一種油氣開采用馬氏體不銹鋼無縫鋼管及其制造方法

　　【技術(shù)領(lǐng)域】

　　[0001]本發(fā)明涉及一種油氣開采用馬氏體不銹鋼無縫鋼管及其制造方法，屬于鋼管制造技術(shù)領(lǐng)域。

　　【背景技術(shù)】

　　[0002]隨油氣開采環(huán)境的的日趨惡劣，“三高”(高溫、高壓、高腐蝕)油氣井也逐漸增多，其中腐蝕環(huán)境為二氧化碳和氯離子綜合作用的“三高”油氣井對材料的需求也更嚴格，既要求高強度，還要求耐腐蝕。普碳鋼和合金鋼的使用已經(jīng)無法滿足使用要求，不銹鋼及其耐蝕合金已經(jīng)廣泛應用于油井管。實踐證明，馬氏體不銹鋼能滿足高強度、高韌性、耐腐蝕的要求。然傳統(tǒng)的API系列的馬氏體不銹鋼強度較低，屈服強度在565-655MPa間，日本住友公司生產(chǎn)的超級馬氏體不銹鋼價格高，交貨期長。因此，需要一種提升材料強度的馬氏體不銹鋼無縫鋼管產(chǎn)品。

　　【發(fā)明內(nèi)容】

　　[0003]本發(fā)明旨在提供一種高強度、高韌性、耐腐蝕的馬氏體不銹鋼無縫鋼管及其制造方法。

　　[0004]本發(fā)明提供了一種油氣開采用馬氏體不銹鋼無縫鋼管，包括下列重量百分比的原料:0.20% 彡 C 彡 0.60%，Si 彡 1.00%，Mn 彡 1.00%，12.0% ^ Cr ^ 14.0%，S 彡 0.01%，P ^ 0.02%，Ni ( 0.60%，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。

　　[0005]本發(fā)明采用轉(zhuǎn)爐、電爐等常規(guī)手段加氬氧爐(AOD)或真空爐(VOD)精煉手段，用連鑄或模鑄開坯的方式生產(chǎn)成坯料；將坯料鍛造成適合的圓鋼尺寸后，用擠壓的方式一次成型制成無縫鋼管。

　　[0006]本發(fā)明提供了一種油氣開采用馬氏體不銹鋼無縫鋼管的制造方法，包括以下過程:

　　預處理鐵水一轉(zhuǎn)爐或電爐一AOD或VOD —連鑄或模鑄一開坯一軋制或鍛造一管坯準備(鉆孔、倒角)一熱擠壓一空冷一調(diào)質(zhì)一矯直一切頭一噴丸一探傷一稱重一噴標一包裝，具體步驟為:

　　1、冶煉

　　預處理后的鐵水經(jīng)過轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉與AOD或VOD精煉后，鋼水成分百分數(shù)達到下述要求即可出鋼:

　　0.20% 彡 C 彡 0.60%，Si 彡 1.00%，Mn 彡 1.00%，12.0% ^ Cr ^ 14.0%，S 彡 0.01%，P ^ 0.02%，Ni ( 0.60%，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)；

　　2、澆注鋼坯

　　將上述鋼水連鑄或模鑄成鋼坯；

　　3、鋼坯熱加工

　　①加熱將鋼坯加熱，均熱溫度為1100-1200°C，加熱時間根據(jù)鋼坯厚度計算，取l-2min/mm，均熱時間為30-60min，確保鋼坯燒透、均勻；

　　②軋制或鍛造實心管坯

　　軋制或鍛造實心管坯時，開軋或開鍛的溫度為1050-1150°C，終軋或終鍛溫度為900-1000°C，鍛造完成后空冷至室溫；

　　4、管坯準備

　　管坯準備包括鋸切、深鉆孔、倒角三個工序:鋸切是根據(jù)鋼管的尺寸要求進行切分；深鉆孔是將切分后的管坯進行中心鉆孔，孔徑通常為40-100mm ;倒角是將鉆孔后的管坯進行兩端倒棱，避免尖銳的棱部影響后續(xù)生產(chǎn)；

