專利名稱：500MPa級VN合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種500MPa強(qiáng)度級別釩氮(VN)合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管及其制作方 法。
背景技術(shù)：
鑒于國內(nèi)部分油田的油藏較淺，不需要高鋼級的套管進(jìn)行鉆井作用，但普通 500MPa級別的鋼管強(qiáng)度可以達(dá)到要求，韌性很低，使用上安全性不足。鑒于此，特在考慮強(qiáng) 度和韌性均滿足用戶要求的情況，開發(fā)了此新鋼種及工藝用來生產(chǎn)有特殊要求的套管。
原來生產(chǎn)500MPa強(qiáng)度級別鋼管采用的碳錳鋼加釩合金化、軋態(tài)或正火態(tài)交貨 的工藝。原鋼種成分范圍如下:C :0. 32% 0. 36%、 Si :0. 20% 0. 40%、 Mn :1. 25% 1. 45%、P《0. 020%、S《0. 015%、Cr :《0. 30%、V :0. 04% 0. 08%、N :不做控制。采用
此鋼種在煉鋼及軋管工藝上沒有特殊要求，一般采用軋態(tài)交貨。軋態(tài)性能統(tǒng)計(jì)情況如下 _屈服(MPa) 抗拉(MPa) 延伸率(％) Min. 500 717 26
Average 515 781 30
STDEV 10.82 22:32 2.05
沖擊功(J)，橫向，10*5mm，20'C 剪切比OO
123平均123平均
Max.1819221940404037
Min.74351010010
Average1414131419191819
STDEV2.662.643.232. 408.197.418. 377. 46 從上表可以看出，在屈服強(qiáng)度達(dá)到500MPa和抗拉強(qiáng)度達(dá)到700MPa的情況下，對應(yīng) 的橫向沖擊功在2(TC的沖擊溫度和10*5咖尺寸下平均只有14J，剪切比不到20%，折算到 全尺寸10W0mm也只有28J。最小的沖擊功只有3J，折算后只有6J，達(dá)不到交貨條件。在生 產(chǎn)時(shí)需要對這些韌性不足的鋼管進(jìn)行正火熱處理來提高韌性，增加了工藝時(shí)間和成本，造 成熱處理產(chǎn)能資源的消耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種500MPa強(qiáng)度 級別釩氮(VN)合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管及其制作方法，從而解決采用原鋼種、工藝生產(chǎn)的 500MPa級無縫管沖擊韌性低、工藝復(fù)雜、成本高的技術(shù)難題，達(dá)到減少工序、降低成本生產(chǎn) 高韌性的500MPa級無縫管的目的。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種500MPa強(qiáng)度級別釩氮 (VN)合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管，該無縫鋼管的化學(xué)成分按重量％為C :0. 28% 0. 34%、Si : 0.32% 0.50%、Mn :1.25% 1.45%、0<P《0.020%、0<S《0.0 1 5%、Cr:0.30%
30. 45%、 V :0. 08% 0. 1 5%、N:0. 0 1 0% 0. 025%，余量為Fe和含量不可去除的痕量 元素。 還提供一種500MPa強(qiáng)度級別釩氮(VN)合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管的制作方法，該方
法包括以下步驟
①煉鋼 采用有害殘余元素含量低的優(yōu)質(zhì)廢鋼加海綿鐵或鐵水，配制上述成分要求的各種 合金原料，運(yùn)用電弧爐進(jìn)行冶煉，通過向鋼水中加入石灰造泡沫渣，充分吸附鋼水中的有害 元素P、S，使P、S含量降至最低；使用偏心爐底出鋼，再采用鋼包爐精煉、精確調(diào)整主要合金 成分符合要求后，喂入Al絲進(jìn)行脫氧處理，然后再喂入Si-Ca絲進(jìn)行夾雜物變形控制。當(dāng) 鋼中含有S時(shí)，如果沒有其他與S結(jié)合的元素，則優(yōu)先與錳Mn結(jié)合生成MnS，因?yàn)镸nS夾雜 為長條形且塑性較好，在后續(xù)的軋制過程中能進(jìn)一步沿著軋制方向變形，增大各向異性并 降低沖擊韌性。