一種高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼及其製備方法

2023-06-04 11:23:41

一種高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼，屬於金屬材料領域，它的組成如下，均為質量百分比：C：0.01～0.15%，Mn：0.5～2.0%，Cr：0.1～2.0%，Cu：0.1～0.5%，Si：0.4～2.0%，Mo：0.01～0.5%，Al：0.005～0.01%，Mg：0.0001～0.0015%，Ca：0.0001～0.0015%，Sn：0.01～0.10%，Nb：0.01～0.2%，Ti：0.01～0.2%，S≤0.010%，P≤0.010%，其餘為Fe；其製備方法包括：冶煉、鑄錠、熱軋、淬火及回火、冷拔或冷軋、光亮退火。本發明的雙相鋼含有微量Sn元素和少量的Cr元素，具有低碳、高強度、高抗腐蝕性能、高膨脹成型性能，該鋼材能夠在油氣田的複雜鑽井完井和等井徑井以及高級別的六級分支井分叉裝置膨脹系統等環境中安全使用，其製備方法原理可靠，生產工藝簡單，操作簡便，實用性強。
【專利說明】一種高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼及 其製備方法 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發明屬於金屬材料領域，涉及到現代工業領域中需要在水基介質中工作的高耐 腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼及其製備方法，特別是涉及石油天然氣工業中到複雜鑽井 和等井徑井大膨脹率可膨脹管和六級分支井分叉裝置膨脹系統用高耐腐蝕的大膨脹率膨 脹管用雙相鋼及其製備方法。 【背景技術】
[0002] 膨脹管技術是一項前景非常廣闊的石油鑽採技術，為鑽井、固井、修井等工程領域 提供了新的解決途徑。在鑽井、完井或修井作業中，利用機械壓力或液壓將膨脹工具沿軸向 在套管內部運動，用冷加工的方式使整根套管沿徑向膨脹變形，從而達到節省套管與套管 之間環形空間、擴大鑽井直徑的目的。目前，國內外膨脹管專用鋼材的研發尚處於初期階 段，尚無法滿足膨脹管技術的要求，國內的可膨脹管用鋼研究目前主要集中在高成本的高 合金含量的相變誘發塑性鋼和雙相不鏽鋼中。因此開發低成本大膨脹率膨脹管用鋼仍然是 發展膨脹管技術的關鍵問題之一。
[0003] 對於可膨脹管用鋼，考慮到膨脹管的膨脹過程實質上是金屬材料在井下溫度場 (50?350°C )中的塑性變形過程，因此對膨脹管用鋼的性能要求主要有以下幾個方面：
[0004] (1)膨脹管井下膨脹時的膨脹驅動力應該不大於現有的鑽機可提供的動力；
[0005] (2)膨脹管井下膨脹後的性能，包括：錨定懸掛強度、鋼管的抗拉強度、屈服強度 以及延伸率等其它力學性能指標仍能夠達到API5CT中對於石油套管鋼材的性能要求；
[0006] (3)膨脹管應具有較低的Bauschinger效應以滿足套管膨脹後仍具有較高的抗擠 毀強度；
[0007] (4)膨脹管用鋼管應具有壁厚均度和較小的橢圓度，以滿足膨脹管均勻膨脹的膨 脹極限和錨定要求；
[0008] (5)膨脹管用鋼，應具有較高的抗油田採出水腐蝕能力，在酸性環境中還要求具有 較強的抗C02腐蝕、H2S腐蝕和H2S/C02腐蝕的能力。
[0009] 這就要求可膨脹管用鋼應具有以下特點：
[〇〇1〇] (1)應該具有較低的屈服強度、較低的屈強比、較高的抗拉強度、良好的塑性；
[0011] (2)應該具有較高的均勻變形能力和加工硬化性能，較高的應變硬化指數η值，較 好的應變硬化係數Κ值、高且穩定的應變速率指數m值和較高的鋼管厚向異性指數r值， 同時還有優良的微觀均勻變形能力Λ以及較強的綜合變形能力F，以滿足膨脹管材料膨脹 過程的均勻性膨脹和需要的膨脹後的高力學性能要求。
