一种CT150级连续油管用热轧钢带及其生产方法与流程
一种ct150级连续油管用热轧钢带及其生产方法
技术领域
1.本发明属于油井管线用钢生产工艺技术领域，更具体地说，涉及一种ct150级连续油管用热轧钢带及其生产方法。
背景技术：
2.连续管，是一种单根长度可达数千米甚至上万米的高强度、高塑性并具有一定抗腐蚀性能的新型油气管材，缠绕在卷筒上运输和使用，与连续管作业机配合，可进行油气田修井、测井、钻井、完井、油气输送等领域数十种作业，具有占地面积小、作业安全高效、环境污染小、运输安装便捷等优点。
3.随着国内超深井以及西南地区页岩气的发展需要，国内陆上超深井(6000～9000m)数量快速增长，连续油管的作业深度也超过了6000m，井下作业压力大。连续油管的作业深度不断增加，应用范围或领域不断向深井、超深井及高压井方向发展。通常，下入深度与管材强度成正相关关系，常规钢级的连续油管已经不能完全满足超深井对下入深度、承载等方面的作业需求，急需更高钢级的连续油管，且需要具有高强度、高韧性和良好的耐疲劳性能，以满足我国油气资源开发的需求。
4.专利文献cn 107964637 b公开了“一种ct100级连续管用热轧钢带”，其化学成分重量百分配比为：c：0.10～0.14％，si：0.10～0.30％，mn：1.10～1.50％，p：≤0.015％，s：≤0.0020％，cu：0.25～0.40％，ni：0.15～0.35％，cr：0.60～1.00％，nb：0.020～0.050％，v：≤0.010％，ti：0.010～0.030％，n：≤0.0050％，al：0.015～0.060％，ca：0.0008～0.0025％。其钢带强度级别不足以满足超深井作业的需要。
5.专利文献cn 108018488 b公开了“一种ct110级连续管用热轧钢带及生产方法”，其化学成分重量百分配比为：c：0.11～0.15％，si：0.10～0.30％，mn：0.90～1.30％，p：≤0.015％，s：≤0.0020％，cu：0.25～0.40％，ni：0.15～0.35％，cr：0.60～1.00％，nb：0.020～0.050％，v：≤0.010％，ti：0.010～0.030％，n：≤0.0050％，al：0.015～0.060％，mo：0.10～0.30％，ca：0.0008～0.0025％。其钢带屈服强度在700mpa左右，制管后钢管强度达到ct110级别，在超深井的作业同样会面临强度不足的风险。
6.本发明的目的在于提供一种应用于超深井作业，钢管强度达到ct150级别、低温韧性和疲劳性能优异的超高强连续油管用热轧钢带及生产方法。
技术实现要素：
7.1、要解决的问题
8.针对目前超深井作业对于连续油管高强度性能要求的形势，本发明拟提供一种ct150级连续油管用热轧钢带及其生产方法，通过合理的冶炼、连铸、热轧、冷却以及卷取工艺的设计，生产出适用于超深井的ct150级别的超高强连续油管用热轧钢带。
9.2、技术方案
10.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
11.本发明拟提供一种ct150级连续油管用热轧钢带，其化学成分重量百分比含量为c：0.10％～0.15％、si：0.20％～0.30％、mn：1.29％～1.49％、p：≤0.012％、s：≤0.0010％、cr：0.40％～0.49％、ni：0.40％～0.50％、cu：0.20％～0.30％、mo：0.51％～0.71％、nb：0.071％～0.079％、v：0.030～0.039％、ti：0.010～0.020％、al：0.020～0.035％，n：0.0020～0.0060％；其余为fe及不可避免的夹杂。
12.本发明中各合金元素及其质量百分比设计原理如下：
13.c：最基本的强化元素，起固溶强化作用，本发明中控制在0.10～0.15％，与强碳化物元素nb、v、ti形成碳化物析出，起沉淀强化作用，且避免含量太高降低塑性和韧性。
