27CrMo钢P110石油套管调质工艺研究

采用正交试验法研究了淬火温度、淬火时间、回火温度、回火时间对27CrMo钢力学性能的影响。结果表明:淬火温度对性能影响较小;回火温度是影响屈服强度、抗拉强度和冲击功最主要的因素。根据试验结果确定了工业试验的热处理参数并进行了试验验证。当淬火温度880℃、回火温度670℃时,Ф177.8 mm×10.36 mm钢套管的屈服强度、抗拉强度、硬度、冲击功均满足P110钢级的要求并且波动较小。

34Mn6钢P110石油套管调质工艺研究

采用相变仪对34Mn6钢的奥氏体连续冷却转变(CCT)曲线进行测定和分析。结果表明,当冷却速度为0.1~1℃/s时,相变组织为铁素体和珠光体;当冷却速度≥5℃/s时开始发生贝氏体转变;当冷却速度≥10℃/s时开始发生马氏体相变;当冷却速度>50℃/s时,奥氏体几乎全部转变为马氏体。采用正交试验法研究了淬火温度和保温时间、回火温度和回火时间对34Mn6钢力学性能的影响。结果表明,淬火温度对性能影响较小;回火温度是影响屈服强度、抗拉强度和冲击吸收能量最主要的因素。根据试验结果确定了工业试验的热处理参数,并进行了试验验证。结果表明,139.7 mm×9.17 mm套管的屈服强度处于标准的中上限范围;冲击吸收能量的最小值高于标准71.5%,断后伸长率的最小值高于标准48.4%。

30Mn2Cr钢连续冷却转变过程中组织及硬度演变规律的研究

利用L78RITA热膨胀相变仪和光学显微镜研究了30Mn2Cr钢过冷奥氏体连续冷却过程中的相变行为、组织及硬度演变规律,采用热膨胀法结合金相-硬度法建立了试验钢的CCT曲线。结果表明,在冷却速度为0.1~1℃/s时,试样组织为铁素体和珠光体;当冷却速度≥2℃/s时,试样组织中出现了少量贝氏体;随冷却速度的提高,铁素体和珠光体组织含量逐渐减少,贝氏体含量逐渐增加;当冷却速度≥10℃/s时,组织中出现了马氏体,珠光体组织消失;当冷却速度≥50℃/s,相变产物主要为马氏体。随着冷却速度的提高,试样的硬度逐渐升高。石油工业用管材采用30Mn2Cr时,建议全壁厚钢管的冷却速度大于50℃/s。

石油套管的硫化物应力腐蚀失效分析

采用金相显微镜和扫描电镜对C90和C110应力腐蚀试验失效的样品进行了分析。结果表明：C90试样失效的主要原因是由于淬火不充分,导致钢中存在大量的贝氏体组织;C110试样失效的主要原因是由于回火温度较低,钢中的残余应力较大。

LF-VD双联脱硫工艺研究

通过工业试验和热力学计算研究了钢包渣成分对LF精炼脱硫的影响以及工艺参数对VD真空脱硫的影响。结果表明：钢包渣的MI指数控制在0．25～0．3，T．Fe＋MnO的质量分数小于1％时，LF精炼脱硫效果较好；铜包底吹氩气流量和真空室的压力是影响VD精炼脱硫速率的主要因素。工业生产结果表明：采用LF-VD双联脱硫工艺可将钢液中硫的质量分数稳定地从0．015％脱到0．002％以下。

L80-1级高抗挤毁石油套管用钢29MnCr6的开发

达力普石油专用管有限公司成功开发出用于生产Φ244.5 mm×10. 03 mm规格L80-1钢级抗挤毁石油套管的经济性材质-29MnCr6。与常规25CrMo材质相比,29MnCr6材质冶炼成本低,热处理能耗小,可降低生产成本。经性能检测,29MnCi6材质与常规25CrMo材质相比,轧制出的L80-1钢级石油套管拉伸性能相当,冲击韧性符合API 5CT标准要求,而且抗挤毁值相差不大,均具有高出API Bull 5C2标准抗挤毁值60%的高抗挤毁水平,因此,29MnCr6材质完全可代替25CrMo材质。