[0012] (3)膨脹管用鋼的包申格效應：
[〇〇13] 包申格效應是指金屬材料預先加載產生一定量的塑性變形後卸載，再同向產生塑 性變形時，屈服強度升高；反向產生塑性變形時，屈服強度降低的一種物理現象。由於膨脹 管技術要求膨脹後的套管保持高的抗擠毀強度，套管的抗擠毀強度是與套管鋼材的屈服強 度密切相關的。因此，膨脹管專用鋼材的包申格效應應該儘量的小，以保證膨脹後的套管的 抗擠毀強度不會因為膨脹變形而降低。
[0014] (4)膨脹管鋼管膨脹後的徑向回彈率：
[〇〇15] 膨脹套管膨脹後的徑向回彈是影響膨脹後套管的正常使用的重要因素。因此控制 膨脹後的回彈率的高低也是影響膨脹管膨脹用鋼的關鍵問題之一。膨脹後的回彈率的高低 也是影響膨脹管膨脹用鋼的關鍵問題之一。
[0016] 鐵素體馬氏體雙相鋼是上世紀七十年代以來發展起來的一種以Mn、Si為主要合 金元素的低合金高強度鋼，其顯微組織是由軟相的鐵素體基體和散布於基體中的硬相馬氏 體組成。該組織的形成是通過兩相區淬火後形成，並且可以通過不同的兩相區淬火溫度的 調節改變鐵素體與馬氏體兩相比例來調節鋼材的力學性能。鐵素體馬氏體雙相鋼具有較優 良的強度、延性與成型性。但是，鐵素體馬氏體雙相鋼是以Mn、Si為主要的合金化元素的具 有雙相組織的鋼材，在油田採出液環境中抗腐蝕性能很差，對於石油天然氣工業中長期受 到油氣層採出水侵蝕的環境的可膨脹管用鋼，就存在很大的技術隱患。
[0017] 如中國專利CN101812631A公開了油井可膨脹套管用鋼及其製造方法，油井可膨 脹套管用鋼合金材料各組分的質量百分比為：C :0. 08?0. 2%、Μη :1?2%、Si :0. 15? 0· 35%、A1 :0· 02 ?0· 06%K 0· 01%、S < 0· 005%、N< 0· 008%、Ca :0· 001 ?0· 005%、 餘量為Fe，為了保證該材料的性能，製造的鋼管須在730?790°C的F+A兩項區進行等溫處 理，然後再350?450°C等溫一定時間以獲得F+無碳B+殘餘A的金相纖維組織。雖然具有 上述鋼合金材料組分的管材可利用膨脹過程中的相變誘導塑性效應，但是該可膨脹管材的 變形率只有15%。另外，該套管因尺寸長度達8?10m，在730?790°C的F+A兩項區加熱 及350?450°C等溫熱處理不僅工藝複雜，大規模生產的工藝控制難度大，而且製造成本很 商；
[0018] 中國專利CN102517511A公開了高膨脹石油套管用鋼及其用於製作石油套管的 方法，涉及鐵基合金，其元素組成原料按質量百分數計為：C :0.03?0.25 %、Si :0.3? 2· 5%、Mn :0· 5 ?4. 0%、Cr :0 ?0· 5%、S 彡 0· 02%、P 彡 0· 02%和 Fe :餘量，也可再加入 Nb、Ti和V之中的一種、兩種或三種，經冶煉並製成鋼管坯或鋼板；由鋼管坯採用無縫管成 型技術製成高膨脹率無縫石油管套和由鋼板採用直縫電阻焊製成高膨脹率有縫石油套管。 雖然製成的石油套管的膨脹率> 30%，具有高膨脹率和低成本，但是對於鋼材在油田採出 水環境中的抗腐蝕性能沒有考慮。
[0019] 因此，對於針對石油天然氣工業中的需要，開發具有良好成型性能的高強塑性、抗 腐蝕性能良好的鐵素體馬氏體雙相鋼就成了解決這種問題的關鍵。
