一種低碳錳鋼的鋼管熱處理方法
2023-05-11 00:43:01 1
專利名稱：一種低碳錳鋼的鋼管熱處理方法
技術領域：
本發明涉及一種無縫鋼管的熱處理方法，特別是鋼管性能範圍要求窄、採用低碳 錳鋼生產的無縫鋼管的熱處理方法。
背景技術：
隨著石油開採工業的發展，油井用無縫鋼管使用環境越來越複雜，對油井管的要 求越來越高，在美國石油學會標準《API SPEC 5CT套管和油管規範》中，油套管的性能指標 均有相應的範圍要求，特別是其中的第二組鋼級1^80丄90丄95395鋼管的屈服強度範圍較 窄(最大值與最小值之間只有103MPa)，同時還對抗拉強度和硬度也有相應的範圍要求。目前此類鋼管熱處理時，淬火溫度、淬火冷卻水量和回火溫度一般只與鋼級有關， 較少地考慮鋼管米重對鋼管性能的影響。所以按此常規方法生產的鋼管由於熱處理影響因 素較多，熱處理後的性能波動範圍大，合格率不高。採用上述常規方法生產出產品的性能如 表1和附圖1所示表1 採用常規熱處理的鋼管性能結果
規格鋼級屈服強度抗拉強度延伸率衝擊功115.3*15L80555/615675/74026. 0/28. 5108219*22620/650730/76027. 0/24. 5132368*24570/645710/75528. 0/25. 095API標準性能要求552 655彡655^17. 0>41 從表1和附圖1可以看出，用常規工藝生產時，鋼管的屈服強度分布範圍較大，分 布離散度高，其工序能力指數為Cp = 0. 75，L80鋼級鋼管熱處理工序能力不充分。工序能力 是受控狀態下工序對加工質量的保證能力，用數理統計的語言來表述，工序能力就是在一 定的生產條件下，工序產品的質量指標X假設在服從正態分布Ν(μ，σ 2)的前提下，落在質 量標準[LSL，USL]範圍中的概率。生產出的合格品越多，工序能力就越高，通常用工序能力 指數Cp值反映工序能力的高低。現行工序能力指數的計算方法設質量標準上限為USL，下 限為LSL，質量標準範圍T = USL-TTL，中心M = (USL-TTL)/2,當μ = M時，稱之為工序無 偏；當μ興M時，稱之為工序有偏。如果工序無偏，則Cp = T/(6 σ) = (USL-TTL)/6 σ ；如果 工序有偏，則工序能力指數定義為Cpk，Cpk=(丨-！^乂？，其中!^ = …,!/!1。由上述計算公 式可知，Cp值的大小應直接反映工序能力的高低。通常在生產實際中判斷標準是當Cp > 1.67(ΒΡΤ> 10σ)時，認為工序能力過剩；當1.33 < Cp彡1. 67(即8σ < T彡10 σ )時， 認為工序能力充足；當Cp = 1.33(即T 8ο)時處於理想狀態；當1.00 < Cp < 1.33 (即 6σ <Τ^8σ)時，認為工序能力正常；當Cp值接近1(即T 6σ)時，有超差危險，應當 加強管理；當0.67 < Cp彡1(即4ο <Τ^6σ)時，認為工序能力不足；當Cp彡0. 67 (即 T < 4 ο )時，認為工序能力嚴重不足。採用常規方法進行熱處理時，不同的鋼管屈服強度的 波動差值為130Mpa，造成部分鋼管的性能不能完全滿足API標準規定要求。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的上述不足而提供一種無縫鋼管的熱處理方法。本發明的技術方案是一種低碳錳鋼的鋼管熱處理方法，它包括對鋼管的淬火和 回火，其具體的熱處理方法如下根據鋼管的外徑和壁厚將鋼管分為三類1)、鋼管外徑在40 140mm，壁厚在5 20mm,為I類；2)、鋼管外徑在140 250mm，壁厚在5 40m m，為II類；3)、鋼管外徑大於 250mm，壁厚在10 50mm範圍內，為III類。在每類鋼管中，通過對熱處理試驗和生產數據的 統計分析，選擇一種性能較穩定、波動範圍較少，且各項指標都分布集中在標準要求的中間 範圍內的鋼管做基準，以這種鋼管的米重作為基準米重，把這種基準米重的鋼管熱處理工 藝作為基準米重工藝，同類中的其它米重按下列方法進行工藝調整A、在基準米重工藝的基礎上，I類鋼管米重每增加10kg，淬火加熱溫度提高5 IO0C ； II類鋼管米重每增加20kg，淬火加熱溫度提高5 10°C ；III類鋼管米重每增加30kg， 淬火加熱溫度提高5 10°C。