油气田用马氏体不锈钢圆管坯及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种油气田用马氏体不锈钢圆管坯，其包括下述成分，以质量百分数计：C：0.16～0.21％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12.6～13.0％，Mo：0.05～0.1％，N：0.02～0.04％，余量为Fe及其它杂质。本发明专利技术还公开了一种油气田用马氏体不锈钢圆管坯的制造方法，其包括以下步骤：铁水预处理、K‑OBM‑S粗炼、VOD精炼、LF精炼、浇铸、初轧开坯、修磨、径锻、退火、检验、车光打孔及交库。本发明专利技术通过成分优化设计和控制工艺过程中的关键参数，解决了气体含量高、夹杂物级别难控制、钢质纯净度差、探伤缺陷等质量问题，确保制造出的圆管坯钢质纯净、气体含量低、大幅度减少缺陷，满足后续制管生产及成品管在油气井中的使用要求。

Martensitic stainless steel round billet for oil and gas field and its manufacturing method

The invention discloses a martensitic stainless steel circular tube blank for oil and gas field, which includes the following components: C:0.16 to 0.21%, Si:0.15 to 0.35%, Mn:0.3 to 0.5%, P < 0.015%, S < 0.002%, Cr:12.6 ~ 13%, Mo:0.05 to 0.1%, N:0.02 to 0.04%, and the allowance for Fe and other impurities. . The invention also discloses a manufacturing method of martensitic stainless steel pipe blank for oil and gas field, which includes the following steps: iron water pretreatment, K refining OBM S refining, VOD refining, LF refining, casting, rolling bloom, grinding, diameter forging, annealing, inspection, car light punching and storehouse. By optimizing the design and controlling the key parameters in the process, the invention has solved the problems of high gas content, difficult control of inclusion level, poor steel purity, flaw detection and so on. It ensures the purity of steel, low gas content and large reduction of defects, and satisfies the production and finished product of the subsequent pipe making and the finished product. Requirements for the use of pipes in oil and gas wells.