[0020] 提高鋼材在油氣田採出水環境中的抗腐蝕能力，在鐵素體馬氏體雙相鋼中添加少 量Cr元素是最為有效的手段，Cr是可以與Fe形成連續固溶體、縮小奧氏體相區的元素 ，Cr 在含氧環境中形成緻密、穩定的Cr203保護薄膜，是阻止介質對金屬基體的繼續滲入腐蝕 具有很強鈍化能力的元素，另外Cr作為合金元素添加到鋼中可以提高鋼的自腐蝕電位，減 小自腐蝕電流，並且在Cr含量達到一定濃度，即當Cr的原子比達到1/8、2/8、3/8、一11/8, 鐵基固溶體的電極電位會跳躍式地增高，腐蝕也因此而減弱。鋼的耐腐蝕性能會明顯地提 高，Cr是對鋼材的固溶強化作用較弱的元素之一，並且在Cr含量小於1. 5%的條件下，隨 著鋼材Cr含量的增加，鋼材在水基溶液中的自腐蝕電位增高、自腐蝕電流減小。根據鋼的 合金化原理，當鋼中Cr含量不高時與Cu元素的聯合加入對鋼材抗腐蝕性能提高更為有效。 因此在鋼中聯合添加 Cr和Cu兀素對於提1?鋼材的抗水基介質的腐蝕能力最為有效。
[0021] Sn元素是元素周期系第IV A族元素，原子序數50,原子量118. 69, Sn元素有三種 同素異構體：白Sn，灰Sn和脆Sn。Sn元素在鋼中是典型的內吸附元素，在鋼中與Fe形成 固溶體的量非常微小，大部分Sn元素是以低熔點金屬形式偏聚在晶界處，導致含Sn鋼的高 溫熱加工性能變壞，這正是傳統的冶金觀念一直認為Sn元素是鋼中有害元素的根本緣故。 但是，也有人認為，如果不考慮Sn對鋼高溫性能的影響，在鋼中加入微少量Sn可提高鋼的 耐腐蝕性，其強度也有一定提高，而對塑性卻影響不大。如：在鑄鐵中加入微量Sn元素，可 以明顯的提1?鑄鐵的性能。
[0022] 近年來，由於鋼鐵冶煉技術的發展，特別是純淨鋼超純淨鋼技術伴隨的真空脫氣 技術RH、V0D、A0D的發展，導致的超低碳超純鐵素體不鏽鋼的產生，以及共偏聚強韌化理論 的發展，特別是2010年，新日鐵住金不鏽鋼公司（NSSC)確立了通過添加質量比約0.1%的 Sn元素，使鐵素體類（鉻類）不鏽鋼的Cr含量可以降低3%以上，同時鋼材的耐腐蝕性能 得到飛躍性提高的技術。
[0023] 鑑於以上的技術背景，發明人在以常規Μη和Si為主要合金化元素的鐵素體馬氏 體雙相鋼的基礎上，採用純淨化冶煉技術、添加少量提高抗腐蝕性能合金元素 Cr、Cu、Mo以 及微量的Sn元素和Ti、Nb等微合金化元素開發了一種含有微量Sn元素的高抗腐蝕大膨脹 率膨脹管用鐵素體馬氏體雙相鋼並根據可膨脹管技術對可膨脹管的技術要求，開發了滿足 這些要求的可膨脹管鋼的製備方法，取得了良好的效果。
【發明內容】

[0024] 本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種含有微量Sn元素和少量的Cr 元素，具有低碳、高強度、高抗腐蝕性能、高膨脹成型性能的鐵素體馬氏體雙相鋼，該鋼材能 夠在油氣田的複雜鑽井完井和等井徑井以及高級別的六級分支井分叉裝置膨脹系統等環 境中安全使用。
[0025] 本發明的另一目的在於提供高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼 的製備方法，該方法原理可靠，生產工藝簡單，操作簡便，實用性強。
[0026] 本發明的目的通過以下技術方案來實現：
[0027] -種高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼，所述雙相鋼組成如下， 均為質量百分比：C :0· 01 ?0· 15%，Mn :0· 5 ?2. 0%，Cr :0· 1 ?2. 0%，Cu :0· 1 ?0· 5%， Si :0· 4 ?2. 0 %，Mo :0· 01 ?0· 5 %，A1 :0· 005 ?0· 01 %，Mg :0· 0001 ?0· 0015 %，Ca : 0· 0001 ?0· 0015%，Sn :0· 01 ?0· 10%，Nb :0· 01 ?0· 2%，Ti :0· 01 ?0· 2%，S 彡 0· 010%， P彡0· 010%，其餘為Fe。
[0028] -種高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼的製備方法，它包括以下 步驟：
