專利名稱：一種低碳錳鋼的鋼管熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無縫鋼管的熱處理方法，特別是鋼管性能范圍要求窄、采用低碳 錳鋼生產(chǎn)的無縫鋼管的熱處理方法。
背景技術(shù)：
隨著石油開采工業(yè)的發(fā)展，油井用無縫鋼管使用環(huán)境越來越復(fù)雜，對(duì)油井管的要 求越來越高，在美國石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《API SPEC 5CT套管和油管規(guī)范》中，油套管的性能指標(biāo) 均有相應(yīng)的范圍要求，特別是其中的第二組鋼級(jí)1^80丄90丄95395鋼管的屈服強(qiáng)度范圍較 窄(最大值與最小值之間只有103MPa)，同時(shí)還對(duì)抗拉強(qiáng)度和硬度也有相應(yīng)的范圍要求。目前此類鋼管熱處理時(shí)，淬火溫度、淬火冷卻水量和回火溫度一般只與鋼級(jí)有關(guān)， 較少地考慮鋼管米重對(duì)鋼管性能的影響。所以按此常規(guī)方法生產(chǎn)的鋼管由于熱處理影響因 素較多，熱處理后的性能波動(dòng)范圍大，合格率不高。采用上述常規(guī)方法生產(chǎn)出產(chǎn)品的性能如 表1和附圖1所示表1 采用常規(guī)熱處理的鋼管性能結(jié)果
規(guī)格鋼級(jí)屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度延伸率沖擊功115.3*15L80555/615675/74026. 0/28. 5108219*22620/650730/76027. 0/24. 5132368*24570/645710/75528. 0/25. 095API標(biāo)準(zhǔn)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(guī)工藝生產(chǎn)時(shí)，鋼管的屈服強(qiáng)度分布范圍較大，分 布離散度高，其工序能力指數(shù)為Cp = 0. 75，L80鋼級(jí)鋼管熱處理工序能力不充分。工序能力 是受控狀態(tài)下工序?qū)庸べ|(zhì)量的保證能力，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的語言來表述，工序能力就是在一 定的生產(chǎn)條件下，工序產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)X假設(shè)在服從正態(tài)分布Ν(μ，σ 2)的前提下，落在質(zhì) 量標(biāo)準(zhǔn)[LSL，USL]范圍中的概率。生產(chǎn)出的合格品越多，工序能力就越高，通常用工序能力 指數(shù)Cp值反映工序能力的高低。現(xiàn)行工序能力指數(shù)的計(jì)算方法設(shè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上限為USL，下 限為LSL，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)范圍T = USL-TTL，中心M = (USL-TTL)/2,當(dāng)μ = M時(shí)，稱之為工序無 偏；當(dāng)μ興M時(shí)，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(shù)定義為Cpk，Cpk=(丨-！^乂？，其中!^ = …,!/!1。由上述計(jì)算公 式可知，Cp值的大小應(yīng)直接反映工序能力的高低。通常在生產(chǎn)實(shí)際中判斷標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)Cp > 1.67(ΒΡΤ> 10σ)時(shí)，認(rèn)為工序能力過剩；當(dāng)1.33 < Cp彡1. 67(即8σ < T彡10 σ )時(shí)， 認(rèn)為工序能力充足；當(dāng)Cp = 1.33(即T 8ο)時(shí)處于理想狀態(tài)；當(dāng)1.00 < Cp < 1.33 (即 6σ <Τ^8σ)時(shí)，認(rèn)為工序能力正常；當(dāng)Cp值接近1(即T 6σ)時(shí)，有超差危險(xiǎn)，應(yīng)當(dāng) 加強(qiáng)管理；當(dāng)0.67 < Cp彡1(即4ο <Τ^6σ)時(shí)，認(rèn)為工序能力不足；當(dāng)Cp彡0. 67 (即 T < 4 ο )時(shí)，認(rèn)為工序能力嚴(yán)重不足。采用常規(guī)方法進(jìn)行熱處理時(shí)，不同的鋼管屈服強(qiáng)度的 波動(dòng)差值為130Mpa，造成部分鋼管的性能不能完全滿足API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種無縫鋼管的熱處理方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種低碳錳鋼的鋼管熱處理方法，它包括對(duì)鋼管的淬火和 回火，其具體的熱處理方法如下根據(jù)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)、鋼管外徑大于 250mm，壁厚在10 50mm范圍內(nèi)，為III類。