科技项目立项报告

外径127mm以下规格油套管调质后管体淬火裂纹影响因素的研究立项报告

一、立项的背景与意义

1.1背景钢管是石油工业的基础物资，石油行业是仅次于建筑行业的钢管消耗大户，随着世界石油需求的不断增长，国内外油田钻井数量年年递增，石油专用管材（简称OCTG）需求量迅猛增加石油专用管材包括套管、油管、钻杆、钻铤等石油勘探开发的钻井作业必须使用钻杆和钻铤，固井必须使用套管，采油则必须使用油管根据统计，油井每钻进1米约需消耗油井管62千克，其中套管48千克、油管10千克、钻杆3千克、钻铤

0.5千克高钢级的油套管都需要在热钢管轧制完成后进行调质处理，但在热处理过程中存在着下述问题

1、一些含碳量较高的钢管淬火时裂纹较多

2、高钢级的钢管调质探伤合格率低＜77虬

3、经常性的出现批量调质裂纹本项目的目的就是为了解决上述问题，提高产品成材率，达到降低成本的目的

1.2意义经济效益十分显著该项目成功后，油套管调质后管体淬火裂纹将明显得到改善，合格率达到94%以上，每年利润在1200万元以上

二、国内外研究现状与发展趋势淬火及回火是热处理中比较复杂的工艺，也是赋予油套管最终性能的关键工序由于API标准对油套管只规定了P、S和力学性能等指标，而不限定化学成分，因此用同一化学成分的钢种通过不同的热处理制度，可以在一定的范围内生产出不同用途的油套管利用轧后余热进行常化或淬火，然后在回火炉中回火，已成为钢管生产工艺改革的一个重要发展趋势这项技术在日本四大钢管厂家中得到运用，技术水平也最高，目前已成功地生产出C

75、N

80、P110级石油钢管和相应钢级的管线管由于取消淬火加热，吨钢节能大约

1.

171.25X106KJ,并且费用比传统的淬火回火热处理工艺低25%左右〜目前国内高钢级油套管一般采用轧后重新加热、水淬、回火处理相对于正火和油淬火而言，水淬火可以减少环境污染，降低管材成本，提高管材性能但是由于水淬火的冷却速度较快，钢管在淬火时的淬裂、淬弯倾向增加，因此技术难度还是相当大的我们通过对缺陷样品取样检测和分析，同时对表面裂纹产生机理进行了分析，经典理论告诉我们热处理钢件的淬裂与钢中的C含量有密切的关系，C含量越高则淬裂的可能性越大，其次是Mn其余降低MS的合金元素也增加了淬裂的可能性C含量在

0.4%以下，MS在33（TC以上的钢是不易发生淬火裂纹的该钢级裂纹微区所做的检测中没有夹杂物的存在，不会产生大的组织应力和热应力；该品种的规格壁厚很薄，在淬火时完全能够淬透；金相显示该裂纹的外表面没有脱碳层，不会因为表面的脱碳而形成网状裂纹，因而该形式裂纹是钢中的残余有害元素造成，在钢管轧制完成后已经形成网状裂纹，并在调质过程中将裂纹扩大，最终在回火后暴露钢中残余元素Cr、Ni、Cu及“五害”元素Pb、Sn、As、Sb、Bi对油井管用钢质量、性能有相当大的影响钢中Zn、Pb、Sb等残余元素具有较高的蒸汽压，在炼钢温度下较易蒸发而除去，为易去除元素，Cr、Mn等元素也可根据钢材对其含量的要求而去除；而Cu、Sn、Ni、Mo等元素特别是Cu、Sn元素，由于其氧化位能比铁元素低，用正常的炼钢方法很难去除，As也是如此H、N、Si、P、S、Ge、As、Sb、Sn、Te、Bi为脆性元素;Mn、Ni为与脆性元素协偏聚元素;Cr为脆性增强元素，Ti、Mo为阻止偏聚元素Sn、Sb、As等元素在钢材表面富集程度可达到钢基体平均含量20140倍，在1000—1300（轧制温度下呈液相存在，并向钢坯表面晶界〜内渗透使晶界结合力下降，使钢坯在轧制过程中形成网状裂纹，即红脆经过在12509加热2h，在轧制钢坯表面用电子探针可测出以上元素低熔点合金的存在这种低熔点合金对晶界有相当强的扩散渗透能力,并沿晶界向钢坯内部扩散，使钢坯在继续轧制时沿晶破裂，在表面形成网状微裂缝（深度

0.05~

0.08mm）o选择合适的Cr、Mn、Mo含量，降低了钢中五害元素和S、P含量，大大降低了表面裂纹的产生，完全可以满足生产的要求

三、项目实施主要内容、技术关键与创新点、预期目标项目实施主要内容

1、对材料的淬火裂纹进行理论研究；

2、热处理工艺优化；

3、改造水淬装置，保证外喷更加均匀；

4、针对不同钢管调质前后的探伤情况进行跟踪对比，找出不合格的原因；

5、冷却速度的控制及冷却介质的优化；

6、炼钢成分范围（C元素波动范围4个单位以下）稳定性及钢的夹杂物的控制关键技术

1、相变组织精确控制高钢级油套管加热后快速冷却到马氏体转变温度以下，然后在适当的温度回火，从而得到回火索氏体组织淬火马氏体形态直接影响到回火索氏体组织精细程度，从而影响钢管性能因此相变组织的精细控制是产品质量的根本保证加热速度、保温时间、冷却速度、在介质中停留时间、淬火介质温度、回火前停留时间等都是相变规律的影响因素因此，淬火过程中，油套管组织演变规律的研究是实现精细组织和性能控制的基础

