專利名稱：一種低成本大膨脹率膨脹管用twip鋼及鋼管制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料和石油天然氣工業(yè)領(lǐng)域，涉及到含有C、Mn及合金化元素Cr、Si和Re的TWIP鋼，本鋼材適用于制作大膨脹率可膨脹管。
背景技術(shù)：
可膨脹管技術(shù)(馬洪濤.國外膨脹管技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].國外油田工程，2006,2(22) :20-24)是在井下利用機(jī)械或液壓的方法，通過膨脹錐由上到下或由下往上運(yùn)動，使套管鋼材發(fā)生永久塑性變形，使膨脹后的套管達(dá)到貼緊井壁的目的。其是近幾年發(fā)展起來的針對石油天然氣工業(yè)中的鉆井、完井和修井的先進(jìn)工藝技術(shù)，也有人將其稱為21世紀(jì)地學(xué)領(lǐng)域中的登月技術(shù)，認(rèn)為可膨脹管技術(shù)是21世紀(jì)石油天然氣工業(yè)中的關(guān)鍵性技術(shù)之一。對于可膨脹管技術(shù)而言，最富有革命性和挑戰(zhàn)性的是單一井徑鉆井技術(shù)。單一井徑鉆井技術(shù)是利用相同的鉆柱結(jié)構(gòu)形成相同井徑的井眼，逐級下入膨脹管膨脹到設(shè)計(jì)尺寸，實(shí)現(xiàn)油氣井全井一套管柱，井眼尺寸相同，且不改變后續(xù)施工工藝的一項(xiàng)新技術(shù)。等井徑鉆井技術(shù)通過膨脹錐的膨脹使管材發(fā)生塑性形變(膨脹率大于30% )，實(shí)現(xiàn)全井井眼尺寸相同，從而獲得最大通徑，節(jié)省完井固井費(fèi)用、為后續(xù)試油、增產(chǎn)措施實(shí)施和修井作業(yè)等提供足夠的井眼通徑。等井徑井技術(shù)是膨脹管技術(shù)的頂端精髓技術(shù)。由于鉆井裝備提供的膨脹動力限制，作為等井徑鉆井技術(shù)的膨脹管材必須具有較低的屈服強(qiáng)度、較高的抗拉強(qiáng)度、較低的屈強(qiáng)比和很高塑性延伸率，以及高的加工硬化率；使得膨脹后的鋼管的強(qiáng)度應(yīng)該不低于API5CT中的J55、N80或PllO套管管材的水平。因此，大膨脹率大尺寸的單一井徑井技術(shù)用的可膨脹管就成了必須解決的問題。但是，目前使用的可膨脹鋼管，包括現(xiàn)有的API套管鋼管中選擇使用的K55、J55、L80套管以及Siell開發(fā)的LSX-80可膨脹套管，甚至包括我國近年開發(fā)的不銹雙相鋼和TRIP鋼可膨脹管套管(徐瑞萍.可膨脹管材料的研究與開發(fā)[D].天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006，2)，在保證強(qiáng)度的同時(shí)，往往屈服強(qiáng)度較高、膨脹率不足25% ；高于此膨脹率的大尺寸膨脹套管材料的選擇問題一直沒有得到很好地解決。大膨脹率可膨脹管的制備涉及材料選擇、金屬加工、機(jī)械設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域。其中最重要的是可膨脹管材料的選擇與開發(fā)(徐瑞萍.可膨脹管材料的研究與開發(fā)[D].天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006，2 ；張恒.實(shí)體管井下溫變形膨脹的物理冶金問題及有限元分析[D],西南石油大學(xué)博士學(xué)位論文，2010，6)。