一种提高中碳ERW石油套管用钢冲击韧性的方法与流程

一种提高中碳erw石油套管用钢冲击韧性的方法
技术领域
1.本发明涉及一种提高中碳erw石油套管用钢冲击韧性的方法。


背景技术：

2.石油套管是用于支撑油、气井井壁的钢管，在钻井过程中起到固定石油和天然气油井壁或井孔的作用，以保证钻井过程和完井后整个油井的正常运行，是维持油井运行的生命线。石油套管按生产工艺分为无缝石油套管和电阻焊管(erw)石油套管，电阻焊管采用热轧钢带为原料，相较无缝管具有生产效率高、质量控制好、尺寸精度高、生产成本低的特点。
3.目前电阻焊管(erw)石油套管用钢主要为j55级，j55钢带一般采用低碳钢，c含量为0.20％，结合nb、ti等合金化。随着石油供需格局改变，石油低成本勘探开发将成为常态，在企业降本增效的前提下，需要采购低成本原料。通过提高c含量减少合金量降低钢带成本，但高的c含量易造成中心偏析，轧制后造成严重的带状组织，导致冲击韧性差，目前已成为该钢种行业公认的难题。
4.专利cn113502435b公布了提高低温冲击韧性的油套管用钢及其制备方法，采用低碳成分设计，c含量为0.03％-0.07％，加入nb、ti、cr、ni、cu合金化，通过钙处理和稀土处理，使夹杂物变质，形成稀土和钙的复合化合物，提高低温冲击韧性，但加入贵重的合金，导致成本太高。专利cn113999961a公布了改善带钢心部带状组织的生产方法，轧制后的层流冷却段采用后段冷却方式，带钢在精轧结束后经过10-15s空冷后再进入水冷，该方法空冷时间长，严重影响轧制节奏。专利cn109022732a公布了一种能降低中高碳结构钢板带状组织的方法，该方法主要适用于部分结构钢种，并不适用于石油套管用钢。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种提高中碳erw石油套管用钢冲击韧性的方法，解通过降低s含量，减少mns夹杂；同时优化轧制道次，增加中间坯厚度，降低带状组织，提高冲击韧性，有效解决该钢种行业公认的冲击韧性低难题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.本发明一种提高中碳erw石油套管用钢冲击韧性的方法，包括如下工艺：
8.(1)冶炼过程采用kr法脱硫铁水和优质废钢，保证入转炉铁水元素s≤0.003％；转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，出钢温度≥1620℃；
9.(2)lf精炼采用大渣量进行造渣脱硫，保证s≤0.003％，脱硫后进行钙处理，ca含量为0.0010～0.0030％，氩气软吹时间大于10min；
10.(3)板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制在15-25℃，拉速为0.90-1.10m/min，并采用动态轻压下等技术，以减少连铸坯中心偏析；
11.(4)加热采用步进式加热炉，加热温度≥1150℃，加热时间≥120min；
12.(5)热轧采用两阶段控制轧制，轧制厚度为7.34mm；粗轧采用r1二辊水平可逆轧机
和r2四辊水平可逆轧机进行3+5道次轧制，中间坯厚度为46-50mm；精轧采用七机架四辊精轧机组轧制，精轧道次压下率≥84％，终轧温度为810～850℃；
13.(6)钢带采用加密型层流冷却，卷取温度为570～610℃。
14.进一步的，所述石油套管用钢的化学成分按重量百分比为c：0.24-0.27％、si：0.15-0.25％、mn：1.25-1.40％、p：≤0.015％、s：≤0.003％，余量为fe和不可避免的杂质。
15.进一步的，带状组织不大于2.0级。
16.进一步的，得到分布均匀的晶粒组织，晶粒度达到12.0级。
17.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
18.(1)钢种的s与mn易形成mns夹杂，mns夹杂经热加工后被变形拉成条带状，细长的mns夹杂带嵌在珠光体带之间，二者的方向一致，严重危害钢的冲击韧性。因此，冶炼过程采用优质铁水和废钢，在精炼时深脱硫并保证软吹时间，控制硫化物夹杂物尺寸和含量，使各级别夹杂物总和小于4.0级，降低夹杂物对冲击韧性的影响。
19.(2)轧制厚度为7.34mm，轧制自主计算中间坯厚度为40-42mm，精轧压下率较小。通过手动调整中间坯厚度为46-50mm，使精轧压下率≥84％，在奥氏体未再结晶区采用大压下大变形，充分细化奥氏体晶粒，增加铁素体、珠光体在奥氏体晶内相变形核质点，有效减弱偏析，明显减少带状组织，带状组织不大于2.0级，得到分布均匀的晶粒组织，晶粒度可达到12.0级，冲击韧性显著提高。
附图说明
20.下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
21.图1为本发明案例1钢带带状组织；
22.图2为对比例1钢带带状组织；
23.图3为对比例2钢带mns夹杂物。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
25.实施例1～3为本发明采用的化学成分和工艺步骤。
26.实施例1～3和对比例1～2钢带的化学成分见表1；主要工艺参数和冲击性能见表2。
27.表1本发明实施例1～3和对比例1～2钢带的化学成分(wt％)
28.成分csimnps实施例10.250.201.350.0100.001实施例20.250.211.330.0100.002实施例30.260.201.320.0120.001对比例10.250.201.350.0110.002对比例20.250.181.330.0110.005要求0.24-0.270.15-0.251.25-1.40≤0.015≤0.003
29.表2本发明实施例1～3和对比例1～2钢带的工艺参数和冲击性能
[0030][0031]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。