14.mn：廉价元素，其可通过固溶强化提高钢的强度，但过高的mn元素易造成严重的中心偏析，不利于钢的低温韧性，本发明中mn控制在1.29～1.49％。
15.cr：提高钢的淬透性的重要元素，并具有一定的固溶强化作用，有效提高钢的强度，但钢中cr含量过高时，不利于erw焊缝质量，必须采用气保护焊接，增加了焊接难度及成本，本发明中cr控制在0.40～0.49％。
16.cu和ni：可通过固溶强化提升钢的强度，ni的加入主要是改善cu在钢中易引起的热脆性，且提高钢的低温韧性，本发明中cu和ni分别控制在0.20～0.30％和0.40～0.50％。
17.mo：强淬透性元素，显著推迟铁素体相变，有利于贝氏体形成，且mo含量越高，贝氏体组织越细小，提高钢的强度。mo可以促进vc的析出，提高第二相粒子析出量，增强析出强化效果，mo还能增加m/a岛的体积分数，提高钢的低温韧性。但太高的mo有损塑性且mo价格比较昂贵，本发明中mo控制在0.51～0.71％。
18.nb和v：管线钢中不可缺少的微合金元素，加入nb是抑制奥氏体再结晶细化晶粒，v是利用tmcp工艺在冷却过程中析出细小的碳氮化钒，能提高钢的强度和低温韧性。但nb和v含量过高时，不仅难以充分发挥作用，同时可能导致析出颗粒粗大不利于钢的韧性，且增加成本，本发明中nb控制在0.071～0.079％，v控制在0.030～0.039％，且nb/v＝1.95～2.50。
19.n：控制n含量有利于更好的发挥v的作用，但n含量过高会不利于钢的低温韧性，本发明中n控制在0.0020～0.0060％。
20.本发明的上述热轧钢带的生产方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、lf炉精炼、rh炉精炼、连铸、加热、轧制、冷却以及卷取，具体地：
21.铁水预处理：处理时间10～16min，处理后铁水s≤0.002％。
22.转炉冶炼：强化过程脱p，出钢时进行脱氧合金化，氩站进行顶底强搅，强搅时间≥4min。
23.lf炉精炼：s含量目标按照≤0.001％控制，白渣操作，充分还原钢包顶渣，钢包底吹氩，弱搅时间8～12min，有利夹杂物聚集上浮。
24.rh炉精炼：真空脱气循环时间19～20min，合金加入后循环时间8～10min，微调合金成分至目标值。钙处理时喂钙线控制在660～690m，ca含量控制在15～35ppm，控制cas类夹杂物，喂钙后弱搅时间控制在10～12min，保证夹杂物有效上浮，减少钢中夹杂物来提高材料的低温韧性和疲劳性能。
25.连铸：钢水过热度按照10～25℃控制。浇钢过程保持恒拉速1.1～1.2m/min，恒定拉速有利于铸坯内部质量稳定，拉速太大会使液面钢渣卷混现象严重，钢液流速加大，大型夹杂物上浮去除的几率减小。塞棒吹氩流量控制在6～10n/min，主要是为了促使夹杂物上
浮，避免水口堵塞以及塞棒棒头结瘤。投用动态轻压下和电磁搅拌，有利于提高铸坯内部质量。
26.加热：铸坯进入加热炉中加热，加热温度控制在1230～1270℃。
27.轧制：粗轧阶段在奥氏体再结晶区轧制，精轧开轧温度控制在1000～1060℃，精轧累计压下率≥88％，终轧温度控制在860～890℃；精轧阶段通过累计大变形，增加形变奥氏体内的形变带和位错密度，增加相变形核点细化晶粒。
28.轧后钢板层流冷却后进行卷取，冷却方式为前段层流冷却，冷却速度控制在30～40℃/s，控制冷却后的钢板卷取温度在560～600℃，卷取后钢卷存放高温区进行缓冷，避免钢卷外圈温降较快，保证钢卷的通卷性能波动较小。
