本發(fā)明涉及冶金材料領(lǐng)域，特別涉及一種含稀土高強(qiáng)高韌性頁巖氣用無縫管及其制備方法。

背景技術(shù)：

國際能源署(iea)發(fā)布預(yù)測報告稱，受益于開采頁巖油和頁巖氣在內(nèi)的非常規(guī)油氣資源，到2017年，美國可能超過沙特阿拉伯成為世界最大的石油生產(chǎn)國。新型能源的發(fā)現(xiàn)，不僅帶來能源價格的下降，而且還可以確保未來100年能源需求的自給自足。相關(guān)專業(yè)人士調(diào)研發(fā)現(xiàn)，中國擁有充足的頁巖氣，足以使用650年，因此，從資源量的角度來看，我國頁巖氣開發(fā)前景良好。調(diào)研顯示四川省南部的頁巖氣分布廣泛，頁巖氣厚度大，含氣量較好，有廣闊的勘探開發(fā)前景。此外，國內(nèi)外多個石油公司加入到我國頁巖氣的勘探研究工作中，使得我國頁巖氣的勘探研究取得進(jìn)，與此同時，我國政府對發(fā)展頁巖氣給予了有力的政策支持。頁巖氣的開采、儲存與運(yùn)輸，將是鋼鐵行業(yè)的福音，同時是無縫管崛起的新動力。它的研發(fā)不僅提升了無縫管產(chǎn)品檔次，優(yōu)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，同時將為企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種含稀土高強(qiáng)高韌性頁巖氣用無縫管及其制備方法。

本發(fā)明提供一種含稀土高強(qiáng)高韌性頁巖氣用無縫管，其化學(xué)成分按照重量百分比計(jì)包括：c0.23～0.26；si0.20～0.25；mn0.45～0.55；cr1.2～1.3；mo0.2～0.3；p≤0.018；s≤0.006；v0.055～0.065；b0.002～0.004；re0.0022～0.0041；其余為fe。

本發(fā)明還提供一種上述含稀土高強(qiáng)高韌性頁巖氣用無縫管的制備方法，其依次包括：冶煉連鑄，穿孔軋制和熱處理；

所述冶煉連鑄依次包括：準(zhǔn)備鐵水，鐵水預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐冶煉，lf精煉，vd脫氣，圓坯連鑄；

所述穿孔軋制依次包括：圓坯鋸切，加熱，定心，穿孔，軋管，張力減徑，冷卻，切頭尾，矯直，檢查；其中，圓坯穿孔時溫度為1220～1250℃；軋管時溫度為1130℃；定張減時溫度為800～850℃。

所述熱處理包括：淬火和回火；其中，淬火溫度為890℃±10℃，保溫50～60分鐘；回火溫度為620℃±10℃，保溫80～90分鐘。

進(jìn)一步地，所述冶煉連鑄工序中：

硅錳、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵及硼鐵在加入之前進(jìn)行脫氧合金化；

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制目標(biāo)：c≥0.06％，p≤0.015％；

采用單渣工藝冶煉，出鋼前加入200kg白灰造渣，終渣堿度≥3.0；

vd深真空度目標(biāo)值≤0.06kpa，深真空時間≥15分鐘，軟吹ar不小于15分鐘；

vd脫氣結(jié)束后以稀土合金投入方式加入稀土；

連鑄過程采用電磁攪拌工藝，坯型為φ210mm，恒定拉速控制在1.5m/min，鋼水過熱度δt≤30℃，采用堆垛方式進(jìn)行冷卻，同時應(yīng)避開風(fēng)口。

本發(fā)明提供一種含稀土高強(qiáng)高韌性頁巖氣用無縫管及其制備方法，其通過設(shè)計(jì)合理的化學(xué)成分、冶煉連鑄工藝、軋制工藝及熱處理工藝使得材料具有較高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及低溫沖擊韌性。采用本發(fā)明提供的含稀土高強(qiáng)度高韌性頁巖氣用無縫管的制備工藝，生產(chǎn)效率高成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，具有良好的推廣價值。實(shí)驗(yàn)證明，采用本發(fā)明提供的方法制備的含稀土高強(qiáng)高韌性頁巖氣用無縫管，其屈服強(qiáng)度高達(dá)125psi以上、0℃實(shí)驗(yàn)環(huán)境下v型全尺寸沖擊韌性高于80j。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開了一種含稀土高強(qiáng)高韌性頁巖氣用無縫管及其制備方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改進(jìn)工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明。本發(fā)明的方法及應(yīng)用已經(jīng)通過較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，相關(guān)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和應(yīng)用進(jìn)行改動或適當(dāng)變更與組合，來實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)。

以頁巖氣開采工況使用條件出發(fā)點(diǎn)，本發(fā)明通過各元素在材料中的作用設(shè)計(jì)了合理的化學(xué)成分，通過冶煉連鑄、穿孔軋制、調(diào)質(zhì)工藝生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度高達(dá)125psi以上、0℃實(shí)驗(yàn)環(huán)境下v型全尺寸(其他尺寸根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)換算為全尺寸)沖擊韌性高于80j的高強(qiáng)度高韌性頁巖氣開采用無縫管。

本發(fā)明提供一種含稀土高強(qiáng)高韌性頁巖氣用無縫管，其化學(xué)成分按照重量百分比計(jì)包括：c0.23～0.26；si0.20～0.25；mn0.45～0.55；cr1.2～1.3；mo0.2～0.3；p≤0.018；s≤0.006；v0.055～0.065；b0.002～0.004；re0.0022～0.0041；其余為fe。