通過加入SiCa絲進(jìn)行變形處理，Ca可以與MnS和A1203發(fā)生反應(yīng)，形成圓 球形的鋁酸鈣和硫化鈣夾雜的復(fù)合體，并呈彌散分布，且通過喂入SiCa絲也能起到脫硫作 用，進(jìn)一步降低S含量，凈化鋼液。最后再喂入VN合金絲，需采用小流量氬氣進(jìn)行攪拌并靜 置5min，使VN合金均勻化并保留鋼水中的N含量。待溫度為1569 1589°C時(shí)進(jìn)行連鑄鑄 成圓坯。 ②軋管 上述鑄成的圓坯經(jīng)過檢驗(yàn)，表面質(zhì)量、幾何尺寸符合要求后被送入到環(huán)形爐中進(jìn) 行加熱，加熱溫度為1230°C 132(TC并保溫2 4小時(shí)，然后穿孔機(jī)穿孔、高精度限動芯棒 連軋機(jī)組進(jìn)行連軋，在連軋后提高傳送輥道速度，保證鋼管入爐前溫度^ 65(TC，鋼管送入 到設(shè)定溫度為900 97(TC的再加熱爐進(jìn)行加熱，保溫0. 5 1小時(shí)后，通過定徑機(jī)或者張 力剪徑機(jī)精確定徑，在冷床上冷卻后，鋸切、冷矯直，最后制出的鋼管經(jīng)過無損探傷和精整 工序后送到下道工序；
③管加工 檢測性能合格后的鋼管接著進(jìn)行螺紋加工，測長、稱重、涂漆、噴標(biāo)等工藝后，制成 上述的無縫鋼管； ④上述制成的鋼管性能為屈服強(qiáng)度^ 500MPa，抗拉強(qiáng)度^ 700MPa，延伸率可以 達(dá)到28%以上，溫度為Ot:時(shí)縱向全尺寸夏比沖擊吸收功為最小65J，管體截面全壁厚組 織為珠光體+鐵素體組織，平均硬度約為HRC18. 5。 本發(fā)明的效果是采用以上成分和制作方法后制造的無縫鋼管具有新的工藝路線， 由于不經(jīng)過真空處理工藝和后續(xù)的熱處理工藝，能節(jié)省工藝成本和工藝時(shí)間。采用本發(fā)明 后利用釩氮(VN)合金化非調(diào)質(zhì)的方法即可生產(chǎn)出500MPa強(qiáng)度級別的無縫鋼管，且具有良 好的沖擊韌性。本工藝可以替代一般需要經(jīng)過?；に嚮蛘哒鸸に嚥拍苌a(chǎn)的有相同性 能要求的500MPa級無縫管。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的500MPa強(qiáng)度級別釩氮(VN)合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管及其制 造方法加以說明。 本發(fā)明的500MPa強(qiáng)度級別釩氮(VN)合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管，該鋼管的化學(xué)成分按重量％為C :0. 28 % 0. 34 %、 Si :0. 32 % 0. 50 %、 Mn :1. 25 % 1. 45 %、0 <P《0. 020%、0< S《0. 01 5%、Cr :0. 30% 0. 45%、V :0. 08% 0. 15%、N :0. 010% 0. 025%，余量為Fe和含量不可去除的痕量元素。
制造上述無縫鋼管的方法包括以下步驟
1、煉鋼 采用有害殘余元素含量低的優(yōu)質(zhì)廢鋼加海綿鐵或鐵水，配制上述成分要求的各種 合金原料，運(yùn)用電弧爐進(jìn)行冶煉，通過向鋼水中加入高活性度的石灰造泡沫渣，充分吸附鋼 水中的有害元素P、 S等；使用偏心爐底出鋼，再采用獨(dú)特的控制工藝，即鋼包爐精煉、夾雜 物控制技術(shù)、VN絲喂入技術(shù)、非真空處理技術(shù)、連鑄技術(shù)來生產(chǎn)釩氮合金化的無縫管。鋼包 爐精煉調(diào)整好鋼水的主要合金元素含量及溫度后就可以吊入VD (真空處理)工位進(jìn)行后續(xù) 處理。先喂入Al絲進(jìn)行深脫氧，然后再喂入Si-Ca絲進(jìn)行夾雜物變形控制。當(dāng)鋼中含有S 時(shí)，如果沒有其他與S結(jié)合的元素，則優(yōu)先與錳Mn結(jié)合生成MnS。因?yàn)镸nS夾雜為長條形且 塑性較好，在后續(xù)的軋制過程中能進(jìn)一步沿著軋制方向變形，增大各向異性并降低沖擊韌 性。通過加入SiCa絲進(jìn)行變形處理，Ca可以與MnS和A1^3發(fā)生反應(yīng)，形成圓球形的鋁酸 鈣和硫化鈣夾雜的復(fù)合體，并呈彌散分布，且通過喂入SiCa絲也能起到脫硫作用，進(jìn)一步 降低S含量，凈化鋼液。最后再喂入VN合金絲。