專利名稱：：一種無縫鋼管制造方法
技術領域：
：本發明涉及一種鋼管制造方法，特別涉及生產高性能油井管的一種無縫鋼管制造方法。
背景技術：
：傳統的生產高性能油井管的主要工藝過程是管坯1250130(TC加熱穿孔、9501050。C連軋、脫棒后再加熱至95098(TC奧氏體化處理、張力減徑機于92095(TC軋管、空冷至室溫后調質熱處理。由于連軋溫度較高，晶粒粗大，脫棒后鋼管立刻進入再加熱爐，進爐前鋼管溫度仍高于Acl點，使得連軋后的奧氏體粗晶保留到張減軋制之前。由于張減機的軋管溫度較高，在奧氏體再結晶區，在軋后空冷條件下，晶粒仍然粗大。這種組織狀況主要靠采用調質鋼軋后調質熱處理來進行調整，通過軋后的淬火和回火處理得到所需要的組織和性能。由于調質熱處理成本較高，為降低生產成本提高競爭力，出現了鋼管再線常化工藝技術。其實質是將連軋脫棒后的鋼管溫度降至Acl以下，通過奧氏體向鐵素體的轉變，使得鋼管進入再加熱爐前進行一次相變，在再加熱爐內重新加熱奧氏體化后，利用重結晶細化奧氏體晶粒。這樣經張減后空冷的鋼管晶粒會比以前有所細化，一般可從67級提高到910級，韌性也有所提高。這種工藝雖然可以改善鋼管的韌性，但強度提高不大。為提高強度，出現了在在線常化的基礎上，提高張減后冷卻速度的在線加速冷卻工藝。采用此種工藝，雖然可以提高材料的強韌性，但仍然存在兩個問題--是受原有工藝布局的限制，很難在原有的生產節奏下使脫棒后的鋼管很快冷卻到Acl溫度以下；二是鋼管終軋后的加速冷卻速度不夠快，只能得到以鐵素體為主的組織，不能生產N80及以上級別的油井管。
發明內容3本發明的目的提出了一種無縫鋼管制造方法，可以保證高溫軋制時不出現混晶和粗晶現象，脫棒后的鋼管不需進入再加熱爐，直接進入減徑機軋制，簡化生產工藝。利用終軋后的加速冷卻，得到以貝氏體為主的組織，不經調質熱處理直接生產高性能油井管。為達到上述目的，本發明的技術方案是，一種無縫鋼管制造方法，其包括如下步驟1)管坯的成分質量百分比為C:0.220.4%、Sh0.10.5%、Mn:1.02.0%、V:0.050.25%、Al:0.0050.050%、N:0.0150.030%，余量為Fe和不可避免雜質；2)管坯經環形加熱爐在12001320。C加熱后，經穿孔機在11501250匸穿孔，然后在9001050r軋管，脫棒后進入減徑機組，在750850"C軋成鋼管；3)鋼管從減徑機出來之后10秒鐘之內用水或水加氣，以550°C/S的冷卻速度，快速冷卻到400650"C之間，然后空冷，空冷后的鋼管經檢查后按成品管交貨。進--步，本發明所述的管坯的成分還包括Mo:0.100.40%、Nb:0.01~0.05%、Ti:0.005~0.05%中的一種或一種以上。按上述要求的軋管工藝軋管后，不需要熱處理，直接軋成N80及以上鋼級套管使用。在本發明中，C:0.220.4(wt%，以下各元素相同)，C為碳化物形成元素，可以提高鋼的強度，太低時效果不明顯，太高時會大大降低鋼的韌性。Mn:1.0~2.0，Mn為奧氏體形成元素，可以提高鋼的淬透性，含量小于1.0時作用不明顯，含量大于2.0時，大大增加鋼中的殘余奧氏體量，影響熱軋組織的均勻性。N:0.0150.030，N為碳化物形成元素，可以提高鋼的強度，尤其在冷卻速度加快時，效果更加明顯。N含量太低時效果不明顯，太高時則會形成較大氮化物夾雜，降低鋼的性能。N與C配合使用，可以在有效降低碳當量的情況下提高強度。V:0.050.25，能夠細化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強度和韌性。但含量達到一定量時，其效果增加便不明顯了，同時因為價格很高，所以要限制使用量。Ti:0.005~0.05，能夠細化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強度和韌性。但含量達到一定量時，其效果增加便不明顯了，同時因為價格很高，所以要限制使用量。MO:0.10.4:主要是通過碳化物及固溶強化形式來提高鋼的強度，含量過高會降低鋼的韌性。