專利名稱：一種高強(qiáng)度高塑韌性連續(xù)管制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度高塑韌性(屈服強(qiáng)度達(dá)到490 800MPa，延伸率28 40% )連續(xù)管制造方法，用于石油天然氣工業(yè)油氣井鉆井或井下作業(yè)。
背景技術(shù)：
連續(xù)管技術(shù)因其具有相當(dāng)多的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和作業(yè)優(yōu)勢，在世界石油工業(yè)中得到了廣 泛應(yīng)用，特別是近幾年隨著全球降低成本戰(zhàn)略的實(shí)施，連續(xù)油管以其優(yōu)于常規(guī)作業(yè)技術(shù)的 顯著特點(diǎn)，在油氣田勘探與開發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用，并在油氣田勘探、開發(fā)、鉆井、 完井、修井、作業(yè)等中具有更加廣闊的應(yīng)用前景。目前我國所擁有的20多套連續(xù)管作業(yè)機(jī)全部是從美國、加拿大等國家引進(jìn)的，價(jià) 格非常昂貴，并且配套的工具裝備以及作業(yè)軟件受到外國公司的很大限制，使得作業(yè)費(fèi)用 長期居高不下，難于滿足油田用戶的需求。并且，作為消耗材料的連續(xù)管本身的核心技術(shù)已 制被國外幾家公司壟斷。我國剛建成的連續(xù)管生產(chǎn)線正處于調(diào)試階段，連續(xù)管產(chǎn)品生產(chǎn)技 術(shù)還不成熟，也沒有形成系列。連續(xù)管用板卷專利已有多個(gè)，但與連續(xù)管制造技術(shù)還不配 套。亟需形成連續(xù)管原材料、制管及與之配套的技術(shù)和產(chǎn)品來滿足石油天然氣工業(yè)發(fā)展的 需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度高塑韌性連續(xù)管制造方法，采用低碳、多元合金 化、及微合金化成分設(shè)計(jì)，通過控軋控冷、直縫電阻焊(ERW)制管及后續(xù)的熱處理技術(shù)制造
連續(xù)管。本發(fā)明所述的一種高強(qiáng)度高塑韌性連續(xù)管制造方法，采用的技術(shù)方案是1)高強(qiáng)度高塑韌性連續(xù)管材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下C 0. 05 0. 12 % ；Si 0. 17 0. 37 % ；Mn 0. 60 1. 75 % ;P 彡 0. 010 % ；S 彡 0. 005% ；Cr 0. 20 1. 0% ；Mo 0. 15 0. 45% ；Ni 0. 10 0. 35% ；V 0 0. 05% ；Ti 0 0. 03% ；Cu 010 0. 25% ；Nb 0 0. 07% ；Al 0. 02 0. 04% ；Ca 0. 002 0. 004% ； Fe 余量。2)高強(qiáng)度高塑韌性連續(xù)管的制造工藝如下首先，制備熱軋板卷將上述材料(各組分)經(jīng)氧吹轉(zhuǎn)爐熔煉，Ca處理，爐外精煉， 真空脫氣，連鑄成厚度約為100 250mm的厚板坯，然后加熱至約1200°C，在950 1100°C 時(shí)進(jìn)行粗軋，在700 950°C時(shí)進(jìn)行精軋，軋后冷卻速度15 30°C /s，卷取溫度500 600°C，制成綜合性能優(yōu)良的厚度為2 8mm的熱軋板卷。板卷縱剪和對(duì)焊將制備好的熱軋板卷通過縱剪機(jī)剪成70 300mm的鋼帶，為減 少偏析對(duì)后續(xù)制管焊接的影響，應(yīng)避免從板卷寬度1/2處縱剪。為滿足鋼帶和連續(xù)管長度 要求，需將鋼帶對(duì)焊起來，將板頭、板尾加工成45°，采用埋弧自動(dòng)焊或CO2氣體保護(hù)焊焊接 方式通過45°斜焊方式使鋼帶連接起來。
