shí)效果不明顯，太高時(shí)會(huì)大大降低鋼的韌性。Mn:1.0~2.0，Mn為奧氏體形成元素，可以提高鋼的淬透性，含量小于1.0時(shí)作用不明顯，含量大于2.0時(shí)，大大增加鋼中的殘余奧氏體量，影響熱軋組織的均勻性。N:0.0150.030，N為碳化物形成元素，可以提高鋼的強(qiáng)度，尤其在冷卻速度加快時(shí)，效果更加明顯。N含量太低時(shí)效果不明顯，太高時(shí)則會(huì)形成較大氮化物夾雜，降低鋼的性能。N與C配合使用，可以在有效降低碳當(dāng)量的情況下提高強(qiáng)度。V:0.050.25，能夠細(xì)化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。但含量達(dá)到一定量時(shí)，其效果增加便不明顯了，同時(shí)因?yàn)閮r(jià)格很高，所以要限制使用量。Ti:0.005~0.05，能夠細(xì)化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。但含量達(dá)到一定量時(shí)，其效果增加便不明顯了，同時(shí)因?yàn)閮r(jià)格很高，所以要限制使用量。MO:0.10.4:主要是通過(guò)碳化物及固溶強(qiáng)化形式來(lái)提高鋼的強(qiáng)度，含量過(guò)高會(huì)降低鋼的韌性。采用本發(fā)明的鋼種，在100(TC左右的軋管條件處于完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶狀態(tài)，從而保證不出現(xiàn)混晶現(xiàn)象；材料中含有的C、V、Ti、N等元素，可以保證在高溫軋制條件下，析出大量的釩和鈦的碳氮化物，起到釘扎晶界、細(xì)化晶粒的作用。因此鋼管連軋脫棒后，可以不必冷卻到Acl溫度以下，進(jìn)行一次重結(jié)晶轉(zhuǎn)變，而是可以直接進(jìn)行減徑軋制。采用本發(fā)明的鋼種，在75(TC左右的終軋條件下，在軋后IO秒中之內(nèi)，不會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)和靜態(tài)再結(jié)晶，只會(huì)發(fā)生晶粒的軋制變形。此時(shí)將鋼管以550°C/S的冷卻速度迅速冷卻到40065(TC的溫度區(qū)間，可以形成細(xì)小的貝氏體組織，生產(chǎn)高性能N80及以上鋼級(jí)套管。本發(fā)明與已有技術(shù)的區(qū)別和改進(jìn)目前世界各國(guó)連軋管機(jī)普遍采用的軋管工藝是管坯1250130(TC加熱穿孔、9501050。C連軋、芯棒脫棒后鋼管再加熱至95098(TC奧氏體化處理、從再加熱爐出來(lái)的鋼管經(jīng)張力減徑機(jī)于92095(TC軋管，軋后空冷至室溫。本發(fā)明與上述工藝相比不同之處在于，在鋼管連軋與減徑之間不經(jīng)再加熱，終軋后以550°C/S的速度，快速冷卻到40065(TC之間，然后空冷至室溫。釆用軋后加速冷卻的軋管工藝，可以利用非調(diào)質(zhì)鋼種以熱軋態(tài)生產(chǎn)高性能油井管，而不必進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，能大大降低生產(chǎn)成本。表l軋管工藝比較加熱爐穿孔機(jī)連軋機(jī)重結(jié)晶再加熱減徑機(jī)軋后冷卻美國(guó)51867691200。C~1300°C1200。C~1000°C低于Arl900°C~950°C700。C~800°C以35。C/S冷到600°C英國(guó)2101014A1200°C1300°C~1200°C~〗ooo°c低于Arl850°C980°C850°C~900°C快冷到60(TC以下英國(guó)2〗37539AH50。C~1220。C1100°C~1000°C低于Arl700°C~850°C700°C800°C以》6。C/S冷到450~600°C5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上述3個(gè)專利均要求連軋脫棒后的鋼管冷卻到Acl溫度以下，經(jīng)過(guò)一次由奧氏體到鐵素體的重結(jié)晶后，再進(jìn)入再加熱爐重新奧氏體化。