在每類鋼管中，通過對(duì)熱處理試驗(yàn)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的 統(tǒng)計(jì)分析，選擇一種性能較穩(wěn)定、波動(dòng)范圍較少，且各項(xiàng)指標(biāo)都分布集中在標(biāo)準(zhǔn)要求的中間 范圍內(nèi)的鋼管做基準(zhǔn)，以這種鋼管的米重作為基準(zhǔn)米重，把這種基準(zhǔn)米重的鋼管熱處理工 藝作為基準(zhǔn)米重工藝，同類中的其它米重按下列方法進(jìn)行工藝調(diào)整A、在基準(zhǔn)米重工藝的基礎(chǔ)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(zhǔn)米重工藝的基礎(chǔ)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(zhǔn)米重工藝的基礎(chǔ)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(fā)明通過鋼管的壁厚和外徑來計(jì)算米重，設(shè)鋼管的米重為M，外徑為D，壁厚為 S，則M = (D-S) X SXO. 02466Kg然后根據(jù)鋼管的米重來調(diào)整熱處理工藝參數(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特點(diǎn)1、采用本發(fā)明提供的熱處理方法，熱處理后的最終鋼管性能波動(dòng)范圍小，性能合 格率高，與普通調(diào)質(zhì)熱處理相比，鋼管性能指標(biāo)集中度高，性能穩(wěn)定。2、采用本發(fā)明提供的熱處理方法，同一鋼級(jí)的熱處理性能鋼管屈服強(qiáng)度波動(dòng)范 圍可彡80MPa，鋼管性能合格率可達(dá)99%以上以下結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。


附圖1為采用常規(guī)熱處理方法生產(chǎn)L80鋼級(jí)油井管的性能正態(tài)分析圖；附圖2為采用本發(fā)明提供的熱處理方法生產(chǎn)L80鋼級(jí)油井管的性能正態(tài)分析圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一、本實(shí)施例是采用低碳錳鋼生產(chǎn)油井管，規(guī)格為368*24，鋼級(jí)為L80，低 碳錳鋼油井管的成分以質(zhì)量％計(jì)，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，其余部分為 Fe、微量合金 V、Cr及不可避免的雜質(zhì)。對(duì)于上述成分的鋼管，通過對(duì)熱處理試驗(yàn)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，在III類鋼管范 圍內(nèi)，規(guī)格為273*22. 5的鋼管工藝較穩(wěn)定，以規(guī)格為273*22. 5這種米重規(guī)格的鋼管作為基準(zhǔn)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，出爐后水淬，水淬的冷卻水量2000M3/h，回火溫度645 度，保溫75分鐘，出爐后空冷。生產(chǎn)368*24規(guī)格油井管，鋼管外徑大于250mm為III類鋼管，在III類鋼管基準(zhǔn) 米重工藝的基礎(chǔ)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(guī)格油井管米重為M = (368-24) X 24X0. 02466Kg = 204Kg,比基準(zhǔn)米重139kg增加了 65kg，所以按此方法得到的 該規(guī)格鋼管的熱處理工藝為淬火溫度925 940度，保溫30分鐘，出爐后水淬，水淬的冷 卻水量2200 2400m3/h，回火溫度625 635度，保溫75分鐘，出爐后空冷。實(shí)施例二、本實(shí)施例是采用低碳錳鋼生產(chǎn)油井管，規(guī)格為219*22，鋼級(jí)為L80，低 碳錳鋼油井管的成分以質(zhì)量％計(jì)，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，其余部分為 Fe、微量合金 V、Cr及不可避免的雜質(zhì)。對(duì)于上述成分的鋼管，通過對(duì)熱處理試驗(yàn)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，在II類鋼管范 圍內(nèi)，規(guī)格為196*17的鋼管工藝較穩(wěn)定，以規(guī)格為196*17這種米重規(guī)格的鋼管作為基準(zhǔn)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，出爐后水淬，水淬的冷卻水量1500M3/h，回火溫度650度，保溫75 分鐘，出爐后空冷。