地质钻探管是用于地质钻探的管材。随着国内工业生产的发展,地质钻探管的需求量越来越大, DZ60级地质钻探管过去一直采用45MnMoB钢制造,依据市场这一发展动态,为抓住机遇,尽快形成42MnMo7地质钻探管的生产能力,以适应市场需求,依托自身技术力量对42MnMo7的生产工艺进行开发。
简介
随着国内工业生产的发展,地质钻探管的需求量越来越大, DZ60级地质钻探管过去一直采用45MnMoB钢制造,依据市场这一发展动态,为抓住机遇,尽快形成42MnMo7地质钻探管的生产能力,以适应市场需求,依托自身技术力量对42MnMo7的生产工艺进行开发。
钢种特性分析
42MnMo7钢是德国曼乃斯曼公司按
美国石油协会标准API开发的钢种,主要用来生产N80油套管,该钢种为贝氏体钢, Ac1为720-730℃, Ac3为770-780℃,强度高、塑性低,脆性大,冷加工性能差。资料显示,要提高42MnMo7钢的塑性与韧性的途径如下:
1.获得细小的晶粒,因为
贝氏体钢的有效晶粒尺寸和
奥氏体晶粒尺寸的关系要比
铁素体+珠光体钢更为密切。所以在贝氏体转变之前最大限度的减小奥氏体晶粒尺寸,从而获得细小的晶粒以改善钢韧性。添加细化晶粒的元素、合理的热处理是细化晶粒的有效措施。
2.降低钢中的P, S, N, H, O以及其它有害元素含量,减少钢中的
非金属夹杂和适当降低钢中的含碳量。降低钢中有害元素含量,则可以减少它们在晶界的偏聚,使延迟破坏和环境脆化的敏感性大大降低;
非金属夹杂物是断裂的裂纹源,减少非金属夹杂也就降低了裂纹产生机率;C强化作用很高,但却显著降低韧性,在标准要求范围内通过适当降低C的含量,对提高韧性是有益的。
3.最大限度的消除内应力,钢管的内应力主要在冷热变形过程中由于金属内部产生大量位错,位错的堆集和相互干扰阻止滑移的进一步进行而产生的。内应力的存在使得钢管塑性差,脆性大,只有最大限度的消除了内应力才能显著提高钢管的塑性和韧性。
4.减少表面氧化脱碳、吸氢.
贝氏体钢强度高塑性差,表面轻微的缺陷都有可能使钢管产生裂纹和脆性断裂。因此要对钢坯加热、钢管的热处理及酸洗进行严格控制。
主要工艺流程
电弧炉初炼——炉外精炼——方坯连铸——管坯轧制——管坯穿孔——荒管热处理——钢管冷拔——成品热处理——钢管矫正——验收——包装入库
主要工艺特点
42MnMo7炼钢工艺
42MnMo7冶炼的关键是成分控制,降低有害杂质和气体含量是避免铸坯中的偏析,因此对冶炼工艺作了如下要求:
a.熔化过程注意控制吹氧强度,确保熔清碳大于0. 50%,终点碳大于0. 20%;
b.由于锰铁加入量大,为防止锰铁增P引起P超标,初炼炉放钢P≤0.10%,放钢温度大于1640℃;
c.按95%的回收率随钢流加入铌铁;
d.吊包温度:首包1580-1590℃ ,续包1560-1570℃。
管坯轧制
42MnMo7为中碳贝氏体系列钢,添加了一定量的Nb,Nb的加入可以阻止奥氏体原始晶粒在钢坯加热过程中的长大。考虑到把Nb固溶到奥氏体中及确保在再结晶区域轧制,因此加热温度设定为1180-1220℃。控制终轧温度的目的为细化晶粒,防止管坯塑性劣化,大量研究表明:通过在奥氏体临界温度附近轧制,由于变形温度降低,奥氏体再结晶能力弱,奥氏体晶体被压延拉长,同时变形过程产生的位错等缺陷不易消失,因此提供了大量的形核位置,形核率高,晶粒细化钢材韧性好。轧制工艺控制中确定终轧温度为Ar3+(50-100)℃约820-870℃。
管坯穿孔
坯料检验—剪切下料—斜底炉加热—二辊斜轧穿孔
管坯加热时采用低温慢速,加热出炉温度控制在1220-1240℃,加热时间50-60min,轧制节奏控制3支/min,炉内布料支数保持在150支以上。
冷拔
荒管经过去内应力退火、酸洗、润滑后放置2-3天消除氢脆,再在75t链式冷拔机上拔制成品。
总结
通过控制冶炼、轧制,以及采用合理的荒管热处理工艺后,钢管冷拔拔制过程中十分顺利,未出现裂纹、裂口、拔断等现象,模具消耗稳定在合理水平,成材率在80%以上。成品钢管经过热处理后塑性好,强度高,满足用户要求。