本發(fā)明與其工藝路線不同，連軋脫棒后不要求冷卻到Acl溫度以下，進(jìn)行重結(jié)晶細(xì)化，可以直接進(jìn)入減徑機(jī)，簡(jiǎn)化了軋管工藝。同時(shí)在熱軋后的加速冷卻方面，要求在軋后立刻以高速冷卻，由于冷卻速度快，冷卻時(shí)間短，有利于加速冷卻裝置的布置。例如，鋼管以2M/S速度前進(jìn)，從750。C冷卻到550°C，如果冷卻速度為50°C/S，冷卻200°C只需要4秒鐘，8M長(zhǎng)的冷卻裝置，如果冷卻速度在5°C/S以下，那么冷卻200。C就需要40秒鐘，設(shè)置80M長(zhǎng)的裝置了。世界各國(guó)目前普遍采用調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)N80油井管，由于調(diào)質(zhì)鋼是通過(guò)淬火加回火來(lái)得到所需要的組織和性能，鋼中均控制較低N含量；而本發(fā)明的非調(diào)質(zhì)鋼主要是通過(guò)碳化物析出強(qiáng)化來(lái)提高性能，因此利用較高的N與碳化物析出元素V、Ti、Nb、Mo結(jié)合，提高材料的強(qiáng)度。除調(diào)質(zhì)鋼外，早期生產(chǎn)N80油井管的非調(diào)質(zhì)鋼，如42MnMo7、42MnCr52等與本發(fā)明鋼種也有本質(zhì)的區(qū)別。上述鋼種僅適合在軋后空冷的條件下生產(chǎn)N80油井管，由于軋后空冷的冷卻速度較慢，只能得到鐵素體加珠光體的組織，必須依靠提高C含量來(lái)提高強(qiáng)度，但是隨著C含量的提高，韌性大大降低，己滿足不了人們對(duì)高性能油井管的要求。本發(fā)明鋼種降低了C含量，有利于提高材料的韌性，同時(shí)通過(guò)提高N含量和加入較多碳化物形成元素，并結(jié)合加速冷卻來(lái)提高強(qiáng)度。近年來(lái)，國(guó)際上已陸續(xù)有人開(kāi)始對(duì)鋼管軋后加速冷卻工藝進(jìn)行研究，配合工藝的研究，也相應(yīng)的發(fā)表了一些有關(guān)鋼種方面的文章和專利。其中美國(guó)專利5019180，英國(guó)專利GB2137539A和一篇論文《MetallurgicalDesignofAccelerated-CoolingProcessforSeamlessPipeProduction^提出的鋼種均為不含N的低C微合金鋼，含C量都在0.18%以下，利用V、Ti、Nb析出強(qiáng)化，在加速冷卻條件下得到細(xì)小的鐵素體組織，以生產(chǎn)X系列管線管為主。而本發(fā)明鋼種主要加入N，可以更加有效的提高強(qiáng)度。與本發(fā)明更為接近的發(fā)明是一個(gè)1993年的美國(guó)專利5186769。其主要成分為C0.100.18%，Mn0.12.0%，V0.10.16%，Ti0扁0.012%，N0.0150.022%。該鋼種的設(shè)計(jì)思路與本發(fā)明相近，均是以V、Ti的碳氮化物析出作為材料強(qiáng)化的主要手段。該鋼種與本發(fā)明鋼種最大區(qū)別在于碳含量較低，在終軋后只能得到以鐵素體為主的組織。而本發(fā)明具有較高的C及Mo等合金的含量，可以得到以貝氏體為主的組織，從而保證冷卻后鋼管內(nèi)外硬度和強(qiáng)度的均勻性。圖1為本發(fā)明鋼種在常規(guī)軋管工藝下的金相組織(鐵素體+珠光體)；圖2a為本發(fā)明鋼種在發(fā)明工藝下軋后5。C/S冷卻的金相組織(貝氏體組織)光學(xué)顯微鏡照片；圖2b為本發(fā)明鋼種在發(fā)明工藝下軋后5t:/s冷卻的金相組織(貝氏體組織)掃描電鏡照片；圖3a為本發(fā)明鋼種在發(fā)明工藝下軋后55t7S冷卻的金相組織(貝氏體+少量島狀馬氏體)光學(xué)顯微鏡照片；圖3b為本發(fā)明鋼種在發(fā)明工藝下軋后55"C/S冷卻的金相組織(貝氏體+少量島狀馬氏體)掃描電鏡照片。具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。'具體化學(xué)成分見(jiàn)表2，將它們用兩種不同工藝軋管一種是按原來(lái)的常規(guī)工藝軋管，軋后空冷；另一種是按本發(fā)明的工藝軋管，軋后加速冷卻。