采用本發明的鋼種，在100(TC左右的軋管條件處于完全動態再結晶狀態，從而保證不出現混晶現象；材料中含有的C、V、Ti、N等元素，可以保證在高溫軋制條件下，析出大量的釩和鈦的碳氮化物，起到釘扎晶界、細化晶粒的作用。因此鋼管連軋脫棒后，可以不必冷卻到Acl溫度以下，進行一次重結晶轉變，而是可以直接進行減徑軋制。采用本發明的鋼種，在75(TC左右的終軋條件下，在軋后IO秒中之內，不會發生動態和靜態再結晶，只會發生晶粒的軋制變形。此時將鋼管以550°C/S的冷卻速度迅速冷卻到40065(TC的溫度區間，可以形成細小的貝氏體組織，生產高性能N80及以上鋼級套管。本發明與已有技術的區別和改進目前世界各國連軋管機普遍采用的軋管工藝是管坯1250130(TC加熱穿孔、9501050。C連軋、芯棒脫棒后鋼管再加熱至95098(TC奧氏體化處理、從再加熱爐出來的鋼管經張力減徑機于92095(TC軋管，軋后空冷至室溫。本發明與上述工藝相比不同之處在于，在鋼管連軋與減徑之間不經再加熱，終軋后以550°C/S的速度，快速冷卻到40065(TC之間，然后空冷至室溫。釆用軋后加速冷卻的軋管工藝，可以利用非調質鋼種以熱軋態生產高性能油井管，而不必進行調質熱處理，能大大降低生產成本。表l軋管工藝比較加熱爐穿孔機連軋機重結晶再加熱減徑機軋后冷卻美國51867691200。C~1300°C1200。C~1000°C低于Arl900°C~950°C700。C~800°C以35。C/S冷到600°C英國2101014A1200°C1300°C~1200°C~〗ooo°c低于Arl850°C980°C850°C~900°C快冷到60(TC以下英國2〗37539AH50。C~1220。C1100°C~1000°C低于Arl700°C~850°C700°C800°C以》6。C/S冷到450~600°C5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上述3個專利均要求連軋脫棒后的鋼管冷卻到Acl溫度以下，經過一次由奧氏體到鐵素體的重結晶后，再進入再加熱爐重新奧氏體化。本發明與其工藝路線不同，連軋脫棒后不要求冷卻到Acl溫度以下，進行重結晶細化，可以直接進入減徑機，簡化了軋管工藝。同時在熱軋后的加速冷卻方面，要求在軋后立刻以高速冷卻，由于冷卻速度快，冷卻時間短，有利于加速冷卻裝置的布置。例如，鋼管以2M/S速度前進，從750。C冷卻到550°C，如果冷卻速度為50°C/S，冷卻200°C只需要4秒鐘，8M長的冷卻裝置，如果冷卻速度在5°C/S以下，那么冷卻200。C就需要40秒鐘，設置80M長的裝置了。世界各國目前普遍采用調質鋼生產N80油井管，由于調質鋼是通過淬火加回火來得到所需要的組織和性能，鋼中均控制較低N含量；而本發明的非調質鋼主要是通過碳化物析出強化來提高性能，因此利用較高的N與碳化物析出元素V、Ti、Nb、Mo結合，提高材料的強度。除調質鋼外，早期生產N80油井管的非調質鋼，如42MnMo7、42MnCr52等與本發明鋼種也有本質的區別。上述鋼種僅適合在軋后空冷的條件下生產N80油井管，由于軋后空冷的冷卻速度較慢，只能得到鐵素體加珠光體的組織，必須依靠提高C含量來提高強度，但是隨著C含量的提高，韌性大大降低，己滿足不了人們對高性能油井管的要求。本發明鋼種降低了C含量，有利于提高材料的韌性，同時通過提高N含量和加入較多碳化物形成元素，并結合加速冷卻來提高強度。近年來，國際上已陸續有人開始對鋼管軋后加速冷卻工藝進行研究，配合工藝的研究，也相應的發表了一些有關鋼種方面的文章和專利。其中美國專利5019180，英國專利GB2137539A和一篇論文《MetallurgicalDesignofAccelerated-CoolingProcessforSeamlessPipeProduction^提出的鋼種均為不含N的低C微合金鋼，含C量都在0.18%以下，利用V、Ti、Nb析出強化，在加速冷卻條件下得到細小的鐵素體組織，以生產X系列管線管為主。而本發明鋼種主要加入N，可以更加有效的提高強度。與本發明更為接近的發明是一個1993年的美國專利5186769。其主要成分為C0.100.18%，Mn0.12.0%，V0.10.16%，Ti0扁0.012%，N0.0150.022%。