　　5、熱擠壓

　　①管坯預熱:首先進行管坯預熱，通常預熱溫度為600-1000°C，預熱時間為管坯直徑X (l_2)min，確保預熱均勻；

　　②工頻感應爐加熱:預熱后進入工頻感應爐加熱，加熱的溫度為1100-1150°C，保溫時間為l_5min，確保感應加熱后溫度差在20°C以內(nèi)；

　　③擴孔:感應加熱完畢，管坯送至擴孔機進行擴孔，擴孔的尺寸隨成品鋼管的尺寸而定，擴孔前在管坯內(nèi)外表面均需進行玻璃粉潤滑；

　　④二次感應爐加熱:擴孔后再進行工頻感應加熱，加熱溫度較擴孔溫度要高，為熱擠壓做準備，二次感應加熱的溫度為1150-1200°C之間；

　　⑤熱擠壓:二次感應加熱完畢，管坯進行內(nèi)外表面玻璃粉潤滑后送至擠壓機擠壓筒內(nèi)進行擠壓，選取與成品尺寸相適應的工模具(包括擠壓針、擠壓模、擠壓墊等)，并進行擠壓速度設(shè)定，通常為100-300mm/S，而后即可進行擠壓制成無縫鋼管；擠壓完畢后空冷至室溫;

　　6、調(diào)質(zhì)

　　正火的溫度為950-1050°C，回火溫度在600-700°C之間，保溫時間依據(jù)鋼管壁厚而定；正火溫度過高，容易晶粒粗大，強度偏低；回火溫度過高，會造成回火馬氏體球化，強度也容易偏低；因此，要達到高強度、高韌性的要求需嚴格執(zhí)行調(diào)質(zhì)工藝；

　　7、精整

　　調(diào)質(zhì)完畢，執(zhí)行精整工序:矯直、切頭、噴丸、探傷、噴標、包裝后即可發(fā)貨。

　　[0007]按上述步驟生產(chǎn)，可以生產(chǎn)屈服強度在650_750MPa，抗拉強度彡800MPa，延伸率^ 20%，室溫沖擊多30J的高韌性、高強度、耐腐蝕的馬氏體不銹鋼無縫鋼管。

　　[0008]本發(fā)明在擠壓完成后，應及時進行調(diào)質(zhì)處理:正火的溫度為950-1050°C，保溫時間依據(jù)鋼管壁厚而定，通常為壁厚X (2-3)分鐘，正火后空冷至室溫。回火溫度在600-700°C之間，回火時間為壁厚X (2-5)分鐘，回火后空冷至室溫。

　　[0009]本發(fā)明的有益效果:

　　通過提高碳元素含量，將材料的強度進行了相應的提升，克服了普通API系馬氏體不銹鋼強度低的缺點。

　　[0010]通過一次成型的擠壓方式，克服了高碳馬氏體不銹鋼無縫鋼管不易熱軋的工藝難題，創(chuàng)新了高碳馬氏體不銹鋼管的的生產(chǎn)工藝。

　　[0011]通過本發(fā)明，可以生產(chǎn)屈服強度在650-750MPa，抗拉強度彡800MPa，延伸率 ^ 20%，室溫沖擊多30J的高韌性、高強度、耐腐蝕的馬氏體不銹鋼無縫鋼管。

　　【具體實施方式】

　　[0012]下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。

　　[0013]實施例1:馬氏體不銹鋼無縫鋼管的制造方法:

　　本實施例鋼組分的質(zhì)量百分比為:

　　C 0.26 ；Si 0.34 ；Mn 0.58 ；P 0.020 ；S 0.001 ；Cr 13.5 ;其余為 Fe 及不可避免的微量雜質(zhì)。

　　[0014]目標規(guī)格為Φ 165 X 25 X 4000mm，具體包括以下步驟:

