一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法
阅读说明：本技术 一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法 (Hot-rolled steel strip for 750 MPa-grade continuous oil pipe and manufacturing method thereof ) 是由 孙照阳 胡学文 杨森 余宣洵 王海波 吴志文 李忠义 游慧超 赵虎 文亮 郑晴 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法,涉及油井管线用钢技术领域。本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法,采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸→热轧,钢中化学成分重量百分比：0.12％～0.14％C、0.3％～0.4％Si、1.50％～2％Mn、P≤0.015％、S≤0.005％、0.5％～0.7％Cr、0.1％～0.4％Cu、0.1％～0.3％Ni、0.2％～0.5％Mo、0.05％～0.07％Nb、0.04～0.05％V、0.01～0.02％Ti、0.02～0.035％Als；其余为Fe及不可避免的夹杂；热轧钢带的厚度在3～5mm,其金相组织为铁素体+马氏体组织,以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要。(The invention discloses a hot-rolled steel strip for a 750 MPa-grade continuous oil pipe and a manufacturing method thereof, and relates to the technical field of steel for oil well pipelines. The invention relates to a hot-rolled steel strip for a 750 MPa-level continuous oil pipe and a manufacturing method thereof, wherein molten iron pretreatment → converter steel making → LF external refining → RH external refining → continuous casting → hot rolling are adopted, and the steel comprises the following chemical components in percentage by weight: 0.12 to 0.14 percent of C, 0.3 to 0.4 percent of Si, 1.50 to 2 percent of Mn, less than or equal to 0.015 percent of P, less than or equal to 0.005 percent of S, 0.5 to 0.7 percent of Cr, 0.1 to 0.4 percent of Cu, 0.1 to 0.3 percent of Ni, 0.2 to 0.5 percent of Mo, 0.05 to 0.07 percent of Nb, 0.04 to 0.05 percent of V, 0.01 to 0.02 percent of Ti and 0.02 to 0.035 percent of Als; the balance of Fe and inevitable impurities; the thickness of the hot-rolled steel strip is 3-5 mm, and the metallographic structure of the hot-rolled steel strip is ferrite and martensite so as to meet the requirement of the hot-rolled steel strip for the coiled tubing of the ultra-deep well.)
技术领域
本发明涉及油井管线用钢技术领域，更具体地说是一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法。
背景技术
连续管(CT，Coiled tubing)，是一种单根长度可达数千米甚至上万米的高强度、高塑性并具有一定抗腐蚀性能的新型油气管材，缠绕在卷筒上运输和使用，与连续管作业机配合，可进行油气田修井、测井、钻井、完井、油气输送等领域数十种作业，具有占地面积小、作业安全高效、环境污染小、运输安装便捷等优点。
随着国内超深井以及西南地区页岩气的发展需要，国内陆上超深井(6000～9000m)数量快速增长，连续油管的作业深度也超过了6000m，井下作业压力大，常规的高强连续油管已经不能完全满足生产的需求，难以承受大的自重以及作业过程中钢管内部的高压，需要更高强度的连续油管产品。
经检索，关于解决上述的不足，目前已有相关专利公开。如，中国专利申请号为：200810040895.6、申请日为：2008年7月24日、授权公告日为：2011年7月20日，公开了一种CT90级连续油管用钢及其制造方法，其化学成分重量百分配比为：C：0.02～0.25％、Si：0.10～0.60％、Mn：0.50～2.0％、P≤0.015％、S≤0.005％、Cr：0.30～1.50％、Nb：0.02～0.13％、Ti：0.01～0.10％、V：0.01～0.10％、Mo：0.05～0.35％、Cu：0.10～0.50％、Ni：0.10～0.40％、Ca：0.0010～0.0050％，Al：0.01～0.05％，N≤0.012，余量为Fe及不可避免的夹杂，通过冶炼、浇铸、板坯再加热、轧制、冷却、卷取等工艺，提高了强度，但其强度同样不足以满足超深井作业的需要；同时其成分设计中含较高的V，这对产品的韧性和焊接性能是不利的；其钢板屈强比均在0.90以上，可变形能力差，无法满足该类产品作业过程中需反复塑性变形的要求。