B、在基準米重工藝的基礎上，I類鋼管米重每增加10kg，淬火所需的冷卻水量加 大100 200m3/h ； II類鋼管米重每增加20kg，淬火所需的冷卻水量加大100 200m3/h ；III 類鋼管米重每增加30kg，淬火所需的冷卻水量增加100 200m3/h。C、在基準米重工藝的基礎上，I類鋼管米重每增加10kg，回火加熱溫度降低5 IO0C ； II類鋼管米重每增加20kg，回火加熱溫度降低5 10°C ；III類鋼管米重每增加30kg， 回火加熱溫度降低5 10°C。本發明通過鋼管的壁厚和外徑來計算米重，設鋼管的米重為M，外徑為D，壁厚為 S，則M = (D-S) X SXO. 02466Kg然後根據鋼管的米重來調整熱處理工藝參數。本發明與現有技術相比具有如下特點1、採用本發明提供的熱處理方法，熱處理後的最終鋼管性能波動範圍小，性能合 格率高，與普通調質熱處理相比，鋼管性能指標集中度高，性能穩定。2、採用本發明提供的熱處理方法，同一鋼級的熱處理性能鋼管屈服強度波動範 圍可彡80MPa，鋼管性能合格率可達99%以上以下結合具體實施方式
對本發明作進一步描述。
附圖1為採用常規熱處理方法生產L80鋼級油井管的性能正態分析圖；附圖2為採用本發明提供的熱處理方法生產L80鋼級油井管的性能正態分析圖。
具體實施例方式實施例一、本實施例是採用低碳錳鋼生產油井管，規格為368*24，鋼級為L80，低 碳錳鋼油井管的成分以質量％計，具體有c:0. 22 0. 40、Si 0. 10 0. 50、Mn :1. 30 1. 50,P ^ 0. 035,S ^ 0. 035,V 0. 08 0. 18,Al 0. 01 0. 06，其餘部分為 Fe、微量合金 V、Cr及不可避免的雜質。對於上述成分的鋼管，通過對熱處理試驗和生產數據的統計分析，在III類鋼管範 圍內，規格為273*22. 5的鋼管工藝較穩定，以規格為273*22. 5這種米重規格的鋼管作為基準米重工藝。鋼管的米重為M = (273-22. 5) X22. 5X0. 02466Kg = 139Kg ；其熱處理工 藝為淬火溫度915度，保溫30分鐘，出爐後水淬，水淬的冷卻水量2000M3/h，回火溫度645 度，保溫75分鐘，出爐後空冷。生產368*24規格油井管，鋼管外徑大於250mm為III類鋼管，在III類鋼管基準 米重工藝的基礎上，鋼管米重每增加30kg，加熱溫度提高5 10°C，淬火所需的冷卻 水量增加100 200m3/h，回火溫度降低5 10°C。368*24規格油井管米重為M = (368-24) X 24X0. 02466Kg = 204Kg,比基準米重139kg增加了 65kg，所以按此方法得到的 該規格鋼管的熱處理工藝為淬火溫度925 940度，保溫30分鐘，出爐後水淬，水淬的冷 卻水量2200 2400m3/h，回火溫度625 635度，保溫75分鐘，出爐後空冷。實施例二、本實施例是採用低碳錳鋼生產油井管，規格為219*22，鋼級為L80，低 碳錳鋼油井管的成分以質量％計，具體有c:0. 22 0. 40、Si 0. 10 0. 50、Mn :1. 30 1. 50,P ^ 0. 035,S ^ 0. 035,V 0. 08 0. 18,Al 0. 01 0. 06，其餘部分為 Fe、微量合金 V、Cr及不可避免的雜質。對於上述成分的鋼管，通過對熱處理試驗和生產數據的統計分析，在II類鋼管範 圍內，規格為196*17的鋼管工藝較穩定，以規格為196*17這種米重規格的鋼管作為基準米 重工藝。鋼管的米重為M = (196-17) X 17X0. 02466Kg = 75Kg ；其熱處理工藝為淬火溫 度920度，保溫30分鐘，出爐後水淬，水淬的冷卻水量1500M3/h，回火溫度650度，保溫75 分鐘，出爐後空冷。生產219*22規格油井管，鋼管外徑在140 250mm，屬於II類鋼管，在II類鋼管 基準米重工藝的基礎上，鋼管米重每增加20kg，加熱溫度提高5 10°C，淬火所需的冷 卻水量增加100 200m3/h，回火溫度降低5 10°C。219*22規格油井管米重為M = (219-22) X 22 X 0. 02466Kg = 106Kg,比基準米重75kg增加了 31kg，所以按此方法得到的該 規格鋼管的熱處理工藝為淬火溫度920 925度，保溫30分鐘，出爐後水淬，水淬的冷卻 水量1600 1700m7h，回火溫度635 645度，保溫75分鐘，出爐後空冷。