非調質鋼在N80-1鋼級石油套管生產中的應用

張 萍

(陜西延長石油材料有限責任公司，陜西 西安 710077)

N80-1級套管屬一般級別套管，但在套管需求量上占有相當比例，而且隨著我國油井深度的不斷增加和西部油井的開發，其需求量所占比例有所增加。

非調質鋼通過簡單的在線常化處理，其力學性能就可以達到合金結構鋼調質處理后獲得的強韌性要求，選用非調質鋼自然成為油田和軋管廠的共識。而采用在線常化工藝可以提高生產效率，縮短生產周期，進而降低生產成本，所以通過在線常化生產高水平、高質量N80-1級套管在中國市場仍是十分廣闊的前景。本文主要介紹將36Mn2V通過在線常化調質到N80-1的試制過程。

1 非調質鋼

1.1 非調質鋼定義

非調質鋼是“非調質中(低)碳微合金結構鋼”的簡稱，是在中、低碳鋼或中、低碳錳鋼中添加微合金元素(V、Ti、Nb、Al、B或N)。通過控軋—控冷工藝，充分發揮沉淀強化、細晶強化等作用，使鋼材在熱軋后無需調質處理，其強度和硬度可達到調質鋼水平，同時具有一定塑、韌性。非調質鋼是同時滿足高性能和低成本要求的環境友好型鋼材[2]。

2 N80-1技術要求

2.1 N80-1的化學成分(見表1)

表1 化學成分(質量分數)

2.2 N80-1的力學性能要求(見表2)

從力學性能要求看，屈強比、沖擊韌性都有比較嚴格的要求，而屈服強度也是較難保證的性能指標。

3 試制情況

3.1 試制生產工藝

管坯加熱→穿孔→軋管→在線常化→再加熱→高壓水除磷→定徑→冷卻→矯直→切頭尾→探傷→人工檢查→檢尺、通徑→包裝入庫。

3.2 試制過程

先在實驗爐進行小實驗研究，得出可行的熱處理制度以后，運用到生產線進行大生產驗證，以確定最終的將36Mn2V調質到N80-1的加熱制度。

3.3 環形爐溫度的控制

管坯的加熱制度的確定，對N80-1的性能起著關鍵的作用。預熱段溫度800～1100℃，加熱段溫度1250～1290℃，均熱段溫度控制1250～1280℃。

3.4 軋制工藝

φ150mm送環形加熱爐加熱，之后運往穿孔機穿軋成毛管，其中喂入角10°，輾軋角15°。在軋制過程中，應嚴格控制軋制節奏，保證各工序軋制溫度。特別是過三軋定徑機，保證終軋溫度的一致性以保證軋態性能穩定。

3.5 在線常化工藝

在線常化是一種熱處理工藝，或稱在線正火，是在熱軋生產線上軋管工序之后將鋼管從奧氏體相區進行空冷或強制冷卻，得到所要求的均勻的金相組織。這種工藝是將熱處理過程與軋制變形過程有機地結合在軋鋼連續生產的環節中，通過常化既可以將鋼材的組織變得均勻，細化晶粒，也可改善鋼管的綜合力學性能[1]。

N80-1的試制采用了在線常化的生產工藝，鋼管經軋管后進入冷床，經冷床冷卻到相變點以下溫度，然后通過再加熱爐加熱，從而保證其良好的機械性能。下冷床的鋼管溫度≤500℃，鋼管進再加熱爐加熱溫度為880～940℃，然后鋼管進三輥定徑機。

4 試制結果

4.1 力學性能

使用最終制定的軋制工藝后，軋制情況良好，性能全部達到要求。從取樣的性能看：試驗鋼的屈服強度和抗拉強度隨著加熱溫度的提高而提高，而其延伸率和沖擊功隨之降低，生產中的各項力學性能指標見表3。

表3 實際生產中的力學性能

從統計結果可以看出，各項指標控制狀況良好，性能全部合格，延伸率與沖擊值具有很大的富余空間，保證了N80-1的塑性和韌性。

4.2 探傷情況及金相組織

對生產的N80-1鋼管進行全長超聲探傷，全部探傷等級L4的要求。

全部荒管再加熱時采用正火工藝，能顯著細化鋼的晶粒，并消除鋼中混晶現象。從取樣的金相組織看，晶粒很細，正火后的晶粒度全部為9～11.5級，組織為珠光體+鐵素體，且大大細化了晶粒。金相檢驗結果見表4所示，部分金相檢驗照片見圖1所示。

表4 金相檢驗結果

圖1 金相組織照片

4.3 生產情況

經過多次試驗，通過在線常化工藝，成功采用36Mn2V試制φ139.7×7.72mm N80-1級套管，各項性能檢測指標全部合格。

通過統計數字表明，用非調質鋼生產N80鋼級光套管成品檢驗合格率為95.92%，綜合合格率為97%，通徑、渦流超聲雙探、水壓、稱重測長及力學性能指標全部合格，制定的用非調質鋼生產N80鋼級光套管生產工藝可行。

5 結論

通過對36Mn2V進行多次的試生產與工藝改進的反復嘗試，取得了一定的成功，實現了批量生產，N80-1的質量滿足用戶要求。調質以后的石油套管塑性和韌性均很優良，達到API Spec 5CT標準要求。

[1]彭龍洲.鋼管學會六屆二次年會.成都.《鋼管雜志社，2012

[2]李斌，儲少軍，任新建.我國非調質鋼在抽油桿生產中的應用[J].包鋼科技，2008，34(5)：1-4.