本發(fā)明涉及一種低碳微合金鋼，特別是涉及一種改變低碳微合金鋼焊縫組織與性能的方法。

背景技術(shù)：
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油氣開(kāi)采中要用到大量油井管材，管材的價(jià)值占石油設(shè)備總資產(chǎn)的60％。石油專(zhuān)用鋼管的質(zhì)量、品種、性能對(duì)石油工業(yè)的發(fā)展關(guān)系重大。傳統(tǒng)油井管一般長(zhǎng)度為10米左右，作業(yè)時(shí)通過(guò)接箍或者焊接進(jìn)行連接，作業(yè)時(shí)間很長(zhǎng)，效率低下。由于接頭多，并且接頭處性能與管體相比差別較大，容易產(chǎn)生安全事故，存在很大安全風(fēng)險(xiǎn)。

連續(xù)管(Coiled Tube，CT)是一種單根長(zhǎng)度可達(dá)萬(wàn)米的新型管材，可攜帶作業(yè)工具進(jìn)行修井、測(cè)井、鉆井、完井等各種作業(yè)，還可以用作輸油、輸氣管線(xiàn)或者特殊的軍事用途。連續(xù)管與傳統(tǒng)鋼管最大的不同之處在于，傳統(tǒng)成品鋼管是按定尺長(zhǎng)度(如12米)包裝運(yùn)輸，在現(xiàn)場(chǎng)使用中再采用環(huán)焊工藝對(duì)接起來(lái)投入使用。而連續(xù)管單根長(zhǎng)度可達(dá)萬(wàn)米，成品纏繞在卷筒上，使用時(shí)打開(kāi)，完成作業(yè)后重新纏繞在卷筒上備下次使用。因而傳統(tǒng)鋼管在成品12米外可以有缺陷，切除后不影響其它位置鋼管質(zhì)量，而單根近萬(wàn)米連續(xù)管卻不能有一處缺陷，否則整根萬(wàn)米鋼管全部報(bào)廢。另外，傳統(tǒng)鋼管焊接后一般再不能回收使用，屬于一次性耗材，而連續(xù)管使用完后纏繞在卷筒上，可以重復(fù)使用多次，大大提高了管材使用率，降低了材料成本。

連續(xù)管的制造技術(shù)難度很大，如何一次性連續(xù)生產(chǎn)單根萬(wàn)米連續(xù)管，并保證單根近萬(wàn)米連續(xù)管產(chǎn)品各個(gè)位置性能的均勻一致性，是連續(xù)管制造技術(shù)關(guān)鍵難點(diǎn)之一。最初的連續(xù)管采用的是環(huán)焊對(duì)接的制造工藝，采用這種工藝制造的連續(xù)管環(huán)焊縫使用壽命不到母管的25％，而且由于焊縫質(zhì)量的不穩(wěn)定性，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)突然斷裂的情況，風(fēng)險(xiǎn)很大。隨著鋼鐵冶煉與軋制技術(shù)的進(jìn)步，連續(xù)管產(chǎn)品所用的卷板長(zhǎng)度越來(lái)越長(zhǎng)，連續(xù)管的單根長(zhǎng)度也達(dá)到了兩三百米，但環(huán)焊縫的隱患依然存在。常用低碳微合金鋼連續(xù)管管徑在25.4毫米～89毫米，單根長(zhǎng)度在3000米以上，要一次性生產(chǎn)3000米以上的連續(xù)管，就需要單根長(zhǎng)度3000米以上的熱軋鋼帶作為原料。僅僅依靠鋼鐵技術(shù)的進(jìn)步很難徹底解決這個(gè)技術(shù)難題。

現(xiàn)代鋼管制造技術(shù)的進(jìn)步，鋼管的連續(xù)生產(chǎn)已不是難題，采用活套技術(shù)或在線(xiàn)對(duì)接技術(shù)，將熱軋鋼帶在鋼管成型前焊接在一起，就可以實(shí)現(xiàn)鋼管的連續(xù)生產(chǎn)。但由于焊縫質(zhì)量不可靠，鋼帶對(duì)接焊縫位置在鋼管成型焊接完成后，一般都會(huì)切除。通常情況下，用戶(hù)也不會(huì)接受對(duì)接管。