實施例三、本實施例是採用低碳錳鋼生產油井管，規格為115. 3*15. 5，鋼級為 L80，低碳錳鋼油井管的成分以質量％計，具體有=C 0. 22 0. 40、Si 0. 10 0. 50、Mn 1. 30 1. 50、P ^ 0. 035、S ^ 0. 035、V :0· 08 0. 18、Al 0. 01 0. 06，其餘部分為 Fe、 微量合金V、Cr及不可避免的雜質。對於上述成分的鋼管，通過對熱處理試驗和生產數據的統計分析，在I類鋼管範 圍內，規格為89*12. 5的鋼管工藝較穩定，以規格為89*12. 5這種米重規格的鋼管作為基 準米重工藝。鋼管的米重為M= (89-12. 5) X 12. 5X0. 02466 Kg = 23. 5Kg ；其熱處理工 藝為淬火溫度915度，保溫30分鐘，出爐後水淬，水淬的冷卻水量1000M3/h，回火溫度655 度，保溫75分鐘，出爐後空冷。生產115. 3*15規格油井管，鋼管外徑在40 140mm，屬於I類鋼管，在I類鋼 管基準米重工藝的基礎上，鋼管米重每增加10kg，加熱溫度提高5 10°C，淬火所需的 冷卻水量增加100 200m3/h，回火溫度降低5 10°C。273*28規格油井管米重為M = (115. 3-15) X 15X0. 02466Kg = 37Kg，比基準米重 23. 5kg 增加了 13. 5kg，所以按此方法得 到的該規格鋼管的熱處理工藝為淬火溫度920 925度，保溫30分鐘，出爐後水淬，水淬 的冷卻水量1100 1200m3/h，回火溫度640 650度，保溫75分鐘，出爐後空冷。
採用本發明提供的熱處理方法生產的鋼管性能結果如表2和附圖2所示表2採用本發明熱處理的鋼管性能結果
權利要求
1. 一種低碳錳鋼的鋼管熱處理方法，其特徵是它包括對鋼管的淬火和回火，其具體 的熱處理方法如下根據鋼管的外徑和壁厚將鋼管分為三類鋼管外徑在40 140mm，壁厚在5 20mm， 為I類；鋼管外徑在140 250mm，壁厚在5 40mm，為II類；鋼管外徑大於250mm，壁厚在 10 50mm範圍內，為III類；在每類鋼管中，通過對熱處理試驗和生產數據的統計分析，選擇 一種性能較穩定、波動範圍較少，且各項指標都分布集中在標準要求的中間範圍內的鋼管 做基準，以這種鋼管的米重作為基準米重，把這種基準米重鋼管的熱處理工藝作為基準米 重工藝，同類中的其它米重按下列方法進行工藝調整A、在基準米重工藝的基礎上，I類鋼管米重每增加10kg，淬火加熱溫度提高5 10°C; II類鋼管米重每增加20kg，淬火加熱溫度提高5 10°C ；III類鋼管米重每增加30kg，淬火 加熱溫度提高5 10°C ；B、在基準米重工藝的基礎上，I類鋼管米重每增加10kg，淬火所需的冷卻水量加大 100 200m3/h ； II類鋼管米重每增加20kg，淬火所需的冷卻水量加大100 200m3/h ；III類 鋼管米重每增加30kg，淬火所需的冷卻水量增加100 200m3/h ；C、在基準米重工藝的基礎上，I類鋼管米重每增加10kg，回火加熱溫度降低5 10°C; II類鋼管米重每增加20kg，回火加熱溫度降低5 10°C ；III類鋼管米重每增加30kg，回火 加熱溫度降低5 10°C。
全文摘要
一種低碳錳鋼的鋼管熱處理方法，它包括對鋼管的淬火和回火，其具體的熱處理方法如下根據鋼管的外徑和壁厚將鋼管分為三類鋼管外徑在40～140mm，壁厚在5～20mm，為Ⅰ類；鋼管外徑在140～250mm，壁厚在5～40mm，為Ⅱ類；鋼管外徑大於250mm，壁厚在10～50m m範圍內，為Ⅲ類。在每類鋼管中，通過對熱處理試驗和生產數據的統計分析，選擇一種性能較穩定、波動範圍較少，且各項指標都分布集中在標準要求的中間範圍內的鋼管做基準，以這種鋼管的米重作為基準米重，把這種基準米重鋼管的熱處理工藝作為基準米重工藝，同類中的其它米重鋼管的熱處理工藝在基準米重工藝上進行工藝調整。
文檔編號C21D9/08GK101993991SQ201010556950
公開日2011年3月30日 申請日期2010年11月20日 優先權日2010年11月20日
發明者葉君紹, 周勇, 賀鐵山 申請人:衡陽華菱鋼管有限公司