用鋼帶生產(chǎn)直縫電阻焊接鋼管板邊采用銑邊方法，精確控制帶鋼寬度和板邊垂 直度；采用排輥成型方法控制板邊波形；調(diào)整焊接電流、電壓參數(shù)；控制焊縫的擠壓量在 1.0 2.5_，開口角θ控制在4 8°，進(jìn)行焊接，焊接速度ν為15 25m/min，開口角θ 與焊接速度ν的乘積在100 150m/min 度之間；焊接成厚度為2 8mm、管徑為19. Imm 88. 9mm的直縫電阻焊鋼管。焊后焊縫在930 960°C條件下正火，控制正火后水冷的開始溫度在350 400°C ； 或進(jìn)行900 950°C的一次整體正火；或進(jìn)行900 950°C的一次整體淬火、500 700°C回 火；或進(jìn)行750 780°C的一次整體亞溫淬火、500 650°C回火。以獲得所期望的具有良 好綜合性能的組織。連續(xù)管的主要技術(shù)指標(biāo)屈服強(qiáng)度達(dá)到490 800MPa，最低抗拉強(qiáng)度達(dá)到595 900MPa，延伸率28 40%，最低Charpy沖擊功80 180J，最高硬度HRC20 HRC30。連續(xù)管的外徑范圍為19. Imm 88. 9mm，壁厚范圍為2 8mm。連續(xù)管的長度范圍為IOOOm 3000m。可以纏繞到適當(dāng)?shù)男据S上，以便運(yùn)輸和使用。發(fā)明效果本發(fā)明包括一組高強(qiáng)度高塑韌性連續(xù)管的化學(xué)成分及制造工藝，克服了現(xiàn)有技術(shù) 的不足，形成系列配套的連續(xù)管成分優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)。所發(fā)明的連續(xù)管具有較高 的強(qiáng)度和良好的塑韌性、焊接性能及耐腐蝕性；可用于石油天然氣工業(yè)油氣井鉆井或井下 作業(yè)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 連續(xù)管材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)C 0. 05%;Si 0. 21%;Mn :1· 75% ;Ρ :0· 007% ;S :0· 004%； Cr :0· 20%;Μο :0· 18%； Ni :0. 12% ；Cu :0. 10% ；V :0· 05% ；Ti :0· 02% ；Al :0· 03% ；Ca :0· 002% ；Fe 余量。連續(xù)管的制造首先，制備熱軋板卷將上述材料(各組分)經(jīng)氧吹轉(zhuǎn)爐熔煉，Ca處理，爐外精煉， 真空脫氣，連鑄成厚度約為IOOmm的厚板坯，然后加熱至約1200°C，在1000 1100°C時(shí)進(jìn) 行粗軋，在750 950°C時(shí)進(jìn)行精軋，軋后冷卻速度15 20°C /s，卷取溫度550 600°C， 制成綜合性能優(yōu)良的厚度為2. 4mm的熱軋板卷。板卷縱剪和對(duì)焊將制備好的熱軋板卷通過縱剪機(jī)剪成75mm的鋼帶，為減少偏析 對(duì)后續(xù)制管焊接的影響，應(yīng)避免從板卷寬度1/2處縱剪。為滿足鋼帶和連續(xù)管長度要求，需 將鋼帶對(duì)焊起來，將板頭、板尾加工成45°，采用埋弧自動(dòng)焊或CO2氣體保護(hù)焊焊接方式通 過45°斜焊方式使鋼帶連接起來。用鋼帶生產(chǎn)直縫電阻焊接鋼管板邊采用銑邊方法，精確控制帶鋼寬度和板邊垂 直度；采用排輥成型方法控制板邊波形；調(diào)整焊接電流、電壓參數(shù)；控制焊縫的擠壓量在 1.6 2. 0mm，開口角θ控制在6°，進(jìn)行焊接，焊接速度ν為19 21m/min ；焊接成厚度為 2. 4mm、外徑為75mm的直縫電阻焊鋼管。焊后焊縫在930 960 °C條件下正火，控制正火后水冷的開始溫度在350
44000C，以獲得具有細(xì)小鐵素體和少量珠光體的理想雙相組織。連續(xù)管的主要技術(shù)指標(biāo)屈服強(qiáng)度達(dá)到496MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到595MPa，延伸率 40%，最高硬度HRC20。且具有良好的現(xiàn)場焊接性能及耐腐蝕性能。實(shí)施例2 連續(xù)管材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)C 0. 07%;Si 0. 31%;Mn :1· 55% ;Ρ :0· 007% ;S :0· 004%； Cr :0· 25%;Μο :0· 16%； Ni :0. 17% ；V 0 0· 04% ；Ti :0· 02% ；Cu :0· 19% ；Nb :0· 04% ；Al :0· 02% ；Ca :0· 003% ；
