專利名稱：一種抑制氫致離層缺陷的無縫鋼管制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于低合金鋼管制造工藝，尤其涉及一種能防止氫致離層缺陷產(chǎn)生的無縫鋼管制造方法。
背景技術：
J55油井管和套管是目前石油行業(yè)最常用的一個鋼級油井管，必須具有良好的力學性能和優(yōu)異的內(nèi)外表面質(zhì)量，以保證其下井后的成井質(zhì)量和較長的服役時間。目前，J55油井管大多采用中碳錳鋼來生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常因出現(xiàn)較嚴重的內(nèi)表面離層缺陷而造成產(chǎn)品絕廢(如附圖1和2所示)，個別爐號的廢品率甚至高達40％以上，嚴重影響了油井管的生產(chǎn)和質(zhì)量。通過檢驗和分析，認為鋼管所產(chǎn)生的離層缺陷主要是由于鋼中含氫量較高。因為高達4.5～7.0PPm的氫會使鋼坯內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，加上在無縫鋼管的生產(chǎn)過程中是從鋼坯心部開始頂穿，鋼坯承受縱向延伸和扭轉(zhuǎn)變形，從而導致管坯內(nèi)部靠近中心的微裂紋擴展并延伸，裂紋暴露以后便形成撕裂狀離層，沒有暴露部分便形成泡狀離層。
如果降低鋼中的氫含量，便可克服上述離層缺陷的產(chǎn)生。當前解決鋼中氫高問題的方法主要有1.采用真空處理的方法去除鋼中的氫。但該方法需要較大設備投入，會大幅度增加生產(chǎn)成本，所以不適合普通鋼的生產(chǎn)；2.采用擴散處理的方法，將熱軋后的管坯進行緩慢的冷卻，使氫自由擴散至鋼的外部，從而減少鋼中的氫含量，避免氫致裂紋的產(chǎn)生。但該方法對于大規(guī)模高產(chǎn)量的生產(chǎn)需要很大的緩冷設施，而且生產(chǎn)周期也將大大延長。
在現(xiàn)有技術中，鋼水中添加鈦的技術也不少，如公開號為CN1664125，名為“中碳碳素及合金結(jié)構(gòu)鋼錠加鈦防止縱裂及其生產(chǎn)工藝”和公開號為CN1092470，名為“鈦處理鋼板高溫再結(jié)晶軋制加速冷卻代替中低溫控軋工藝”的兩項專利，雖然都是在鋼中添加一定含量的鈦，但是并非解決鑄坯氫高導致軋制離層缺陷的問題。前者是用鈦替代部分鋁進行終脫氧和進行模冷，使模內(nèi)鋼錠表面溫度達到400℃以下，即由奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的溫度以下，這樣便可大大減少并抑制沿珠光體與鐵素體晶界上脆性AIN的析出，從而防止中碳碳素及合金結(jié)構(gòu)鋼錠的縱裂產(chǎn)生；后者是使鋼中加入的鈦與碳氮元素充分化合形成細小的TiN、Ti(CN)等沉淀相，細化了鋼的晶粒，減少鋼中游離氮的時效作用為韌化機制，提高厚鋼板的時效韌性，低溫及高溫韌性等，從而改善鋼板的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過微鈦處理工藝來減少氫致裂紋，從而抑制離層缺陷產(chǎn)生的無縫鋼管生產(chǎn)方法。
本發(fā)明抑制氫致離層缺陷的無縫鋼管制造方法是這樣實現(xiàn)的該制造方法包括轉(zhuǎn)爐冶煉、LF爐精煉、方坯連鑄、連軋管坯和鋼管軋制，其特征在于在鋼水冶煉后加入鈦合金，并使鋼的最終鈦含量控制在總量的0.010％～0.030％。
按照本發(fā)明所述的抑制氫致離層缺陷的無縫鋼管制造方法，其特征在于在所述鈦合金的加入方法可以有3種1是在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中加入鈦合金，將鋼液中此時的鈦含量控制在0.020％～0.035％，并滿足最終鈦含量要求；2是在LF爐將鋼的合金成分調(diào)整到鋼種所要求范圍時加入鈦合金，滿足最終鈦含量要求；3是在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，首次加入鈦合金，將鋼中當時的鈦含量控制在總量的0.010％～0.015％，然后在LF爐將鋼的合金成分調(diào)整到鋼種所要求范圍時再次加入鈦合金，并滿足最終鈦含量要求。
