耐腐蚀高性能油井管坯用热轧圆钢QG-1的开发

2021-03-16吴佳伟崔彦斌张莉莉

山东冶金 2021年1期

赵强，吴佳伟，崔彦斌，张莉莉，刘环

（青岛特殊钢铁有限公司，山东青岛266000）

1 前言

油井管是大型油井的关键设备，油井管坯钢是生产油井管的专用材。近年来，随着石油行业的快速发展，油井管及其管坯钢用量越来越大。根据三大石油公司的需求预测，我国油井管年平均需求量约为320万t。经过半个多世纪的发展，我国API标准的油井管基本100%实现国产化。但是，国产油井管与国外同钢级、同规格进口产品相比，在品种、质量和科研开发方面还存在着一定的差距，尤其反映在产品实物质量水平和使用性能方面。如何根据用户需求开发出性能优异的高品质油井管坯用钢，成为越来越多特钢企业研究的重点方向。根据市场和用户需求，通过控制冶炼和轧制工艺，青岛特钢开发出市场潜力巨大的耐腐蚀高性能经济型油井管坯用钢QG-1，创造了显著经济效益。

2 研发过程

2.1 主要技术指标

化学成分。管坯用钢QG-1主要技术指标见表1。氧含量≤15×10-6，氢含量≤3×10-6。五害元素之和，（Sn+Sb+As+Pb+Bi）≤0.035%非金属夹杂物。轧材A、B、C、D类（粗系和细系）夹杂物均≯1.5级，且四类夹杂物总和≯4级。晶粒度≥6级。低倍组织：一般疏松、中心疏松和偏析≯2.0级。

表1 管坯用钢QG-1化学成分（熔炼分析） %

油井管坯用钢研发工艺流程：高炉铁水→KR脱硫→100 t 转炉冶炼→100 tLF 炉外精炼→RH 真空处理→方坯连铸→热送轧制→精整→包装→入库→发货。

2.2 关键技术和主要指标的控制

根据客户提出的性能要求和管坯钢的使用条件，通过设计合理的钢种成分，采取措施严格控制钢水中P、S 及As、Sb、Pb、Bi、Sn、H 等残余元素含量；充分利用微合金元素的析出强化和细化晶粒作用，保证产品组织和强韧性达到理想水平；改进精炼造渣脱氧制度，做好保护浇注防止钢水二次氧化；轧制时严格控制加热、轧制温度和冷却速度，保证圆钢性能。关键工艺控制措施如下。

1）转炉脱磷技术。为保证成品管的耐腐蚀性能，通过采用转炉炉后扒渣工艺解决出钢时钢水回磷问题，将成磷含量控制在0.012%以下。

2）钢洁净度控制技术。为提高钢水纯净度，经过多次试验优化，确定从转炉出钢控制、LF精炼造渣脱氧、钢水钙处理、RH 真空循环处理、软吹氩搅拌、连铸保护浇注、中间包覆盖剂和保护渣的选择、稳定拉速等技术，解决了该钢种氧、氢含量和夹杂物控制问题。

3）夹杂物变性技术。为合理稳定控制LF炉渣成分和碱度，保证夹杂物变性、塑性化，使夹杂物组分控制在三元相图的塑性区域内，稳定精炼炉炉渣碱度和成分。

4）连铸坯中心偏析控制技术。为控制连铸坯中心偏析，严格控制钢水过热度，根据钢种特性选用合适的二冷段冷却方式和电磁搅拌工艺参数。通过对比连铸坯、成品内部质量，确定最佳工艺参数，有效改善铸坯中心偏析。

5）新型浸入式水口保护浇铸技术。通过流场模拟，对水口设计参数进行优化，设计新型浸入式水口，有效降低夹杂物尺寸和级别，中心偏析也得到一定改善，该项技术已获得国家专利。

6）控轧控冷技术。为获得较好组织状态，保证后续热处理穿管工艺的顺利进行，管坯钢需要进行合理的控轧控冷。通过控轧控冷技术，有效抑制了异常组织（马氏体）的产生。轧后圆钢入缓冷坑缓冷，通过缓冷能够降低冷却过程产生的组织应力和热应力，防止白点以及心部裂纹的产生。

3 产品质量状况

通过一系列技术攻关和工艺优化，成功开发出低铝低氧洁净油井管坯用钢QG-1，并确保产品质量稳定和批量生产。为保证最终产品质量稳定性，冶炼过程采用窄成分控制技术，同时为保证最终产品的性能，进行了内部控氮。钢材化学成分见表2。由表2 可以看出，生产的油井管坯钢成分控制精确、P/S及五害残余元素的含量低，控氮情况良好。