[0029] S1.以工業純鐵、廢鋼、鉻、錳、矽、錫和磷鐵為原料，採用氧化鈣坩堝在真空度為 1 X ΚΓ4?1 X l(T3Pa的真空感應爐中進行冶煉，熔煉過程採用兩次精煉方式，一次精煉溫度 彡1650°C，精煉時間為10?40min，二次精煉溫度彡1650°C，精煉時間為10?40min ;
[0030] S2.鑄錠：冶煉後用純鋁、純鎂和純鈣強制脫氧，真空脫氣後進行鑄錠，鋼水澆鑄 溫度為1500?1550°C，採用控制澆鑄成鋼坯，澆注壓力為1?3atm，澆注速度為35?40mm/ s ；
[0031] S3.熱軋：鋼坯經1100?1150°C、45?52h擴散退火後，經熱軋製成鋼管或板材， 熱軋起始溫度為1200?1250°C，終軋溫度> 850°C，熱軋後空冷，熱軋後將鋼材進行900? 950°C加熱正火處理；
[0032] S4.淬火及回火：將經正火處理後的鋼管或板材在740?780°C臨界區淬火，200°C 回火熱處理1. 5?2. 5h，得鐵素體+馬氏體的雙相鋼組織鋼管或板材；
[0033] S5.冷拔或冷軋：將淬火及回火處理後的鋼管或板材經冷拔或冷軋製成精密無縫 鋼管，將板材進行冷軋製成高頻直縫焊管的基礎板材；
[0034] S6.光亮退火：將冷拔或冷軋後的精密無縫鋼管、高頻直縫焊管的基礎板材經 680?700°C、1. 5?2. 5h光亮退火，得高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼。
[0035] 進一步地，所述工業純鐵和廢鋼的含碳量 99. 5%，錳的純度> 99. 5%，矽鐵合金和錫的純度> 99. 5%。
[0036] 該鋼材的冶煉方式採用在感應加熱真空爐中冶煉、二次精煉（第一次精煉脫碳控 制鋼中的含碳量，第二次精煉脫硫磷）、深度脫硫脫氧、真空脫氣、控制澆鑄。特別是，在冶 煉中為進一步提高鋼的潔淨度，將鋼中的S降低到0.01%以下，非金屬夾雜的尺度控制在 10 μ m以下。
[0037] 本發明的一種高耐腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼成分設計要點為：
[0038] (1)為了提高鋼材的抗腐蝕性能，採用低碳（0. 01?0. 15% )含量和恰當的Μη、 Si含量；
[0039] ⑵添加了少量的 Cr(0. 1 ?2. 0% )、Cu(0. 1 ?0· 5)和 Μο(0· 01 ?0· 1% )元素、 以及微量的Sn元素；
[0040] (3)加入Mo元素可與Sn元素共同作用，既防止了 Sn元素在晶界處單一偏聚造成 的熱脆性，又形成了對鋼強韌化有益的共偏聚效應；
[0041] (4)加入微少量的Ca元素與鋼中的Sn和S元素共同作用，會進一步改善鋼材的冷 加工性能，還可以提高鋼材的純淨度；
[0042] (5)加入微少量的Mg元素可對鋼材進行深度脫氧以提高其純淨度。
[0043] 採用如上的成分設計及製備方法，即可得到本發明的一種高耐油氣田採出水腐蝕 的大膨脹率膨脹管用雙相鋼，可以在石油與天然氣領域等含有腐蝕介質的膨脹管技術中安 全應用，該鋼材的組織為鐵素體馬氏體雙相，屈服強度為250?450MPa，抗拉強度為450? 700MPa，延伸率彡15%，屈強比彡0. 6,應變硬化指數彡0. 2。
[0044] 本發明具有以下優點：
[0045] (1)本發明的鋼具有較低的Mn、Si含量和一定的微合金化元素 Nb、Ti，可以得到細 化的晶粒尺寸；
[0046] (2)本發明的鋼同時含有一定的Cr、Cu、Mo元素和微量的Sn元素，以提高鋼材的 抗水基介質腐蝕能力；
[0047] (3)本發明的鋼為採用純Al、Mg、Ca脫氧的具有儘可能低的S、P元素含量和非金 屬夾雜含量的潔淨鋼，這是保證鋼材獲得高的膨脹性能的關鍵；