　　1、冶煉

　　預處理后的鐵水經(jīng)過K-OBM-S轉(zhuǎn)爐冶煉與VOD爐精煉后，鋼水的成分質(zhì)量百分比達到下述要求即可出鋼:

　　C 0.26 ；Si 0.34 ；Mn 0.58 ；P 0.020 ；S 0.001 ；Cr 13.5 ;其余為 Fe 及不可避免的微量雜質(zhì)。

　　[0015]2、澆注鋼坯

　　采用8.4噸的錠模，將上述鋼水模鑄成方錠，上口邊長800mm，下口邊長670mm，錐度13%的鋼坯。

　　[0016]3、熱軋鋼坯

　　a加熱

　　將鋼坯加熱，均熱溫度為1150°C，加熱時間為500min，均熱時間為45min，確保鋼坯燒透、均勻。

　　[0017]b鍛造實心管坯

　　鍛造實心管坯時，開鍛的溫度為1130°C，終鍛溫度為970°C。將鋼坯鍛造成Φ290πιπι圓管坯，鍛造完成后空冷至室溫。

　　[0018]4、管坯準備

　　將鍛造完成的長管坯鋸切為850_/支的短管坯，切分后中間加工通孔60_，兩端倒角為 R25mm。

　　[0019]5、熱擠壓

　　首先進行管坯預熱，預熱溫度為850°C，預熱時間為300min，確保預熱均勻。預熱后進入工頻感應爐加熱，加熱的溫度為1120°C，保溫時間為2min，感應加熱后溫度差為12°C。感應加熱完畢，管坯送至擴孔機進行擴孔，擴孔錐尺寸為?125mm，擴孔前管坯內(nèi)外表面進行玻璃粉潤滑；擴孔后再進行工頻感應加熱，二次感應加熱溫度為1180°C ;管坯內(nèi)外表面進行玻璃粉潤滑后送至擠壓機擠壓筒內(nèi)進行擠壓，擠壓針尺寸Φ 115mm，擠壓模尺寸為Φ 165mm

　　，擠壓速度為150mm/s，擠壓完畢空冷至室溫；擠壓鋼管的尺寸即為Φ 165 X 25 X 4000mm的無縫鋼管。

　　[0020]6、調(diào)質(zhì)

　　正火的溫度為1000°c，保溫時間為60min，正火后空冷至室溫。回火溫度為650°C，回火時間為60min，回火后空冷至室溫。

　　[0021]調(diào)質(zhì)后的檢測結(jié)果為:屈服強度為670MPa，抗拉強度為830MPa，延伸率為22%，沖擊功為40-45J。

　　[0022]7、精整

　　調(diào)質(zhì)完畢，執(zhí)行精整工序:矯直、切頭、噴丸、探傷、噴標、包裝后即可發(fā)貨。

　　[0023]實施例2:馬氏體不銹鋼無縫鋼管的制造方法:

　　本實施例鋼組分的質(zhì)量百分比為:

　　C 0.46 ；Si 0.18 ；Mn 0.44 ；P 0.018 ；S 0.001 ；Cr 13.2 ;其余為 Fe 及不可避免的微量雜質(zhì)。

　　[0024]目標規(guī)格為Φ 220 X 40 X 4000mm，具體包括以下步驟:

　　1、冶煉

　　預處理后的鐵水經(jīng)過電爐冶煉與AOD爐精煉后，鋼水的成分質(zhì)量百分比達到下述要求即可出鋼:

