一种用于无缝钢管的大膨胀量钢及其制造方法，属于无缝钢管技术领域。该大膨胀量钢化学成分为质量百分数为：C:?0.02wt%～0.10?wt%?；Mn:2.0?wt%～8.0wt%?；Si:?0.2?wt%～1.0?wt%；S<0.01?wt%?；P<0.02wt%；余量为Fe及不可避免的杂质；也可以在此基础之上添加一种或几种其他化学元素：Ni：0.1wt%～0.6wt%、Cr：0.1wt%～0.6wt%、Cu：0.1wt%～0.5wt%、Nb：0.01wt%～0.1wt%、V：0.01wt%～0.1wt%、Ti：0.01wt%～0.02wt%。制备过程包括钢的冶炼及凝固、管坯加热穿孔、控制冷却、两相区退火。确保最终组织中得到体积分数大于5%的残余奥氏体。优点在于，保证了材料具有较高强度水平的同时，兼具较高的塑性，均匀延伸率达到20%以上。其各项力学性能指标满足API及其他相关标准要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无缝钢管
，尤其涉及，经济、实用、成本低。
技术介绍
可膨胀管技术是降低石油开采钻井完井成本的一项新兴技术，被称为“21世纪石油钻采行业的核心技术”之一，正在日益引起业界的广泛关注。可膨胀管是一种下井后经过机械扩张变形膨胀的新型套管，可广泛用于钻井、完井、采油、修井等作业中，该技术的出现从根本上改变了未来深井及复杂地质条件的钻井采油工艺。可膨胀管技术最核心的优点在于采用该技术可以节约井眼尺寸。实际工程应用已经表明，可膨胀管技术能够大幅度地降低钻采成本和缩短施工周期。可膨胀管材的研究是可膨胀管技术中最为关键的一个问题，在很大程度上制约着可膨胀管技术的发展。由于膨胀管的作业环境一般在海洋和深井中，首先要求膨胀管材料具有较高的强度；同时，因为膨胀管在井下被径向膨胀的过程中要发生大的永久性的塑性均匀变形，所以，膨胀管应该具有足够的塑性变形能力。膨胀后，管材的力学性能、尺寸精度等应符合API5CT或者有关标准的规定。在综合分析了当前国内的膨胀管技术之后，不难发现，当今的膨胀管材料研究存在以下技术问题:一是管材用料的合金成分较高，贵金属及稀有金属用量较多，直接导致了管材用钢的碳当量偏高，不利于管材的焊接。例如，如中国专利CN1594631A公开了一种石油油井用膨胀合金材料，该合金材料中使 用了我国稀缺的Cr、N1、Zr等金属，并在材料中添加了 0.lwt%的战略性金属——稀土 ；中国专利CN1011144376A中公开的一种连续膨胀管中，其合金材料中也同样使用了我国稀缺的Cr、Mo、N1、和Cu等稀有金属；中国专利CN102534369 A中公开了一种石油天然气开采用N80钢级膨胀管用材料中，加入了 Nb等较贵重的微合金元素Nb;中国专利CN 102517511 A中公开的高膨胀率石油套管用钢及其用于制作石油套管的方法中，也加入了 Cr和Nb、V、Ti等微合金化元素。贵金属及稀有金属的使用，从原材料上提高了膨胀管的生产成本，不利于该项技术的推广。同时，由于这些专利中所涉及材料的合金成分复杂，合金元素的含量较高，在无形中提高了该材料的碳当量，对管材的焊接也会造成不良影响。其次，制造工艺复杂。例如，中国专利CN 102534369 A中公开的一种石油天然气开采用N80钢级膨胀管的制备方法中，要经过两次两相区淬火+回火的工艺才能得到理想的强韧性匹配，繁杂的热处理工艺不利于大规模工业化生产，提高了工艺成本，降低了生产效率。本专利技术中使用的是一种可以不添加其他合金元素的低碳、锰钢材料，经过一次退火处理后即能满足大膨胀量钢管的强塑性要求，大大降低了生产制造成本
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，具有高扩径能力及低生产成本。本专利技术通过合理的成分设计获得低成本大膨胀量无缝管坯，并结合合理的穿管工艺和钢管热处理工艺使得膨胀管管材达到预期的强度和塑性标准，保证管材膨胀前后的力学性能均能满足API及其它有关标准要求。本专利技术的大膨胀量钢的化学成分重量百分为:C: 0.02wt% 0.10 wt% ；Mn:2.0wt% 8.0wt% ；S1: 0.2 wt% 1.0 wt% ；S<0.01 wt% ；P<0.02wt% ;余量为 Fe 及不可避免的杂质；也可以在此基础之上添加一种或几种其他化学元素:Ni:0.lwt% 0.6wt%、Cr:0.lwt% 0.6wt%、Cu:0.lwt% 0.5wt%、Nb:0.01wt% 0.lwt%、V:0.01wt% 0.lwt%、Ti:0.01wt% 0.02wt%o o所述的大膨胀量钢的显微组织为:回火马氏体(或回火贝氏体)+铁素体+残余奥氏体；残余奥氏体体积分数> 5%。所述的大膨胀量钢的热处理后力学性能为:屈服强度400 700MPa，抗拉强度500 900MPa,延伸率30% 60%,均匀延伸率>20%,加工硬化指数0.15 0.3。