2、热处理钢管缺陷抑制热处理裂纹、残余应力、性能不和、脆性是钢管在热处理过程中易于出现缺陷，就其原因与热处理原始组织、热处理工艺参数不当密切相关预期目标该项目成功后，热处理后钢管成材率将大幅提高，年利润在1200万元以上

四、应用或产业化前景与市场需求随着世界石油需求的不断增长，国内外油田钻井数量年年递增，石油专用管材（简称OCTG）需求量迅猛增加石油专用管材包括套管、油管、钻杆、钻铤等石油勘探开发的钻井作业必须使用钻杆和钻铤，固井必须使用套管，采油则必须使用油管

五、现有工作基础、条件和优势

1、技术基础衡管近年来通过大规模技术改造，炼钢拥有一批国内外先进装备与技术，主要有偏心底水冷电炉、LF钢包精炼炉、VD真空精炼炉、圆管坯水平连铸机和弧形连铸机衡管近几年持续不断加强高品质特殊无缝钢管用圆管坯的基础研究和品种开发，在钢的微合金化、夹杂物纳米化、洁净钢生产技术、产品表面质量研究等方面进行了大量的工作我公司采用当今世界上最先进的“锥形辐穿孔+6机架连轧管+24机架张力减径”生产工艺路线，产品表面质量好、尺寸精度高

2、项目的研究基础衡管钢管产量仅次于国内最大的天津无缝钢管厂，是中国也是世界第二大专业生产无缝钢管的企业在生产油田用无缝钢管、高压锅炉用无缝钢管、特殊机械用无缝钢管三大类产品方面取得了很大的成绩衡管在大口径碳素高锅管开发方面走在国内的前列在科研方面，衡管得到了国家和省市的大力支持，开展了多项国家和省市的重点科技项目并取得了较好的成绩，如《特殊油井管开发》被列为国家二00一年重点创新项目（国经贸技术

[2001]441）、《C90抗腐蚀生油管》被列为2006年国家重点新产品开发项目（项目编号2006GRD20012）,《管坯水平连铸全连铸生产技术开发》，获湖南省科学技术进步二等奖（湘科字

（99）第001号，项目编号:9904081）等

3、技术力量衡阳华菱连轧管有限公司现拥有一支强大的技术开发团队，科技人员858人，其中从事研发人员355人，教授级高工4人，博士研究生2人，硕士研究生27人，高级工程师65人，工程师91人有多年开发、生产高压锅炉管的专业知识和生产经验，并且和国内各大锅炉厂的技术部门有着多年的合作关系，已成为公司科研的强力技术平台

六、项目实施方案、组织方式与课题分解该项目由我公司自主研发，并对省科技厅负责，主要承担单位为公司技术中心和相关分厂项目分为三部分，即市场调研与技术可行性分析、试生产与成果鉴定详细实施方案如下1）市场调研与技术可行性分析承担部门为技术中心2）试生产承担部门为技术中心、炼钢分厂与89分厂、管加工分厂3）成果鉴定承担部门为技术中心进度安排与年度计划内容

七、

1、2007年7月方案的制定

2、热处理工艺试验2007年8月-—2008年4月

3、2008年2月一-2008年5月热处理工艺优化

4、2008年6月--2008年8月试验总结

八、承担单位和主要研究人员简况本项目由我司自主完成，主要承担单位为技术中心和89分厂、管加工分厂、炼钢分厂主要研究人员如下项目主要参与人员名单对本项目的主要贡序号姓名文化程度职称工作单位献1陈绍林硕士高级工程师衡阳华菱连轧管有限公司主持2周勇本科高级工程师衡阳华菱连轧管有限公司热处理生产协调3左著本科高级工程师衡阳华菱连轧管有限公司炼钢技术4孙群保本科高级工程师衡阳华菱连轧管有限公司炼钢生产协调5邓丕安本科高级工程师衡阳华菱连轧管有限公司轧钢工艺6赵建明本科工程师衡阳华菱连轧管有限公司产品检验7龙功名本科高级工程师衡阳华菱连轧管有限公司轧管技术协调8范振远本科工程师衡阳华菱连轧管有限公司热处理工艺9邱宁大专工程师衡阳华菱连轧管有限公司分析与协调

九、经费预算来源、使用计划及还款能力分析以公司自主开发方式进行研究开发项目总投资1450万元，全部由公司自筹

1.申请经费构成（单位万元）来源2006年2007年合计市科技经费科技厅科技经费国家有关部委拨款依托单位匹配经费承担单位自筹经费6508001450银行贷款其他6508001450合计

2.课题费用预算及年度投资表（单位:万元）科目2006年2007年合计人员人工253055直接投入300350650科目2006年2007年合计折旧费用与长期费用摊销5050100装备调试费260350610其他费用1520356508001450合计

十、经济、社会效益分析

1、经济效益分析外径DW127nlm以下规格油套管调质后成材率大大提高，调质过程中淬火裂纹基本消除，年利润在1200万元以上该产品开发成功后，可直接为公司带来经济效益

2、社会效益分析项目完成后，由于成材率大大提高，生产成本将降低，我公司将形成无缝钢管生产的核心竞争力，将极大地提高公司产品的档次和附加值，提升无缝钢管生产技术，使衡阳成为中南地区最大的无健钢管产品专业生产和深加工基地同时,可带动我省整体冶金生产技术水平的发展和提高该项目还可大力促进地方经济的发展，在衡阳市周边地带形成管材深加工配套工业园区，形成产业链和产业集群，带动区域经济的快速发展。