上述組成中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻和錳同時加入鋼中，可急劇提高鋼的淬透性并具有一定的抗回火性，鉻能在鋼的表面形成致密的鈍化膜，具有抗腐蝕性及抗氧化性；鉬使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時保持足夠的強(qiáng)度。在調(diào)質(zhì)鋼中，鉬能提高鋼的抗回火性或回火穩(wěn)定性，使零件可以在較高溫度下回火，從而更有效地消除殘余應(yīng)力，提高塑性；釩細(xì)化鋼的晶粒，能同時提高鋼的強(qiáng)度和韌性，同時在硼鋼中起到固定氮的作用而充分發(fā)揮硼的有效作用；v是強(qiáng)碳化物形成元素，在cr-mo鋼中加入v沉淀強(qiáng)化效應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)，mo的固溶強(qiáng)化效果更加顯著；硼能強(qiáng)烈提高低合金鋼的淬透性，但含硼鋼在生產(chǎn)過程中容易開裂，因此含量不宜過高；利用稀土的變質(zhì)作用及合金化作用提高鋼的橫向沖擊韌性，降低材料各向異性。

本發(fā)明還提供一種上述含稀土高強(qiáng)高韌性頁巖氣用無縫管的制備，其依次包括：冶煉連鑄，穿孔軋制和熱處理；

所述冶煉連鑄依次包括：準(zhǔn)備鐵水，鐵水預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐冶煉，lf精煉，vd脫氣，圓坯連鑄；

所述穿孔軋制依次包括：圓坯鋸切，加熱，定心，穿孔，軋管，張力減徑，冷卻，切頭尾，矯直，檢查；其中，圓坯穿孔時溫度為1220～1250℃；軋管時溫度為1130℃；定張減時溫度為800～850℃。

所述熱處理包括：淬火和回火；其中，淬火溫度為890℃±10℃，保溫50～60分鐘；回火溫度為620℃±10℃，保溫80～90分鐘。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述冶煉連鑄工序中：

硅錳、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵及硼鐵在加入之前進(jìn)行脫氧合金化；進(jìn)而為抑制材料中氣體含量；

轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制目標(biāo)：c≥0.06％，p≤0.015％；

采用單渣工藝冶煉，出鋼前加入200kg白灰造渣，終渣堿度≥3.0；進(jìn)一步地，為保證材料的潔凈度，出鋼時進(jìn)行擋渣，擋渣失敗則需進(jìn)行扒渣；

vd深真空度目標(biāo)值≤0.06kpa，深真空時間≥15分鐘，軟吹ar不小于15分鐘；以保證材料中較低的氣體含量；

vd脫氣結(jié)束后以稀土合金投入方式加入稀土；

連鑄過程采用電磁攪拌工藝，坯型為φ210mm，恒定拉速控制在1.5m/min，鋼水過熱度δt≤30℃，采用堆垛方式進(jìn)行冷卻，同時應(yīng)避開風(fēng)口。

本發(fā)明提供一種含稀土高強(qiáng)高韌性頁巖氣用無縫管及其制備方法。通過設(shè)計(jì)合理的化學(xué)成分、冶煉連鑄工藝、軋制工藝及熱處理工藝使得材料具有較高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及低溫沖擊韌性。采用本發(fā)明提供的含稀土高強(qiáng)度高韌性頁巖氣用無縫管的制備工藝及方法，生產(chǎn)效率高成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，具有良好的推廣價值。

下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明：

實(shí)施例1-8

鋼材的冶煉連鑄生產(chǎn)工藝為：鐵水→鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→lf精煉→vd真空脫氣→圓坯連鑄。

轉(zhuǎn)爐采用脫硫鐵水冶煉，硅錳、錳鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵及硼鐵加入前脫氧合金化，加入量根據(jù)其收得率、鐵合金中合金含量、鋼材中成分設(shè)計(jì)含量要求計(jì)算得出，真空度目標(biāo)值≤0.06kpa，深真空時間≥15min，過冷度δt≤30℃。各實(shí)施例化學(xué)成分如表1所示。

表1各實(shí)施例成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/％)

穿孔軋制工藝：圓坯→鋸切→加熱→穿孔→軋管→張力減徑→冷卻→切頭尾→矯直→檢查→中間庫。其圓坯穿孔時溫度為1220～1250℃；軋管時溫度為1100～1130℃；定張減時溫度為800～850℃。應(yīng)用ф159mmpqf機(jī)組軋制規(guī)格為φ139.7mm×10.54mm的無縫鋼管。

熱處理工藝為：淬火+回火，淬火溫度為890℃±10℃，保溫50～60分鐘；回火溫度為620℃±10℃，保溫80～90分鐘。熱處理后金相組織檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示，熱處理后的力學(xué)性能如表3所示。

表2各實(shí)施例金相組織

表3各實(shí)施例力學(xué)性能

從表2可以發(fā)現(xiàn)，各實(shí)施例夾雜物細(xì)小、分布均勻，組織結(jié)構(gòu)適宜，晶粒為超細(xì)晶粒，可達(dá)到9.5級。從表3可以看出，各實(shí)施例具有良好強(qiáng)度、較高的韌性，用其制備的無縫鋼管，具有很好的高強(qiáng)性和高韌性。

由上述內(nèi)容可知，采用本發(fā)明提供的方法制備的含稀土高強(qiáng)高韌性頁巖氣用無縫管，其屈服強(qiáng)度高達(dá)125psi以上、0℃實(shí)驗(yàn)環(huán)境下v型全尺寸沖擊韌性高于80j。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。