【技术实现步骤摘要】
油气田用马氏体不锈钢圆管坯及其制造方法
本专利技术涉及不锈钢
，特别涉及一种油气田用马氏体不锈钢圆管坯及其制造方法。
技术介绍
油井管在我国石油工业中占有很重要的位置，是石油工业的基础，油井管的质量、品种和服役性能在一定程度上制约了石油工业的进一步发展。随着我国天然气和石油的开发，在四川、新疆、云南等西部地区发现了高储量的气田、油气田，而且开发的超深油气井越来越多，井下油管柱所面临的腐蚀环境越来越苛刻，对油管柱的耐蚀性也提出了更高的要求。由于油气井较深，井底温度和压力均较高，同时伴随着较高浓度的CO2含量和Cl—浓度，油管柱服役时所遭受的腐蚀是非常严重的，普通碳钢或低合金钢柱根本无法满足其耐蚀性要求，需要使用马氏体不锈钢。由于该钢种圆管坯在制造过程中容易产生O和H气体含量高、夹杂物级别难控制、钢质纯净度差、探伤缺陷等问题，这些质量问题在后续制管过程无法消除，因此严重影响成品管在腐蚀环境下的使用。中国专利文献CN1873041A公开了一种耐高温油井管用钢及其制造方法，提供了使用温度高达500℃油井管的解决方案，但是这种钢管Cr含量低，在超过500℃的条件下钢管会发生严重氧化。中国专利文献CN102373372B提供了一种耐高温油井管用钢及其制造方法，该文献中合金Cr含量为8.5～14％，同时添加了Al、Ti、V、Nb、Mo等元素形成碳化物来提高强度。但该文献中Cr等主要合金元素的范围过于宽泛，同时Nb、V、Ti的复合添加会使热处理过程中碳化物演变规律过于复杂，同时大幅提高回火温度，使调质工艺复杂。因此，本领域需要一种适用油气田环境的新型耐蚀不锈钢，并对传统的管坯制造工艺进行改进和优化。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种油气田用马氏体不锈钢圆管坯及其制造方法，通过成分优化设计，提高不锈钢圆管坯的耐蚀性能和力学性能，使材料能够满足油气田苛刻的服役条件。同时，通过控制工艺过程中的关键参数，解决O和H气体含量高、夹杂物级别难控制、钢质纯净度差、探伤缺陷等质量问题，确保制造出的圆管坯钢质纯净、气体含量低、缺陷大幅度减少，以满足后续制管生产及成品管在油气井中的使用要求。在此强调，除非另有说明，本文所用术语与本领域中各种科技术语的通常含义、各种技术词典、教科书等中定义的专业术语的含义一致。例如，术语“红送”一般是指钢料被加热后，以烧红的状态移送，此时钢料的温度一般在400℃以上。另外，为清楚说明并区别于成品“圆管坯”，本文将油气田用马氏体不锈钢圆管坯制造过程中形成的非最终成品的管坯，定义为“中间态管坯”。为了实现上述目的，一方面，根据本专利技术一实施方式，提供一种油气田用马氏体不锈钢圆管坯，其包括下述化学成分，以质量百分数计：C：0.16～0.21％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12.6～13.0％，Mo：0.05～0.1％，N：0.02～0.04％，余量为Fe及其它杂质。另一方面，根据本专利技术一实施方式，提供一种油气田用马氏体不锈钢圆管坯的制造方法，其中，所述圆管坯包括下述成分，以质量百分数计：C：0.16～0.21％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12.6～13.0％，Mo：0.05～0.1％，N：0.02～0.04％，余量为Fe及其它杂质，其中，所述制造方法包括以下按顺序实施的步骤：冶炼、浇铸、初轧开坯、径锻、退火及精整，其中，所述冶炼步骤包括按顺序实施的铁水预处理、K-OBM-S(顶底复吹转炉)粗炼、VOD(真空氧气脱碳炉)精炼及LF(钢包精炼炉)精炼。进一步地，根据本专利技术一优选实施方式，在所述冶炼步骤中，先执行所述铁水预处理，以铁水为原料，对铁水进行脱磷脱硫预处理，使得P≤0.020％，S≤0.010％；下一步，执行所述K-OBM-S粗炼，将经过预处理的铁水送入K-OBM-S转炉粗炼，全程底吹氧吹氮搅拌，在所述粗炼过程中，加入6～11Kg/t石灰、8kg～15kg/t硅铁、3kg～6kg/t萤石，使得倒渣出钢时，钢液温度为1620～1670℃，渣层的厚度控制为30mm～80mm；下一步，执行所述VOD精炼，将经过K-OBM-S粗炼的钢液送入VOD精炼，加入6～13kg/t石灰、2～5kg萤石、2～4kg/t铝丸、8kg～15kg/t硅铁，使得渣层厚度控制为30mm～70mm；并且，在真空度≤5mbar下搅拌，以确保H含量≤0.0002％，氧含量≤0.004％；以及下一步，执行所述LF精炼，将经过VOD精炼的钢液送入LF精炼，加入0.2～0.6kg/t铝粉，同时进行底吹气体和搅拌，化渣结束加入硅钙线，调整到目标成分后出钢，使得LF出站温度为1560～1580℃，其中，所述目标成分是指LF钢液中的各成分达到下述成分，以质量百分数计：C：0.16～0.21％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12.6～13.0％，Mo：0.05～0.1％，N：0.02～0.04％；(2)在所述浇铸步骤中，在执行所述浇铸前，对锭模进行清理，同时对锭模预热，确保温度在30℃以上；浇铸时，将浇铸温度控制在钢种液相线以上30～50℃，控制浇铸速度在1～2t/min，到冒口附近时控制浇铸速度降至原浇铸速度的40～70％；浇铸结束后，等待3～8小时后脱模形成钢锭，在脱模时使模表面温度小于200℃；(3)在所述初轧开坯步骤中，将脱模后的钢锭以120℃/小时以下的速度升温至600～900℃退火，保温时间根据钢锭厚度设定为0.5～1min/mm；将退火后的钢锭红送至加热炉在1240～1260℃加热，保温时间≥0.3min/mm；控制开轧温度为1160～1260℃，终轧温度在900℃以上，第一道次轧制变形量30～40％，其它道次变形量20～30％；(4)在所述径锻步骤中，对初轧后的钢锭径锻时，控制加热温度为1120～1230℃，升温时间≤120℃/h，保温时间0.5～1min/mm；确保开锻温度为1120～1230℃，终锻温度大于900℃，总锻比≥3；在所述径锻结束后，钢锭锻造成锻后中间态管坯；以及(5)在所述退火步骤中，将所述径锻步骤后形成的所述锻后中间态管坯，在表面温度降至700℃以前入炉，保持加热温度为830～870℃，升温速度≤150℃/h，保温时间≥2min/mm，在保温结束后以80℃/h以下的冷却速度缓冷至200℃以下后出炉空冷。在一实施方式中，在执行所述铁水预处理时，可采用喷吹法对铁水进行脱磷脱硫预处理。在一实施方式中，在执行所述浇铸步骤前，可通过吹氩气对锭模进行清理，在一实施方式中，在执行所述浇铸步骤时，可采用下铸法浇铸。在一实施方式中，在所述初轧开坯步骤中，可将脱模后的钢锭以120℃/小时以下的速度升温至720～780℃退火。在一实施方式中，所述初轧开坯步骤还包括在初轧后的钢锭冷却后，可将表面大于1mm深的缺陷进行修磨。在一实施方式中，在所述径锻步骤中，锻造时采用一火成材，根据成品规格分4至10道次锻造，其中，第1道次为径向压缩比1.1～1.2，锻造速度90～120次/分钟，轴向送进量50～70m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油气田用马氏体不锈钢圆管坯，其特征在于，包括下述成分，以质量百分数计：C：0.16～0.21％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12.6～13.0％，Mo：0.05～0.1％，N：0.02～0.04％，余量为Fe及其它杂质。