Fe 余量。連續(xù)管的制造首先，制備熱軋板卷將上述材料(各組分)經(jīng)氧吹轉(zhuǎn)爐熔煉，爐外精煉，真空脫 氣，連鑄成厚度約為IOOmm的厚板坯，然后加熱至約1200°C，在1000 1100°C時(shí)進(jìn)行粗軋， 在730 950°C時(shí)進(jìn)行精軋，軋后冷卻速度20 30°C /s，卷取溫度550 600°C，制成綜合 性能優(yōu)良的厚度為4mm的熱軋板卷。板卷縱剪和對(duì)焊將制備好的熱軋板卷通過縱剪機(jī)剪成135mm的鋼帶，為減少偏 析對(duì)后續(xù)制管焊接的影響，應(yīng)避免從板卷寬度1/2處縱剪。為滿足鋼帶和連續(xù)管長度要求， 需將鋼帶對(duì)焊起來，將板頭、板尾加工成45°，采用埋弧自動(dòng)焊或CO2氣體保護(hù)焊焊接方式 通過45°斜焊方式使鋼帶連接起來。用鋼帶生產(chǎn)直縫電阻焊接鋼管板邊采用銑邊方法，精確控制帶鋼寬度和板邊垂 直度；采用排輥成型方法控制板邊波形；調(diào)整焊接電流、電壓參數(shù)；控制焊縫的擠壓量在 1.7 2. 1mm，開口角θ控制在6°，進(jìn)行焊接，焊接速度ν為19 21m/min ；焊接成厚度為 4mm、外徑為38. Imm的直縫電阻焊鋼管。焊后進(jìn)行900 950°C的一次整體正火，控制正火后水冷的開始溫度在350 4000C，以獲得具有細(xì)小鐵素體和少量珠光體的理想雙相組織。連續(xù)管的主要技術(shù)指標(biāo)屈服強(qiáng)度達(dá)到585MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到640MPa，延伸率 35%，最高硬度HRC22。且具有良好的現(xiàn)場焊接性能及耐腐蝕性能。實(shí)施例3 連續(xù)管材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)C 0. 12%;Si 0. 35%;Mn :1· 45% ;Ρ :0· 007% ;S :0· 005% ;Cr :0· 31%;Μο :0· 17%； Ni :0. 19% ；V 0 0· 03% ；Ti :0· 02% ；Cu :0· 17% ；Nb :0· 04% ；Al :0· 03% ；Ca :0· 003% ；
Fe 余量。連續(xù)管的制造工藝同實(shí)施例2。焊后進(jìn)行750 780°C的一次整體亞溫淬火、500 650°C回火。以獲得具有細(xì)小 鐵素體和少量珠光體的理想雙相組織。連續(xù)管的主要技術(shù)指標(biāo)屈服強(qiáng)度達(dá)到595MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到670MPa，延伸率 37%，最高硬度HRC22。且具有良好的現(xiàn)場焊接性能及耐腐蝕性能。實(shí)施例4 連續(xù)管材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)C 0. 09%;Si 0. 25%;Mn :1· 44% ；P :0· 009% ;S :0· 004%； Cr :0· 36%;Μο :0· 23%； Ni :0. 22% ；Ti :0. 03% ；Cu :0· 19% ；Nb :0· 05% ；Al :0· 02% ；Ca :0· 003% ；Fe 余量。
連續(xù)的制造首先，制備熱軋板卷將上述材料(各組分)經(jīng)氧吹轉(zhuǎn)爐熔煉，爐外精煉，真空脫 氣，連鑄成厚度約為150mm的厚板坯，然后加熱至約1200°C，在1000 1100°C時(shí)進(jìn)行粗軋， 在700 950°C時(shí)進(jìn)行精軋，軋后冷卻速度20 30°C /s，卷取溫度500 550°C，制成綜合 性能優(yōu)良的厚度為5. 7mm的熱軋板卷。板卷縱剪和對(duì)焊將制備好的熱軋板卷通過縱剪機(jī)剪成205mm的鋼帶，為減少偏 析對(duì)后續(xù)制管焊接的影響，應(yīng)避免從板卷寬度1/2處縱剪。為滿足鋼帶和連續(xù)管長度要求， 需將鋼帶對(duì)焊起來，將板頭、板尾加工成45°，采用埋弧自動(dòng)焊或CO2氣體保護(hù)焊焊接方式 通過45°斜焊方式使鋼帶連接起來。用鋼帶生產(chǎn)直縫電阻焊接鋼管板邊采用銑邊方法，精確控制帶鋼寬度和板邊垂 直度；采用排輥成型方法控制板邊波形；調(diào)整焊接電流、電壓參數(shù)；控制焊縫的擠壓量在 1.8 2. 4mm，開口角θ控制在7°，進(jìn)行焊接，焊接速度ν為18 20m/min ；焊接成厚度為
