非调质钢在N80-1钢级石油套管生产中的应用

张 萍

(陕西延长石油材料有限责任公司，陕西 西安 710077)

N80-1级套管属一般级别套管，但在套管需求量上占有相当比例，而且随着我国油井深度的不断增加和西部油井的开发，其需求量所占比例有所增加。

非调质钢通过简单的在线常化处理，其力学性能就可以达到合金结构钢调质处理后获得的强韧性要求，选用非调质钢自然成为油田和轧管厂的共识。而采用在线常化工艺可以提高生产效率，缩短生产周期，进而降低生产成本，所以通过在线常化生产高水平、高质量N80-1级套管在中国市场仍是十分广阔的前景。本文主要介绍将36Mn2V通过在线常化调质到N80-1的试制过程。

1 非调质钢

1.1 非调质钢定义

非调质钢是“非调质中(低)碳微合金结构钢”的简称，是在中、低碳钢或中、低碳锰钢中添加微合金元素(V、Ti、Nb、Al、B或N)。通过控轧—控冷工艺，充分发挥沉淀强化、细晶强化等作用，使钢材在热轧后无需调质处理，其强度和硬度可达到调质钢水平，同时具有一定塑、韧性。非调质钢是同时满足高性能和低成本要求的环境友好型钢材[2]。

2 N80-1技术要求

2.1 N80-1的化学成分(见表1)

表1 化学成分(质量分数)

2.2 N80-1的力学性能要求(见表2)

从力学性能要求看，屈强比、冲击韧性都有比较严格的要求，而屈服强度也是较难保证的性能指标。

3 试制情况

3.1 试制生产工艺

管坯加热→穿孔→轧管→在线常化→再加热→高压水除磷→定径→冷却→矫直→切头尾→探伤→人工检查→检尺、通径→包装入库。

3.2 试制过程

先在实验炉进行小实验研究，得出可行的热处理制度以后，运用到生产线进行大生产验证，以确定最终的将36Mn2V调质到N80-1的加热制度。

3.3 环形炉温度的控制

管坯的加热制度的确定，对N80-1的性能起着关键的作用。预热段温度800～1100℃，加热段温度1250～1290℃，均热段温度控制1250～1280℃。

3.4 轧制工艺

φ150mm送环形加热炉加热，之后运往穿孔机穿轧成毛管，其中喂入角10°，辗轧角15°。在轧制过程中，应严格控制轧制节奏，保证各工序轧制温度。特别是过三轧定径机，保证终轧温度的一致性以保证轧态性能稳定。

3.5 在线常化工艺

在线常化是一种热处理工艺，或称在线正火，是在热轧生产线上轧管工序之后将钢管从奥氏体相区进行空冷或强制冷却，得到所要求的均匀的金相组织。这种工艺是将热处理过程与轧制变形过程有机地结合在轧钢连续生产的环节中，通过常化既可以将钢材的组织变得均匀，细化晶粒，也可改善钢管的综合力学性能[1]。

N80-1的试制采用了在线常化的生产工艺，钢管经轧管后进入冷床，经冷床冷却到相变点以下温度，然后通过再加热炉加热，从而保证其良好的机械性能。下冷床的钢管温度≤500℃，钢管进再加热炉加热温度为880～940℃，然后钢管进三辊定径机。

4 试制结果

4.1 力学性能

使用最终制定的轧制工艺后，轧制情况良好，性能全部达到要求。从取样的性能看：试验钢的屈服强度和抗拉强度随着加热温度的提高而提高，而其延伸率和冲击功随之降低，生产中的各项力学性能指标见表3。

表3 实际生产中的力学性能

从统计结果可以看出，各项指标控制状况良好，性能全部合格，延伸率与冲击值具有很大的富余空间，保证了N80-1的塑性和韧性。

4.2 探伤情况及金相组织

对生产的N80-1钢管进行全长超声探伤，全部探伤等级L4的要求。

全部荒管再加热时采用正火工艺，能显著细化钢的晶粒，并消除钢中混晶现象。从取样的金相组织看，晶粒很细，正火后的晶粒度全部为9～11.5级，组织为珠光体+铁素体，且大大细化了晶粒。金相检验结果见表4所示，部分金相检验照片见图1所示。

表4 金相检验结果

图1 金相组织照片

4.3 生产情况

经过多次试验，通过在线常化工艺，成功采用36Mn2V试制φ139.7×7.72mm N80-1级套管，各项性能检测指标全部合格。

通过统计数字表明，用非调质钢生产N80钢级光套管成品检验合格率为95.92%，综合合格率为97%，通径、涡流超声双探、水压、称重测长及力学性能指标全部合格，制定的用非调质钢生产N80钢级光套管生产工艺可行。

5 结论

通过对36Mn2V进行多次的试生产与工艺改进的反复尝试，取得了一定的成功，实现了批量生产，N80-1的质量满足用户要求。调质以后的石油套管塑性和韧性均很优良，达到API Spec 5CT标准要求。

[1]彭龙洲.钢管学会六届二次年会.成都.《钢管杂志社，2012

[2]李斌，储少军，任新建.我国非调质钢在抽油杆生产中的应用[J].包钢科技，2008，34(5)：1-4.