　　C 0.46 ；Si 0.18 ；Mn 0.44 ；P 0.018 ；S 0.001 ；Cr 13.2 ;其余為 Fe 及不可避免的微量雜質(zhì)。

　　[0025]2、澆注鋼坯

　　采用8.4噸的錠模，將上述鋼水模鑄成方錠，上口邊長800mm，下口邊長670mm，錐度13%的鋼坯。

　　[0026]3、熱軋鋼坯

　　a加熱

　　將鋼坯加熱，均熱溫度為1150°C，加熱時間為500min，均熱時間為45min，確保鋼坯燒透、均勻。

　　[0027]b鍛造實心管坯

　　鍛造實心管坯時，開鍛的溫度為1140°C，終鍛溫度為970°C。將鋼坯鍛造成Φ400πιπι圓管坯，鍛造完成后空冷至室溫。

　　[0028]4、管坯準備

　　將鍛造完成的長管坯鋸切為850mm/支的短管坯，切分后中間加工通孔80mm，兩端倒角為 R25mm。

　　[0029]5、熱擠壓

　　首先進行管坯預熱，預熱溫度為850°C，預熱時間為400min，確保預熱均勻。預熱后進入工頻感應爐加熱，加熱的溫度為1120°C，保溫時間為3min，感應加熱后溫度差為8°C。感應加熱完畢，管坯送至擴孔機進行擴孔，擴孔錐尺寸為Φ 150mm，擴孔前管坯內(nèi)外表面進行玻璃粉潤滑；擴孔后再進行工頻感應加熱，二次感應加熱溫度為1180°C ;管坯內(nèi)外表面進行玻璃粉潤滑后送至擠壓機擠壓筒內(nèi)進行擠壓，擠壓針尺寸Φ 140mm，擠壓模尺寸為?220mm，擠壓速度為200mm/s，擠壓完畢空冷至室溫；擠壓鋼管的尺寸即為Φ 220 X 40 X 4000mm的無縫鋼管。

　　[0030]6、調(diào)質(zhì)