5.7mm、外徑為60. 3mm的直縫電阻焊鋼管。焊后進(jìn)行900 950°C的一次整體加熱淬火，600 650°C回火。連續(xù)管的主要技術(shù)指標(biāo)屈服強(qiáng)度達(dá)到639MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到693MPa，延伸率 33%, Charpy沖擊功104J，最高硬度HRC23。且具有良好的現(xiàn)場焊接性能及耐腐蝕性能。實(shí)施例5:連續(xù)管材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)C 0. 10%;Si 0. 24%;Mn :0· 78% ;Ρ :0· 010%;S :0· 004%； Cr :0· 69%;Μο :0· 26%； Ni :0. 28% ；V :0. 05% ；Ti :0· 02% ；Cu :0· 20% ；Fe 余量。連續(xù)管的制造首先，制備熱軋板卷將上述材料(各組分)經(jīng)氧吹轉(zhuǎn)爐熔煉，爐外精煉，真空脫 氣，連鑄成厚度約為250mm的厚板坯，然后加熱至約1200°C，在1000 1100°C時(shí)進(jìn)行粗軋， 在700 950°C時(shí)進(jìn)行精軋，軋后冷卻速度20 30°C /s，卷取溫度500 550°C，制成綜合 性能優(yōu)良的厚度為6. 4mm的熱軋板卷。板卷縱剪和對(duì)焊將制備好的熱軋板卷通過縱剪機(jī)剪成245mm的鋼帶，為減少偏 析對(duì)后續(xù)制管焊接的影響，應(yīng)避免從板卷寬度1/2處縱剪。為滿足鋼帶和連續(xù)管長度要求， 需將鋼帶對(duì)焊起來，將板頭、板尾加工成45°，采用埋弧自動(dòng)焊或CO2氣體保護(hù)焊焊接方式 通過45°斜焊方式使鋼帶連接起來。用鋼帶生產(chǎn)直縫電阻焊接鋼管板邊采用銑邊方法，精確控制帶鋼寬度和板邊垂 直度；采用排輥成型方法控制板邊波形；調(diào)整焊接電流、電壓參數(shù)；控制焊縫的擠壓量在 1.8 2. 5mm，開口角θ控制在8°，進(jìn)行焊接，焊接速度ν為18 20m/min ；焊接成厚度為
6.4mm、外徑為73mm的直縫電阻焊鋼管。焊后進(jìn)行900 950°C的一次整體加熱淬火，600 650°C回火。連續(xù)管的主要技術(shù)指標(biāo)屈服強(qiáng)度達(dá)到719MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到780MPa，延伸率 30%, Charpy沖擊功176J，最高硬度HRC26。且具有良好的現(xiàn)場焊接性能及耐腐蝕性能。實(shí)施例6 連續(xù)管材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)C 0. 12%;Si 0. 27%;Mn :0· 96% ;Ρ :0· 009% ;S :0· 004%； Cr :0· 90%;Μο :0· 40%；
6Ni 0. 23% ；Ti 0. 03% ；Cu 0. 16% ；Nb 0. 06% ；Fe 余量。連續(xù)管的制造首先，制備熱軋板卷將上述材料(各組分)經(jīng)氧吹轉(zhuǎn)爐熔煉，爐外精煉，真空脫 氣，連鑄成厚度約為250mm的厚板坯，然后加熱至約1200°C，在1000 1100°C時(shí)進(jìn)行粗軋， 在700 950°C時(shí)進(jìn)行精軋，軋后冷卻速度20 30°C /s，卷取溫度500 550°C，制成綜合 性能優(yōu)良的厚度為7. 6mm的熱軋板卷。板卷縱剪和對(duì)焊將制備好的熱軋板卷通過縱剪機(jī)剪成300mm的鋼帶，為減少偏 析對(duì)后續(xù)制管焊接的影響，應(yīng)避免從板卷寬度1/2處縱剪。為滿足鋼帶和連續(xù)管長度要求， 需將鋼帶對(duì)焊起來，將板頭、板尾加工成45°，采用埋弧自動(dòng)焊或CO2氣體保護(hù)焊焊接方式 通過45°斜焊方式使鋼帶連接起來。