[0048] (4)本發明的鋼中含有少量的Mo元素，是因為添加了少量的Mo元素細化晶粒和提 高耐熱性能，尤其是抗蠕變性能，同時Mo元素可與Sn元素共同作用，既防止了 Sn元素在晶 界處的單一偏聚造成熱脆性，又可以形成對鋼強韌化有益的共偏聚效應；
[〇〇49] (5)本發明的鋼是具有低碳、高強度、高抗腐蝕性能、高膨脹成型性能的鐵素體馬 氏體雙相鋼，該鋼材能夠在油氣田的複雜鑽井完井和等井徑井以及高級別的六級分支井分 叉裝置膨脹系統等環境中安全使用；
[0050] (6)本發明方法原理可靠，生產工藝簡單，操作簡便，實用性強。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0051] 圖1為實施例1中經熱軋後將鋼管進行900°C加熱正火處理後的組織結構示意 圖；
[0052] 圖2為實施例1中將經正火處理後的鋼管在740°C臨界區淬火，200°C回火熱處理 2h後的組織結構圖，其中圖（a)為光學顯微鏡圖片，圖（b)為電鏡掃描圖片；
[0053] 圖3為實施例1中將鋼管經680°C、1. 5h光亮退火後的組織結構圖，其中圖（a)為 光學顯微鏡圖片，圖（b)為電鏡掃描圖片；
[0054] 圖4為實施例1中將冷拔後的鋼管經30%膨脹，用4%的硝酸酒精侵蝕，500倍的 光學顯微鏡下觀察的組織照片；
[0055] 圖5為機械性能測試中鋼管拉伸試樣示意圖；
[0056] 圖6為實施例1中鋼管經900°C加熱正火處理、740°C臨界區淬火後的拉伸曲線示 意圖；
[0057] 圖7為實施例1中鋼管經680°C、1. 5h光亮退火處理後的拉伸曲線示意圖。 【具體實施方式】
[0058] 下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的描述，本發明的保護範圍不局限於以 下所述。
[0059] 實施例1 : 一種高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼管，所述雙相 鋼管組成如下，均為質量百分比：C :0· 12%，Μη :1· 0%，Cr :1· 4%，Cu :0· 5%，Si :1· 2%， Mo ：0. 10%, A1 ：0. 01%, Mg ：0. 001%, Ca ：0. 0001%, Sn ：0. 10%, Nb ：0. 15%, Ti ：0. 01%, S 為 0. 01%，P 為 0. 010%，其餘為 Fe。
[0060] 上述高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼管的製備方法，它包括以 下步驟：
[0061] S1.冶煉：真空感應爐冷態時的極限真空度抽至IX 10_4Pa，合金料中純鐵（含碳量 <0· 0218 %、純度為99. 8 %?99. 9 % )外表面氧化皮不打磨，與廢鋼（含碳量 99. 5%的Cr、Mo、Cu、Si和磷鐵放入氧化鈣坩鍋，送電 熔化至液態進行一次精煉，精煉溫度為1650°C，時間lOmin，真空度< l(T3Pa ;加入金屬純A1 進行預脫氧；升溫進行二次精煉，精煉溫度為1650°C，時間lOmin，真空度< l(T3Pa ;
[0062] S2.鑄錠：二次精煉完畢，加入金屬Ti和Nb，送電熔化再加入Μη和Sn至液態，順序 加入金屬純A1、金屬純Mg和金屬純Ca進行終脫氧；抽真空，使爐內真空度不小於l(T 3Pa，保 持抽真空進行脫氣時間不少於10分鐘後澆鑄，澆注溫度為1500°C，採用控制澆鑄成鋼坯， 燒注壓力為latm，燒注速度為35mm/s ;
[0063] S3.熱軋：鋼坯經110(TC、45h擴散退火後，經熱軋製成直徑114mm、壁厚8mm的鋼 管，熱軋起始溫度為1200°C，終軋溫度為850°C，熱軋後空冷，熱軋後將鋼管進行900°C加熱 正火處理，其鋼管的組織結構圖如圖1所示，從圖1可以看出，經正火處理後的鋼的組織為 鐵素體加少量珠光體；
