自升钻井平台屈服强度大于690MPa无缝管的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金工业的无缝钢管制造技术，涉及一种自升钻井平台屈服强度大于 690MPa无缝管的制造方法。
【背景技术】
[0002] 在我国近海大陆架水深300米以内的区域蕴藏了丰富的油气资源。近海油气勘探 开发起步于作业水深在40米以内的渤海湾，目前正逐步向水深加大的黄海、东海和南海大 陆架发展，急需开发、建造和规模应用作业水深在76~183米（250~600英尺）、定位能力 强和作业稳定性好的移动式大型自升式钻井平台，这是实现我国海洋油气资源规模开发和 利用的重要举措，是关系到我国能源工业中长期持续稳定发展的重大基础工程。
[0003] 粧腿是自升式钻井平台的关键装备，由弦管、齿条和支撑管三部分组成，其作用是 升降和支撑整个平台进行钻井作业。其中，弦管与齿条焊装成起降机构的垂直承力部件。支 撑管一般采用无缝钢管，与弦管组焊成"X"型或"K"型管节点，形成桁架式高强承力结构， 其主要作用是在平台进行插粧、预压和升降作业时，利用支撑管产生的轴向力，平衡因平台 倾斜、粧腿偏心和其它环境载荷而在粧腿横截面上产生的巨大弯矩。随着对工作水深、可 变载荷、钻井能力和操作性能等重要指标要求的大幅度提高，新一代大型自升式平台已采 用了高强度和高刚度重量比、低水阻力的粧腿设计。支撑管作为关键承力部件，在结构上采 用了较大壁厚和小管径壁厚比截面，在选材上采用了 X80Q以上钢级无缝管，以确保承载能 力、减轻平台自重、减小移动阻力。另外，考虑到在极其恶劣的海洋环境，如海洋风暴、可变 载荷、海水腐蚀、意外撞击和火灾等条件下平台的安全可靠性，对支撑管材料的-40Γ低温 韧性、焊接性能、疲劳性能、抗氢脆性能、动态拉伸性能、高温强度等诸多力学特性和使用性 能，都提出了极高的要求。
[0004] 这种具有优异综合力学性能和良好焊接性能的无缝结构管，作为大型海洋平台结 构的关键材料，是结构管中公认的技术难度大、要求高的产品之一。冶金技术的进步和发 展，使生产具有高强度、高韧性、良好焊接性钢管成为现实。
【发明内容】
[0005] 为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种自升钻井平台屈服强 度大于690MPa无缝管的制造方法，满足市场对厚壁690MPa钢级无缝钢管的需要。通 过该方法制造的无缝结构管的屈服强度大于690MPa，抗拉强度大于760MPa，-40°C纵向 10 X 10 X 55mm冲击功大于100J，600 °C时高温拉伸屈服强度彡414MPa，即60 %名义屈服强 度（690MPa)。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种自升钻井平台屈服强度大于 690MPa无缝管的制造方法，所述无缝管厚壁为25~65mm，该方法包括以下步骤：
[0007] 1)配料
[0008] 所述无缝管钢种的按重量％比成分为：C :0. 10~0. 16%，Si :0. 20~0. 40%，Mn : L OO ~L 40 %，P 彡（λ OlO %，S 彡（λ 004 %，Mo :0· 40 ~（λ 70 %，Al :0· 020 ~（λ 060 %， Nb :0. 01 ~0. 05%，V :0. 04 ~0. 10%，Ni :0. 70 ~I. 50%，Cr :0. 70 ~I. 50%，W :0. 10 ~ 0· 70 %，Cu :彡 0· 20 %，Ti :彡 0· 020 %，Ca :0· 0015 ~0· 0060 %，B :彡 0· 0005 %，N : < 0. 012%，其余为铁，杂质元素微量。
[0009] 2)工艺：按步骤1配料后，经电炉或转炉炼钢，LF精炼，VD真空除气，连铸，环形炉 加热，穿孔，连乳，定径，精整，调质热处理，探伤，水压，入库。其中：VD高真空时间不少于10 分钟，真空除气后Ca处理，氩气弱搅拌时间不少于3分钟，连铸过程使用末端电磁搅拌；环 形炉加热温度控制为1250~1290°C，终乳温度控制为850~950°C，采用淬火+回火的调 质热处理方式，淬火温度为900~960°C，回火温度为600~700°C。
