专利名称：3Cr无缝钢管及其制造方法
技术领域：
本发明属于冶金技术领域，特别涉及3Cr无缝钢管及其制造方法。
背景技术：
3Cr无缝钢管是一种经济型抗CO2腐蚀油井管。CO2腐蚀是很多油田普遍存在的问 题，一般可使用13Cr马氏体不锈钢无缝钢管予以解决，但对于贫矿低渗透油田，油井开采 寿命短，采用价格昂贵的13Cr并不经济，因此迫切需要开发经济型抗CO2腐蚀油井管，3Cr 因合金含量较少、成本低，同时具有一定的抗CO2腐蚀性能，较好地满足了油田对经济型抗 CO2腐蚀油井管的需求。中国专利00125882. 6涉及一种抗CO2及海水腐蚀油套管用低合金钢按重量百分 比计，其化学成分配比为0. 01 0. 20%C,0. 10 1.0% Si，0. 10 2. 0% Mn，0. 5 5. 0% Cr,0. 01 1. 0%Mo,0. 05 2. 0% Cu，0. 005 0. 25%稀土 ；其余为Fe和不可避免的杂质。 该油套管钢材为低碳低合金钢，成本较低，能为油田所接受；耐腐蚀性得到大幅度提高。中 国专利01126575. 2涉及一种抗CO2腐蚀的低合金钢。含有0. 01 ~ 0. 30% C，0. 10 1. 0% Si，0. 10 2. 0% Μη,Ο. 50 2. 05% Cr,0. 01 1. 0% Μο,Ο. 05 2. 0% Cu，0. 05 1. 0% Ni，0. 005 0. Al，其余为Fe和不可避免的杂质。其组织为索氏体，以上均为重量百分 比；还含有稀土 0. 005 0. 25%,ff,0. 01 1. 0%中任意一种或二种；该发明用于制造油气 井油套管，抗CO2腐蚀性能好、成本低。国外专利W099/41422钢的化学成分为C彡0.3%， Si 彡 1. 0%,0. 20 2. 0% Mn, 2. 1 5. 0% Cr, Al 彡 0. 10%, N 彡 0. 015%，必要时加入少 量Cu，Ni，Mo，Ti，Nb，B，其余为Fe和不可避免的杂质，其成品的组织为马氏体组织。欧洲专 利EP995809提供一种用于制造油套管用合金钢，其化学成分为0. 10 0. 30% C，0. 10 1.0% Si，0. 10 3. 0% Mn，2. 0 9. 0% Cr,0. 01 0. 1 % Al 或者 0. 05 0. 5 % Cu, P 0. 03%以下、S 0. 01%以下，其余为Fe和不可避免的杂质，该专利钢中Cr含量较高，同时加 入适量的Cu和Al，以提高抗CO2和海水腐蚀性能。综合来看，国内外文献涉及的3Cr无缝钢管的力学性能不是很理想，且成本较高。
发明内容
本发明所解决的第一个技术问题是提供一种淬透性高、晶粒细化的3Cr无缝钢 管，该3Cr无缝钢管的化学成分按重量百分比计C :0. 1 0.2%、Si 0. 1 0.5%、Mn: 0. 3 0. 8%, Cr 2 4%、Mo 0. 3 0. 6%, Ti 0. 0024 0. 024%, Al 0. 01 0. 04%, P :0 0. 03%, S 0 0. 03%，余量为Fe及不可避免杂质。优选的，所述3Cr无缝钢管的化学成分按重量百分比计C :0. 13 0. 17%, Si 0. 2 0. 3%,Mn 0. 5 0. 7%,Cr 2. 7 3. 5%,Mo 0. 3 0. 4%,Ti 0. 0089 0. 013%, Al 0. 02 0. 03%,P 0. 01 0. 02%, S 0. 001 0. 008%，余量为 Fe 及不可避免杂质。本发明的3Cr无缝钢管在成分设计上，为防止淬火开裂，C含量较低；加入Mo元素 可以提高淬透性；加入Ti可以细化晶粒。
