非調質鋼生產N80鋼級石油管及其工藝制造技術

通過Ｖ、Ｎ微合金元素在鋼中的含量與對性能影響的技術研究，以及生產中控軋控冷工藝對鋼管性能影響的研究，發明專利技術了用非調質鋼３４Ｍｎ２ＶＮ生產完全符合ＡＰＩ標準要求的Ｎ８０鋼級石油管，取消了在線常化工藝，具有節約能源、減少生產工序、簡化生產工藝、縮短生產周期、降低成本、提高成品鋼管尺寸精度的穩定性、改善勞動條件、實現清潔生產的特點；本發明專利技術結束了Ｎ８０鋼級石油管的生產必須經過正火工藝或在線常化的歷史，為Ｎ８０鋼級石油管的生產提供了一種新的工藝方案，為微合金化非調質鋼的發展提供了大工業生產的成功實例。

【技術實現步驟摘要】

屬于冶金
，特別涉及一種采用微合金化非調質鋼和控溫軋制工藝生產N80鋼級石油管的工藝技術。
技術介紹
目前，國內外N80鋼級石油管生產工藝大都為熱變形后采用調質熱處理，這種工藝能耗高、工序多，導致生產成本高。通過對“非調質N80鋼級石油管及其生產工藝”進行國內、國際聯機檢索和網絡數據庫檢索，檢索出相關文獻12篇，對其進行全面的比較、分析，可以認為“非調質N80鋼級石油管及其生產工藝”在采用無在線正火控軋工藝和V、N微合金化生產符合API 5CT標準N80鋼級34Mn2VN鋼石油管上，未見國內外有相同的專利文獻和公開報導。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種采用微合金化非調質鋼及控溫軋制工藝生產N80鋼級石油管，由于該鋼種在軋制狀態就具備良好的綜合力學性能，從而實現取消該鋼級的石油管在線常化或調質處理工序，簡化其生產工藝，提高生產效率，降低生產成本。由于N80鋼級石油管產品除要求具有高強度外，還需滿足產品在使用過程中對塑性、韌性等的技術要求，因此，鋼中碳及合金元素的含量配比要科學合理，并力求將鋼中有害元素、非金屬夾雜及氣體含量降到最低限度。為此，只有適當降低鋼中的碳含量，才能滿足鋼管在使用中對塑性和韌性的要求，本專利技術采用合金強化與工藝強化的雙重工藝來達到高強度并使其具有一定的塑性和韌性。基于上述設計思路及工藝設想，本專利技術最初選擇采用低碳高錳的基本化學成分并適當添加微量Cr、Mo、Nb、V元素的合金化路線，擬定了N80鋼級石油管鋼兩套化學成分的試驗方案。通過試驗、檢驗、分析、對比，先優選出基本可以滿足API標準要求的N80鋼級石油管非調質鋼的化學成分。然后將試驗結果與實際生產情況進行全面分析對比，以此作為對化學成分進行篩選、調整的依據，然后，再進行新的試驗，在試驗中，進一步對試驗鋼種進行化學成分和力學性能的檢驗、分析，直到找到符合API標準的N80鋼級石油管非調質鋼的最佳化學成分和工藝制度。為了達到上述目的，不僅要測定試驗鋼種的臨界點，還要分析各合金元素的含量與力學性能的關聯度以及各合金元素的交互作用關系，合理分配各合金元素的含量。經過幾輪試驗，根據對小爐試驗鋼種化學成分與性能關系的分析結果，參考有關資料介紹，決定不再添加Cr、Mo合金元素，而通過添加V來提高鋼管綜合性能，并決定采用34Mn2V鋼來試生產N80鋼級石油管管坯。其試驗鋼水的化學成分(wt％)為 試驗結果表明，采用34Mn2V生產N80鋼級石油管，經過在線常化處理，鋼管的抗拉強度、延伸率、沖擊韌性都達到了API標準值，特別是沖擊韌性值超出API標準2倍以上，比未經過常化工藝處理的提高幅度較大；屈服強度雖然也達到了API標準值，但處于標準值下限。為改變這種情況，作了進一步試驗。據資料介紹，含V鋼增加N含量可有效提高強度，每增加0.001％氮，可增加6Mpa的強度，為驗證，仍采用34Mn2V鋼作為試驗鋼種，并以加入V-N合金代替V-Fe合金，同時添加少量Ti，用此工藝生產了4爐N80鋼級石油管用鋼。對用上述4爐鋼所軋制的而用不同常化工藝處理的成品鋼管進行性能檢驗的結果看，其強度及沖擊韌性均達到API標準中對N80鋼級石油管規定的要求，屈服強度也均達到該標準要求，比上次試驗鋼的屈服強度平均高近50Mpa。分析認為，這主要是因為鋼中的N與V在制鋼過程中的各個不同工藝段內交互作用形成VN或V(C、N)組織，從而發揮了不同的物理冶金效應所致。本次試驗在添加V-N合金的同時，還進行了加Al及不加Al對鋼管性能的影響試驗，經檢驗，無Al的一爐鋼比含Al爐次的屈服強度都偏低，延伸率及沖擊韌性值則相差不大。實驗還研究了不同終軋溫度對微觀組織結構的影響。