非调质钢生产高强度油管

1、非调质钢生产高强度油管摘要 随着石油勘采工程发展和深化，油管用钢要求向高强度(即高钢级)和特殊用途方向发展。应用现有条件生产必然使工艺装备复杂、技术难度增大，成本偏高。 本文主要介绍我国八十年代研制开发的非调质钢(原用于汽车零件)，应用到石油工业专用管材“高强度油管”是种新尝试，效果显著有广阔发展前途。关键词 非调质钢 高强度油管 热处理 1前言 石油油管是石油勘采工程中主要器材之一，是专用材料。由套管、油管和钻杆管为主体的管材统称为油井管； 油管在油井采集过程中作为石油、天然气由井底输送到地面的管道用管。使用量大，约占油井管总消耗量的1/41/5，每年需求量数十万吨。 由于地质和油层构造情况

2、和条件的不同，石油(即原油)生存状态差异较大。石油往往是由油、气与水共存。有的油质较稀清澈如水；有的浑浊呈褐色，粘稠如泥浆；有的高温(200250)，高压(压力高达数百大气压)自喷能力极强；有的常温低压流动性极差，必须依靠抽油机抽吸提取；也有的含有大量C02、Cl离子或H2S等腐蚀性特强的介质，状况不一。 采油过程有时还需要作井下技术处理；利用油管进行注水、酸化、压裂或井下加热等。 油井井深程度不同；有浅井、深井或超深井之分。然而原油(气)采集输送均使用油管管道和螺纹连接法。因此，油管不仅应有足够的刚性、强度和连接性，必须有良好的密封性、耐磨损和抗腐蚀等性能。特殊条件下工作的油管还需有特殊技术

3、条件和性能要求。 输送介质复杂、工作条件恶劣，对油管提出苛刻的技术条件和严格的材质要求。国内已有几家油井管生产厂均能按API规范批量生产油管。每年供应量约占需求量的4050，缺口较大。多数是小规格、低钢级和V型螺纹为主体。已逐渐不能满足深井、超深井和特殊情况采集的要求。研制生产高强度和特殊用途油管已势在必行。目前主要依靠进口。 高强度(即高钢级)油管采用优质碳素钢、合金结构钢和特殊热处理法生产，必然会使工艺装备复杂、技术难度大、成本偏高。 非调质钢(CT80)是由本公司结合35MnVN钢经试验研究研制而成改进型钢号。适用于生产制造高强度油管。CT80钢由电炉冶炼、LF炉外精炼、VD脱气，连铸成

4、 300mm2方坯，连轧成 95mm管坯。2非调质钢(CT80)的化学成份、力学性能、金相组织及物理参数21 化学成份表1 非调质钢CT80化学成分()(设定值)钢号CSiMnPSVNCT800.30/0.400.20/0.401.20/1.700.0300.0300.10/0.200.010注：CT80钢由本公司参考汽车零件用非调质钢研制而成，适用于生产高强度N80级油管。22 化学性能表2 非调质钢CT80力学性能（规定值）试样状态b(Mpa)s(Mpa)5(%)(%)Akv(J)HB热 轧84054016455025623 金相组织非调质钢CT80的金相组织：铁素体+珠光体+V（CN）化

5、合物。24 物理参数24.1 临界点表3 CT80的钢相转变点温度临 界 点Ac1Ac3Ar1Ar3温度（ºC）73581864073024.2弹性模数E=198000N/mm224.3膨胀系数=1.54×10-6mm/mmºC(20550ºC升温时)24.4脆性转变温度表4 CT80钢脆性转变温度试验温度（ºC）200-20-40-60Akv(J)71.368.562.721.312.625 CT80钢生产工艺参数25.1 热加工（热轧） 加热温度T=12001250ºC 开轧温度T=11601200ºC 终轧温度T=10