二十世紀(jì)八十年代，連續(xù)管的制造工藝中也改進(jìn)了鋼帶對(duì)接技術(shù)，優(yōu)化了對(duì)接焊縫質(zhì)量，淘汰了環(huán)焊技術(shù)對(duì)接的連續(xù)管產(chǎn)品，使連續(xù)管焊縫位置的壽命大幅提高，達(dá)到了母材的60％以上。但由于焊縫本身組織性能與母材的差異較大，對(duì)接焊縫位置仍然是整個(gè)連續(xù)管最為簿弱的地方，加之由于連續(xù)管長(zhǎng)期在油氣井中作業(yè)應(yīng)用，井下服役環(huán)境極其惡劣，既要承受拉、壓、彎等復(fù)合載荷作用和塑性變形引起的疲勞，又要受到硫化氫、氯離子、水等腐蝕介質(zhì)的腐蝕影響，同時(shí)還有溫度的影響，因此，該位置仍然是發(fā)現(xiàn)缺陷或產(chǎn)生斷裂較多的地方，安全隱患最高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種改變低碳微合金鋼焊縫組織與性能的方法。采用本發(fā)明所述的方法對(duì)鋼帶對(duì)接焊縫進(jìn)行處理后，改變了低碳微合金鋼焊縫的鑄態(tài)組織，使其組織與母材相近或一致，同時(shí)焊縫綜合性能也與母材相當(dāng)，避免了焊縫在使用過(guò)程中因組織粗大、硬度過(guò)高、殘余應(yīng)力過(guò)大及焊縫形貌不佳帶來(lái)的開(kāi)裂、腐蝕等問(wèn)題，或因焊縫不能達(dá)標(biāo)而報(bào)廢。采用本方法處理后的鋼帶所生產(chǎn)的連續(xù)管焊縫位置整體壽命得到了大幅提高，可達(dá)母管壽命的95％以上。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種改變低碳微合金鋼焊縫組織與性能的方法，其主要工藝包括，將低碳微合金鋼焊縫加熱至820℃～950℃，到達(dá)設(shè)定溫度后，對(duì)低碳微合金鋼焊縫施加外力使其變形；冷卻至150℃以下，再次將低碳微合金鋼焊縫加熱至650℃～780℃，在該溫度范圍內(nèi)，對(duì)低碳微合金鋼焊縫再次施加一定外力使其產(chǎn)生變形；空冷至室溫。

按照質(zhì)量百分比，所述低碳微合金鋼的成分為：C 0.05～0.20、Si≤0.45、Mn 0.5～2.0、Cr 0.4～0.7、Ni≤0.25、Cu≤0.4、Mo≤0.25、Nb≤0.06，并限制P、S為P≤0.02、S≤0.003，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。

所述低碳微合金鋼焊縫可采用TIG焊+填充焊絲或等離子焊接+填充焊絲工藝進(jìn)行焊接。

所述方案采用中頻感應(yīng)隨動(dòng)加熱方式，對(duì)焊縫整體加熱，加熱溫度為820℃～950℃，加熱速度為30～35℃/秒。

所述方案采用中頻感應(yīng)隨動(dòng)加熱方式對(duì)焊縫整體加熱至820℃～950℃時(shí)，停止加熱，同時(shí)對(duì)焊縫施加外力，外力方向垂直于低碳微合金鋼焊縫所在的母材表面。

所述方案對(duì)焊縫施加的外力大小為3～5噸，可采用碾壓方式，也可采用鍛壓方式施加外力。

所述方案對(duì)焊縫施加外力后，焊縫空冷至150℃以下。

所述將焊縫空冷至150℃以下后，對(duì)焊縫進(jìn)行第二次加熱，加熱溫度為650℃～780℃，加熱速度為30～35℃/秒。

所述方案采用中頻感應(yīng)隨動(dòng)加熱方式對(duì)焊縫整體加熱至650℃～780℃時(shí)，停止加熱，同時(shí)對(duì)焊縫施加外力，外力方向垂直于低碳微合金鋼焊縫所在的母材表面。

所述低碳微合金鋼焊縫可采用TIG焊+填充焊絲或等離子焊接+填充焊絲工藝進(jìn)行焊接，所述焊絲的成分包括：C 0.04～0.08、Si 0.01～0.2、Mn 0.7～1.3、P≤0.0095、S≤0.008、Mo 0.1～0.3、Ni 0.5～1.3。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：采用本發(fā)明中的方法，可以改變低碳微合金鋼焊縫的鑄態(tài)組織，細(xì)化晶粒，使焊縫晶粒度提高到12級(jí)左右，使其組織與母材相近或一致，同時(shí)消除焊縫殘余應(yīng)力，使焊接缺陷焊合，大幅度提高焊縫塑性韌性，焊縫綜合性能也與母材基本一致，避免了焊縫在使用過(guò)程中因組織粗大、硬度過(guò)高、殘余應(yīng)力過(guò)大及焊縫形貌不佳帶來(lái)的開(kāi)裂、腐蝕等問(wèn)題，或因焊縫不能達(dá)標(biāo)而報(bào)廢。采用本發(fā)明的方法對(duì)連續(xù)管斜焊縫進(jìn)行處理后，含斜焊縫連續(xù)管的壽命可達(dá)與母管壽命的95％以上。連續(xù)管使用壽命提高了30％以上。