用鋼帶生產(chǎn)直縫電阻焊接鋼管板邊采用銑邊方法，精確控制帶鋼寬度和板邊垂 直度；采用排輥成型方法控制板邊波形；調(diào)整焊接電流、電壓參數(shù)；控制焊縫的擠壓量在 2.0 3. 0mm，開口角θ控制在8°，進(jìn)行焊接，焊接速度ν為18 20m/min ；焊接成厚度為 7. 6mm、外徑為88. 9mm的直縫電阻焊鋼管。焊后進(jìn)行900 950°C的一次整體加熱淬火，580 630°C回火。連續(xù)管的主要技術(shù)指標(biāo)屈服強(qiáng)度達(dá)到789MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到867MPa，延伸率 28%, Charpy沖擊功156J，最高硬度HRC28。且具有良好的現(xiàn)場焊接性能及耐腐蝕性能。
權(quán)利要求
一種高強(qiáng)度高塑韌性連續(xù)管制造方法，屈服強(qiáng)度490～800MPa，延伸率28～40％；其特征在于1)材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下C0.05～0.12％；Si0.17～0.37％；Mn0.60～1.75％；P≤0.010％；S≤0.005％；Cr0.20～1.0％；Mo0.15～0.45％；Ni0.10～0.35％；V0～0.05％；Ti0～0.03％；Cu010～0.25％；Nb0～0.07％；Al0.02～0.04％；Ca0.002～0.004％；Fe余量；2)制造工藝如下首先，制備熱軋板卷將上述材料各組分經(jīng)氧吹轉(zhuǎn)爐熔煉，Ca處理，爐外精煉，真空脫氣，連鑄成厚度約為100～250mm的厚板坯，然后加熱至約1200℃，在950～1100℃時(shí)進(jìn)行粗軋，在700～950℃時(shí)進(jìn)行精軋，軋后冷卻速度15～30℃/s，卷取溫度500～600℃，制成厚度為2～8mm的熱軋板卷；板卷縱剪和對(duì)焊將制備好的熱軋板卷通過縱剪機(jī)剪成70～300mm的鋼帶，應(yīng)避免從板卷寬度1/2處縱剪，將鋼帶對(duì)焊起來，將板頭、板尾加工成45°，采用埋弧自動(dòng)焊或CO2氣體保護(hù)焊焊接方式通過45°斜焊方式使鋼帶連接起來；用鋼帶生產(chǎn)直縫電阻焊接鋼管板邊采用銑邊方法，精確控制帶鋼寬度和板邊垂直度；采用排輥成型方法控制板邊波形；調(diào)整焊接電流、電壓參數(shù)；控制焊縫的擠壓量在1.0～2.5mm，開口角θ控制在4～8°，進(jìn)行焊接，焊接速度v為15～25m/min，開口角θ與焊接速度v的乘積在100～150m/min·度之間；焊接成厚度為2～8mm、管徑為19.1mm～88.9mm的直縫電阻焊鋼管；焊后焊縫在930～960℃條件下正火，控制正火后水冷的開始溫度在350～400℃；或進(jìn)行900～950℃的一次整體正火；或進(jìn)行900～950℃的一次整體淬火、500～700℃回火；或進(jìn)行750～780℃的一次整體亞溫淬火、500～650℃回火。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度高塑韌性連續(xù)管制造方法；材料的化學(xué)成分質(zhì)量百分C0.05～0.12％；Si0.17～0.37％；Mn0.60～1.75％；P≤0.010％；S≤0.005％；Cr0.20～1.0％；Mo0.15～0.45％；Ni0.10～0.35％；V0～0.05％；Ti0～0.03％；Cu010～0.25％；Nb0～0.07％；Al0.02～0.04％；Ca0.002～0.004％；Fe余量；制備熱軋板卷，板卷縱剪和對(duì)焊，用鋼帶生產(chǎn)直縫電阻焊接鋼管，焊后焊縫在930～960℃條件下正火制得；連續(xù)管屈服強(qiáng)度達(dá)到490～800MPa，延伸率28～40％。
文檔編號(hào)B23P15/00GK101898295SQ20101025269
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者上官豐收, 馮耀榮, 宋生印, 楊龍 申請(qǐng)人:中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所