TG石油套管用鋼的熱軋工藝研究*

苗瑞林，郭瑞華，王棟

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司金屬制造公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

眾所周知，石油、天然氣是非常緊缺且非常重要的國家戰(zhàn)略資源，油氣資源的儲備量和開采水平直接決定一個國家的發(fā)展水平.石油套管是油氣開采的必要部分.

傳統(tǒng)意義上，石油套管多采用無縫鋼管.由于石油套管直徑大、管體長，生產(chǎn)困難且成本昂貴，國外開始轉(zhuǎn)向研究焊接成管代替無縫管.直縫電阻焊(ERW)管具有成本低廉，成材率高，過程可控性好，生產(chǎn)工藝簡單等優(yōu)勢.國內(nèi)對直縫焊接用石油套管研究較多的是J55.

TG石油套管是近年來最新出現(xiàn)的可以直縫電阻焊接成石油套管的新鋼種[1].TG石油套管用熱軋鋼帶成分設(shè)計采用高C微合金成分設(shè)計[2-5]，結(jié)合SEW工藝生產(chǎn)的石油套管具有成本低[6-9]、內(nèi)在質(zhì)量好、尺寸精度高、抗擠毀性能高[10-13]、綜合性能優(yōu)良等[14]優(yōu)點.

基于包鋼2 250 mm熱軋產(chǎn)線的先進設(shè)備，對比不同的生產(chǎn)方案，最終成功開發(fā)了成本低廉，過程操作簡單，成材率高的石油套管用TG鋼，填補了包鋼產(chǎn)品空白，提升了產(chǎn)品市場競爭力.

1 TG石油套管用熱軋板帶生產(chǎn)工藝流程

TG石油套管用熱軋板帶的基本生產(chǎn)工藝流程為：高爐Fe水經(jīng)過Fe水預(yù)處理后，進行LD頂?shù)讖?fù)吹冶煉和LF精煉，連鑄成板坯后緩冷放置；重新加熱后的板坯，經(jīng)過粗軋高壓水除鱗、定寬壓力機、E1R1粗軋機、E2R2粗軋機，到精軋區(qū)域；經(jīng)過飛剪、高壓水除鱗、F1～F7精軋機、層流冷卻后，卷取成型為熱軋板帶.

2 TG石油套管用熱軋板帶冶金方案的設(shè)定

文章是基于某鋼廠與下游管廠某合作項目工程，TG石油套用熱軋板帶化學(xué)成分是由客戶確定的，TG石油套管用熱軋板帶化學(xué)成分見表1.

表1 TG22石油套管用試驗鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

3 TG石油套管用板帶熱軋方案的設(shè)定

基于產(chǎn)線生產(chǎn)工藝及熱軋設(shè)備能力，板坯厚度230 mm，最終產(chǎn)品7.0 mm厚度的TG石油套管用鋼出鋼溫度設(shè)定為1 200 ℃，終軋溫度設(shè)定為830 ℃，中間坯厚度初步設(shè)定為40 mm.

3.1 終冷溫度對TG石油套管用熱軋板帶產(chǎn)品性能的影響

3.1.1終冷溫度對板帶機械性能的影響

相同出鋼溫度，精軋累計變形量和精軋終軋溫度下，不同終冷溫度對TG石油套管用熱軋板帶拉伸性能的影響如表2所示.表中結(jié)果顯示，隨著終冷溫度由570 ℃升高至630 ℃，屈服強度由530 MPa下降至465 MPa，抗拉強度由665 MPa下降至617 MPa，顯微硬度由215 HV10下降至196 HV10，延伸率由31.5%升高至35.0%，屈強比由0.80下降至0.75.從屈強比的變化趨勢可以看出，隨著終冷溫度的升高，屈服強度降低的趨勢明顯大于抗拉強度的降低，造成這一現(xiàn)象的原因是隨著終冷溫度的升高，產(chǎn)品組織晶粒增大，粗大的晶粒對屈服強度降低的影響大于對抗拉強度的影響.結(jié)合客戶使用條件，包鋼生產(chǎn)TG石油套管用鋼熱軋終冷溫度設(shè)定為570 ℃，板帶綜合效果最佳，且產(chǎn)品性能較為富余.

表2 TG22石油套管用試驗鋼力學(xué)性能表

3.1.2終冷溫度對板帶沖擊性能的影響

隨著終冷溫度由570 ℃提高到630 ℃，-10 ℃夏比沖擊功逐漸由82 J升高至96 J，如圖2所示.綜合考慮客戶使用性能，終冷溫度設(shè)定為570 ℃，沖擊功富余量顯然不足.

圖2為不同終冷溫度下-10 ℃夏比沖擊試驗斷口掃描結(jié)果.圖2結(jié)果顯示，隨著沖擊功升高，斷口掃描逐漸由解理面轉(zhuǎn)變成韌窩增多.

圖1 終冷溫度對TG石油套管用鋼沖擊功性能的影響圖

圖2 不同終冷溫度下沖擊功斷口掃描微觀組織圖(a)570 ℃終冷溫度下斷口掃描組織；(b)590 ℃終冷溫度下斷口掃描組織；(c)610 ℃終冷溫度下斷口掃描組織；(d)630 ℃終冷溫度下斷口掃描組織

3.2 中間坯厚度對TG石油套管用熱軋板帶產(chǎn)品性能的影響

2 250 mm熱軋產(chǎn)品分為粗軋與精軋2部分.粗軋指的是再結(jié)晶溫度以上的軋制過程，精軋指的是再結(jié)晶溫度以下，相變點溫度以上的軋制過程.

當(dāng)終冷溫度采用570 ℃，針對產(chǎn)品沖擊功富余量不足的問題，分別研究了中間坯厚度40 mm(精軋過程累計變形量82.5%)與中間坯厚度45 mm(精軋過程累計變形量84.4%)時，產(chǎn)品沖擊功的變化情況.中間坯厚度由40 mm增加至45 mm后，-10 ℃沖擊功由82 J升高至112 J，沖擊試驗結(jié)果列于表3.

表3 不同中間坯厚度下產(chǎn)品沖擊功表

4 結(jié)論

(1)包鋼運用現(xiàn)有熱軋2 250 mm設(shè)備，采用終冷溫度570 ℃，中間坯厚度45 mm的生產(chǎn)工藝，可以穩(wěn)定生產(chǎn)屈服強度530 MPa，抗拉強度665 MPa，-10 ℃沖擊功100 J以上，各項性能優(yōu)異的TG石油套管用熱軋板帶.

(2)隨著終冷溫度由570 ℃升高至630 ℃，屈服強度由530 MPa下降至465 MPa，抗拉強度由665 MPa下降至617 MPa，顯微硬度由215 HV10下降至196 HV10，延伸率由31.5%升高至35.0%，屈強比下降0.05.

(3)中間坯厚度由40 mm增加至45 mm后，-10 ℃沖擊功由82 J升高至112 J.增加中間坯厚度有利于提升產(chǎn)品的沖擊功值.