為了表達(dá)可膨脹套管材料的綜合性能，通常利用“強(qiáng)塑積”概念作為可膨脹管材料選用設(shè)計(jì)開發(fā)準(zhǔn)則，“強(qiáng)塑積”用字母k表示，等于材料在正常狀態(tài)下的拉伸強(qiáng)度Rm和斷后伸長率A的乘積，即k = Rm · A(1)式中Rm的單位為MPa，A的單位為%，則強(qiáng)塑積k的單位就是MPa%。并提出k =30000MPa%作為可膨脹管材料開發(fā)選擇的判據(jù)。目前，處于高強(qiáng)度鋼前沿的強(qiáng)塑性性能較好的鋼種有雙相鋼、相變誘發(fā)塑性鋼和孿生誘發(fā)塑性鋼等。其中強(qiáng)塑性性能配合最好的鋼種是孿生誘發(fā)塑性鋼(TWIP)。在孿生誘發(fā)塑性鋼中，常規(guī)的 TWIP 鋼 0.2C-25Mn-3Al-3Si (Grassel 0，Kruger L, Frommeyer G,at el. High strength Fe-Mn-(Al-Si)TRIP/TWIP steels development-properties-application[J]· International Journal of Plasticity, 2000. 16:1391-1409)由于合金中含有較高的Al元素，使得合金的冶煉澆鑄困難；含有較高Cr (5-10% )、Ni (0. 5-3% )元素抗酸性腐蝕的可膨脹管用TWIP鋼(宋開紅.單一井徑井大膨脹率膨脹套管用TWIP鋼研究[D].西南石油大學(xué)博士學(xué)位論文，2011,6),由于合金元素Cr、Ni含量較高，價(jià)格較貴，對于一般非酸性腐蝕環(huán)境，顯然并不合適。而第二類TWIP鋼(黎倩等.汽車用TWIP鋼的探索研究[J].金屬熱處理，2008，5 (33) :1-4;李大趙等.汽車用TWIP鋼的基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2009，2(21) 1-5)，合金中僅含有碳錳強(qiáng)化元素，成本較低，鋼材的強(qiáng)度和塑性都很好，因此這類TWIP鋼是一般非嚴(yán)重酸性腐蝕環(huán)境可膨脹管用鋼的恰當(dāng)選擇。但常規(guī)的第二類 TWIP 鋼 Fe-0. 6C-23Mn(Scott C, A Ilain S, FaralM, et al. The developm entof a new Fe-Mn-Causten itic steel for autom otive app licat ion s[J]. LaRevu ed eM etallurgie-C IT, 2006, (6) :293-302)，合金由于含碳量較高，鋼材的屈服強(qiáng)度較高G50Mpa)，膨脹所需的動力較大，因此對于制備大膨脹率大尺寸的單一井徑井技術(shù)可膨脹管顯然也不恰當(dāng)。已有的研究已經(jīng)證明，合適的奧氏體層錯能范圍是TWIP鋼的一個(gè)重要特性。層錯能是金屬合金的一個(gè)重要物理特性，直接影響材料的力學(xué)性能、相穩(wěn)定性等。TWIP效應(yīng)的產(chǎn)生與奧氏體的層錯能有重要關(guān)系。Grassel(Grassel 0，Kruger L，F(xiàn)romm eyer G. H ighstrength Fe-Mn-(Al Si)TRIP/TW IP steels developm entproperties-application[J].Int J. Plasticity. 2000,16 :1391-1409)等發(fā)現(xiàn)，當(dāng) Yfcc— α、y fcc - α — ε M, hcp 馬氏體轉(zhuǎn)變吉布斯自由能AG彡-220J/mol，且層錯能彡16mJ/m2時(shí)，在應(yīng)力作用下奧氏體發(fā)生TRIP效應(yīng)，在高應(yīng)變區(qū)會產(chǎn)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變，延遲鋼的縮頸，從而提高了鋼的塑性。