除連續(xù)管產(chǎn)品外，在焊接鋼管領(lǐng)域，采用本方法，可以減少對(duì)接接頭的浪費(fèi)，提高原材料的利用率，鋼管成材率提高3％以上。

附圖說(shuō)明：

圖1為等離子填絲工藝焊接接頭處理前對(duì)接焊縫組織照片；

圖2為等離子填絲工藝焊接接頭處理后對(duì)接焊縫組織照片。

圖3為等離子填絲工藝焊接接頭處理前焊接熱影響區(qū)組織照片；

圖4為等離子填絲工藝焊接接頭處理后焊接熱影響區(qū)組織照片。

圖5為母材組織照片。

圖6為P+T焊接接頭處理前對(duì)接焊縫組織照片；

圖7為P+T焊接接頭處理后對(duì)接焊縫組織照片。

圖8為P+T焊接接頭處理前焊接熱影響區(qū)組織照片；

圖9為P+T焊接接頭處理后焊接熱影響區(qū)組織照片。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例一：

圖1、圖3為CT80級(jí)連續(xù)管用原材料鋼帶對(duì)接焊縫及焊接熱影響區(qū)的顯微組織照片。焊接采用等離子填絲工藝進(jìn)行焊接。在未對(duì)焊接接頭進(jìn)行組織性能優(yōu)化處理前進(jìn)行檢測(cè)，焊接接頭顯微硬度HV₁₀高達(dá)300以上，超過(guò)了腐蝕環(huán)境中選材要求的248最低值。同時(shí)，未經(jīng)處理的焊接接頭組織粗大，塑性極差。采用未經(jīng)處理的焊接接頭制成的CT80鋼級(jí)、外徑31.8mm，厚度3.18mm的連續(xù)管進(jìn)行連續(xù)管低周疲勞試驗(yàn)，不超過(guò)100次就破裂失效。

發(fā)明人采用專(zhuān)用的連續(xù)管鋼帶對(duì)接焊縫形變熱處理裝置，對(duì)焊接接頭進(jìn)行形變熱處理，加熱溫度為895℃，達(dá)到加熱溫度后對(duì)焊縫進(jìn)行熱碾壓，使其變形，施加的碾壓力為3噸。碾壓后，將焊縫冷卻至150℃以下。再次加熱焊縫至680℃，達(dá)到加熱溫度后對(duì)焊縫進(jìn)行碾壓，施加的碾壓力為3噸。碾壓完后，將焊縫空冷至室溫。

采用以上工藝處理的連續(xù)管鋼帶對(duì)接接頭的焊縫和熱影響區(qū)顯微硬度均降到了248以下，原始粗大的焊縫與熱影響區(qū)組織得到極大改善，殘余應(yīng)力大幅降低。

采用該工藝處理后的的對(duì)接鋼帶制成的CT80級(jí)連續(xù)管產(chǎn)品，疲勞壽命高達(dá)550-650次，與不帶對(duì)接焊縫的母管疲勞壽命相當(dāng)。而不采用焊縫優(yōu)化處理的鋼帶制成的同鋼級(jí)的連續(xù)管，疲勞壽命僅為100次左右，并且由于焊接接頭組織性能的不均勻性，在使用中存在很大的安全隱患。

實(shí)施例二：

圖6、圖8為CT80級(jí)連續(xù)管用原材料鋼帶對(duì)接焊縫及焊接熱影響區(qū)的顯微組織照片。焊接接頭采用P+T工藝(等離子打底+TIG蓋面) 進(jìn)行焊接。焊接接頭未進(jìn)行優(yōu)化處理前，焊接接頭最高顯微硬度HV₁₀達(dá)294以上，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)要求的248。同時(shí)，焊縫與熱影響區(qū)組織粗大，綜合性能不好。

發(fā)明人采用專(zhuān)用的連續(xù)管鋼帶對(duì)接焊縫形變熱處理裝置，對(duì)焊接接頭進(jìn)行形變熱處理，加熱溫度為895℃，達(dá)到加熱溫度后對(duì)焊縫進(jìn)行熱碾壓，使其變形，施加的碾壓力為3噸。碾壓后，將焊縫冷卻至150℃以下。再次加熱焊縫至680℃，達(dá)到加熱溫度后對(duì)焊縫進(jìn)行碾壓，施加的碾壓力為3噸。碾壓完后，將焊縫空冷至室溫。

采用以上工藝處理的連續(xù)管鋼帶對(duì)接接頭的焊縫和熱影響區(qū)顯微硬度均降到了248以下，原始粗大的焊縫與熱影響區(qū)組織得到極大改善，殘余應(yīng)力大幅降低。

采用該工藝處理后的的對(duì)接鋼帶制成的CT80級(jí)連續(xù)管產(chǎn)品，疲勞壽命高達(dá)550-650次，與不帶對(duì)接焊縫的母管疲勞壽命相當(dāng)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明,任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。