一种高强韧贝氏体地质钻探管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高强韧贝氏体地质钻探管，其除了Fe和不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.14

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧贝氏体地质钻探管及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种无缝钢管及其制造方法，尤其涉及一种地质钻探管及其制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，随浅层矿产资源开采殆尽，我国提出“三深一土”及“深海钻探，海洋强国”战略，地质钻探开始逐渐向大孔径、大深度方向发展。这一发展趋势会导致钻探管在服役过程中承受愈加恶劣的拉、压、弯曲、扭转、冲击、摩擦等复杂应力，其很容易出现由过载导致的变形、断裂及磨损失效问题，从而导致事故处理成本较高，钻探效率低下。因此，亟需开发出更高性能的钻探管产品，以满足行业发展需求。
[0003]目前，传统的地质管产品已无法满足地质行业向深度方向发展需求，而更高级别地质钻探管产品则需要采用Cr
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Mo钢种调质热处理实现，现有技术中的这种方式不仅合金成本、工艺成本高，而且因环保要求受限热处理工序，很多用户并不具备生产条件，且存在调质后易变形开裂、墩粗端性能不均匀等问题。
[0004]基于此，针对现有技术中的不足和缺陷，本专利技术期望获得一种高强韧贝氏体地质钻探管，该高强韧贝氏体地质钻探管生产成本较低，且具备良好的强韧性匹配，其无需调质热处理即可得到Cr
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Mo钢种调质热处理后的水平，其抗实体拉伸及扭矩性能良好，能够有效应用于地质钻探行业中，并促进地质钻探行业的绿色高效发展，具有十分广阔的应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种高强韧贝氏体地质钻探管，该高强韧贝氏体地质钻探管成本较低，且具备良好的强韧性匹配，其无需调质热处理即可得到Cr
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Mo钢种调质热处理后的水平，该高强韧贝氏体地质钻探管的抗实体拉伸及扭矩性能良好，能够有效应用于地质钻探行业中，并促进地质钻探行业的绿色高效发展，具有十分广阔的应用前景。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种高强韧贝氏体地质钻探管，其除了Fe和不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
[0007]C：0.14
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0.22％，Si：0.2
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0.55％，Mn：2.1
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2.9％，Nb：0.01
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0.04％，Al：0.015
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0.04％，B：0.001
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0.005％，0＜N≤0.006％，并且Al/N≥3；所述高强韧贝氏体地质钻探管不含有Cr、Mo和W元素。
[0008]进一步地，在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，其各化学元素质量百分含量为：
[0009]C：0.14
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0.22％，Si：0.2
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0.55％，Mn：2.1
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2.9％，Nb：0.01
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0.04％，Al：0.015
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0.04％，B：0.001
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0.005％，0＜N≤0.006％；余量为Fe和不可避免的杂质；其中Al/N≥3。
[0010]在本专利技术的上述技术方案中，本专利技术采用了合理的化学成分设计，其采用中高Mn设计，且化学成分中不含Cr、Mo、W等贵金属元素，不仅降低了合金成本，而且通过Mn元素对相变界面元素扩散的拖拽作用，可以明显降低贝氏体相变点，从而实现组织细化，提升产品
强韧性。此外，在本专利技术的化学成分中还添加了B元素，B与Mn元素复合提加进一步提高了空冷淬透性，保证了形成稳定粒状贝氏体组织，同时B元素还可以强化晶界，防止过多马奥岛析出，提高材料的韧性。
[0011]在本专利技术所述高强韧贝氏体地质钻探管中，各化学元素的设计原理具体如下所述：
[0012]C：在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，C元素是保证管材强度的重要元素，其添加后可以稳定贝氏体组织，有效提高材料的空冷淬透，钢中C元素含量过低时会导致贝氏体组织不稳定，使材料的强度和韧性变差。同时，需要注意的是，钢中C元素含量不宜过高，当钢中C元素含量过高时，会导致钢材的韧塑性下降。因此，在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，将C元素的质量百分含量控制在0.14