而當(dāng)Yf。?！?eM,h。P馬氏體轉(zhuǎn)變吉布斯自由能為正值且大約在110 250J/mol之間，層錯能大約為25mJ/m2時(shí)，在應(yīng)力作用下發(fā)生TWIP效應(yīng)，通過形變孿晶的形成來延遲鋼的縮頸。由于奧氏體本身塑性良好，大量機(jī)械孿晶的形成又產(chǎn)生了一定量的塑性變形，因此TWIP鋼具有極好的塑性。過低的層錯能(< 20mJ/m2)，就可能誘發(fā)馬氏體相變；而過高的層錯能(> 40mJ/m2)，也不利于孿晶的形成。金屬合金的層錯的高低與合金元素的種類密切相關(guān)，一般說來，MruAl元素屬于提高合金層錯能的元素，Si,Cr元素屬于降低合金層錯能的元素(陸惠菊，朱娜瓊，何燕霖，李麟.ISMn-Si系TWIP鋼層錯能的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)[J]材料熱處理學(xué)報(bào)，32 (2011)，12 =155-158)，由于在合金中加入一定的Si含量，和降低的Mn含量，使得0. 6C-18Mn-Si鋼，在不同應(yīng)變量的形變過程中，產(chǎn)生TRIP效應(yīng)，形成TWIP/TRIP鋼。雖然這種具有TWIP/TRIP效應(yīng)的鋼的屈服強(qiáng)度只有不足200MPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到IOOOMPa以上，延伸率可達(dá)到50%，但是由于TRIP效應(yīng)，使得形變后期膨脹力增大，因此也是不恰當(dāng)?shù)?。由于單一井徑井技術(shù)的大尺寸、低屈服強(qiáng)度和大膨脹率的要求，應(yīng)該盡量的保證膨脹過程套管的形變?nèi)吭趭W氏體區(qū)內(nèi)完成。因此，對于低成本的TWIP鋼，采用具有較低的含碳量，恰當(dāng)?shù)暮琈n量和加入降低層錯能的元素，達(dá)到設(shè)計(jì)出具有恰當(dāng)?shù)膶渝e能、保證鋼材形變出現(xiàn)TWIP效應(yīng)、具有較低屈服強(qiáng)度的良好的塑性低成本的TWIP鋼是大膨脹率單一井徑井用大尺寸膨脹管用鋼的一個(gè)恰當(dāng)?shù)倪x擇。鋼成分設(shè)計(jì)要求是加工處理后為單一的奧氏體組織，且其在形變過程中誘發(fā)孿晶，抑制馬氏體相變。目前TWIP鋼的成分設(shè)計(jì)通常是采用基于層錯能的計(jì)算的合金成分設(shè)計(jì)。在鋼的合金元素中，鉻元素是對提高鋼材的抗腐蝕性能最為有效的合金元素，少量的鉻元素(1-5%)會大幅度的提高油套管鋼的抗腐蝕性能，稀土在鋼中的作用被歸納為凈化作用、變質(zhì)作用和合金化作用等三個(gè)方面。稀土在TWIP鋼中主要起凈化作用，降低鋼的S、P含量，提高鋼材的潔凈程度(王龍妹等.微量稀土元素在鋼中的作用機(jī)理與應(yīng)用研究[J].稀土，2003，5Q4) 1-3 ；姜茂發(fā)等.鋼中稀土與鈮、釩、鈦等微合金元素的相互作用[J].稀土，2001，4 02) 37-40)。由于單一井徑井大尺寸大膨脹率膨脹管用鋼在膨脹過程中，要求鋼管的壁厚均勻、橢圓度小，因此，采用目前熱軋無縫鋼管制備技術(shù)，按照目前API標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定均不能滿足膨脹管技術(shù)很難達(dá)到要求，因此本發(fā)明采用先進(jìn)金屬加工技術(shù)，熱擠壓技術(shù)制備單一井徑井大尺寸大膨脹率膨脹套管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低成本大膨脹率膨脹管用TWIP鋼，具有較低的含碳量以及恰當(dāng)?shù)暮琈n量，增加了少量的Cr和Si元素，降低合金的層錯能，改善了 TWIP鋼的抗腐蝕性能，并且添加了稀土元素的凈化處理，使得本發(fā)明鋼具有良好的綜合機(jī)械性能、較好的加工性能和較好的抗腐蝕性能。