[0010] 本发明的效果具体表现在：1)适用于生产25~65mm厚壁自升式钻井平台用无缝 结构管；2)炼钢、乳制和热处理工艺制定的合理，最大限度地提高了自升式钻井平台用管 的机械性能，所生产的无缝结构管屈服强度大于690MPa，抗拉强度大于760MPa，-40°C纵向 10 X 10 X 55mm冲击功大于100J ;3)优异的高温性能，600°C时高温拉伸屈服强度彡414MPa， 即60%名义屈服强度（69010^)。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明的Φ406. 4X65mm自升式钻井平台用屈服强度大于690MPa无缝结 构管中心500X金相照片。
【具体实施方式】
[0012] 结合附图对本发明的自升钻井平台屈服强度大于690MPa无缝管的制造方法加以 说明。
[0013] 本发明的自升钻井平台屈服强度大于690MPa无缝管的制造方法，所述无缝管厚 壁为25~65mm，该方法的配料：
[0014] 所述无缝管钢种的按重量％比成分为：C :0. 10~0. 16%，Si :0. 20~0. 40%，Mn : L 00 ~L 40 %，P 彡 0· 010 %，S 彡 0· 004 %，Mo :0· 40 ~0· 70 %，Al :0· 020 ~0· 060 %， Nb :0. 01 ~0. 05%，V :0. 04 ~0. 10%，Ni :0. 70 ~1. 50%，Cr :0. 70 ~1. 50%，W :0. 10 ~ 0· 70 %，Cu :彡 0· 20 %，Ti :彡 0· 020 %，Ca :0· 0015 ~0· 0060 %，B :彡 0· 0005 %，N : < 0. 012%，其余为铁，杂质元素微量。
[0015] 对主要组成成分选取理由如下：
[0016] 碳：钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化的作用对提高钢的 强度有明显的作用，具有成本低、调控敏感性好的优点。良好的焊接性能是自升式钻井平台 用粧腿管所必需具备的性能，碳低则相应的焊接性能良好。
[0017] 锰：作为脱氧材料在炼钢上所必需的元素，通过固溶强化、细晶强化和相变强化对 管线屈服强度和抗拉强度的综合效果十分明显。锰在提高强度的同时还可以提高钢的韧 性，降低钢的韧脆转变温度。
[0018] 钒：具有较高的析出强化作用和晶粒细化作用，通过铁素体沉淀硬化和细化铁素 体晶粒的提高屈服和抗拉强度。在铌、钒微合金元素复合使用时，钒是同通过铁素体中以VC 析出强化来提高钢的强度。
[0019] 铌：是加入的微合金化元素，通过细晶强化和沉淀强化可以提高强度，同时可改善 钢的低温冲击韧性。铌降低钢的热塑性从而增加了含铌钢铸坯的热裂倾向。
[0020] 镍：本设计钢种的主要合金元素，为主要奥氏体形成元素并改善钢的耐蚀性能，细 化铁素体晶粒，提尚钢的塑性和初性，特别是低温初性，与络、钥等联合使用，提尚钢的热强 性和耐蚀性。
[0021] 铬：本设计钢种的主要合金元素，铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用，使钢经 淬火回火后具有较好的综合力学性能，显著提高钢的脆性转变温度，在渗碳钢中还可以形 成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。
[0022] 钼：本设计钢种的主要合金元素，扩大奥氏体相区，推迟奥氏体向铁素体相变时析 出铁素体形成，促进贝氏体的形成的主要元素，对控制相变组织起到重要作用，在向钢中加 入适量的钼后，即使在较慢的冷却速度下也可以获得明显的贝氏体组织，同时由于相变向 低温方向转变，可以使得组织进一步细化。
[0023] 钨：本设计钢种的主要合金元素，能提高钢的强度、硬度、耐蚀性和高温强度。
[0024] 铝：是脱氧剂，其含量低于0. 005%时不能达到这种效果，但含量过高时，易导致 夹杂物增多，产生发纹，降低韧性和加工性能。
[0025] 该方法工艺：
[0026] VD高真空时间不少于10分钟，此外，为了控制钢种的夹杂物，还进行了钙处理， 氩气弱搅拌时间不少于3分钟，连铸过程使用末端电磁搅拌，为了提高钢的抗腐蚀性能和 低温韧性，控制P彡0. 010%，S彡0. 004%，五害元素之和要求小于200ppm，成品氮小于 120ppm，成品氧小于30ppm，成品氢小于2ppm。
[0027] 本发明的自升钻井平台屈服强度大于690MPa无缝管的制造方法，步骤为：按照所 述无缝管钢种配料炼钢一LF精炼一