在VD(真空處理)工位不進(jìn)行真空處理， 因?yàn)镹元素為氣體元素，在真空處理過程中會因壓力降低而加快集聚并上浮，導(dǎo)致最終產(chǎn) 品的N含量達(dá)不到控制要求。故不采用真空處理技術(shù)，但需要全程采用小流量氬氣攪拌技 術(shù)，喂入VN合金絲并靜置5min后送到連鑄臺，通過6流弧形連鑄機(jī)連鑄成圓坯，連鑄過程 中應(yīng)嚴(yán)格控制鋼水過熱度、拉坯速度和冷卻水量。連鑄后的圓坯經(jīng)火焰切割成合適的定尺 長度后，在冷床上冷卻到室溫。質(zhì)檢人員檢查外表面質(zhì)量和尺寸精度后，合格的圓坯即可轉(zhuǎn) 移到下道工序。嚴(yán)格控制鋼水過熱度、拉坯速度和冷卻水量。
2、軋管 上述連鑄成的圓坯經(jīng)過檢驗(yàn)，表面質(zhì)量、幾何尺寸符合要求后被送入到環(huán)形爐中 進(jìn)行加熱，加熱溫度為1230°C _13201:并保溫2 4小時(shí)，然后經(jīng)過穿孔機(jī)穿孔、高精度限 動芯棒連軋機(jī)組進(jìn)行連軋，在連軋后提高傳送輥道速度，保證鋼管入爐前溫度^ 65(TC，鋼 管送入到設(shè)定溫度為900 97(TC的再加熱爐進(jìn)行加熱，保溫0. 5 1小時(shí)后，通過定徑機(jī) 或者張力剪徑機(jī)精確定徑，在冷床上冷卻后，鋸切、冷矯直，最后制出的鋼管經(jīng)過無損探傷 和精整工序后送到下道工序；
3、管加工 采用本發(fā)明生產(chǎn)的500MPa級無縫鋼管不需要后續(xù)的熱處理工藝，檢測性能合格 后的鋼管在進(jìn)行螺紋加工，測長、稱重、涂漆、噴標(biāo)等工藝后，即可制成上述的500MPa強(qiáng)度 級別釩氮(VN)合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管； 4、上述制成的鋼管性能為屈服強(qiáng)度^ 500MPa，抗拉強(qiáng)度^ 700MPa，延伸率可以 達(dá)到28%以上，溫度為Ot:時(shí)縱向全尺寸夏比沖擊吸收功為最小65J，管體截面全壁厚組織 為珠光體+鐵素體組織，平均硬度約為HRC18. 5。 以下以含量為C :0. 28% 0. 34%、 Si :0. 32% 0. 50%、 Mn :1. 25% 1. 45%、0 < P《0 020%、0 < S《0. 01 5%、Cr :0. 30% 0. 45%、V :0. 08% 0. 1 5N :0. 010% 0. 025%，余量為Fe和痕量元素的鋼管為例，闡述本發(fā)明的產(chǎn)品制造方法
1、煉鋼 a.純凈鋼技術(shù) 配料采用P， S含量低的優(yōu)質(zhì)廢鋼+鐵水(或生鐵)，盡可能從源頭降低鋼中有害 元素含量。90/150噸超高功率電弧爐(EAF)偏心爐底出鋼，減少溫降和鋼水二次氧化；采 用留鋼留渣操作工藝，保證氧化渣不流入鋼包。 泡沫渣冶煉，鋼包爐(LF)，采用CaO_Al203高堿度渣，加CaC2粒還原氣氛強(qiáng)，包底吹 氬氣攪拌，埋弧加熱，具有良好的脫氧、脫硫效果，減少夾雜物。
b.夾雜物控制技術(shù) 包芯絲喂絲處理(FW):通過向鋼水喂入Si-Ca絲改變夾雜物形態(tài)，使長條狀的MnS 夾雜轉(zhuǎn)變成CaS的球形復(fù)合夾雜物，從而改善鋼的韌性、降低各向異性，從本質(zhì)上提高鋼的 性能，特別是韌性。
c.連鑄技術(shù) 六流弧形連鑄機(jī)(CCM)采用帶有Ar氣密封的保護(hù)套管，中包覆蓋劑，浸入式水口
和結(jié)晶器保護(hù)渣的保護(hù)澆鑄先進(jìn)技術(shù)，使鋼水和空氣完全隔離，防止鋼水在澆鑄過程中的
二次氧化。 2、軋管 a.精軋技術(shù) 計(jì)算機(jī)自動控制爐溫的環(huán)型管坯加熱爐，精確控制管坯溫度，保證管坯軋成管子 后性能的穩(wěn)定和尺寸精度。 為保證壁厚的均勻和內(nèi)外表面的質(zhì)量，設(shè)有熱定心及高壓水除磷同時(shí)，設(shè)有荒管 內(nèi)表面噴硼砂。 精軋成品孔型設(shè)計(jì)確保管子外徑及壁厚精度。