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本发明所解决的第二个技术问题是提供上述3Cr无缝钢管的生产方法，包括电炉 炼钢、连铸、热轧和调质热处理，其中的调质热处理工艺为钢管加热至850 950°C后淬火， 钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度范围是600 720°C，回火后空冷。进一步的，所述淬火使用水淬，在淬火装置上采用外喷淋+内轴流冷却方式，外喷 淋时间30 100秒，内轴流时间10 50秒；外喷淋水量1000 4000m7h，内轴流水量 1000 3000m3/h。淬火冷却时先外喷淋、后内轴流，停止时先结束内轴流、后结束外喷淋。电炉炼钢的原材料要求铁水P彡0. 090 %、S彡0. 050 %、As彡0. 02 %、 Sn彡0. 01%，电炉终点控制C彡0. 05%，P彡0. 005%，电炉出钢温度控制1620 1660°C， 电炉出钢脱氧合金化时A1球加入量2. 5 3. 5kg/t，LF精炼结束Ca_Si丝喂入量0. 4 0. 6kg/t，VD真空处理在真空度彡67Pa下保持10分钟，静吹时间彡5min ；浇铸出罐温度 1580 1595°C。连铸浇注过程进行保护浇注；二冷采用弱冷方式浇注；铸坯采用缓冷(坑冷)，入 坑温度> 500°C，铸坯出坑温度彡100°C。热轧时环形炉出炉管温1200 1350°C。因为3Cr合金含量高，使用水淬易开裂，通常使用水基淬火液淬火或油淬，但水基 淬火液价格昂贵、成本高，油淬成本高、易燃、不安全。本发明的调质热处理工艺使3Cr钢管 在淬火冷却过程中高中温段(850 350°C )冷却速度快、易开裂的低温段(350 50°C ) 冷却速度慢，既保证淬透，又有效防止淬火开裂。解决了 3Cr钢管水淬易开裂的问题，使3Cr 无缝钢管通过水淬得到优良的性能，批量生产出性能优良的3Cr钢管。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明的具体实施方式
做进一步的描述，并不因此将本发明限 制在所述的实施例范围之中。实施例1按API 5CT标准L-80钢级生产规格为244. 48*11. 05的3Cr无缝钢管，钢种采用 20Cr3Mo，具体成分见表1，表1 20Cr3Mo钢的化学成分
CSiMnPSCrMoA1Ti0. 150. 220. 650. 0160. 0043. 030. 390. 0250. 01生产工艺流程电炉炼钢一连铸280坯一340连轧机组热轧一调质热处理一探伤、 水压、检查、包装。1.电炉炼钢眷原材料要求铁水P彡 0. 090%, S 彡 0. 050%, As 彡 0. 02%, Sn ^ 0. 01% ；废钢管头、坯头、坯尾或低五害元素和残余元素的一类废钢；
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电炉冶炼电炉终点控制C≥0. 05 %，P≤0. 005 % ；电炉出钢温度控制1620 1660°C ；电炉出钢脱氧合金化A1球加入量2. 5 3. 5kg/t。
LF 精炼保持底吹kr畅通，控制吹kr强度，避免钢液翻腾吸气；加强脱氧操作，快速造泡沫化白渣，保持白渣出钢；LF精炼结束Ca-Si丝喂入量0. 4 0. 6kg/t。
VD真空处理在真空度彡67Pa下保持10分钟；静吹时间彡5min ； 浇铸f 280mm规格出罐温度1580 1595°C ；第一炉按中上限控制。2.连铸280坯连铸浇注过程进行保护浇注；二冷采用弱冷方式浇注；铸坯采用 缓冷(坑冷)，入坑温度彡500°C，铸坯出坑温度彡100°C。3. 340连轧机组热轧280坯在340连轧机组热轧，环形炉出炉管温1280°C，经穿 孔、轧管、脱管及定径，轧成规格为244. 48*11. 05的3Cr无缝钢管。4.调质热处理3Cr无缝钢管在连续式步进炉生产线上进行调质热处理，淬火加 热温度是900°C，淬火冷却使用水淬，在淬火装置上采用外喷淋+内轴流冷却方式，冷却时 先开始外喷淋、后开始内轴流；先结束内轴流、后结束外喷淋。外喷淋时间40秒，内轴流时 间15秒。外喷淋水量3000m3/h，内轴流水量2000m3/h。钢管冷至室温后进行回火，回火加 热温度是650°C。回火后空冷。钢管热处理后力学性能见表2，全部满足标准要求。表2 3Cr无缝钢管的力学性能