6、501100ºC25.2冷却方式：（轧后空冷或堆冷）25.3冷加工（冷拔）热处理温度T=7601050ºC（依据钢管强度要求作适当选择调整）3CT80钢的工艺特点31 CT80钢化学成份中碳元素含量较低。碳和锰元素含量与37Mn5钢接近、并含有微量V、N元素。物理性能与37Mn5钢相似。因此，管坯加热制度及生产工艺规程可参照37Mn5钢研制设定。32 该钢中含有C、N元素、经过轧制、拉拔和冷却过程，使碳化物或氮化物弥散析出。从而起到强化和晶粒细化作用，使材质的强度、硬度、冲击韧性等综合力学性能得到明显提高。33 该钢在冷拔过程（即冷加工）应变硬化程度低，有较好的可塑性，适宜

7、于大变形量或连拔加工。既简化了拉拔工艺，又降低了成本。 34 CT80钢种适宜于控温、控冷和控制变形量等方法加工。使材质（管材）无需进行调质处理即可达到要求的性能。简化生产工艺，改善环保条件。4高强度N80级油管生产技术条件。41化学成份：仅作S及P要求各0.030%42材质钢级：务必符合API Spec 5CT规范 +1.0%43尺寸精度；D t±10%-0.2%；44长度：9.5m+0.2m45 保证钢管单根重量偏差（+6.5% -3.5%）及内径尺寸。46力学性能：高强度N80级油管力学性能必须符合下列规定。b689Mpas=552758Mpa516%47 应有均匀稳定性能和优

8、质的表面。48 高强度油管产品(包含管端与接箍螺纹等)均应符合API Spec 5CT 及5B规范规定。49 高强度N80级油管生产工艺技术。5 由非调质钢（CT80）生产高强度N80级油管和用42MnMo7钢作生产工艺技术比较。51 加热制度表5 95mm管坯加热温度和时间规定钢 号管坯规格（mm）予热温度（ºC）加热温度（ºC）出炉温度（ºC）加热时间（分）CT8095900118012001200±20758542MnMo795900116011801200±209095注：42MnMo7为德国推荐生产高强度油管（N80级）用钢52 管坯

9、切断长度CT80钢95mm管坯长度1.80m42MnMo7钢95mm管坯长度1.92m53 热穿轧后钢管（管料）长度CT80钢105×7.5mm 钢管（管料）长度为5.44m 42MnMo7钢105×8.0mm钢管（管料）长度为5.47m54 热穿孔工艺制度（压下量分配）表6 95mm管坯热穿孔轧制表的设定钢 号钢管（管料）尺寸（mm）轧辊距(mm)导板距(mm)压下量(mm)顶头直径(mm)顶杆直径(mm)延伸率（）CT80105×7.5819015%89803.0242MnMo7105×8.0818915%89802.8555 冷拔工艺制度55.1

10、105×7.5mm CT80 管料生产73×5.51mm×9.7m,N80级油管表7 （105×7.5mm CT80 管料生产73×5.51mm×9.7m,N80）油管拔制表道次钢管（管料）尺寸（mm）主要中间工序截面积（mm2）延伸系数（）拉力（t）单位重量（kg/m）长度（m）0105×7.5打头、酸洗22960018035.44195×7.7连拔211110882416585.66286×6.75退头、酸洗168012576013197.06380×5.75连拔13411253481053

11、8.70473.5×5.35正火114511712889910.1455.2 105×8.0mm42MnMo7管料生产73×5.51mm×9.7m,N80级油管表8 （105×8.0mm42MnMo7管料生产73×5.51mm×9.7m,N80）油管拔制表道次钢管（管料）尺寸（mm）主要中间工序截面积(mm2)延伸系数（）拉力（t）单位重量（kg/m）长度（m）0105×8.0打头、退火、酸洗25620020.125.301102×7.25退火、酸洗21571.1887016.945.85289×

12、;6.5退火、酸洗16841.2818013.227.30380×6.0退火、酸洗13941.2085010.958.60473.5×5.35正火+回火11451.218438.9910.2055.3 热处理制度表9 73×5.51mmN80级油管热处理制度钢号成品管尺寸（mm）管料处理中间管热处理成品管热处理CT8073×5.51_830860ºC×30分880920ºC正火30分42MnMo773×5.51800850ºC×50分830860ºC×40分880920