29.本发明通过成分设计的微合金化作用、轧制大变形和温度控制等协同配合，细化晶粒和第二相粒子析出，提高钢中细晶强化和析出强化效果。通过控制较高的终轧温度(860～890℃)，轧制后快速冷却，抑制了nb和v微合金元素在奥氏体中析出，在560～600℃卷取及卷取后缓慢冷却，析出更多的细小的nb和v的碳氮化物，增强析出强化效果，且高温卷取后发生自回火现象，提高了材料的低温韧性；其次，通过大变形和温度以及冷却速度等工艺协同配合，控制贝氏体+铁素体+m/a岛组织类型的形成及各自占比，钢的显微组织为贝氏体+铁素体+m/a岛，平均晶粒尺寸为1.89～4.68μm，且贝氏体体积分数为51.2～53.4％，铁素体体积分数为44.0～46.1％。铁素体间的大角度晶界，贝氏体以及贝氏体中细小m/a岛对裂纹扩展具有一定的抑制作用，能提高材料的低温韧性和疲劳性能。
30.3、有益效果
31.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
32.(1)本发明钢的力学性能：屈服强度：810～825mpa，抗拉强度：1145～1161mpa，延伸率：12％～14％，；-60℃下冲击功49～52j，且仍未发生韧脆转变，具有较高强度和较好的低温韧性性能。
33.(2)本发明的钢erw焊接制管后，钢管的屈服强度1078～1091mpa，抗拉强度1141～1161mpa，延伸率21％～23％，-60℃下冲击功达到60j以上，弯曲疲劳次数达到313次以上，具有高强度、高韧性和优异的疲劳性能。
附图说明
34.图1为实施例1所得钢在光学显微镜下的显微组织形貌，显微组织为贝氏体+铁素体+m/a岛，显微组织的晶粒尺寸非常细小，且m/a岛也非常细小均匀。
具体实施方式
35.下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
36.本发明各实施例和对比例的化学成分如表1所示。成分检测根据gb/t 4336《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)》进行。
37.表1本发明各实施例和对比例的化学成分
[0038][0039]
本发明各实施例和对比例的主要炼钢工艺参数如表2所示。
[0040]
表2本发明各实施例和对比例的炼钢工序主要工艺参数
[0041][0042][0043]
本发明各实施例和对比例的主要轧制工艺参数如表3所示。
[0044]
表3本发明各实施例和对比例的轧制工序主要工艺参数
[0045][0046]
本发明各实施例和对比例所得钢带的力学性能如表4所示。
[0047]
表4本发明各实施例和对比例钢带的力学性能
[0048][0049]
本发明各实施例和对比例的标准试样下纵向低温冲击性能如表5所示，各实施例的低温冲击在-60℃下仍未发生韧脆转变，具有良好的低温韧性性能。
[0050]
表5本发明各实施例和对比例钢带的低温冲击性能/j
[0051][0052]
本发明各实施例和对比例钢带的夹杂物尺寸分布结果如表6所示，从表中可见，本发明各实施例钢带的夹杂物尺寸≤5μm的数量占比96.9％，a、b、c、d类夹杂物评级均≤0.5级，本发明钢带夹杂物控制较好，而对比例钢带大尺寸夹杂物占比较多，且b和d类夹杂物评级均达到1.5级。夹杂物大尺寸占比越多，不利于材料的冲击性能和疲劳性能。
[0053]
表6本发明各实施例和对比例钢带的夹杂物尺寸分布
[0054][0055]
本发明试验钢带erw焊接制管后，钢管的性能如表7所示，可见各实施例钢带具有高强度、高韧性和良好的疲劳性能。
[0056]
表7本发明各实施例试验钢的钢管性能
[0057][0058]
综上所述，按照本发明提供的化学成分、炼钢和热轧工艺设计生产的ct150级连续油管用热轧钢带，其屈服强度810～825mpa，抗拉强度1145～1161mpa，延伸率12％～14％，-60℃下冲击功49～52j，仍未发生韧脆转变；制成管后钢管的强度达到ct150级别，-60℃下冲击功达到60j以上，弯曲疲劳次数达到313次以上，综合性能远超同类产品。
[0059]
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