一种低成本大膨胀量无缝管材料及其制造方法，详细的制造工艺为:(1)炼钢及凝固:适用于转炉、电炉或感应炉冶炼，采用连铸生产铸坯或模铸生产铸锭；(2)加热及穿孔:管坯加热到1100 1250°C，保温I 10小时；穿孔温度850 1100℃(3)控制冷却:根据具体的性能要求，可分别采用空冷和强制冷却的冷却方法，分别得到粒状贝氏体和“马氏体+贝氏体”组织。(4)热处理工艺为:将毛坯管加热到两相区(600 700°C，Acl以上10°C 40°C范围)，使之部分奥氏体化，保温2 15小时，使C、Mn等合金元素充分配分，然后随炉冷却或者空冷到室温，得到大量富碳的残余奥氏体。本专利技术各主要化学成分的作用如下:碳:钢中的碳对最终逆转变奥氏体、马氏体的碳含量与体积分数有着重要的影响。只有保证有足够的碳，才会形成足够的富碳残余奥氏体并能够稳定至室温。在某一两相区温度，随着含碳量的增加，奥氏体中的碳的浓度增加。奥氏体稳定性增强，使较多的奥氏体稳定保留到室温，提高逆转变奥氏体的体积分数。但是碳含量较高时，焊接性能变差。所以应选择合理的碳含量，在保证有足够残余奥氏体的同时避免Fe3C形成造成的脆性，并改善焊接性能。锰:添加锰可降低马氏体转变温度Ms，增加残余奥氏体的含量，尤其是当钢中含有2 3%的锰时，还可以有效地提高残余奥氏体分解的抗力。但是Mn含量太高的话会使残余奥氏体的稳定性大大提高，以致存在较高的塑性变形时残余奥氏体也不会发生相变，对提高工件的延展性不利；同时Mn含量过高，提高了材料碳当量，对焊接性能不利。硅:硅通常不作为合金元素加入，是一种脱氧剂，当Si以固溶体的形式存在与奥氏体中时，可以提高钢的强度和硬度，其作用强于Mn、N1、Cr、V、Mo等。Si作为非碳化物形成元素，在碳化物中的溶解度极低，在Q&P钢等温过程中，能够强烈抑制Fe3C的形成，使碳进一步积聚于未转变的奥氏体中，促使马氏体开始转变温度MS降至室温以下，有利于形成富碳的残余奥氏体。铝:铝和硅一样，也是非碳化物形成元素，能够强烈抑制Fe3C的形成，使未转变奥氏体富碳。虽然铝的固溶强化效果弱于硅，但是在Q&P钢中，可以添加铝元素以降低硅的副作用。另外，采用铝代硅不影响钢的涂镀和焊接工艺，所以在要求涂镀和焊接的钢中常用铝代替硅。硫:硫在一般状况下也是钢中的有害元素，含硫较高的钢在高温下进行压力加工时，容易脆裂，通常叫做热脆性，会降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时容易造成裂纹，同时，硫还回降低钢的耐腐蚀能力，恶化钢的焊接性能。磷:通常状况下，磷是钢中的有害合金元素，钢中的磷含量超过一定值时会在晶界处析出，破坏晶界强度，损坏其延展性，使钢的可塑性及韧性明显下降，该类情况在低温下尤为严重，这种现象叫做冷脆性，过高的磷含量会使钢的焊接性能变坏，同时降低钢的塑性，使其冷弯性能变坏。本专利技术的热处理工艺是通过将钢管加热到两相区进行保温处理。在两相区内，保温时间比较长，配分比较充分，所以奥氏体化中的富碳量和锰量较高；在随后的随炉冷却或者空冷过程中，奥氏体稳定性较高，有利于常温下在钢中得到较多的逆转变奥氏体。显微组织分析表明，本专利技术生产的低成本大膨胀量无缝石油套管钢中除了在铁素体与马氏体之间存在部分粒状和针状的残余奥氏体之外，在原奥氏体晶界处以及铁素体晶粒本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于无缝钢管的大膨胀量钢，其特征在于，化学成分重量百分为：C:?0.02wt%～0.10?wt%?；Mn:2.0?wt%～8.0wt%?；Si:?0.2?wt%～1.0?wt%；S20%，加工硬化指数0.15～0.3。
【技术特征摘要】
1.一种用于无缝钢管的大膨胀量钢，其特征在于，化学成分重量百分为:c:0.02wt% 0.10 wt% ；Mn: 2.0 wt% 8.0wt% ；S1: 0.2 wt% 1.0 wt% ;S〈0.01 wt% ；P〈0.02wt% ;余量为Fe及不可避免的杂质； 所述的大膨胀量钢的显微组织为:回火马氏体或回火贝氏体+铁素体+残余奥氏体；其中，残余奥氏体含量> 5%； 力学性能为:屈服强度400 700MPa，抗拉强度500 900MPa，延伸率30% 60%，均匀延伸率>20%，加工硬化指数0.15 0.3。2.根据权利要求1所述的大膨胀量钢，其特征在于，再添加:Ni:0.lwt% 0.6wt%、Cr:0.lwt% 0.6wt%、Cu:0.lwt% 0...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘清友，贾书君，汪兵，陈红桔，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：
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