本发明专利技术公开了一种高强高韧非调质地质钻探用钢管，其化学元素质量百分比为：C：0.05～0.15％，Si：0.5～1％，Mn：1.6％～2.5％，Cr：0.2～1％，Mo：0.2～0.8％，B：0.001～0.005％，Al：0.01～0.08％，Nb：0.01～0.06％，N≤0.008％以下，余量为Fe及其他不可避免的杂质。此外，本发明专利技术还公开了一种上述的高强高韧非调质地质钻探用钢管的制造方法，包括步骤：(1)制得管坯；(2)将管坯制成荒管；(3)钢管轧制；(4)轧后空冷。该高强高韧非调质地质钻探用钢管，其抗拉强度≥1000MPa，0℃全尺寸冲击功KV2≥80J，适用于更深层的地质钻探。
A kind of high strength, high toughness and non-quenched and tempered steel pipe for geological drilling and its manufacturing method
The invention discloses a high strength, high toughness, non-quenched and tempered geological drilling steel pipe, whose chemical element mass percentage is: C:0.05-0.15%, Si:0.5-1%, Mn:1.6%-2.5%, Cr:0.2-1%, Mo:0.2-0.8%, B:0.001-0.005%, Al:0.01-0.08%, Nb:0.01-0.06%, N < 0.008%, the remainder and other unavoidable impurities. In addition, the invention also discloses a manufacturing method of the above-mentioned high strength, high toughness, non-quenched and tempered geological drilling steel pipe, which comprises the following steps: (1) making pipe billet; (2) making pipe billet into waste pipe; (3) rolling of pipe; (4) air cooling after rolling. The high strength, high toughness and non-quenched and tempered geological drilling steel pipe has tensile strength (> 1000MPa) and full-scale impact energy (> 80J) at 0 C. It is suitable for deeper geological drilling.
【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧非调质地质钻探用钢管及其制造方法
本专利技术涉及一种钢管及其制造方法，尤其涉及一种地质钻探用钢管及其制造方法。
技术介绍
随着矿产资源的不断开采消耗，浅层矿产逐渐减少，地质勘探工作随之向更深地层发展。目前地质勘探深度已由数十到数百米逐渐增加到1500米乃至2000米以上，更深的深度、更复杂的地层条件对所应用的地质钻探管提出了更严苛的性能要求，钻探管管柱承受拉、压、扭、弯、振动等复杂载荷的同时，还面临着地层的摩擦、腐蚀介质等各类复杂因素联合作用。通常而言，增加管材的强度，可以有效提高其耐拉、压、扭等载荷能力，同时硬度的提高也会增进其耐磨能力。但高强度材料需要具备足够的韧性匹配，才能有效抵抗表面微小缺陷的扩展以及交变载荷带来的疲劳问题。目前国内常用的钻探管级别为YB/T标准中的DZ40、DZ50、DZ60，JISG3465中的R780等，最高级别为抗拉强度830MPa级别，目前已明显无法满足深孔钻探需求，需要开发更高级别的钻探管产品。近年来，国内部分厂家开发了一些采用调质热处理的高强度钻探管产品，抗拉强度可达900-1000MPa级别，但是管材经过调质热处理后一方面椭圆度会变差，对后续螺纹加工带来不利影响，另一方面部分钻具厂家通常采用管端加厚之后再加工螺纹的方式来增加连接强度，而加厚时需要加热到高温，材料重新奥氏体化后势必无法保持调质状态的高强度，因而调质管材并不适用于后续的加厚使用。因此，需要开发无须调质即可获得高强高韧性的钻探管产品，以适应深层地质钻探需求。公开号为CN102994895A，公开日为2013年3月27日，名称为“一种微合金化高强度高韧性地质钻探用钢及其生产工艺”的中国专利文献公开了一种微合金化高强度高韧性地质钻探用钢及其生产工艺。在该专利文献所公开的技术方案中，主要原理是在碳锰钢基础上添加微合金元素进行强化，其抗拉强度级别最高仅到750MPa水平，已不能满足深层钻探需求。公开号为CN104532168A，公开日为2015年4月22日，名称为“高品质非调质钻探用无缝钢管及其制造方法”的中国专利文献公开了一种高品质非调质钻探用无缝钢管及其制造方法，其强度可达1100MPa以上，采用了贝氏体组织设计，然而，在该专利文献所公开的技术方案中，其设计原理为中高碳Mn-Mo系贝氏体钢。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种高强高韧非调质地质钻探用钢管，该高强度高韧非调质地质钻探用钢管采用基于Mn-Mo-B-Nb系合金添加，可以在奥氏体空冷条件下得到高强度均匀化的贝氏体组织，同时采用合理的成分低碳体系与空冷冷速相配合，可以在奥氏体空冷条件下得到高强度的细晶贝氏体组织，从而使得的高强度高韧非调质地质钻探用钢管具有高强度高韧性。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种高强高韧非调质地质钻探用钢管，其化学元素质量百分比为：C：0.05～0.15％，Si：0.5～1％，Mn：1.6％～2.5％，Cr：0.2～1％，Mo：0.2～0.8％，B：0.001～0.005％，Al：0.01～0.08％，Nb：0.01～0.06％，N≤0.008％以下，余量为Fe及其他不可避免的杂质。经过对材料成分、组织及性能的关系研究，本案专利技术人发现：采用低C、高Mn辅以适量Cr、Mo、B等合金元素的方式，一方面可增加奥氏体稳定性，推迟珠光体转变即增加淬透性，另一方面又可以降低Ms点，减少过冷奥氏体向马氏体转变的倾向，使得所获得的钢管经过空冷便可得到以贝氏体为主的微观组织和高的强韧性。