TG石油套管用钢的热轧工艺研究*

苗瑞林，郭瑞华，王栋

(1.内蒙古科技大学 材料与冶金学院，内蒙古 包头 014010；2.内蒙古包钢钢联股份有限公司金属制造公司，内蒙古 包头 014010)

众所周知，石油、天然气是非常紧缺且非常重要的国家战略资源，油气资源的储备量和开采水平直接决定一个国家的发展水平.石油套管是油气开采的必要部分.

传统意义上，石油套管多采用无缝钢管.由于石油套管直径大、管体长，生产困难且成本昂贵，国外开始转向研究焊接成管代替无缝管.直缝电阻焊(ERW)管具有成本低廉，成材率高，过程可控性好，生产工艺简单等优势.国内对直缝焊接用石油套管研究较多的是J55.

TG石油套管是近年来最新出现的可以直缝电阻焊接成石油套管的新钢种[1].TG石油套管用热轧钢带成分设计采用高C微合金成分设计[2-5]，结合SEW工艺生产的石油套管具有成本低[6-9]、内在质量好、尺寸精度高、抗挤毁性能高[10-13]、综合性能优良等[14]优点.

基于包钢2 250 mm热轧产线的先进设备，对比不同的生产方案，最终成功开发了成本低廉，过程操作简单，成材率高的石油套管用TG钢，填补了包钢产品空白，提升了产品市场竞争力.

1 TG石油套管用热轧板带生产工艺流程

TG石油套管用热轧板带的基本生产工艺流程为：高炉Fe水经过Fe水预处理后，进行LD顶底复吹冶炼和LF精炼，连铸成板坯后缓冷放置；重新加热后的板坯，经过粗轧高压水除鳞、定宽压力机、E1R1粗轧机、E2R2粗轧机，到精轧区域；经过飞剪、高压水除鳞、F1～F7精轧机、层流冷却后，卷取成型为热轧板带.

2 TG石油套管用热轧板带冶金方案的设定

文章是基于某钢厂与下游管厂某合作项目工程，TG石油套用热轧板带化学成分是由客户确定的，TG石油套管用热轧板带化学成分见表1.

表1 TG22石油套管用试验钢化学成分(质量分数，%)

3 TG石油套管用板带热轧方案的设定

基于产线生产工艺及热轧设备能力，板坯厚度230 mm，最终产品7.0 mm厚度的TG石油套管用钢出钢温度设定为1 200 ℃，终轧温度设定为830 ℃，中间坯厚度初步设定为40 mm.

3.1 终冷温度对TG石油套管用热轧板带产品性能的影响

3.1.1终冷温度对板带机械性能的影响

相同出钢温度，精轧累计变形量和精轧终轧温度下，不同终冷温度对TG石油套管用热轧板带拉伸性能的影响如表2所示.表中结果显示，随着终冷温度由570 ℃升高至630 ℃，屈服强度由530 MPa下降至465 MPa，抗拉强度由665 MPa下降至617 MPa，显微硬度由215 HV10下降至196 HV10，延伸率由31.5%升高至35.0%，屈强比由0.80下降至0.75.从屈强比的变化趋势可以看出，随着终冷温度的升高，屈服强度降低的趋势明显大于抗拉强度的降低，造成这一现象的原因是随着终冷温度的升高，产品组织晶粒增大，粗大的晶粒对屈服强度降低的影响大于对抗拉强度的影响.结合客户使用条件，包钢生产TG石油套管用钢热轧终冷温度设定为570 ℃，板带综合效果最佳，且产品性能较为富余.

表2 TG22石油套管用试验钢力学性能表

3.1.2终冷温度对板带冲击性能的影响

随着终冷温度由570 ℃提高到630 ℃，-10 ℃夏比冲击功逐渐由82 J升高至96 J，如图2所示.综合考虑客户使用性能，终冷温度设定为570 ℃，冲击功富余量显然不足.

图2为不同终冷温度下-10 ℃夏比冲击试验断口扫描结果.图2结果显示，随着冲击功升高，断口扫描逐渐由解理面转变成韧窝增多.

图1 终冷温度对TG石油套管用钢冲击功性能的影响图

图2 不同终冷温度下冲击功断口扫描微观组织图(a)570 ℃终冷温度下断口扫描组织；(b)590 ℃终冷温度下断口扫描组织；(c)610 ℃终冷温度下断口扫描组织；(d)630 ℃终冷温度下断口扫描组织

3.2 中间坯厚度对TG石油套管用热轧板带产品性能的影响

2 250 mm热轧产品分为粗轧与精轧2部分.粗轧指的是再结晶温度以上的轧制过程，精轧指的是再结晶温度以下，相变点温度以上的轧制过程.

当终冷温度采用570 ℃，针对产品冲击功富余量不足的问题，分别研究了中间坯厚度40 mm(精轧过程累计变形量82.5%)与中间坯厚度45 mm(精轧过程累计变形量84.4%)时，产品冲击功的变化情况.中间坯厚度由40 mm增加至45 mm后，-10 ℃冲击功由82 J升高至112 J，冲击试验结果列于表3.

表3 不同中间坯厚度下产品冲击功表

4 结论

(1)包钢运用现有热轧2 250 mm设备，采用终冷温度570 ℃，中间坯厚度45 mm的生产工艺，可以稳定生产屈服强度530 MPa，抗拉强度665 MPa，-10 ℃冲击功100 J以上，各项性能优异的TG石油套管用热轧板带.

(2)随着终冷温度由570 ℃升高至630 ℃，屈服强度由530 MPa下降至465 MPa，抗拉强度由665 MPa下降至617 MPa，显微硬度由215 HV10下降至196 HV10，延伸率由31.5%升高至35.0%，屈强比下降0.05.

(3)中间坯厚度由40 mm增加至45 mm后，-10 ℃冲击功由82 J升高至112 J.增加中间坯厚度有利于提升产品的冲击功值.