生產(chǎn)219*22規(guī)格油井管，鋼管外徑在140 250mm，屬于II類鋼管，在II類鋼管 基準(zhǔn)米重工藝的基礎(chǔ)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(guī)格油井管米重為M = (219-22) X 22 X 0. 02466Kg = 106Kg,比基準(zhǔn)米重75kg增加了 31kg，所以按此方法得到的該 規(guī)格鋼管的熱處理工藝為淬火溫度920 925度，保溫30分鐘，出爐后水淬，水淬的冷卻 水量1600 1700m7h，回火溫度635 645度，保溫75分鐘，出爐后空冷。實(shí)施例三、本實(shí)施例是采用低碳錳鋼生產(chǎn)油井管，規(guī)格為115. 3*15. 5，鋼級(jí)為 L80，低碳錳鋼油井管的成分以質(zhì)量％計(jì)，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，其余部分為 Fe、 微量合金V、Cr及不可避免的雜質(zhì)。對(duì)于上述成分的鋼管，通過對(duì)熱處理試驗(yàn)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，在I類鋼管范 圍內(nèi)，規(guī)格為89*12. 5的鋼管工藝較穩(wěn)定，以規(guī)格為89*12. 5這種米重規(guī)格的鋼管作為基 準(zhǔn)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，出爐后水淬，水淬的冷卻水量1000M3/h，回火溫度655 度，保溫75分鐘，出爐后空冷。生產(chǎn)115. 3*15規(guī)格油井管，鋼管外徑在40 140mm，屬于I類鋼管，在I類鋼 管基準(zhǔn)米重工藝的基礎(chǔ)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(guī)格油井管米重為M = (115. 3-15) X 15X0. 02466Kg = 37Kg，比基準(zhǔn)米重 23. 5kg 增加了 13. 5kg，所以按此方法得 到的該規(guī)格鋼管的熱處理工藝為淬火溫度920 925度，保溫30分鐘，出爐后水淬，水淬 的冷卻水量1100 1200m3/h，回火溫度640 650度，保溫75分鐘，出爐后空冷。
采用本發(fā)明提供的熱處理方法生產(chǎn)的鋼管性能結(jié)果如表2和附圖2所示表2采用本發(fā)明熱處理的鋼管性能結(jié)果
權(quán)利要求
1. 一種低碳錳鋼的鋼管熱處理方法，其特征是它包括對(duì)鋼管的淬火和回火，其具體 的熱處理方法如下根據(jù)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；鋼管外徑大于250mm，壁厚在 10 50mm范圍內(nèi)，為III類；在每類鋼管中，通過對(duì)熱處理試驗(yàn)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，選擇 一種性能較穩(wěn)定、波動(dòng)范圍較少，且各項(xiàng)指標(biāo)都分布集中在標(biāo)準(zhǔn)要求的中間范圍內(nèi)的鋼管 做基準(zhǔn)，以這種鋼管的米重作為基準(zhǔn)米重，把這種基準(zhǔn)米重鋼管的熱處理工藝作為基準(zhǔn)米 重工藝，同類中的其它米重按下列方法進(jìn)行工藝調(diào)整A、在基準(zhǔn)米重工藝的基礎(chǔ)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(zhǔn)米重工藝的基礎(chǔ)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(zhǔn)米重工藝的基礎(chǔ)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(duì)鋼管的淬火和回火，其具體的熱處理方法如下根據(jù)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；鋼管外徑大于250mm，壁厚在10～50m m范圍內(nèi)，為Ⅲ類。在每類鋼管中，通過對(duì)熱處理試驗(yàn)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，選擇一種性能較穩(wěn)定、波動(dòng)范圍較少，且各項(xiàng)指標(biāo)都分布集中在標(biāo)準(zhǔn)要求的中間范圍內(nèi)的鋼管做基準(zhǔn)，以這種鋼管的米重作為基準(zhǔn)米重，把這種基準(zhǔn)米重鋼管的熱處理工藝作為基準(zhǔn)米重工藝，同類中的其它米重鋼管的熱處理工藝在基準(zhǔn)米重工藝上進(jìn)行工藝調(diào)整。
文檔編號(hào)C21D9/08GK101993991SQ201010556950
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月20日
發(fā)明者葉君紹, 周勇, 賀鐵山 申請(qǐng)人:衡陽華菱鋼管有限公司