　　正火的溫度為1000°c，保溫時間為lOOmin，正火后空冷至室溫。回火溫度為650°C，回火時間為120min，回火后空冷至室溫。

　　[0031]調(diào)質(zhì)后的檢測結(jié)果為:屈服強度為705MPa，抗拉強度為860MPa，延伸率為20%，沖擊功為35-40J。

　　[0032]7、精整調(diào)質(zhì)完畢，執(zhí)行精整工序:矯直、切頭、噴丸、探傷、噴標、包裝后即可發(fā)貨。

　　【主權(quán)項】

　　1.一種油氣開采用馬氏體不銹鋼無縫鋼管，其特征在于:包括下列重量百分比的原料:0.20% 彡 C 彡 0.60%，Si 彡 1.00%，Mn 彡 1.00%，12.0% ^ Cr ^ 14.0%，S 彡 0.01%，P ^ 0.02%，Ni ( 0.60%，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。2.—種權(quán)利要求1所述的油氣開采用馬氏體不銹鋼無縫鋼管的制造方法，其特征在于:首先采用轉(zhuǎn)爐、電爐常規(guī)冶煉加氬氧爐或真空爐精煉，然后用連鑄或模鑄開坯的方式生產(chǎn)成坯料；最后將坯料鍛造成所需的圓鋼尺寸后，用擠壓的方式一次成型制成馬氏體不銹鋼無縫鋼管。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油氣開采用馬氏體不銹鋼無縫鋼管的制造方法，其特征在于:包括以下步驟: Cl)冶煉 預處理后的鐵水經(jīng)過轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉與AOD或VOD精煉后，鋼水成分百分數(shù)達到下述要求即可出鋼:0.20% 彡 C 彡 0.60%，Si 彡 1.00%，Mn 彡 1.00%，12.0% ^ Cr ^ 14.0%，S 彡 0.01%，P ^ 0.02%，Ni ( 0.60%，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)； (2)澆注鋼坯 將上述鋼水連鑄或模鑄成鋼坯； (3)鋼坯熱加工 ①加熱 將鋼坯加熱，均熱溫度為1100-1200°C，加熱時間根據(jù)鋼坯厚度計算，取l-2min/mm，均熱時間為30-60min，確保鋼坯燒透、均勻； ②軋制或鍛造實心管坯 軋制或鍛造實心管坯時，開軋或開鍛的溫度為1050-1150°C，終軋或終鍛溫度為900-1000°C，鍛造完成后空冷至室溫； (4)管坯準備 管坯準備包括鋸切、深鉆孔、倒角三個工序:鋸切是根據(jù)鋼管的尺寸要求進行切分；深鉆孔是將切分后的管坯進行中心鉆孔，孔徑通常為40-100mm ;倒角是將鉆孔后的管坯進行兩端倒棱，避免尖銳的棱部影響后續(xù)生產(chǎn)； (5)熱擠壓 ①管坯預熱:首先進行管坯預熱，通常預熱溫度為600-1000°C，預熱時間為管坯直徑X (l_2)min，確保預熱均勻； ②工頻感應爐加熱:預熱后進入工頻感應爐加熱，加熱的溫度為1100-1150°C，保溫時間為l_5min，確保感應加熱后溫度差在20°C以內(nèi)； ③擴孔:感應加熱完畢，管坯送至擴孔機進行擴孔，擴孔的尺寸隨成品鋼管的尺寸而定，擴孔前在管坯內(nèi)外表面均需進行玻璃粉潤滑； ④二次感應爐加熱:擴孔后再進行工頻感應加熱，加熱溫度較擴孔溫度要高，為熱擠壓做準備，二次感應加熱的溫度為1150-1200°C之間； ⑤熱擠壓:二次感應加熱完畢，管坯進行內(nèi)外表面玻璃粉潤滑后送至擠壓機擠壓筒內(nèi)進行擠壓，選取與成品尺寸相適應的工模具，并進行擠壓速度設(shè)定，通常為100-300mm/s，而后即可進行擠壓制成無縫鋼管；擠壓完畢后空冷至室溫； (6)調(diào)質(zhì) 正火的溫度為950-1050°C，回火溫度在600-700°C之間，保溫時間依據(jù)鋼管壁厚而定； (7)精整 調(diào)質(zhì)完畢，執(zhí)行精整工序:矯直、切頭、噴丸、探傷、噴標、包裝后即可發(fā)貨。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油氣開采用馬氏體不銹鋼無縫鋼管的制造方法，其特征在于:所述調(diào)質(zhì)過程中，正火的保溫時間為壁厚X (2-3)分鐘，正火后空冷至室溫；回火的保溫時間為壁厚X (2-5)分鐘，回火后空冷至室溫。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油氣開采用馬氏體不銹鋼無縫鋼管的制造方法，其特征在于:按上述步驟生產(chǎn)，所得的馬氏體不銹鋼無縫鋼管的性能為:屈服強度在650-750MPa，抗拉強度彡800MPa，延伸率彡20%，室溫沖擊彡30J。

　　【專利摘要】本發(fā)明公開了一種油氣開采用馬氏體不銹鋼無縫鋼管及其制造方法，所述無縫鋼管包括下列重量百分比的原料：0.20%≤C≤0.60%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，12.0%≤Cr≤14.0%，S≤0.01%，P≤0.02%，Ni≤0.60%，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。制造方法的主要步驟是：先按照化學成分冶煉鋼水并將鋼水澆注成鋼坯，將鋼坯鍛造成實心圓管坯，而后將圓管坯擠壓成所需規(guī)格的無縫鋼管，經(jīng)過調(diào)質(zhì)和后續(xù)精整工序，即可得到滿足使用要求的高強度、高韌性、耐腐蝕的馬氏體不銹鋼無縫鋼管。

　　【IPC分類】C22C38/40, C22C38/18

　　【公開號】CN104988403

　　【申請?zhí)枴緾N201510399614

　　【發(fā)明人】聶飛, 康喜唐, 劉宇, 拓雷鋒, 李鵬, 付俊生, 張琳, 張曉 , 侯楠, 梁祥祥

　　【申請人】山西太鋼不銹鋼股份有限公司

　　【公開日】2015年10月21日

　　【申請日】2015年7月9日