實驗選用了4種終軋溫度，每一種溫度選用了3種冷速。模擬精軋后變形，通過檢驗微觀組織可以確定終軋溫度為850℃～820℃、冷速控制在0.8℃/s，可以得到較理想的微觀組織。實驗結論認為，在保證強度的前提下，為提高其塑性韌性指標，可通過以下措施來實現產品的強韌化(1)獲得細小的鐵素體+珠光體組織，是提高韌性的有力措施，而適宜的冷卻速度對帶狀組織的消除、晶粒的細化有很大的促進作用。(2)及時正確地測定該鋼種的相變臨界點，才能為正確制定工藝制度提供可靠的依據。(3)為測定各相變溫度區間和找到最佳的冷卻速度，需要作動態相變試驗和控冷模擬試驗。為生產符合API標準的N80鋼級石油管，根據試驗鋼的性能檢驗結果，制定了生產現場的各個工藝制度。確定最佳軋制工藝路線為加熱→穿孔→MPM連軋→定徑→冷床風機冷卻。溫度制度根據34Mn2VN鋼種的特性及管坯直徑的大小不同而有所區別(1)、對小直徑管坯，由于其熱容量小，可充分利用煙氣余熱，既節能，又不影響加熱質量；(2)、在750℃以下采取慢速加熱，750℃以上采取快速加熱，以避免晶粒長大過快而使塑性降低，也可避免出現熱裂等加熱質量缺陷；(3)、根據軋制節奏，適當調整各段溫度，軋制較快時，采用溫度的上限，軋制速度較慢時，采用溫度的下限；(4)、終軋溫度控制在830-860℃，以850℃為佳；穿孔后毛管溫度控制在1210±10℃；(5)、加熱速度選用7-8cm/min，對于大管坯，加熱時間應大于3.5小時，保證管坯加熱的均勻性，減小斷面溫差；(6)、當停機或待軋時間較短時，執行待軋降溫制度，當發生事故停機處理時間過長時，溫度應降至Ar3線(725℃)以下，避免在高溫下停留時間長，產生晶粒長大、過熱、偏析、嚴重脫碳等加熱質量缺陷。通過測定動態連續冷卻CCT曲線，研究了34Mn2VN鋼在變形以后連續冷卻過程中的相變規律，即當2℃/s≥U冷速＞0.8℃/s時可以得到較理想的組織。通過控冷熱模擬實驗，研究不同冷速對沖擊韌性的影響，分析數據表明，0.8℃/s的冷速效果較好，可以得到較細小鐵素體塊又可避免出現貝氏體組織。利用本專利技術的工藝方法已生產非調質N80鋼級石油管52365.509噸，經檢驗，完全符合API標準的各項性能要求。采用非調質鋼比用調質鋼生產油井管有如下優點(1)節約能源；(2)減少生產工序，提高成品鋼管尺寸精度的穩定性；(3)簡化生產工藝，縮短生產周期，降低成本；(4)改善勞動條件，實現清潔生產。本專利技術結束了N80 1類石油管必須經過正火工藝或在線常化的歷史，為N80 1類石油管的生產提供了一種新的工藝方案，為微合金化非調質鋼的發展提供了大工業生產的成功實例。具體實施例方式首先，根據擬定的試驗鋼種二套化學成分方案，在150Kg中頻爐中熔煉，共試煉24爐鋼，分別鑄成小鋼錠，再鍛成20×100mm的試樣(其壓縮比為5.7)，將鍛樣進行860±10℃正火空冷處理，然后進行化學成分及各項性能檢驗，第一套成分方案的結果如表1所示表1試驗鋼實際化學成分(wt％)及性能 其中，2爐32Mn6、1爐20#鋼的中頻爐試驗鋼與大生產鋼的化學成分及力學性能對比結果見表2表232Mn6、20#鋼小爐試驗與大生產成分(wt％)及性能對比 通過進行對比，可判斷按所設計的第一套化學成分方案試煉的鋼種的鍛造樣基本能代表生產中的實際軋制狀態，并參照API標準對成分進行篩選，適時調整設計方案后進行第二輪試驗。根據新擬定的化學成分試驗方案及試驗方法，在中頻爐試驗冶煉11本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種非調質鋼生產Ｎ８０鋼級石油管及其工藝，其特征在于化學成分范圍（％）為Ｃ０．３４－０．３８、Ｓｉ０．２５－０．３５、Ｍｎ１．６５－１．８５、Ｐ≤０．０２５、Ｓ≤０．０２０、Ａｌ０．０２－０．０５、Ｖ０．０８－０．１２、Ｔｉ０．０１５－０．０２０、Ｎ０．０１３０－０．０１４５；軋制工藝路線為：加熱→穿孔→ＭＰＭ連軋→定徑→冷床風機冷卻；終軋溫度為８６０℃～８２０℃、冷速在２℃／ｓ≥Ｕ↓［冷速］＞０．８℃／ｓ。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：司永濤，李春龍，景溢農，成永久，梁志剛，郭兆成，李曉，何建中，楊富強，
申請(專利權)人：包頭鋼鐵集團有限責任公司，
類型：發明
國別省市：15[中國|內蒙]