【技术特征摘要】
1.一种油气田用马氏体不锈钢圆管坯，其特征在于，包括下述成分，以质量百分数计：C：0.16～0.21％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12.6～13.0％，Mo：0.05～0.1％，N：0.02～0.04％，余量为Fe及其它杂质。2.一种油气田用马氏体不锈钢圆管坯的制造方法，其中，所述圆管坯包括下述成分，以质量百分数计：C：0.16～0.21％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12.6～13.0％，Mo：0.05～0.1％，N：0.02～0.04％，余量为Fe及其它杂质，其中，所述制造方法包括以下按顺序实施的步骤：冶炼、浇铸、初轧开坯、径锻、退火及精整，其中，所述冶炼步骤包括按顺序实施的铁水预处理、K-OBM-S粗炼、VOD精炼及LF精炼。3.如权利要求2所述的油气田用马氏体不锈钢圆管坯的制造方法，其特征在于，(1)在所述冶炼步骤中，先执行所述铁水预处理，对铁水进行脱磷脱硫预处理，使得P≤0.020％，S≤0.010％；下一步，执行所述K-OBM-S粗炼，将经过预处理的铁水送入K-OBM-S转炉粗炼，全程底吹氧吹氮搅拌，在所述粗炼过程中，加入6～11Kg/t石灰、8kg～15kg/t硅铁、3kg～6kg/t萤石，使得倒渣出钢时，钢液温度为1620～1670℃，渣层的厚度控制为30mm～80mm；下一步，执行所述VOD精炼，将经过K-OBM-S粗炼的钢液送入VOD精炼，加入6～13kg/t石灰、2～5kg萤石、2～4kg/t铝丸、8kg～15kg/t硅铁，使得渣层厚度控制为30mm～70mm；并且，在真空度≤5mbar下搅拌，以确保H含量≤0.0002％，氧含量≤0.004％；以及下一步，执行所述LF精炼，将经过VOD精炼的钢液送入LF精炼，加入0.2～0.6kg/t铝粉，同时进行底吹气体和搅拌，化渣结束加入硅钙线，调整到目标成分后出钢，使得LF出站温度为1560～1580℃，其中，所述目标成分是指LF钢液中的各成分达到下述成分，以质量百分数计：C：0.16～0.21％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.3～0.5％，P≤0.015％，S≤0.002％，Cr：12.6～13.0％，Mo：0.05～0.1％，N：0.02～0.04％；(2)在所述浇铸步骤中，在执行所述浇铸前，对锭模进行清理，同时对锭模预热，确保温度在30℃以上；浇铸时，将浇铸温度控制在钢种液相线以上30～50℃，控制浇铸速度在1～2t/min，到冒口附近时控制浇铸速度降至原浇铸速度的40～70％；浇铸结束后，等待3～8小时后脱模形成钢锭，在脱模时使模表面温度小于200...

【专利技术属性】
技术研发人员：方旭东，夏焱，徐芳泓，赵建伟，李阳，张威，李莎，
申请(专利权)人：山西太钢不锈钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14