[0064] S4.淬火及回火：將經正火處理後的鋼管在740°C臨界區淬火，200°C回火熱處理 2h，得鐵素體+馬氏體的雙相鋼組織鋼管，其鋼管的光學顯微鏡照片如圖2 (a)所示，掃描電 鏡照片如圖2(b)所示，經圖像分析結果證明，經740°C臨界區淬火馬氏體（包括少量殘餘 奧氏體）含量為18.57% ;從2(a)可以看出，在臨界區溫度740°C後水淬，雙相鋼組織中的 馬氏體沿先共析鐵素體晶界分布，在金相和掃描電鏡中顯示為無規則小島狀，形態上還保 留著原先正火後奧氏體邊界的痕跡，即在鐵素體周邊分布著均勻的馬氏體島；
[0065] S5.冷拔及光亮退火：將淬火及回火處理後的鋼管經冷拔縮徑至直徑108mm、厚度 為6. 5mm，經680°C、1. 5h光亮退火，最後進行內孔珩磨加工製成高耐腐蝕的脹率達到30% 的側鑽水平井膨脹管用鋼管。鋼管經冷拔後，經680°C、1. 5h光亮退火的顯微組織結構如圖 3所示，圖（a)為200倍光學纖維組織照片，圖（b)為2000倍的SEM照片，由圖3可以看出： 鋼管經冷拉拔後，雖經680°C、1. 5h光亮退火，其光學顯微鏡組織呈現出明顯的晶粒拉長現 象，且由於冷拔變形造成的鋼材的織構和不同晶粒的空間位相差別，使得不同晶粒的空間 位相差別導致不同晶粒在侵蝕劑的作用下呈現出不同的反差。將冷拔後的鋼管經30%膨 脹，用4%的硝酸酒精侵蝕，500倍的光學顯微鏡下觀察組織照片，如圖4所示，從圖4可以 看出經過冷拔縮徑後再進行30%膨脹的鋼管組織進過膨脹變形後，作為雙相鋼基體的軟相 鐵素體晶粒呈現明顯的形變特徵，由膨脹前的等軸晶轉變為膨脹後的沿膨脹法向方向的扁 平狀，而硬相馬氏體相基本保持了形變前的沿鐵素體晶界呈塊狀分布的狀況。
[〇〇66] 一、機械性能測試：
[0067] L實驗方法：在MTS810萬能材料試驗機上按GB/T228. 1-2010《金屬材料室溫拉 伸試驗方法》對實施例1的鋼管進行力學性能測試，試樣採用線切割沿鋼管軸向截取，加工 成片狀拉伸試樣，試樣厚度a = 1. 4mm。試驗每組採用三個平行試樣，對所得結果取平均值， 其形狀和尺寸如圖5所示，圖中試樣尺寸單位為mm。
[0068] 2.實驗結果：如圖6、圖7、表1、表2所不。
[0069] (1)圖6為鋼管經900°C加熱正火處理、740°C臨界區淬火後的拉伸曲線，由圖6 可以看出經900°C加熱正火處理、740°C臨界區淬火後鋼管具有兩個顯著特點：a.具有低屈 服強度；b.無屈服點伸長，即表現為連續的屈服特性。從圖6的拉伸曲線可以看出，具有 19. 87%馬氏體相的鐵素體馬氏體雙相鋼拉伸曲線沒有明顯的屈服點，鋼材的屈服屬於連 續屈服，其應力-應變曲線呈光滑的拱形，無屈服點延伸，這對於避免成型零件表面起皺， 從而不需要附加的精整工序非常重要，該鋼具有高的加工硬化速率，尤其是初始的加工硬 化速率，這樣，只需5%以下的應變，就可使雙相鋼的流變應力達到500?550MPa，與通常低 合金高強度鋼的屈服強度相當。同時實施例1鋼管具有低的屈服強度，這使工件易於成型、 回彈小，同時工模具的磨損也小，鋼材具有高的抗拉強度。由於屈服強度低、抗拉強度高，構 件易於成型且成型後的構件具有高的壓潰抗力、撞擊吸能和高的疲勞強度；另外，由實施例 1鋼管的拉伸曲線可以看出，鋼材均勻伸長率和總伸長率大與同樣強度的低合金高強度鋼 相比，實例1雙相鋼的均勻伸長率和總伸長率要高1/3左右。
[0070] (2)圖7為鋼管經680°C、1.5h光亮退火處理後的拉伸曲線，由圖7可以看出鋼 管經過冷拉拔後的光亮退火後的拉伸曲線與圖6類似，只是鋼材經過冷拉拔強度、延伸率 稍有減低，對於進行膨脹實驗後的鋼管再進行拉伸時，變得比較特殊；經過膨脹形變後的鋼 管，由於加工硬化導致在進行拉伸時雖然保留了雙相鋼拉伸沒有明顯屈服點的特性，但是 不間斷的連續屈服階段消失，且鋼管屈服後和快到達強度峰值，隨後強度快速下降直至斷 裂。