基于上述发现，本案专利技术人对本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管的各化学元素的进行设计，设计原理如下所述：C：在本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管中，C有利于提高钢的强度，但同时也会降低钢的塑韧性，此外C还会提高Ms点，增加钢形成马氏体的倾向，为了保证钢的强韧性匹配，并保持贝氏体组织，因而，本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管将C的质量百分比限定在0.05～0.15％。Si：在本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管中，Si是钢中由脱氧剂而带入的元素，在钢中有利于奥氏体向贝氏体的转变，因此需要保持其质量百分比在0.5％以上，但当Si的质量百分比超过1％时，会显著增加钢的冷脆倾向。在本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管中，对Si的质量百分比限定在0.5-1.0％。Mn：在本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管中，Mn具有扩大奥氏体相区，增加淬透性，细化晶粒等有益效果，在限制C的质量百分比在较低水平(例如C的质量百分比在0.05～0.15％)时，需要加入足够的Mn来提高固溶强化效果，但同时Mn的质量百分比超过2.5％后，会对钢的热加工性能产生明显的影响。因此，在本专利技术所述的技术方案中，对Mn的质量百分比限定在1.6-2.5％。Cr：Cr为强碳化物形成元素，其碳化物在相变过程中的弥散析出强化是重要的材料强化机制，通常Cr需要加入0.2％以上才有明显效果。但加入量如过多，则会形成粗大的碳化物，从而降低材料的韧性。因此，在本专利技术所述的技术方案中，对Cr的质量百分比限定在0.2-1％。Mo：在本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管中，Mo强烈推迟过冷奥氏体向珠光体转变，对于形成以贝氏体为主的组织非常有利，同时Mo有较好的固溶强化效果，有利于提升钢的性能。因此基于组织及性能控制的要求，需要加入质量百分比0.2％以上的Mo。此外，质量百分比过高的Mo会倾向于形成粗大的碳化物析出，对钢的韧性不利，因此需要限制Mo含量在0.8％以下。因此，本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管对Mo的质量百分比限定在0.2～0.8。B：在本专利技术所述的技术方案中，B能强烈增加钢的过冷奥氏体稳定性，从而增加贝氏体转变倾向，添加质量百分比在0.001％以上的B即可明显出现此效果，当B的质量百分比超过0.005％后，易在晶界位置析出不利于钢韧性的氮化物，因此，在本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管中，将B的质量百分比控制在0.001～0.005％。Al：在本专利技术所述的技术方案中，Al是钢脱氧所必须的元素，因此无法完全避免带入，但Al的质量百分比超过0.1％后，对浇铸过程等有不利影响，因此，本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管控制Al的质量百分比在0.01～0.08％，优选地，控制Al的质量百分比在0.01～0.05％。Nb：在本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管中，Nb的碳化物在高温时析出，有利于细化晶粒从而提高钢的强韧性，根据本案专利技术人的研究，Nb在微合金元素中，其析出温度(例如1000℃)最为有利于本专利技术中贝氏体组织的细化，需要添加0.01％以上的Nb方可得到明显效果，此外，Nb的质量百分比超过0.06％后，容易形成粗大碳化物从而不利于钢的塑韧性。因此，需要对本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管控制Nb的质量百分比在0.01～0.06％。N：在本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管中，钢中加入N会有效提升钢的强度和硬度，但N容易和B结合形成氮化硼从而消除B在钢中增加贝氏体转变倾向的特性，因而，在本专利技术所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管中对N的质量百分比控制在N≤0.008％。S：S是钢中的有害元素，其存在对于钢的耐腐蚀性、热加工性、韧本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强高韧非调质地质钻探用钢管，其特征在于，其化学元素质量百分比为：C：0.05～0.15％，Si：0.5～1％，Mn：1.6％～2.5％，Cr：0.2～1％，Mo：0.2～0.8％，B：0.001～0.005％，Al：0.01～0.08％，Nb：0.01～0.06％，N≤0.008％以下，余量为Fe及其他不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
1.一种高强高韧非调质地质钻探用钢管，其特征在于，其化学元素质量百分比为：C：0.05～0.15％，Si：0.5～1％，Mn：1.6％～2.5％，Cr：0.2～1％，Mo：0.2～0.8％，B：0.001～0.005％，Al：0.01～0.08％，Nb：0.01～0.06％，N≤0.008％以下，余量为Fe及其他不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管，其特征在于，相关化学元素还满足：Mn+6Mo≥3.2，其中Mn和Mo分别表示其质量百分比。3.如权利要求1所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管，其特征在于，相关化学元素还满足：Al/N≥2，其中Al和N分别表示其质量百分比。4.如权利要求1-3中任意一项所述的高强高韧非调质地质钻探用钢管，其特征在于，其微观组织的主体为贝氏体，贝氏体的相比例为90％以上，并且贝氏体组织中粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘耀恒，左宏志，高展，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31
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