本發(fā)明的設計思路是抑制鋼坯內(nèi)部氫致微裂紋的產(chǎn)生，從根本上解決鋼管離層缺陷的問題。通常情況下，鋼中的氫原子在鋼冷卻后將產(chǎn)生自由擴散，不斷偏聚，部分形成氫分子。這些氣體聚居在一起后會在鋼的內(nèi)部產(chǎn)生非常大的應力，使鋼的內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。要是在鋼中形成較大量均勻分布的與氫結(jié)合能大于0.60的不可逆氫陷阱，例如與氫的結(jié)合能為0.95的TiC粒子，便可將陷阱周圍的氫原子捕捉到陷阱中防止其偏聚。鋼中加入鈦后，不但可形成結(jié)合能較大的不可逆陷阱，抑制氫的長距離擴散偏聚造成裂紋，還可起到細化晶粒改善鋼的力學性能的作用。
本發(fā)明之所以將鋼中最終的鈦含量確定在0.010％～0.030％，是因為本專利鋼中加入鈦的目的是使鈦形成TiC析出相，人為制造不可逆氫陷阱。如果鈦含量過低，鋼中的鈦將只起到固N作用，絕大部分與N結(jié)合成TiN，少量剩余鈦形成的TiC粒子數(shù)量太少，無法起到防止氫偏聚的作用；而如果鋼中的含鈦量過高，則將提高冶煉成本，甚至使熱軋后鋼管產(chǎn)生粒狀貝氏體組織，嚴重破壞鋼的韌性。通過實驗證明鋼中的鈦含量控制在0.010％～0.030％較為理想。
本發(fā)明沒采用降低氫含量的方法，在現(xiàn)有設備和工藝的基礎上，只增加了簡單的微鈦處理工藝所制造的無縫鋼管，其成材率顯著提高，產(chǎn)品廢品率幾乎為零，從附圖3至附圖6的對比便可看出。而且該方法操作簡單，成分控制精度高。與采用真空處理或緩冷工藝相比，既減少了生產(chǎn)工序，降低了成本，又縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)率。


附圖1和附圖2均為出現(xiàn)嚴重離層缺陷的鋼管內(nèi)表面照片。
附圖3為中部出現(xiàn)微裂紋的未經(jīng)微鈦處理的管坯低倍照片。
附圖4為附圖3的中心部位放大圖。
附圖5為經(jīng)微鈦處理后的管坯低倍照片。
附圖6為附圖5的中心部位放大圖。
具體實施例方式
本發(fā)明抑制氫致離層缺陷的無縫鋼管制造方法主要包括轉(zhuǎn)爐冶煉、LF爐精煉、方坯連鑄、連軋圓管坯、穿孔和鋼管軋制等工藝，在鋼水冶煉后加入一定量的鈦合金進行微鈦處理，鋼中的最終鈦含量為總量的0.010％～0.030％。本發(fā)明將鈦合金的加入時間選擇在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中和/或LF爐精煉過程中，共有3種實施方式。具體加入方法如下1、在轉(zhuǎn)爐出鋼時先加入脫氧劑，出鋼達到約總量的1/3之后，往鋼水罐中一次性加入鈦合金?？紤]到在隨后的LF爐精煉過程中鋼中的鈦含量將有所降低，為確保鋼中最終鈦含量滿足0.010％～0.030％的要求，應將此時的鈦含量控制在總重量的0.020％～0.035％。采用該方法可滿足微鈦處理的要求，但鈦合金的消耗量較大，成本高，而且鈦含量控制不太穩(wěn)定。
2、在LF爐精煉過程中將鋼的合金成分調(diào)整到鋼種所要求范圍時一次性加入鈦合金，將鈦含量控制在總重量的0.010％～0.030％。采用該方法也可滿足微鈦處理的要求，而且可降低鈦合金的消耗，但在后續(xù)的鑄坯過程中時常發(fā)生水口阻塞現(xiàn)象，有時會使連鑄連澆爐數(shù)由不加鈦的15爐下降到6爐。
3、結(jié)合上述方法1和2，將鈦合金分兩次加入。即在轉(zhuǎn)爐出鋼時先加入脫氧劑，出鋼至總量1/3后首次往鋼水罐中加入鈦合金，使鋼中鈦含量控制在總量的0.010％～0.015％，在LF爐將鋼的合金成分調(diào)整到鋼種所要求范圍時再次加入鈦合金，并將鈦含量控制在0.010％～0.030％。這是本發(fā)明的最佳實施方式，采用該方法既可以比方法1節(jié)約鈦合金的使用量又可以避免方法2可能產(chǎn)生的水口阻塞現(xiàn)象，確保連鑄連澆爐數(shù)達到15爐。