权利要求
3Cr无缝钢管，其特征在于化学成分按重量百分比计C0.1～0.2％、Si0.1～0.5％、Mn0.3～0.8％、Cr2～4％、Mo0.3～0.6％、Ti0.0024～0.024％、Al0.01～0.04％、P0～0.03％、S0～0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的3Cr无缝钢管，其特征在于化学成分按重量百分比计C 0. 13 0. 17%,Si 0. 2 0. 3%,Mn 0. 5 0. 7%,Cr 2. 7 3. 5%,Mo 0. 3 0. 4%,Ti 0. 0089 0. 013%,Al 0. 02 0. 03%,P 0. 01 0. 02%,S 0. 001 0. 008%，余量为 Fe 及不可避免杂质。
3.3Cr无缝钢管的生产方法，包括电炉炼钢、连铸、热轧和调质热处理，其特征在于调 质热处理工艺为钢管加热至850 950°C后淬火，钢管冷至室温后进行回火，回火加热温度 范围是600 720°C，回火后空冷。
4.根据权利要求3所述的3Cr无缝钢管的生产方法，其特征在于所述淬火使用水淬， 在淬火装置上采用外喷淋+内轴流冷却方式，外喷淋时间30 100秒，内轴流时间10 50 秒；外喷淋水量1000 4000m7h，内轴流水量1000 3000m7h。
5.根据权利要求4所述的3Cr无缝钢管的生产方法，其特征在于淬火时先外喷淋、后 内轴流，停止时先结束内轴流、后结束外喷淋。
6.根据权利要求3 5任一项所述的3Cr无缝钢管的生产方法，其特征在于电炉炼 钢的原材料要求铁水P彡0. 090%、S彡0. 050%,As ^ 0. 02%,Sn ^ 0. 01%，电炉终点控 制C彡0. 05%，P彡0. 005%，电炉出钢温度控制1620 1660°C，电炉出钢脱氧合金化时 Al球加入量2. 5 3. 5kg/t，LF精炼结束Ca-Si丝喂入量0. 4 0. 6kg/t，VD真空处理在 真空度彡67Pa下保持10分钟，静吹时间彡5min ；浇铸出罐温度1580 1595°C。
7.根据权利要求3 5任一项所述的3Cr无缝钢管的生产方法，其特征在于连铸浇 注过程进行保护浇注；二冷采用弱冷方式浇注；铸坯采用缓冷，入坑温度> 500°C，铸坯出 坑温度彡ioo°c。
8.根据权利要求3 5任一项所述的3Cr无缝钢管的生产方法，其特征在于热轧时 环形炉出炉管温1200 1350°C。
全文摘要
本发明属于冶金技术领域，特别涉及3Cr无缝钢管及其制造方法。本发明所解决的第一个技术问题是提供一种淬透性高、晶粒细化3Cr无缝钢管，该3Cr无缝钢管的化学成分按重量百分比计C0.1～0.2％、Si0.1～0.5％、Mn0.3～0.8％、Cr2～4％、Mo0.3～0.6％、Ti0.0024～0.024％、Al0.01～0.04％、P0～0.03％、S0～0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。本发明的3Cr无缝钢管在成分设计上，为防止淬火开裂，C含量较低；加入Mo元素可以提高淬透性；加入Ti可以细化晶粒，并且力学性能满足API标准要求。
文档编号C21D9/08GK101899621SQ20101023145
公开日2010年12月1日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者江健, 黄云, 黄英 申请人:攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司;攀钢集团成都钢钒有限公司