本發(fā)明的另一目的還在于提供該大膨脹率膨脹管用TWIP鋼的鋼管制備方法，該方法原理可靠，操作簡便，實(shí)用性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于可膨脹管技術(shù)中。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。通過合金成分的層錯能設(shè)計(jì)，電爐冶煉、稀土鋁鐵合金脫氧，控制澆鑄，開坯后直接熱擠、熱軋或與固溶后冷軋結(jié)合退火熱處理，獲得具有純凈度高的、抗拉強(qiáng)度為700 llOOMPa、屈服強(qiáng)度為300 550MPa、延伸率為40 85%、強(qiáng)塑積彡40000MPa%、加工硬化指數(shù)為0. 35 0. 6的，低成本、具有良好膨脹性能、孿生誘發(fā)塑性的大膨脹率膨脹套管和膨脹篩管用鋼。并通過熱擠壓這種先進(jìn)的金屬加工技術(shù)制成無縫鋼管，最終經(jīng)過950 1050°C淬火水冷得到基體為90%以上的奧氏體的膨脹套管。本發(fā)明的低成本大膨脹率膨脹管用TWIP鋼，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C 0. 30 0. 65%, Mn 15 30%，Cr :0. 10 1. 0%, Al :0. 01 2. 0%, Si :0. 10 1. 0%，Re 0. 030 0. 30%, S 彡 0. 002%, P 彡 0. 005%，其余為鐵。本發(fā)明中，加入15 30 %的Mn是為提高奧氏體的穩(wěn)定性，0. 30 0. 65 %的C含量是為了配合一定的Mn含量以保證鋼材獲得穩(wěn)定的室溫奧氏體組織，同時(shí)也可以增加鋼材的固溶強(qiáng)化效果，保證鋼材的強(qiáng)度；少量的Cr元素加入是為了改善鋼材的抗腐蝕性能。本發(fā)明中，加入少量的合金元素Cr、Si中的一種或二種，是為了改善鋼材的抗油氣田腐蝕的性能和調(diào)整合金的層錯能，以保證通過C和Mn的配合，使得本發(fā)明合金可以保證在室溫條件下和形變過程中呈現(xiàn)穩(wěn)定的奧氏體組織。本發(fā)明中，加入0. 03 0. 30 %的Re元素，利用的是稀土在鋼中的深度凈化鋼液作用、有效變質(zhì)、強(qiáng)效合金化，可深度降低該鋼中氧和硫的含量，降低磷、硫、氫等低熔點(diǎn)元素的有害作用，包括改善這些元素在晶界上的偏聚程度，提高鋼的韌性。微量稀土元素還可起到細(xì)化晶粒組織、改善夾雜物分布、固溶強(qiáng)化和凈化鋼液的作用。
由于本發(fā)明在鋼中采用較低的碳含量，添加適量的擴(kuò)大Y相區(qū)的Mn和Si合金元素，添加少量的Cr元素提高合金的抗腐蝕性能，添加微量的稀土元素凈化鋼材，提高鋼材的潔凈度。與已有的其它膨脹管用鋼的專利相比較(CN101065503A、CN101580916A、CN101660086A、US20090308499)，本發(fā)明鋼材的強(qiáng)度等級已經(jīng)超過第二類TWIP鋼的高強(qiáng)度的水準(zhǔn)，鋼中碳的含量低于第二類的TWIP鋼，本發(fā)明鋼材的基體組織為奧氏體，奧氏體含量大于或等于90%，其抗拉強(qiáng)度為700 llOOMPa，屈服強(qiáng)度為300 550MPa，延伸率為40 85%，加工硬化指數(shù)高達(dá)0. 35 0. 6，適用于制備大膨脹率的膨脹管。