張 萍
(陜西延長石油材料有限責任公司,陜西 西安 710077)
N80-1級套管屬一般級別套管,但在套管需求量上占有相當比例,而且隨著我國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)鋼通過簡單的在線?;幚?,其力學性能就可以達到合金結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)處理后獲得的強韌性要求,選用非調(diào)質(zhì)鋼自然成為油田和軋管廠的共識。而采用在線常化工藝可以提高生產(chǎn)效率,縮短生產(chǎn)周期,進而降低生產(chǎn)成本,所以通過在線?;a(chǎn)高水平、高質(zhì)量N80-1級套管在中國市場仍是十分廣闊的前景。本文主要介紹將36Mn2V通過在線?;{(diào)質(zhì)到N80-1的試制過程。
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)。通過控軋—控冷工藝,充分發(fā)揮沉淀強化、細晶強化等作用,使鋼材在熱軋后無需調(diào)質(zhì)處理,其強度和硬度可達到調(diào)質(zhì)鋼水平,同時具有一定塑、韌性。非調(diào)質(zhì)鋼是同時滿足高性能和低成本要求的環(huán)境友好型鋼材[2]。
表1 化學成分(質(zhì)量分數(shù))
從力學性能要求看,屈強比、沖擊韌性都有比較嚴格的要求,而屈服強度也是較難保證的性能指標。
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。
先在實驗爐進行小實驗研究,得出可行的熱處理制度以后,運用到生產(chǎn)線進行大生產(chǎn)驗證,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N80-1的性能起著關(guān)鍵的作用。預熱段溫度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,之后運往穿孔機穿軋成毛管,其中喂入角10°,輾軋角15°。在軋制過程中,應嚴格控制軋制節(jié)奏,保證各工序軋制溫度。特別是過三軋定徑機,保證終軋溫度的一致性以保證軋態(tài)性能穩(wěn)定。
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)進行空冷或強制冷卻,得到所要求的均勻的金相組織。這種工藝是將熱處理過程與軋制變形過程有機地結(jié)合在軋鋼連續(xù)生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中,通過?;瓤梢詫摬牡慕M織變得均勻,細化晶粒,也可改善鋼管的綜合力學性能[1]。
N80-1的試制采用了在線常化的生產(chǎn)工藝,鋼管經(jīng)軋管后進入冷床,經(jīng)冷床冷卻到相變點以下溫度,然后通過再加熱爐加熱,從而保證其良好的機械性能。下冷床的鋼管溫度≤500℃,鋼管進再加熱爐加熱溫度為880~940℃,然后鋼管進三輥定徑機。
使用最終制定的軋制工藝后,軋制情況良好,性能全部達到要求。從取樣的性能看:試驗鋼的屈服強度和抗拉強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)中的各項力學性能指標見表3。
表3 實際生產(chǎn)中的力學性能
從統(tǒng)計結(jié)果可以看出,各項指標控制狀況良好,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。
對生產(chǎn)的N80-1鋼管進行全長超聲探傷,全部探傷等級L4的要求。
全部荒管再加熱時采用正火工藝,能顯著細化鋼的晶粒,并消除鋼中混晶現(xiàn)象。從取樣的金相組織看,晶粒很細,正火后的晶粒度全部為9~11.5級,組織為珠光體+鐵素體,且大大細化了晶粒。金相檢驗結(jié)果見表4所示,部分金相檢驗照片見圖1所示。
表4 金相檢驗結(jié)果
圖1 金相組織照片
經(jīng)過多次試驗,通過在線常化工藝,成功采用36Mn2V試制φ139.7×7.72mm N80-1級套管,各項性能檢測指標全部合格。
通過統(tǒng)計數(shù)字表明,用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)N80鋼級光套管成品檢驗合格率為95.92%,綜合合格率為97%,通徑、渦流超聲雙探、水壓、稱重測長及力學性能指標全部合格,制定的用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)N80鋼級光套管生產(chǎn)工藝可行。
通過對36Mn2V進行多次的試生產(chǎn)與工藝改進的反復嘗試,取得了一定的成功,實現(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,達到API Spec 5CT標準要求。
[1]彭龍洲.鋼管學會六屆二次年會.成都.《鋼管雜志社,2012
[2]李斌,儲少軍,任新建.我國非調(diào)質(zhì)鋼在抽油桿生產(chǎn)中的應用[J].包鋼科技,2008,34(5):1-4.