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。
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]。
表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))
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)。
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)。
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。
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℃。
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。
在線?;且环N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)。
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。
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)果見表4所示,部分金相檢驗(yàn)照片見圖1所示。
表4 金相檢驗(yàn)結(jié)果
圖1 金相組織照片
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。
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.