石油套管缺陷形成原因分析

采用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪对石油套管制造过程中形成的缺陷进行了分析,并对缺陷的形成原因进行了探讨。结果表明:钢管分层、内表面鼓包缺陷以及螺纹表面麻坑缺陷是管坯中大型夹杂物导致的,其中分层和内表面鼓包缺陷中的夹杂物来源于钢水,夹杂物在浸入式水口中聚集长大后被钢流冲刷到钢液中;螺纹表面麻坑缺陷的夹杂物来源于钢液中的结晶器保护渣。钢管外折缺陷是由于管坯表面存在皮下裂纹,在轧制过程中遗传到钢管中形成的。提高钢水的洁净度、减少结晶器保护渣的卷入、控制铸坯表面的皮下裂纹是控制石油套管缺陷的关键。

PDA-5500S型直读光谱仪测定石油套管用钢中Mn含量的不确定度评定

使用PDA-5500S型直读光谱仪对石油套管用钢的化学成分进行了分析检测，根据JJF1059．1—2012技术标准，对钢中锰含量的不确定度进行评定，建立了数学模型，确定了不确定度的来源，从标准不确定度的A类评定和B类评定入手，确定了不确定度的分量，最后对各个分量进行计算合成，形成钢中Mn元素的不确定度评定报告。

圆坯连铸凝固末端电磁搅拌位置优化

采用射钉法测定了圆坯连铸机的综合凝固系数,利用平方根定律对电磁搅拌器合适的安装位置进行了理论计算。结果表明：该连铸机的综合凝固系数为22~24 mm·min-1/2,末端电磁搅拌器应安装在距离弯月面11.3~12.9 m处。将电磁搅拌器位置从距离弯月面10 m移至12 m后,Φ300 mm铸坯的中心疏松从2.2级降到1.7级,Φ180 mm铸坯的中心疏松从1.5级降到1.4级,铸坯内部质量得到明显改善。

影响管线钢管抗氢致开裂性能的因素

采用NACE TM 0284—2003氢致开裂标准中的试验方法以及金相显微镜和扫描电镜,研究了显微组织、合金元素、硫含量、非金属夹杂物、轧制延伸率对管线钢管抗氢致开裂性能的影响。结果表明,非金属夹杂物是导致钢管氢致开裂的主要因素;具有铁素体+回火贝氏体组织的管线钢管抗氢致开裂性能优于具有铁素体+珠光体组织的钢管;增大轧制延伸率有利于提高钢管的抗氢致开裂性能;管线钢中的Ca/S比值为1.5~2.0时,钢管的抗氢致开裂性能较好;管线钢中添加铜和镍对调质态钢管的抗氢致开裂性能影响较小。

Φ168.3 mm×7.92 mm X70QS抗硫无缝钢管的生产实践

根据API5L标准要求设计了X70QS无缝钢管的化学成分,采用热膨胀相变仪测定了试样钢种的CCT曲线,结果表明,当冷速达到20℃/s时,组织中珠光体消失,贝氏体含量较多,合适的淬火冷却速度应选择20℃/s以上。采用"100 t EAF→LF+VD精炼→圆坯连铸→精密斜轧机组轧制→调质热处理"工艺流程对X70QS无缝钢管进行生产。生产过程中有效控制了S含量、非金属夹杂物、铸坯偏析,解决了穿轧粘钢的问题。结果表明,X70QS无缝钢管的金相组织主要为铁素体+回火贝氏体,晶粒度在8.5级以上,各类夹杂物的总和≤2级;力学性能和抗硫化氢腐蚀性能完全满足API 5L的标准要求;-60℃时未达到材料韧脆转变温度。

139.7mm×7.72mm J55低压气密封螺纹套管接头性能

对自行设计的139.7mm×7.72mm J55低压气密封螺纹套管接头进行了上卸扣、热循环气密封、弯曲条件下气体内压拉伸、拉伸至失效、加内压至失效等试验。结果表明:该接头的抗粘扣性能良好;135℃,35MPa条件下的气密封性能和低压30MPa、弯曲狗腿度10°/(30m)、拉伸载荷为80%材料名义屈服强度条件下的气密封性能均合格;接头的泄漏失效内压和抗拉强度均远高于标准技术要求。