技术特征：
1.一种提高中碳erw石油套管用钢冲击韧性的方法，其特征在于：包括如下工艺：(1)冶炼过程采用kr法脱硫铁水和优质废钢，保证入转炉铁水元素s≤0.003％；转炉冶炼时，采用自产低硫废钢，出钢温度≥1620℃；(2)lf精炼采用大渣量进行造渣脱硫，保证s≤0.003％，脱硫后进行钙处理，ca含量为0.0010～0.0030％，氩气软吹时间大于10min；(3)板坯连铸时全程保护浇注，过热度控制在15-25℃，拉速为0.90-1.10m/min，并采用动态轻压下等技术，以减少连铸坯中心偏析；(4)加热采用步进式加热炉，加热温度≥1150℃，加热时间≥120min；(5)热轧采用两阶段控制轧制，轧制厚度为7.34mm；粗轧采用r1二辊水平可逆轧机和r2四辊水平可逆轧机进行3+5道次轧制，中间坯厚度为46-50mm；精轧采用七机架四辊精轧机组轧制，精轧道次压下率≥84％，终轧温度为810～850℃；(6)钢带采用加密型层流冷却，卷取温度为570～610℃。2.根据权利要求1所述的提高中碳erw石油套管用钢冲击韧性的方法，其特征在于：所述石油套管用钢的化学成分按重量百分比为c：0.24-0.27％、si：0.15-0.25％、mn：1.25-1.40％、p：≤0.015％、s：≤0.003％，余量为fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的提高中碳erw石油套管用钢冲击韧性的方法，其特征在于：带状组织不大于2.0级。4.根据权利要求1所述的提高中碳erw石油套管用钢冲击韧性的方法，其特征在于：得到分布均匀的晶粒组织，晶粒度达到12.0级。

技术总结
本发明公开了一种提高中碳ERW石油套管用钢冲击韧性的方法，钢带采用中C成分，通过控制硫化物夹杂尺寸和含量，降低MnS夹杂物对冲击韧性的影响；优化轧制道道次，增加中间坯厚度和精轧压下率，降低带状组织，显著提高冲击韧性，有效解决该钢种行业公认的冲击韧性低难题。同时通过提高C含量减少合金量降低成本，实现降本增效，可以很好的在行业内推广应用。可以很好的在行业内推广应用。可以很好的在行业内推广应用。


技术研发人员：王少炳 武利平 宿成 卢晓禹 黄利 袁晓鸣 杨雄 李鹏 冯海涛
受保护的技术使用者：包头钢铁（集团）有限责任公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/3/30