該鋼種的設計思路與本發明相近，均是以V、Ti的碳氮化物析出作為材料強化的主要手段。該鋼種與本發明鋼種最大區別在于碳含量較低，在終軋后只能得到以鐵素體為主的組織。而本發明具有較高的C及Mo等合金的含量，可以得到以貝氏體為主的組織，從而保證冷卻后鋼管內外硬度和強度的均勻性。圖1為本發明鋼種在常規軋管工藝下的金相組織(鐵素體+珠光體)；圖2a為本發明鋼種在發明工藝下軋后5。C/S冷卻的金相組織(貝氏體組織)光學顯微鏡照片；圖2b為本發明鋼種在發明工藝下軋后5t:/s冷卻的金相組織(貝氏體組織)掃描電鏡照片；圖3a為本發明鋼種在發明工藝下軋后55t7S冷卻的金相組織(貝氏體+少量島狀馬氏體)光學顯微鏡照片；圖3b為本發明鋼種在發明工藝下軋后55"C/S冷卻的金相組織(貝氏體+少量島狀馬氏體)掃描電鏡照片。具體實施例方式下面通過實施例對本發明做進一步說明。'具體化學成分見表2，將它們用兩種不同工藝軋管一種是按原來的常規工藝軋管，軋后空冷；另一種是按本發明的工藝軋管，軋后加速冷卻。兩種工藝的力學性能結果見表3。由表3可見，采用本發明的鋼種和工藝，如B2、B3、B4、B5成分，軋后鋼管的屈服強度均大于600Mpa，能夠滿足N80套管屈服強度在552758Mpa之間的要求。表2單位質量百分比編號CSiMnVTiNAlMoNbFeBl0.140.261.730.140.0120.0160.0170.29/余量7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>采用本發明鋼種，在常規軋管工藝下，其軋后金相組織為鐵素體加珠光體，其顯微硬度只在150Hvl0左右，達不到N80鋼級要求硬度在220HvlO以上的要求，見圖1。采用本發明鋼種，在本發明軋管工藝下，以5°C/s的冷卻速度從750r冷卻到40(TC，其軋后金相組織以貝氏體為主，其顯微硬度在228Hv10左右，達到了N80鋼級要求硬度在220Hv10以上的要求，見圖2a、圖2b。采用本發明鋼種，在本發明軋管工藝下，以55°C/S的冷卻速度從750'C冷卻到40(TC，其軋后金相組織為貝氏體加少量島狀馬氏體，其顯微硬度達到266Hvl0，為避免出現馬氏體，應將軋后冷卻速度控制在50°C/S以下，見圖3a、圖3b。權利要求1.一種無縫鋼管制造方法，其包括如下步驟1)管坯的成分質量百分比為C0.22～0.4％、Si0.1～0.5％、Mn1.0～2.0％、V0.05～0.25％、Al0.005～0.050％、N0.015～0.030％，余量為Fe和不可避免雜質；2)管坯經環形加熱爐在1200～1320℃加熱后，經穿孔機在1150～1250℃穿孔，然后在900～1050℃軋管，脫棒后進入減徑機組，在750～850℃軋成鋼管；3)鋼管從減徑機出來之后10秒鐘之內用水或水加氣，以5～50℃/S的冷卻速度，快速冷卻到400～650℃之間，然后空冷，空冷后的鋼管經檢查后按成品管交貨。2.如權利要求1所述的無縫鋼管制造方法，其特征是，所述的管坯成分還包括Mo:0.10~0.40%、Nb:0.010.05%、Ti:0.005~0.05%中的一種或一種以上，以質量百分比計。全文摘要一種無縫鋼管制造方法，其包括如下步驟1)管坯成分質量百分比為C0.22～0.4％、Si0.1～0.5％、Mn1.0～2.0％、V0.05～0.25％、Al0.005～0.050％、N0.015～0.030％，Fe余量和不可避免雜質；2)管坯在1200～1320℃加熱，經穿孔機在1150～1250℃穿孔，然后在900～1050℃軋管，脫棒后進入減徑機組，在750～850℃軋成鋼管；3)鋼管從減徑機出來10秒鐘內用水或水加氣以5～50℃/S的冷卻速度快速冷卻到400～650℃，空冷。本發明可保證高溫軋制時不出現混晶和粗晶現象，脫棒后的鋼管不需進入再加熱爐，直接進入減徑機軋制，簡化生產工藝。利用終軋后的加速冷卻，得到以貝氏體為主的組織，不經調質熱處理直接生產油井管。文檔編號B21C37/06GK101658879SQ20081004212公開日2010年3月3日申請日期2008年8月27日優先權日2008年8月27日發明者殷光虹申請人:寶山鋼鐵股份有限公司