钻杆用微合金化钢控制轧制和热处理工艺.pdf

石 油 机 械 2012年 第40卷 第 1期 CHINA PETROLEUM MACHINERY ．_试验研究 钻杆用微合金化钢的控制轧制和热处理工艺 马 军 徐 欣 赵文轸 (1．西安交通大学材料强度国家重点实验室 2．中国石油集团石油管工程技术研究院) 摘要 目前API标准规定的最高钢级钻杆——S135级钻杆的强度和韧度均不能满足超深井钻 采的需要。为此，在高强度钻杆钢中添加微合金元素V、Nb配合控轧控冷技术，并调整调质热处 理工艺，对比研究传统调质工艺和控制轧制一调质工艺对该钢强度和韧度的影响。研究结果表明， 经控制轧制后钢的晶粒度明显细化，使得强度和韧度得到明显的提高；Mo元素和 Nb、V微合金 元素的碳化物在500oC以上会出现回火二次强化现象；加入Nb元素可降低2#钢板条的宽度，同 时Mo元素和Nb、V微合金元素在钢中形成了不同于针状渗碳体的颗粒状和球状碳化物，分别为 NbC、VC和MoC，这种形状的碳化物有利于提高钢的韧度。 关键词 钻杆 微合金化钢 晶粒细化 强度 韧度 二次强化 中图分类号：TG115．5 文献标识码：A 文章编号：1001—4578 (2012)01—0017—04 钻杆钢，强度达到 1137MPa，但据报道其采用的 0 引 言 是改变热处理类型的方法提高强韧度 j，采用控 轧控冷技术提高钻杆钢性能的研究还未见报道。为 随着国内外对超深井和深海钻采研究的深人， 此，笔者采用添加微合金元素配合控轧控冷技术， 对油井钻杆的强度和韧度提出了更高的要求，普通 并调整调质热处理工艺，研究其对于提高钢强韧度 的API钢级已经不能满足要求 ¨J。目前API标准 的影响和微观结构的影响。 规定的最高钢级钻杆——S135级钻杆的屈服强度 不小于931MPa，冲击功 (夏比)不小于43JLj， 1 试验方法 不能满足超深井钻采的需要。如我国塔里木油田油 井钻杆的订货补充技术条件就要求在强度满足要求 1．1 微合金化钢的配方设计和冶炼 的同时冲击功大于80J 。 设计了2种成分的钢，第 1种为仅含微合金 V 提高钢的强韧度的方法有沉淀强化、细晶强化 元素的基础配方 ，第2种在第 1种钢的基础上添加 等，其中细晶强化方法是唯一可以同时提高强度和 了Nb元素。第 1种钢分别采用直接调质和先控轧 韧度的方法，而控轧控冷技术配合添加微合金元素 控冷再调质的方法，编号为 1撑(A)和 1# (B)， 可以同时发挥这2种强化作用，起到提高钢强韧度 第2种钢采用先控轧控冷再调质的方法，编号为2 的作用 J。目前国际上已经有 UD一165级别的 #。2种钢 的配方如表 1所示 。 表 1 试验钢化学成分质量分数 ％ 采用真空度为0．1Pa的真空冶炼炉，每炉装 艺为：将钢坯加热到 1200oC保温 1h，开轧温度 50kg钢，经 1200oC冶炼并保温2h后，锻成厚 为1100oC，终轧温度830oC。 60mm、宽20m／lq、长25／llm的长方形铁块。 考虑轧制变形量对晶粒细化程度的影响和轧机 1．2 试验钢的控制SLSU~n冷却 的轧制能力，安排每道次轧制压下量，如表 2 在小型试验轧机上进行轧制试验，钢的轧制工 所示 。 石 油 机 械 2012年 第40