Φ219.1mm×9.5 mm抗硫化氢腐蚀无缝管线钢管X52QS的生产实践

根据API5L标准设计的X52QS管线钢管的化学成分为(/%):0.11~0.14C,0.20~0.35Si,0.95~1.20Mn,≤0.010P,≤0.0015S,0.10~0.20Ni,0.10~0.20Cu,0.008~0.020Ti,0.0015~0.004 0Ca。采用"100t EAF-LF+VD精炼-Φ210 mm圆坯连铸-精密斜轧机组轧制-880℃淬火-655℃回火调质热处理"工艺流程对X52QS钢管进行了批量化生产。主要工艺措施为电弧终点控制钢水温度1620~1640℃0.05%~0.08%C,≤0.008%P,精炼渣组分(/%):58CaO,7SiO_2,22Al_2O_3,8MgO,3%氟化物,VD后喂Ca-Si线等。检验结果表明,X52QS管线钢管的金相组织主要为铁素体+回火贝氏体,晶粒度≥8.5级,各类夹杂物的总和≤2级;力学性能和抗硫化氢腐蚀性能完全满足API 5L的标准要求;具有良好的焊接性能和低温冲击韧性,韧脆转变温度为-95℃。

高端抗硫管线钢非金属夹杂物研究

采用扫描电镜和大样电解等检验方法对抗硫管线钢的冶炼过程试样和连铸坯中夹杂物的数量、尺寸、成分、形貌进行系统分析。结果表明:钢液经过LF精炼后,显微夹杂物的面积比降低了34.7%;中间包钢液的夹杂物面积比较VD出站增加了6.1%。LF进站钢液中的夹杂物主要为Al_2O_3夹杂物,在LF精炼和VD真空处理过程中由于钢渣间的相互作用,形成以CaO、MgO、Al_2O_3为主要组成的复合型夹杂物。钙处理后夹杂物中的CaO和Al_2O_3的物质的量比接近12∶7,并与钢液发生了脱硫反应,形成了含CaS的复合夹杂物。中间包开浇阶段铸坯中的显微夹杂物和大型夹杂物都明显高于稳定浇铸状态;在稳定浇铸状态下,铸坯中的w(T[O])小于15×10^(-6),大型夹杂物的含量小于0.2 mg/kg;大型夹杂物的主要来源是钢包引流砂、结晶器保护渣。

27CrMo钢的奥氏体连续冷却转变

利用热膨胀仪测定了27CrMo钢不同冷却速度下的膨胀曲线,并采用切线法确定了各冷速下的相变温度,结合显微组织绘制出试验钢的CCT曲线,并在全自动热处理线上进行了钢管的淬透性试验。结果表明:1℃/s时,开始发生贝氏体(B)转变;2℃/s时,开始发生马氏体(M)转变;冷速≥30℃/s时,组织主要为板条马氏体。说明27CrMo钢具有较高的淬透性,可用于生产厚壁石油套管。

X52抗硫管线钢冶炼工艺优化

抗硫管线钢生产过程中存在碳、硫、磷元素控制困难,钢铁料消耗高等问题,结合生产数据和热力学计算对其原因进行了分析,并从电弧炉熔炼、合金化、电弧炉出钢预精炼、LF精炼渣系和渣料加入制度等方面提出了改善措施。采用优化的工艺后,电弧炉出钢过程增磷质量分数从32.3×10^(-6)降低至6.6×10^(-6);增碳质量分数从0.038%降低至0.011%;脱硫率从27.0%提高到44.1%,LF精炼过程的脱硫率从84.1%提高到89.5%;钢铁料消耗从1 130kg/t降为1 070kg/t,石灰消耗从85.4kg/t降为33.1kg/t,铝锭消耗从2.6kg/t降为2.1kg/t,氧气消耗从35.1m3/t降为24.4 m3/t,电耗从445.8kWh/t降为422.1kWh/t,生产成本显著降低;LF精炼出站钢液的洁净度明显提高,显微夹杂物面积比降低了29.3%。

X52NS抗硫无缝管线钢管的开发

根据API 5L标准要求设计了X52NS管线钢管的化学成分,采用热膨胀相变仪测定了试验钢种的CCT曲线,并采用＂100 t EAF→LF＋VD精炼→圆坯连铸→精密斜轧机组轧制→正火处理＂工艺流程对X52NS管线钢管进行了工业试制。结果表明：当正火温度为920℃,正火冷却速度应为2~5℃/s时,X52NS管线钢管组织主要为铁素体＋珠光体,晶粒度在8.5级以上;力学性能和抗硫化氢腐蚀性能完全满足API 5L标准要求;具有良好的焊接性能和低温冲击性能,韧脆转变温度为-50℃。