非調(diào)質(zhì)鋼在N80-1鋼級(jí)石油套管生產(chǎn)中的應(yīng)用

張 萍

(陜西延長(zhǎng)石油材料有限責(zé)任公司，陜西 西安 710077)

N80-1級(jí)套管屬一般級(jí)別套管，但在套管需求量上占有相當(dāng)比例，而且隨著我國(guó)油井深度的不斷增加和西部油井的開(kāi)發(fā)，其需求量所占比例有所增加。

非調(diào)質(zhì)鋼通過(guò)簡(jiǎn)單的在線?；幚恚淞W(xué)性能就可以達(dá)到合金結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)處理后獲得的強(qiáng)韌性要求，選用非調(diào)質(zhì)鋼自然成為油田和軋管廠的共識(shí)。而采用在線?；に嚳梢蕴岣呱a(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，所以通過(guò)在線?；a(chǎn)高水平、高質(zhì)量N80-1級(jí)套管在中國(guó)市場(chǎng)仍是十分廣闊的前景。本文主要介紹將36Mn2V通過(guò)在線?；{(diào)質(zhì)到N80-1的試制過(guò)程。

1 非調(diào)質(zhì)鋼

1.1 非調(diào)質(zhì)鋼定義

非調(diào)質(zhì)鋼是“非調(diào)質(zhì)中(低)碳微合金結(jié)構(gòu)鋼”的簡(jiǎn)稱，是在中、低碳鋼或中、低碳錳鋼中添加微合金元素(V、Ti、Nb、Al、B或N)。通過(guò)控軋—控冷工藝，充分發(fā)揮沉淀強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等作用，使鋼材在熱軋后無(wú)需調(diào)質(zhì)處理，其強(qiáng)度和硬度可達(dá)到調(diào)質(zhì)鋼水平，同時(shí)具有一定塑、韌性。非調(diào)質(zhì)鋼是同時(shí)滿足高性能和低成本要求的環(huán)境友好型鋼材[2]。

2 N80-1技術(shù)要求

2.1 N80-1的化學(xué)成分(見(jiàn)表1)

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

2.2 N80-1的力學(xué)性能要求(見(jiàn)表2)

從力學(xué)性能要求看，屈強(qiáng)比、沖擊韌性都有比較嚴(yán)格的要求，而屈服強(qiáng)度也是較難保證的性能指標(biāo)。

3 試制情況

3.1 試制生產(chǎn)工藝

管坯加熱→穿孔→軋管→在線?；偌訜帷邏核住◤健鋮s→矯直→切頭尾→探傷→人工檢查→檢尺、通徑→包裝入庫(kù)。

3.2 試制過(guò)程

先在實(shí)驗(yàn)爐進(jìn)行小實(shí)驗(yàn)研究，得出可行的熱處理制度以后，運(yùn)用到生產(chǎn)線進(jìn)行大生產(chǎn)驗(yàn)證，以確定最終的將36Mn2V調(diào)質(zhì)到N80-1的加熱制度。

3.3 環(huán)形爐溫度的控制

管坯的加熱制度的確定，對(duì)N80-1的性能起著關(guān)鍵的作用。預(yù)熱段溫度800～1100℃，加熱段溫度1250～1290℃，均熱段溫度控制1250～1280℃。

3.4 軋制工藝

φ150mm送環(huán)形加熱爐加熱，之后運(yùn)往穿孔機(jī)穿軋成毛管，其中喂入角10°，輾軋角15°。在軋制過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制軋制節(jié)奏，保證各工序軋制溫度。特別是過(guò)三軋定徑機(jī)，保證終軋溫度的一致性以保證軋態(tài)性能穩(wěn)定。

3.5 在線?；に?/h3>

在線常化是一種熱處理工藝，或稱在線正火，是在熱軋生產(chǎn)線上軋管工序之后將鋼管從奧氏體相區(qū)進(jìn)行空冷或強(qiáng)制冷卻，得到所要求的均勻的金相組織。這種工藝是將熱處理過(guò)程與軋制變形過(guò)程有機(jī)地結(jié)合在軋鋼連續(xù)生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中，通過(guò)?；瓤梢詫摬牡慕M織變得均勻，細(xì)化晶粒，也可改善鋼管的綜合力學(xué)性能[1]。

N80-1的試制采用了在線?；纳a(chǎn)工藝，鋼管經(jīng)軋管后進(jìn)入冷床，經(jīng)冷床冷卻到相變點(diǎn)以下溫度，然后通過(guò)再加熱爐加熱，從而保證其良好的機(jī)械性能。下冷床的鋼管溫度≤500℃，鋼管進(jìn)再加熱爐加熱溫度為880～940℃，然后鋼管進(jìn)三輥定徑機(jī)。

4 試制結(jié)果

4.1 力學(xué)性能

使用最終制定的軋制工藝后，軋制情況良好，性能全部達(dá)到要求。從取樣的性能看：試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨著加熱溫度的提高而提高，而其延伸率和沖擊功隨之降低，生產(chǎn)中的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 實(shí)際生產(chǎn)中的力學(xué)性能

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，各項(xiàng)指標(biāo)控制狀況良好，性能全部合格，延伸率與沖擊值具有很大的富余空間，保證了N80-1的塑性和韌性。

4.2 探傷情況及金相組織

對(duì)生產(chǎn)的N80-1鋼管進(jìn)行全長(zhǎng)超聲探傷，全部探傷等級(jí)L4的要求。

全部荒管再加熱時(shí)采用正火工藝，能顯著細(xì)化鋼的晶粒，并消除鋼中混晶現(xiàn)象。從取樣的金相組織看，晶粒很細(xì)，正火后的晶粒度全部為9～11.5級(jí)，組織為珠光體+鐵素體，且大大細(xì)化了晶粒。金相檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4所示，部分金相檢驗(yàn)照片見(jiàn)圖1所示。

表4 金相檢驗(yàn)結(jié)果

圖1 金相組織照片

4.3 生產(chǎn)情況

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，通過(guò)在線常化工藝，成功采用36Mn2V試制φ139.7×7.72mm N80-1級(jí)套管，各項(xiàng)性能檢測(cè)指標(biāo)全部合格。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)N80鋼級(jí)光套管成品檢驗(yàn)合格率為95.92%，綜合合格率為97%，通徑、渦流超聲雙探、水壓、稱重測(cè)長(zhǎng)及力學(xué)性能指標(biāo)全部合格，制定的用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)N80鋼級(jí)光套管生產(chǎn)工藝可行。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)36Mn2V進(jìn)行多次的試生產(chǎn)與工藝改進(jìn)的反復(fù)嘗試，取得了一定的成功，實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)，N80-1的質(zhì)量滿足用戶要求。調(diào)質(zhì)以后的石油套管塑性和韌性均很優(yōu)良，達(dá)到API Spec 5CT標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1]彭龍洲.鋼管學(xué)會(huì)六屆二次年會(huì).成都.《鋼管雜志社，2012

[2]李斌，儲(chǔ)少軍，任新建.我國(guó)非調(diào)質(zhì)鋼在抽油桿生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].包鋼科技，2008，34(5)：1-4.