13、86;C正火30分700750ºC回火60分56 油管螺纹技术要求 油管管端和接箍螺纹加工属于金属切削机械加工技术，这里不作详细介绍。油管和接箍螺纹由专用金属切削加工机床和专门螺纹切削成型刀刃（梳刀或单齿刀片）进行数控程序操作加工，获得连接强度高、密封性能好优质螺纹（精确齿型尺寸、光洁螺纹表面）。管螺纹尺寸、型状和技术条件均应符合API Spec 5CT及5B规范规定。6检测结果61 热轧钢管（管料）检查表10热轧钢管（管料）质量检测钢 号钢管（管料）尺寸（mm）缺陷原因（%）综合合格率（%）折迭（导板）擦伤裂纹轧卡小计CT80105×7.50000010042MnMo71

14、05×8.03.24.12.03.512.887.262 冷拔钢管（平端光管）检查 表11 冷拔钢管（平端光管）质量检测钢级(钢号)钢管尺寸(mm)综 合 检 查台检合格探伤合格总检量(支)总合格量(支)(%)合格量(支)(%)合格量(支)(%)N80(CT80)73×5.51×9.7m1110104794.32106796.13104798.13N80(42MnMo7)73×5.51×9.7m7700579075.19629481.74579091.9963 73×5.51×9.7m,N80(CT80)冷拔高强度油管尺寸检

15、查结果。63.1钢管外径检查结果如图（1）+0.1%73mm max=73.73mm -0.2% mim=72.85mm =0.88mm65.1接箍机械性能（CT80）如表17所示。表17 N80级（CT80）接箍机械性能检验结果试样号抗拉强度b(Mpa)屈服强度S（Mpa）延伸率5（%）1号789630222号825637208APISPEC-5CT规定689552/75814.5检测结果不难看出b值比规定值高出14.5%，s值高出14%以上，5值高出43%以上。65.2接箍冲击性能如表18所示。表18 N80级（CT80）接箍冲击性能检验结果试样号试样尺寸（mm）试验温度（ºC）

16、AKV值（J）123平 均1号10×10×550140135135136.72号10×10×550135150150145API SPEC-5CT规定10×10×55040404040由表中明显看出冲击性能较规定值高出2.4倍以上。66 管端螺纹（外螺纹）检查结果如表19所示67 接箍螺纹（内螺纹）检查结果如表20所示 表19 管端螺纹（外螺纹）检查结果（mm）管号NO紧密距螺距偏差锥度齿高偏差L4螺纹总长度t管壁厚度D管外径370379-0.10-0.40+0.013+0.02563.062.00052.652.35.565.51合

17、格合格363368-0.20-0.200+0.01362.063.0+0.013+0.01352.552.45.555.43合格合格377374-0.46-0.28+0.013+0.01363.063.0+0.01+0.01352.252.45.555.51合格合格392393-0.06+0.32+0.013+0.01363.562.0+0.013+0.02553.552.45.505.41合格合格标准规定-0.20±3.81±0.07662.5+5.2-2.6+0.051-0.10252.4±3.815.514.8273±0.79表20 接箍螺纹(内螺

18、纹)检查结果管号No紧密距(mm)螺距偏差(mm)锥度(mm/m)齿高偏差(mm)NL接箍长度(mm)J值(mm)W接箍外径(mm)3703796.105.80-0.013+0.01363.063.0-0.051-0.038132.1132.212.612.4合格合格3633685.425.48-0.013-0.01363.062.5-0.038-0.038132.2132.212.512.0合格合格3773744.765.38+0.013+0.01363.564.0-0.051-0.038132.0132.110.112.2合格合格3923935.305.60+0.013+0.01363.063.5-0.025-0.025132.4132.211.912.3合格合格标准规定5.40±3.81±0.07662.5+5.2-2.6+0.051-0.102130.2(12.7)(参数值)889±0.89注J值-管端手紧面位置到接箍中心面位置。7小结：71 各项技术数据和性能指标均符合API SPEC-5CT和5B规范要求。产品材质优良、性能稳定、尺寸精度较高，表面质量较好。证明CT80非调质钢生产N80级高强度油管是成功的，设计工艺流程是可行的、规程制度是合适的，已具备批量生产的能力。72 该钢种有许多特点和优点；简化生产工艺，改善生产环境。含微量合金元