非调质钢是在中碳锰钢的基础上加入钒、铌、氮等微合金化元素。利用控温轧制过程中的高温形变及随后的冷却,控制微合金化合物的析出,来产生晶粒细化作用,从而使钢强化。这类钢在轧制状态下的力学性能可接近或达到一般调质状态钢的力学性能水平。因此,应用非调质钢时可省略掉调质处理工序,这样可以缩短生产周期、节约能源、降低生产成本。本文叙述了国内外微合金非调质钢和油井管的发展和研究现状,探讨了微合金非调质钢的强韧化途径以及钒、铌、氮在非调质钢中的作用。通过实验室炼钢、锻钢,最后加工成所需的试样进行分析,得出钒、铌、氮对N80级非调质石油套管组织和性能的影响规律。通过对钢的强韧化分析,得出钒、铌、氮三种元素可同时提高钢的强韧性,为此设计出4种成分的N80级非调质钢,分析钒、铌、氮三种元素对N80级非调质石油套管组织和性能的影响规律;根据N80级钢的动态CCT曲线,设计出4个不同的热模拟加工工艺,分析热模拟工艺对N80级非调质石油套管组织和性能的影响。主要结论如下:(1)钒、铌、氮三种元素在N80非调质石油套管中均可以起到细化铁素体晶粒,增加珠光体体积百分数的作用。(2)向N80非调质石油套管钢中单独添加钒、铌、氮三种元素时,随着钒、铌、氮含量的增加,冲击韧性随之降低,强度随之提高。(3)当同时添加钒、铌、氮三种元素的时候,在保证不损失韧性和塑性的同时可大幅度提高N80非调质石油套管的强度。(4)通过热模拟试验,得出最佳控冷终止温度为550℃,此时基本完成奥氏体向铁素体和珠光体的转变。选择第三道次加工温度较高的工艺,可以提高N80非调质石油套管的硬度。