該大膨脹率膨脹管用TWIP鋼的鋼管制備方法，依次包括以下步驟1)以工業(yè)純鐵和鐵合金為原料，采用真空冶煉、稀土鋁鐵合金脫氧，出鋼溫度1500 1600°C，澆鑄溫度1450 1550°C，獲得具有大量等軸晶組織的鋼錠；2)將鋼錠經(jīng)過1100 1150°C、48h擴(kuò)散退火后開坯；3)熱擠壓溫度范圍為1250-1100°C，制成規(guī)定尺寸的無縫管材，熱擠后空冷；4)經(jīng)熱擠壓的無縫鋼管最終采用950 1050°C淬火水冷至室溫，以保證其基體組織為奧氏體含量大于或等于90%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下1)本發(fā)明通過適當(dāng)降低第二類TWIP鋼中的C含量和一定的Mn含量相配合，微合金化元素V、Nb、Ti的單一或復(fù)合加入，以及添加微量Re的合金設(shè)計(jì)，采用工業(yè)純鐵和錳鐵等鐵合金為原料，經(jīng)過真空冶煉、稀土鋁鐵合金脫氧，獲得存在含有微合金化元素和稀土元素的純凈鋼液，改善了鋼液的流動性和潤濕性及雜質(zhì)存在形態(tài)；2)本發(fā)明通過對TWIP合金成分的層錯能設(shè)計(jì)，適量的C、Mn配合和微合金化元素的添加，以及熱擠壓后最終在950 1050°C的淬火水冷，獲得具有大于或等于90%的穩(wěn)定的奧氏體組織，這有利于在隨后的膨脹形變過程中鋼管大膨脹率的發(fā)生；3)本發(fā)明在保證鋼材強(qiáng)度的前提下，鋼的S、P含量進(jìn)一步降低、潔凈度進(jìn)一步提高，這有利于合金韌性和初始形變時(shí)的應(yīng)變速率η值的提高，具有滿足油氣田開發(fā)條件下套管的膨脹性能要求；4)經(jīng)過熱擠壓，以及950 1050°C的淬火后制成的不同規(guī)格的可膨脹套管，其抗拉強(qiáng)度為700 llOOMPa，屈服強(qiáng)度為300 550MPa，斷后延伸率為40 85%，、加工硬化指數(shù)高達(dá)0. 35 0. 6，膨脹率大于30%以上。


圖1是實(shí)例1鋼材的拉伸曲線圖2是實(shí)例1鋼材的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線圖3是實(shí)例1鋼材進(jìn)行1050°C水冷+300°C回火處理后XRD測試結(jié)果圖4是實(shí)例1鋼材進(jìn)行1050°C水冷+300°C回火處理后光學(xué)顯微鏡照片圖5是實(shí)例1鋼材進(jìn)行1050°C水冷+300°C回火處理后SEM照片圖6是實(shí)例1鋼材進(jìn)行1050°C水冷+300°C回火形變30%后光學(xué)顯微鏡照片圖7是實(shí)例1鋼材進(jìn)行1050°C水冷+300°C回火形變30%后SEM照片。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1大膨脹率膨脹管用TWIP鋼，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C含量0. 32%, Mn含量
18.84%、Cr 含量為 0. 87%,Al 含量為 0. 016%,Si 含量為 0. 53%、Re 含量為 0. 032%、P 含量為0. 0039%, S含量為0. 0018%，其余為鐵。鋼材經(jīng)電爐冶煉、稀土鋁鐵合金脫氧，1500 1600°C出鋼、1450 1550°C澆鑄，開坯后于1250 110(TC熱擠壓成無縫鋼管，或經(jīng)過1250 850°C熱軋成無縫鋼管后空冷，或經(jīng)過熱軋、冷軋成一定厚度的鋼板再經(jīng)過高頻直縫焊技術(shù)制成焊縫管，最后進(jìn)行950 1050°C淬火水冷制成一定規(guī)格的可膨脹套管。力學(xué)性能測試結(jié)果為抗拉強(qiáng)度Rm 968. 