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        TG石油套管用鋼的熱軋工藝研究*

        2021-11-17 06:35:56苗瑞林郭瑞華王棟
        內(nèi)蒙古科技大學學報 2021年2期
        關(guān)鍵詞:熱軋板板帶斷口

        苗瑞林,郭瑞華,王棟

        (1.內(nèi)蒙古科技大學 材料與冶金學院,內(nèi)蒙古 包頭 014010;2.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司金屬制造公司,內(nèi)蒙古 包頭 014010)

        眾所周知,石油、天然氣是非常緊缺且非常重要的國家戰(zhàn)略資源,油氣資源的儲備量和開采水平直接決定一個國家的發(fā)展水平.石油套管是油氣開采的必要部分.

        傳統(tǒng)意義上,石油套管多采用無縫鋼管.由于石油套管直徑大、管體長,生產(chǎn)困難且成本昂貴,國外開始轉(zhuǎn)向研究焊接成管代替無縫管.直縫電阻焊(ERW)管具有成本低廉,成材率高,過程可控性好,生產(chǎn)工藝簡單等優(yōu)勢.國內(nèi)對直縫焊接用石油套管研究較多的是J55.

        TG石油套管是近年來最新出現(xiàn)的可以直縫電阻焊接成石油套管的新鋼種[1].TG石油套管用熱軋鋼帶成分設計采用高C微合金成分設計[2-5],結(jié)合SEW工藝生產(chǎn)的石油套管具有成本低[6-9]、內(nèi)在質(zhì)量好、尺寸精度高、抗擠毀性能高[10-13]、綜合性能優(yōu)良等[14]優(yōu)點.

        基于包鋼2 250 mm熱軋產(chǎn)線的先進設備,對比不同的生產(chǎn)方案,最終成功開發(fā)了成本低廉,過程操作簡單,成材率高的石油套管用TG鋼,填補了包鋼產(chǎn)品空白,提升了產(chǎn)品市場競爭力.

        1 TG石油套管用熱軋板帶生產(chǎn)工藝流程

        TG石油套管用熱軋板帶的基本生產(chǎn)工藝流程為:高爐Fe水經(jīng)過Fe水預處理后,進行LD頂?shù)讖痛狄睙捄蚅F精煉,連鑄成板坯后緩冷放置;重新加熱后的板坯,經(jīng)過粗軋高壓水除鱗、定寬壓力機、E1R1粗軋機、E2R2粗軋機,到精軋區(qū)域;經(jīng)過飛剪、高壓水除鱗、F1~F7精軋機、層流冷卻后,卷取成型為熱軋板帶.

        2 TG石油套管用熱軋板帶冶金方案的設定

        文章是基于某鋼廠與下游管廠某合作項目工程,TG石油套用熱軋板帶化學成分是由客戶確定的,TG石油套管用熱軋板帶化學成分見表1.

        表1 TG22石油套管用試驗鋼化學成分(質(zhì)量分數(shù),%)

        3 TG石油套管用板帶熱軋方案的設定

        基于產(chǎn)線生產(chǎn)工藝及熱軋設備能力,板坯厚度230 mm,最終產(chǎn)品7.0 mm厚度的TG石油套管用鋼出鋼溫度設定為1 200 ℃,終軋溫度設定為830 ℃,中間坯厚度初步設定為40 mm.

        3.1 終冷溫度對TG石油套管用熱軋板帶產(chǎn)品性能的影響

        3.1.1終冷溫度對板帶機械性能的影響

        相同出鋼溫度,精軋累計變形量和精軋終軋溫度下,不同終冷溫度對TG石油套管用熱軋板帶拉伸性能的影響如表2所示.表中結(jié)果顯示,隨著終冷溫度由570 ℃升高至630 ℃,屈服強度由530 MPa下降至465 MPa,抗拉強度由665 MPa下降至617 MPa,顯微硬度由215 HV10下降至196 HV10,延伸率由31.5%升高至35.0%,屈強比由0.80下降至0.75.從屈強比的變化趨勢可以看出,隨著終冷溫度的升高,屈服強度降低的趨勢明顯大于抗拉強度的降低,造成這一現(xiàn)象的原因是隨著終冷溫度的升高,產(chǎn)品組織晶粒增大,粗大的晶粒對屈服強度降低的影響大于對抗拉強度的影響.結(jié)合客戶使用條件,包鋼生產(chǎn)TG石油套管用鋼熱軋終冷溫度設定為570 ℃,板帶綜合效果最佳,且產(chǎn)品性能較為富余.

        表2 TG22石油套管用試驗鋼力學性能表

        3.1.2終冷溫度對板帶沖擊性能的影響

        隨著終冷溫度由570 ℃提高到630 ℃,-10 ℃夏比沖擊功逐漸由82 J升高至96 J,如圖2所示.綜合考慮客戶使用性能,終冷溫度設定為570 ℃,沖擊功富余量顯然不足.

        圖2為不同終冷溫度下-10 ℃夏比沖擊試驗斷口掃描結(jié)果.圖2結(jié)果顯示,隨著沖擊功升高,斷口掃描逐漸由解理面轉(zhuǎn)變成韌窩增多.

        圖1 終冷溫度對TG石油套管用鋼沖擊功性能的影響圖

        圖2 不同終冷溫度下沖擊功斷口掃描微觀組織圖(a)570 ℃終冷溫度下斷口掃描組織;(b)590 ℃終冷溫度下斷口掃描組織;(c)610 ℃終冷溫度下斷口掃描組織;(d)630 ℃終冷溫度下斷口掃描組織

        3.2 中間坯厚度對TG石油套管用熱軋板帶產(chǎn)品性能的影響

        2 250 mm熱軋產(chǎn)品分為粗軋與精軋2部分.粗軋指的是再結(jié)晶溫度以上的軋制過程,精軋指的是再結(jié)晶溫度以下,相變點溫度以上的軋制過程.

        當終冷溫度采用570 ℃,針對產(chǎn)品沖擊功富余量不足的問題,分別研究了中間坯厚度40 mm(精軋過程累計變形量82.5%)與中間坯厚度45 mm(精軋過程累計變形量84.4%)時,產(chǎn)品沖擊功的變化情況.中間坯厚度由40 mm增加至45 mm后,-10 ℃沖擊功由82 J升高至112 J,沖擊試驗結(jié)果列于表3.

        表3 不同中間坯厚度下產(chǎn)品沖擊功表

        4 結(jié)論

        (1)包鋼運用現(xiàn)有熱軋2 250 mm設備,采用終冷溫度570 ℃,中間坯厚度45 mm的生產(chǎn)工藝,可以穩(wěn)定生產(chǎn)屈服強度530 MPa,抗拉強度665 MPa,-10 ℃沖擊功100 J以上,各項性能優(yōu)異的TG石油套管用熱軋板帶.

        (2)隨著終冷溫度由570 ℃升高至630 ℃,屈服強度由530 MPa下降至465 MPa,抗拉強度由665 MPa下降至617 MPa,顯微硬度由215 HV10下降至196 HV10,延伸率由31.5%升高至35.0%,屈強比下降0.05.

        (3)中間坯厚度由40 mm增加至45 mm后,-10 ℃沖擊功由82 J升高至112 J.增加中間坯厚度有利于提升產(chǎn)品的沖擊功值.

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