將本發(fā)明經(jīng)微鈦處理后的鋼水送入鑄機進行連鑄，連鑄工藝生產(chǎn)鋼冷卻速度相對較快，在鋼中形成均勻分布的Ti(CN)和TiC析出相，這些析出相形成與氫結(jié)合力較高的不可逆氫陷阱，將鋼中的氫控制在其周圍，不產(chǎn)生氫的富集，從而避免了氫致裂紋的產(chǎn)生，有效抑制了無縫鋼管的離層缺陷。
表1給出了采用微鈦處理和沒采用微鈦處理的鋼軋制成無縫鋼管后的離層廢品率對比情況。表中所列各爐號鋼管的冶煉和軋制條件基本相同，可采用微鈦處理后的鋼管離層廢品率明顯降低，幾乎為零。
表1用和沒用微鈦處理的鋼管離層廢品率對比(各元素含量為重量％)

注表中①表示出鋼后檢驗鋼水罐中Ti含量；表中②表示LF爐補加鈦合金前Ti含量；表中③為最終Ti含量。
權(quán)利要求
1.一種抑制氫致離層缺陷的無縫鋼管制造方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、LF爐精煉、方坯連鑄、連軋管坯和鋼管軋制，其特征在于在鋼水冶煉后加入鈦合金，并使鋼的最終鈦含量控制在總量的0.010％～0.030％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制氫致離層缺陷的無縫鋼管制造方法，其特征在于所述的鈦合金在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中加入，將鋼液中此時的鈦含量控制在0.020％～0.035％，并滿足最終鈦含量要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制氫致離層缺陷的無縫鋼管制造方法，其特征在于所述的鈦合金在LF爐將鋼的合金成分調(diào)整到鋼種所要求范圍時加入，滿足最終鈦含量要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制氫致離層缺陷的無縫鋼管制造方法，其特征在于所述的鈦合金分兩次加入首次加入是在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，將鋼中當時的鈦含量控制在總量的0.010％～0.015％，再次加入是在LF爐將鋼的合金成分調(diào)整到鋼種所要求范圍時，并滿足最終鈦含量要求。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種抑制氫致離層缺陷的無縫鋼管制造方法，包括轉(zhuǎn)爐冶煉、LF爐精煉、方坯連鑄、連軋管坯和鋼管軋制，其特點是在鋼水冶煉后加入鈦合金，并使鋼的最終鈦含量控制在總量的0.010％～0.030％。所述的鈦合金可以在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中加入，或在LF爐中加入，也可以在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中首次加入，然后在LF爐中再次加入。本發(fā)明在現(xiàn)有設備和工藝的基礎上，增加了簡單的微鈦處理工藝所制造的無縫鋼管，其成材率顯著提高，產(chǎn)品廢品率幾乎為零，而且操作簡單，成分控制精度高。與采用真空處理或緩冷工藝相比，既減少了生產(chǎn)工序，降低了成本，又縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)率。
文檔編號C22C38/14GK101033513SQ20061004602
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者王長順, 雷洪波, 姜長華, 馬成, 趙素華, 薛軍, 俞平, 張小軍, 潘玲, 解德剛, 徐詠梅 申請人:鞍鋼股份有限公司