[發明專利]一種N80級含Nb貝氏體油套管用鋼及其管材制造方法

有效

• 申請號: 201210046623.3
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN102534375A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 馮春;宋生印;申昭熙;王鵬;李磊
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: C22C38/14
• 分類號: C22C38/14;C22C38/12;C21D8/10
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 劉麗君

技術領域

本發明涉及石油管制造技術領域，具體涉及一種N80級含Nb貝氏體油套管用鋼及其管材制造方法。

背景技術

隨著石油工業的發展，對油套管用鋼的性能要求不斷提高。N80級油套管用鋼使用量大，其研究受到廣泛重視。

目前普遍使用的N80級油套管用鋼多采用調質處理，工藝復雜，成本較高，供貨周期長。采用非調質鋼生產油井管，可簡化生產工藝、大幅度降低生產成本和供貨周期。在現已公開的技術中其合金成分中的C元素含量均較高，部分需加入Mo、Ni等貴金屬元素提高淬透性，部分需淬火-回火的調質熱處理工藝，因而其成本較高、工藝復雜、供貨周期長，韌性、焊接及耐腐蝕性能偏低。

發明內容

本發明的目的是提供一種N80級含Nb貝氏體油套管用鋼及其管材制造方法，主要解決現有N80級油套管用鋼生產工藝復雜、成本較高、韌性低、焊接性能及耐腐蝕性能低等技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種N80級含Nb貝氏體油套管用鋼，以重量百分比計，其組成為：C：0.04～0.06％，Mn：2.10～2.35％，Si：0.60～0.80％，S：≤0.03％，P：≤0.03％，Ti：≤0.020％，Nb：0.035～0.060％，其余為鐵和不可避免雜質。

本發明提供的一種N80級含Nb貝氏體油套管用鋼成分設計思想是以超低C、高含量Mn，通過加入微量Nb、Ti等微合金元素，結合TMCP工藝，獲得超細粒狀貝氏體+板條馬氏體為主的組織，以保證油套管鋼具有優良的力學性能。其主要組成成分的作用如下：

碳：在充分奧氏體化情況下，隨著奧氏體碳含量增加，C曲線逐漸右移，過冷奧氏體的穩定性增加。一般而言，隨碳含量升高，鋼的強度升高，但焊接性能和塑韌性下降。對于本發明的N80級含Nb貝氏體油套管用鋼采用0.04～0.06％的碳含量設計。

錳：是油套管用鋼中補償因C含量降低而引起強度損失的最主要且最經濟的強化元素。Mn是擴大γ相區的元素，可降低鋼的γ→α相變溫度，有助于獲得細小的相變產物，可提高鋼的韌性、降低韌脆轉變溫度。對本發明的N80級含Nb貝氏體油套管用鋼的Mn含量設計在2.10～2.35％范圍。

鈦：是強的N化物形成元素，在奧氏體化溫度均熱時，細小的TiN析出相可有效地抑制奧氏體晶粒長大，細化原奧氏體晶粒，此外TiN析出相對改善焊接熱影響區的沖擊韌性有明顯作用。微量Ti即可實現上述作用，因此本發明選取的Ti含量≤0.020％。

鈮：是強的C、N化物形成元素，形成的Nb(C，N)粒子的析出強化和晶粒細化作用十分明顯。此外，通過熱軋過程Nb(C，N)應變誘導析出阻礙形變奧氏體的回復、再結晶，經過控制軋制和控制冷卻使非再結晶區軋制的形變奧氏體組織在相變時轉變為細小的相變產物，使鋼具有高強度和高韌性。本發明選取Nb含量為0.035～0.060％。

本發明提供的一種N80級含Nb貝氏體油套管用鋼，采用超細粒狀貝氏體+板條馬氏體組織，化學成分碳含量低、微合金化，沖擊韌性高，焊接性能好，耐腐蝕性能好。無需調質熱處理工藝。熱軋工藝采用了控軋控冷的熱機械處理技術，通過合理的成分和工藝進行最終產品的組織和質量控制。

本發明還提供了一種N80級含Nb貝氏體油套管用鋼管材的制造方法，包括如下工藝步驟：

1)按重量百分比為C：0.04～0.06％，Mn：2.10～2.35％，Si：0.60～0.80％，S：≤0.03％，P：≤0.03％，Ti：≤0.020％，Nb：0.035～0.060％，其余為鐵和不可避免雜質的配比備料、進行轉爐或電爐冶煉、爐外精煉、鑄造制得管坯；

2)管坯在環形加熱爐內加熱，管坯加熱溫度：1245～1275℃；

3)加熱后的管坯經穿孔機穿孔，管坯穿孔后溫度：1200～1220℃；

4)連軋機組軋制，連軋機組軋制的開始溫度：1150～1180℃；

5)定徑機定徑，定徑機組的開始溫度：850～900℃；

6)快速冷卻系統強制冷卻，強制冷卻溫度：400～450℃，冷卻速度：10～100℃/s；

7)矯直機熱矯直；

8)空冷后緩冷。

進一步地，步驟8)所述的緩冷工藝的緩冷開始溫度：300～350℃；緩冷的保溫時間：48h。

本發明提供的一種N80級含Nb貝氏體油套管用鋼管材的制造方法通過在終冷后對管材進行緩冷，可以起到以下效果：

1、消除殘余應力；