又如中国专利，申请号为：201711324677.0、申请日为：2017年12月13日、授权公告日为：2019年3月8日，公开了一种CT110级连续管用热轧钢带及生产方法，其组分及wt％：C：0.11～0.15％，Si：0.10～0.30％，Mn：0.90～1.30％，P：≤0.015％，S：≤0.0020％，Cu：0.25～0.40％，Ni：0.15～0.35％，Cr：0.60～1.00％，Nb：0.020～0.050％，V：≤0.010％，T i：0.010～0.030％，N：≤0.0050％，Al：0.015～0.060％，Mo：0.10～0.30％，Ca：0.0008～0.0025％，其生产步骤为：转炉冶炼等工序后连铸成坯；对铸坯加热；粗轧；精轧；冷却并卷取，使得其屈服强度在700MPa左右，但在超深井的作业同样会面临强度不足的风险。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术中的连续油管用钢强度不足以满足超深井作业的需要，本发明提出一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸→热轧，经过LF炉外精炼后，钢中化学成分满足重量百分比(wt％)：C：0.12％～0.14％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.50％～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Cr：0.50％～0.70％、Cu：0.10％～0.40％、Ni：0.10％～0.30％、Mo：0.20％～0.50％、Nb：0.050％～0.070％、V：0.040～0.050％、Ti：0.010～0.020％、Als：0.020～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂；生产出的热轧钢带的厚度在3～5mm，其金相组织为铁素体+马氏体组织，晶粒度≥12级，带状组织≤1.5级。生产出的热轧钢带屈服强度为782～809MPa、抗拉强度为1077～1143MPa，以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，其化学成分重量百分比含量为：C：0.12％～0.14％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.50％～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Cr：0.50％～0.70％、Cu：0.10％～0.40％、Ni：0.10％～0.30％、Mo：0.20％～0.50％、Nb：0.050％～0.070％、V：0.040～0.050％、Ti：0.010～0.020％、Als：0.020～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂；生产出的热轧钢带的厚度在3～5mm，其金相组织为铁素体+马氏体组织，晶粒度≥12级，带状组织≤1.5级。生产出的热轧钢带屈服强度为782～809MPa、抗拉强度为1077～1143MPa，以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要。
一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法，包括如下步骤：
步骤一、铁水预处理：控制脱硫后的铁水[S]≤0.0050％；
步骤二、转炉冶炼：氩站进行顶底强搅，强搅时间≥4min，强化过程脱P，出钢时进行脱氧合金化，加强挡渣操作；
步骤三、LF炉精炼：钢包顶渣充分还原，调成分至目标值或接近目标值，出站温度：1600～1615℃；
步骤四、RH炉精炼：真空度≤2.6mbar，真空时间≥12min，调整所有成分至目标值；
步骤五、连铸：中包目标温度控制在液相线温度以上15～30℃，连铸过程投用动态轻压下和电磁制动；
步骤六、加热：铸坯进入加热炉中进行加热；
步骤七、轧制：轧制采用两阶段轧制，第一阶段是再结晶区域轧制，轧制温度控制在1000～1060℃，通过反复变形和再结晶，使奥氏体晶粒显著细化；第二阶段是在未再结晶区域轧制，轧制温度控制在900～1000℃，形变和相变同时进行，在此阶段中奥氏体晶粒被伸长，同时产生滑移带，奥氏体晶界的增加和滑移带出现为铁素体形核提供了有利条件，进而得到细晶粒铁素体；
步骤八、轧后钢板层流冷却和卷取：层流冷却过程中投用边部遮挡装置4～6组，降低带钢边部温降，冷却到400～550℃范围内进行卷取。
进一步的技术方案，步骤六中，控制铸坯出炉温度在1230～1270℃，均热段保温时间不小于60min，其主要目的是保证材料完全奥氏体化，使合金元素充分固溶，同时又能抑制奥氏体晶粒的过分长大。
进一步的技术方案，在铸坯进加热炉前先进行堆垛缓冷48小时以上。
进一步的技术方案，步骤七中，粗轧阶段在奥氏体再结晶区轧制，轧制温度控制在1000～1060℃范围内。
进一步的技术方案，步骤七中，精轧阶段采用7架四辊CVC轧机进行连轧，终轧温度控制在830～870℃，通过累计大变形，增加形变奥氏体内的形变带和位错密度，增加相变形核点细化晶粒。
进一步的技术方案，步骤八中，冷却速度控制在20～30℃/s。
进一步的技术方案，步骤八中，在400～550℃范围内进行卷取。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸→热轧，经过LF炉外精炼后，钢中化学成分满足重量百分比(wt％)：C：0.12％～0.14％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.50％～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Cr：0.50％～0.70％、Cu：0.10％～0.40％、Ni：0.10％～0.30％、Mo：0.20％～0.50％、Nb：0.050％～0.070％、V：0.040～0.050％、Ti：0.010～0.020％、Als：0.020～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂；生产出的热轧钢带的厚度在3～5mm，其金相组织为铁素体+马氏体组织，晶粒度≥12级，带状组织≤1.5级。生产出的热轧钢带屈服强度为782～809MPa、抗拉强度为1077～1143MPa，以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要；