4MPa,屈服強(qiáng)度 RP0.2 :316MPa，斷后延伸率 A 59. 5%,強(qiáng)塑積 k :57620MPa%。圖1為本發(fā)明實(shí)施范例1的鋼材經(jīng)過熱擠壓空冷后進(jìn)行1050°C水冷淬火，在經(jīng)300°C回火處理后鋼材的拉伸曲線，圖2為與圖1對應(yīng)的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線以及不同塑形區(qū)域的加工硬化指數(shù)η的計(jì)算結(jié)果。由上述兩圖可以看出實(shí)例1鋼具有較低的屈服強(qiáng)度和很高的抗拉強(qiáng)度，及高的加工硬化率。由于加工硬化指數(shù)η等于(或近似等于)單向拉伸時(shí)材料最大均勻伸長應(yīng)變的大小(細(xì)頸點(diǎn)應(yīng)變)。應(yīng)變分布不均是金屬材料成形中的一個(gè)重要特點(diǎn)，η值的大小實(shí)際上反映了材料的應(yīng)變均化能力，加工硬化指數(shù)η值對材料成形極限曲線具有明顯的影響，η值大，材料的成形極限曲線高；材料的拉脹性能就愈好。圖3為本發(fā)明實(shí)施范例1的鋼經(jīng)過熱擠壓空冷后進(jìn)行1050°C水冷淬火，在經(jīng)300°C回火處理后XRD測試結(jié)果，由XRD的測試結(jié)果可以看出其基體組織是由奧氏體構(gòu)成。由圖4和圖5可以看出實(shí)例1鋼經(jīng)過固溶處理后基體為奧氏體組織，晶體的晶粒度為5級，晶粒內(nèi)部含有大量退火孿晶。圖6和圖7為形變30%后的鋼材的組織照片，圖6為光學(xué)顯微鏡觀察的結(jié)果，圖7為電子顯微鏡觀察結(jié)果。由圖6和圖7可以看出拉伸變形后，晶體內(nèi)部產(chǎn)生大量的二次以上的高次孿晶，造成晶粒碎化，這是該鋼材具有很高的斷后延伸率的原因。實(shí)施例2大膨脹率膨脹管用TWIP鋼，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C含量0. 45%, Mn含量20. 06%, Cr 含量為 0. 74%, Al 含量 0. 018%, Si 含量 0. 63%, Re 含量為 0. 033%, P 含量為0. 0045%, S含量為0. 0019%，其余為鐵。鋼材經(jīng)電爐冶煉、稀土鋁鐵合金脫氧，1500 1600°C出鋼、1450 1550°C澆鑄，開坯后于1250 1150°C熱擠壓成無縫鋼管，最后進(jìn)行950 1050°C淬火水冷制成一定規(guī)格的可膨脹套管。力學(xué)性能測試結(jié)果為抗拉強(qiáng)度Rm :878MPa,屈服強(qiáng)度Rpa2 :325MPa,斷后延伸率 A 66. 58%，強(qiáng)塑積 k :58457MPa%0實(shí)施例3大膨脹率膨脹管用TWIP鋼，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C含量0. 335%、Mn含量
19.44%, Cr 含量為 0. 42%、Al 含量 0. 015%、Si 含量為 0. 69%、Re 含量為 0. 031 %、P 含量為0. 0049%, S含量為0. 0018%，其余為鐵。鋼材經(jīng)電爐冶煉、稀土鋁鐵合金脫氧，1500 1600°C出鋼、1450 1550°C澆鑄，開坯后于1250 1150°C熱擠壓成無縫鋼管，或經(jīng)過1250 850°C熱軋成無縫鋼管后空冷，或經(jīng)過熱軋、冷軋成一定厚度的鋼板再經(jīng)過高頻直縫焊技術(shù)制成焊縫管，最后進(jìn)行950 1050°C淬火水冷制成一定規(guī)格的可膨脹套管。力學(xué)性能測試結(jié)果為抗拉強(qiáng)度Rm 1065. 