兩種工藝的力學(xué)性能結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，采用本發(fā)明的鋼種和工藝，如B2、B3、B4、B5成分，軋后鋼管的屈服強(qiáng)度均大于600Mpa，能夠滿足N80套管屈服強(qiáng)度在552758Mpa之間的要求。表2單位質(zhì)量百分比編號(hào)CSiMnVTiNAlMoNbFeBl0.140.261.730.140.0120.0160.0170.29/余量7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>采用本發(fā)明鋼種，在常規(guī)軋管工藝下，其軋后金相組織為鐵素體加珠光體，其顯微硬度只在150Hvl0左右，達(dá)不到N80鋼級(jí)要求硬度在220HvlO以上的要求，見(jiàn)圖1。采用本發(fā)明鋼種，在本發(fā)明軋管工藝下，以5°C/s的冷卻速度從750r冷卻到40(TC，其軋后金相組織以貝氏體為主，其顯微硬度在228Hv10左右，達(dá)到了N80鋼級(jí)要求硬度在220Hv10以上的要求，見(jiàn)圖2a、圖2b。采用本發(fā)明鋼種，在本發(fā)明軋管工藝下，以55°C/S的冷卻速度從750'C冷卻到40(TC，其軋后金相組織為貝氏體加少量島狀馬氏體，其顯微硬度達(dá)到266Hvl0，為避免出現(xiàn)馬氏體，應(yīng)將軋后冷卻速度控制在50°C/S以下，見(jiàn)圖3a、圖3b。權(quán)利要求1.一種無(wú)縫鋼管制造方法，其包括如下步驟1)管坯的成分質(zhì)量百分比為C0.22～0.4％、Si0.1～0.5％、Mn1.0～2.0％、V0.05～0.25％、Al0.005～0.050％、N0.015～0.030％，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)；2)管坯經(jīng)環(huán)形加熱爐在1200～1320℃加熱后，經(jīng)穿孔機(jī)在1150～1250℃穿孔，然后在900～1050℃軋管，脫棒后進(jìn)入減徑機(jī)組，在750～850℃軋成鋼管；3)鋼管從減徑機(jī)出來(lái)之后10秒鐘之內(nèi)用水或水加氣，以5～50℃/S的冷卻速度，快速冷卻到400～650℃之間，然后空冷，空冷后的鋼管經(jīng)檢查后按成品管交貨。2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)縫鋼管制造方法，其特征是，所述的管坯成分還包括Mo:0.10~0.40%、Nb:0.010.05%、Ti:0.005~0.05%中的一種或一種以上，以質(zhì)量百分比計(jì)。全文摘要一種無(wú)縫鋼管制造方法，其包括如下步驟1)管坯成分質(zhì)量百分比為C0.22～0.4％、Si0.1～0.5％、Mn1.0～2.0％、V0.05～0.25％、Al0.005～0.050％、N0.015～0.030％，F(xiàn)e余量和不可避免雜質(zhì)；2)管坯在1200～1320℃加熱，經(jīng)穿孔機(jī)在1150～1250℃穿孔，然后在900～1050℃軋管，脫棒后進(jìn)入減徑機(jī)組，在750～850℃軋成鋼管；3)鋼管從減徑機(jī)出來(lái)10秒鐘內(nèi)用水或水加氣以5～50℃/S的冷卻速度快速冷卻到400～650℃，空冷。本發(fā)明可保證高溫軋制時(shí)不出現(xiàn)混晶和粗晶現(xiàn)象，脫棒后的鋼管不需進(jìn)入再加熱爐，直接進(jìn)入減徑機(jī)軋制，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。利用終軋后的加速冷卻，得到以貝氏體為主的組織，不經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理直接生產(chǎn)油井管。文檔編號(hào)B21C37/06GK101658879SQ20081004212公開(kāi)日2010年3月3日申請(qǐng)日期2008年8月27日優(yōu)先權(quán)日2008年8月27日發(fā)明者殷光虹申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司