(2)本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，轧制采用两阶段轧制，第一阶段是再结晶区域轧制，轧制温度控制在1000～1060℃，通过反复变形和再结晶，使奥氏体晶粒显著细化；第二阶段是在未再结晶区域轧制，轧制温度控制在900～1000℃，形变和相变同时进行，在此阶段中奥氏体晶粒被伸长，同时产生滑移带，奥氏体晶界的增加和滑移带出现为铁素体形核提供了有利条件，进而得到细晶粒铁素体；
(3)本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，控制铸坯出炉温度在1230～1270℃，均热段保温时间不小于60min，其主要目的是保证材料完全奥氏体化，使合金元素充分固溶，同时又能抑制奥氏体晶粒的过分长大；
(4)本发明的一种750MPa级连续油管用热轧钢带及其制造方法，精轧阶段采用7架四辊CVC轧机进行连轧，终轧温度控制在830～870℃，通过累计大变形，增加形变奥氏体内的形变带和位错密度，增加相变形核点细化晶粒。
附图说明
图1为本发明对应的热轧钢带的金相照片；
图2为本发明对应的热轧钢带的电镜照片。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种750MPa级连续油管用热轧钢带，其化学成分重量百分比含量为：C：0.12％～0.14％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.50％～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Cr：0.50％～0.70％、Cu：0.10％～0.40％、Ni：0.10％～0.30％、Mo：0.20％～0.50％、Nb：0.050％～0.070％、V：0.040～0.050％、Ti：0.010～0.020％、Als：0.020～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂；生产出的热轧钢带的厚度在3～5mm，其金相组织为铁素体+马氏体组织，晶粒度≥12级，带状组织≤1.5级。生产出的热轧钢带屈服强度为782～809MPa、抗拉强度为1077～1143MPa，以满足超深井的连续油管用热轧钢带的需要。
实施例2
本实施例的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：包括如下步骤：
步骤一、铁水预处理：控制脱硫后的铁水[S]≤0.0050％；
步骤二、转炉冶炼：氩站进行顶底强搅，强搅时间≥4min，强化过程脱P，出钢时进行脱氧合金化，加强挡渣操作；
步骤三、LF炉精炼：钢包顶渣充分还原，调成分至目标值或接近目标值，出站温度：1600～1615℃；
步骤四、RH炉精炼：真空度≤2.6mbar，真空时间≥12min，调整所有成分至目标值；
步骤五、连铸：中包目标温度控制在液相线温度以上15～30℃，连铸过程投用动态轻压下和电磁制动，连铸全过程进行保护浇铸；
步骤六、加热：铸坯进入加热炉中进行加热；
步骤七、轧制：轧制采用两阶段轧制，第一阶段是再结晶区域轧制，轧制温度控制在1000～1060℃，通过反复变形和再结晶，使奥氏体晶粒显著细化；第二阶段是在未再结晶区域轧制，轧制温度控制在900～1000℃，形变和相变同时进行，在此阶段中奥氏体晶粒被伸长，同时产生滑移带，奥氏体晶界的增加和滑移带出现为铁素体形核提供了有利条件，进而得到细晶粒铁素体；
步骤八、轧后钢板层流冷却和卷取：层流冷却过程中投用边部遮挡装置4～6组，降低带钢边部温降，冷却到400～550℃范围内进行卷取。
本实施例中，步骤六中，控制铸坯出炉温度在1230～1270℃，均热段保温时间不小于60min，其主要目的是保证材料完全奥氏体化，使合金元素充分固溶，同时又能抑制奥氏体晶粒的过分长大。在铸坯进加热炉前先进行堆垛缓冷48小时以上。
步骤七中，粗轧阶段在奥氏体再结晶区轧制，轧制温度控制在1000～1060℃范围内；精轧阶段采用7架四辊CVC轧机进行连轧，终轧温度控制在830～870℃，通过累计大变形，增加形变奥氏体内的形变带和位错密度，增加相变形核点细化晶粒。
步骤八中，冷却速度控制在20～30℃/s；在400～550℃范围内进行卷取。
实施例3
本实施例的一种750MPa级连续油管用热轧钢带的制造方法，基本结构同实施例2，不同和改进之处在于：采用铁水预处理→转炉炼钢→LF炉外精炼→RH炉外精炼→连铸→热轧。经过LF炉外精炼后，钢中化学成分满足重量百分比(wt％)：C：0.12％～0.14％、Si：0.30％～0.40％、Mn：1.50％～2.00％、P：≤0.015％、S：≤0.0050％、Cr：0.50％～0.70％、Cu：0.10％～0.40％、Ni：0.10％～0.30％、Mo：0.20％～0.50％、Nb：0.050％～0.070％、V：0.040～0.050％、Ti：0.010～0.020％、Als：0.020～0.035％；其余为Fe及不可避免的夹杂。
表1所示为实验时，各实施例的化学成分。成分检测根据GB/T 4336《碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)》进行。
表1本发明各实施例的化学成分
轧制工序采用板坯加热至1230～1270℃→高压水除鳞→2机架粗轧→7机架精轧→层流冷却→卷取，轧制工艺主要参数见表2所示。
表2轧制工序主要工艺参数
本发明试验钢的组织均为铁素体和少量马氏体，力学性能如表3所示。
表3本发明试验钢的非金属夹杂物
本发明试验钢的低温冲击性能良好，换算标准试样的冲击功见表4所示。
表4本发明试验钢的冲击功
综上所述，按照本发明提供的化学成分、热轧和工艺设计生产的连续油管用热轧钢带其屈服强度达到了750MPa以上，横向力学性能：屈服强度：782～809MPa，抗拉强度：1077～1143MPa，A50：12％～14.4％；纵向力学性能：屈服强度：770～806MPa，抗拉强度：1081～1141MPa，A50：13.3％～15.8％；产品屈强比低于0.75，具备良好的可变形能力；产品-20℃下冲击功大于30J，韧性良好。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
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