[0071] (3)表1為實施例1的鋼管經900°C加熱正火處理、740°C臨界區淬火處理和鋼管 經740°C臨界區淬火再經不同膨脹率膨脹處理後的機械性能測試結果。
[0072] 表1 :實施例1鋼管的機械性能測試結果
[0073]
【權利要求】
1. 一種高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼，其特徵在於，所述雙相鋼 組成如下，均為質量百分比：C :0· 01?0· 15%，Μη :0· 5?2. 0%，Cr :0· 1?2. 0%，Cu :0· 1? 0· 5%，Si :0· 4 ?2. 0%，Mo :0· 01 ?0· 5%，A1 :0· 005 ?0· 01%，Mg :0· 0001 ?0· 0015%，Ca : 0· 0001 ?0· 0015%，Sn :0· 01 ?0· 10%，Nb :0· 01 ?0· 2%，Ti :0· 01 ?0· 2%，S 彡 0· 010%， P彡0· 010%，其餘為Fe。
2. 如權利要求1所述的一種高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼，其 特徵在於，所述雙相鋼的屈服強度為250?450 MPa，抗拉強度為450?700MPa，延伸率 彡15%，屈強比< 0. 6,應變硬化指數彡0. 2。
3. 如權利要求1所述的一種高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼的制 備方法，其特徵在於，它包括以下步驟：
51. 冶煉：以工業純鐵、廢鋼、鉻、錳、矽、錫和磷鐵為原料，採用氧化鈣坩堝在真空度為 1 X ΚΓ4?1 X l(T3Pa的真空感應爐中進行冶煉，熔煉過程採用兩次精煉方式，一次精煉溫度 彡1650°C，精煉時間為10?40min，二次精煉溫度彡1650°C，精煉時間為10?40min ;
52. 鑄錠：冶煉後用純鋁、純鎂和純鈣強制脫氧，真空脫氣後進行鑄錠，鋼水澆鑄溫度 為1500?1550°C，採用控制澆鑄成鋼坯，澆注壓力為1?3atm，澆注速度為35?40mm/s ;
53. 熱軋：鋼坯經1100?1150°C、45?5?擴散退火後，經熱軋製成鋼管或板材，熱 軋起始溫度為1200?1250°C，終軋溫度> 850°C，熱軋後空冷，熱軋後將鋼材進行900? 950°C加熱正火處理；
54. 淬火及回火：將經正火處理後的鋼管或板材在740?780°C臨界區淬火，200°C回 火熱處理1. 5?2. 5h，得鐵素體+馬氏體的雙相鋼組織鋼管或板材；
55. 冷拔或冷軋：將淬火及回火處理後的鋼管或板材經冷拔或冷軋製成精密無縫鋼 管，將板材進行冷軋製成高頻直縫焊管的基礎板材；
56. 光亮退火：將冷拔或冷軋後的精密無縫鋼管、高頻直縫焊管的基礎板材經680? 700°C、1. 5?2. 5h光亮退火，得高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼。
4. 如權利要求3所述的一種高耐油氣田採出水腐蝕的大膨脹率膨脹管用雙相鋼的制 備方法，其特徵在於，所述工業純鐵和廢鋼的含碳量 99. 5%。
【文檔編號】C21D8/02GK104109813SQ201410315892
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月3日 優先權日:2014年7月3日
【發明者】李春福, 申文竹, 宋開紅, 童麗華, 張鳳春, 文平, 鄧治國, 肖淇, 何繼寧 申請人:西南石油大學