b.工藝控制 環(huán)形爐加熱溫度為128(TC，并且保證管坯溫度均勻。 狄舍爾穿管機(jī)軋出的毛管壁厚偏差應(yīng)在±8%以內(nèi)，為軋制荒管和成品管創(chuàng)造了 良好的前提條件。 在連軋后采取加快運(yùn)輸節(jié)奏的方法快速將連軋后的鋼管送入再加熱爐，保證入爐 前鋼管的溫度^ 650°C。鋼管在設(shè)定溫度為900 97(TC的再加熱爐進(jìn)行加熱，保溫0. 5 1小時(shí)后，通過定徑機(jī)或者張力剪徑機(jī)精確定徑，在冷床上冷卻后，鋸切、冷矯直，最后制出 的鋼管經(jīng)過無損探傷和精整工序，性能檢測合格后送到下道工序； 限動芯棒連軋管機(jī)避免"竹節(jié)"現(xiàn)象，除管端部，整根鋼管壁厚不均不超過±4% 。
定徑機(jī)組保證鋼管的外徑和壁厚精度，鋼管的外徑偏差為0-0. 5% D。
矯直機(jī)組保證鋼管彎曲度指標(biāo)小于1. 5mm/m。
權(quán)利要求
一種500MPa強(qiáng)度釩氮(VN)合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管，其成份的重量％為C0.28％～0.34％、Si0.32％～0.50％、Mn1.25％～1.45％、0＜P≤0.020％、0＜S≤0.01 5％、Cr0.30％～0.45％、V0.08％～0.1 5％、N0.01 0％～0.025％，余量為Fe和含量不可去除的痕量元素。
2. —種制造500MPa強(qiáng)度級別釩氮(VN)合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管的方法，該方法包括以下步驟① 煉鋼采用廢鋼加海綿鐵或鐵水，配制上述成分要求的各種合金原料，運(yùn)用電弧爐進(jìn)行冶煉，通過向鋼水中加入石灰造泡沫渣，充分吸附鋼水中的有害元素P、 S，使P、 S含量降低；使用偏心爐底出鋼，再采用鋼包爐精煉、調(diào)整合金成分符合上述要求后，喂入Al絲進(jìn)行脫氧處理，然后再喂入Si-Ca絲進(jìn)行夾雜物變形控制，減小夾雜物對性能、特別是沖擊韌性的影響，最后再喂入VN合金絲，需采用小流量氬氣進(jìn)行攪拌并靜置5min，使VN合金均勻化并保留鋼水中的N含量，待溫度為1569-1589t:時(shí)進(jìn)行連鑄鑄成圓坯；② 軋管上述鑄成的圓坯經(jīng)過檢驗(yàn)，表面質(zhì)量、幾何尺寸符合要求后被送入到環(huán)形爐中進(jìn)行加熱，加熱溫度為1230°C _13201:并保溫2 4小時(shí)，然后穿孔機(jī)穿孔、高精度限動芯棒連軋機(jī)組進(jìn)行連軋，在連軋后送入到設(shè)定溫度為900 97(TC的再加熱爐進(jìn)行加熱，保溫0. 5 1小時(shí)后，通過定徑機(jī)或者張力剪徑機(jī)精確定徑，在冷床上冷卻后，鋸切、冷矯直，最后制出的鋼管經(jīng)過無損探傷和精整工序后送到下道工序；③ 管加工檢測性能合格后的鋼管接著進(jìn)行螺紋加工，測長、稱重、涂漆、噴標(biāo)工藝后，制成上述的無縫鋼管；④ 上述制成的鋼管性能為屈服強(qiáng)度^ 500MPa，抗拉強(qiáng)度^ 700MPa，延伸率達(dá)到28%以上，溫度為Ot:時(shí)縱向全尺寸夏比沖擊吸收功為最小65J，管體截面全壁厚組織為珠光體+鐵素體組織，平均硬度約為服0 18.5。
全文摘要
本發(fā)明提供一種500MPa強(qiáng)度級別釩氮(VN)合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管及其制作方法，其成份的重量％為C0.28％～0.34％、Si0.32％～0.50％、Mn1.25％～1.45％、0＜P≤0.020％、0＜S≤0.015％、Cr0.30％～0.45％、V0.08％～0.15％、N0.0100％～0.0250％，余量為Fe和含量不可去除的痕量元素。還提供一種制造500MPa強(qiáng)度級別釩氮(VN)合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管的方法。本發(fā)明的效果是采用該方法的成份和工藝后制造的500MPa強(qiáng)度級別釩氮(VN)合金化非調(diào)質(zhì)無縫鋼管具有良好的機(jī)械性能，在非調(diào)質(zhì)情況下滿足500MPa級無縫鋼管的性能要求。在其最小屈服強(qiáng)度達(dá)到500MPa的情況下，其縱向全尺寸0℃沖擊功平均可以達(dá)到65J以上。
文檔編號C21D8/10GK101694250SQ20091007078
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者劉江成, 史慶志, 周家祥, 周曉峰, 宗衛(wèi)兵, 張傳友, 李效華, 江勇, 章華明 申請人:天津鋼管集團(tuán)股份有限公司;