‑
0.22％之间。
[0013]Si：在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，Si元素是铁素体形成元素，也是脱氧元素，其可以在提高钢水纯净度的同时，促进组织中铁素体形成，并抑制碳化物的析出。但需要注意的是，钢中Si元素含量过低时起不到上述相应的作用，且钢中Si元素含量超过0.55％以后对组织无改善。因此，在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，将Si元素的质量百分含量控制在0.2
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0.55％之间。
[0014]Mn：在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，Mn是提高材料空冷淬透性的重要元素，相较于Mo、Cr、W等元素，Mn元素非常廉价易得，与其他元素相比，Mn元素可以明显降低贝氏体组织转变点，从而细化组织，提高强韧性。当钢中Mn元素含量低于2.1％时，由于淬透性下降形成上贝氏体组织，会导致材料的韧性较差；而当钢中Mn元素含量高于2.9％时，会导致Mn偏析严重，使得材料的韧性变差，同时导致焊接性能变差。基于此，在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，将Mn的质量百分含量控制在2.1
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2.9％之间。
[0015]Nb：在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，Nb元素可以与C元素结合形成Nb的碳化物，抑制晶粒长大，从而细化粒状贝氏体组织，提高材料的强度。同时，Nb还可以抑制先共析铁素体和上贝氏体的析出，从而在更低冷速下获得粒状组织稳定，细化马奥岛尺寸，提高材料的韧性。因此，在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，将Nb元素的质量百分含量控制在0.01
‑
0.04％之间。
[0016]Al：在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，Al元素是较好的脱氧元素，但需要注意的是，钢中Al元素含量不宜过高，加入过多的Al元素容易造成氧化铝夹杂，因此需要尽量提高酸溶铝占全铝的比重，在真空脱气后再适量喂Al丝。因此，在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，将Al元素的质量百分含量控制在0.015
‑
0.04％之间。
[0017]B：在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，B元素可以有效增加材料的淬透性。在本专利技术中，B元素与Mn元素复合添加可以进一步提高空冷淬透性，保证钢材形成稳定粒状贝氏体组织。此外，B元素还可以强化晶界，抑制马奥岛的形成，提高材料强韧性匹配。当钢中B元素含量小于0.001％时，其所起到的作用不明显；当钢中B元素含量太高，高于0.005％时，则炼钢难以精确控制。因此，在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，将B元素的质量百分含量控制在0.001
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0.005％之间。
[0018]N：在本专利技术所述的高强韧贝氏体地质钻探管中，N元素可以与钢中的Al元素配合形成碳氮化物。在本专利技术中，在控制单一化学元素质量百分含量的同时，还需要控制Al元素和N元素的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧贝氏体地质钻探管，其特征在于，其除了Fe和不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.14
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0.22％，Si：0.2
‑
0.55％，Mn：2.1
‑
2.9％，Nb：0.01
‑
0.04％，Al：0.015
‑
0.04％，B：0.001
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0.005％，0＜N≤0.006％，并且Al/N≥3；所述高强韧贝氏体地质钻探管不含有Cr、Mo和W元素。2.如权利要求1所述的高强韧贝氏体地质钻探管，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：C：0.14
‑
0.22％，Si：0.2
‑
0.55％，Mn：2.1
‑
2.9％，Nb：0.01
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0.04％，Al：0.015
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0.04％，B：0.001
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0.005％，0＜N≤0.006％；余量为Fe和不可避免的杂质；其中Al/N≥3。3.如权利要求1或2所述的高强韧贝氏体地质钻探管，其特征在于，在不可避免的杂质中，S≤0.01％，P≤0.005％。4.如权利要求1或2所述的高强韧贝氏体地质钻探管，其特征在于，其微观组织的主体为粒状贝氏体，其尺寸为4
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10μm。5.如权利要求1或2所述的高强韧贝氏体地质钻探管，其特征在于，其微观组织还含有相比例为3
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5％的奥氏体。6.如权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文，刘耀恒，张忠铧，胡平，马燕楠，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：