6MPa,屈服強(qiáng)度 RP0.2 :535MPa，斷后延伸率 A 67%,強(qiáng)塑積 k :71355MPa%。實(shí)施例4大膨脹率膨脹管用TWIP鋼，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C含量0. 34%, Mn含量19. 4%, Cr 含量為 0. 24%, Al 含量 0. 012%, Si 含量為 0. 29%, Re 含量為 0. 031%,P 含量為0. 0031%, S含量為0. 0018%，其余為鐵。鋼材經(jīng)電爐冶煉、稀土鋁鐵合金脫氧，1500 1600°C出鋼、1450 1550°C澆鑄，開坯后于1250 1150°C熱擠壓成無縫鋼管，或經(jīng)過1250 850°C熱軋成無縫鋼管后空冷，或經(jīng)過熱軋、冷軋成一定厚度的鋼板再經(jīng)過高頻直縫焊技術(shù)制成焊縫管，最后進(jìn)行950 1050°C淬火水冷制成一定規(guī)格的可膨脹套管。力學(xué)性能測試結(jié)果為抗拉強(qiáng)度Rm :946MPa，屈服強(qiáng)度Rpa2 :333MPa，斷后延伸率A :55. 4%，強(qiáng)塑積k :5M08MPa%。
權(quán)利要求
1.一種低成本大膨脹率膨脹管用TWIP鋼，其特征在于其化學(xué)成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C 0. 30 0. 65%, Mn 15 30%, Cr :0. 10 1. 0%, Al :0. 01 0. 20%, Si :0. 10 1. 0%, Re 0. 030 0· 30%, S 彡 0. 002%, P 彡 0. 005%，其余為鐵。
2.一種低成本大膨脹率膨脹管用TWIP鋼的鋼管制備方法，其特征在于它包括以下步驟(1)以工業(yè)純鐵和鐵合金為原料，采用真空冶煉、稀土鋁鐵合金脫氧，出鋼溫度1500 1600°C，澆鑄溫度1450 1550°C，獲得具有大量等軸晶組織的鋼錠；(2)將鋼錠經(jīng)過1100 1150°C、48h擴(kuò)散退火后開坯；(3)熱擠壓溫度為1250-1100°C，制成規(guī)定尺寸的無縫管材，熱擠后空冷；(4)經(jīng)熱擠壓的無縫鋼管采用950 1050°C淬火水冷至室溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種低成本大膨脹率膨脹管用TWIP鋼及鋼管制備方法，其特征在于該膨脹管用TWIP鋼的鋼管基體組織為奧氏體含量大于或等于90%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低成本大膨脹率膨脹管用TWIP鋼及鋼管制備方法，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C0.30～0.65%，Mn15～30%，Cr0.10～1.0%，Al0.01～0.20%，Si0.10～1.0%，Re0.030~0.30%，S≤0.002%，P≤0.005%，其余為鐵。本發(fā)明通過合金層錯能指導(dǎo)下的成分設(shè)計(jì)，真空冶煉，稀土鋁鐵合金脫氧，添加適量Cr、Si元素和微量的稀土元素，獲得了具有低的硫、磷含量和一定的晶粒尺度，基體為奧氏體、具有孿生誘發(fā)塑性效應(yīng)的大膨脹率膨脹管用鋼，并通過熱擠壓制成大膨脹率大尺寸可膨脹套管。
文檔編號C21D9/08GK102560259SQ20121001263
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者何繼寧, 宋開紅, 李春福, 楊陽, 江屏, 王紹先, 申文竹, 袁靜 申請人:西南石油大學(xué)