專(zhuān)利名稱(chēng)：制造j55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明型涉及低合金鋼，特別是用于制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，屬合金鋼技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，石油天然氣工業(yè)J55級(jí)油井套管采用無(wú)縫管和直縫焊管(ERW)，直縫焊管是近年來(lái)發(fā)展較快的一種產(chǎn)品，由于直縫焊套管具有壁厚均勻、幾何尺寸精度高、材料含碳量低、射孔后孔眼無(wú)撕裂，且價(jià)格便宜等優(yōu)勢(shì)，用熱軋板卷和中寬帶制造的直縫焊套管已經(jīng)逐漸替代傳統(tǒng)的無(wú)縫鋼管。制造J55級(jí)石油套管的熱軋鋼帶在強(qiáng)度、韌性、塑性、可焊性等性能方面以及尺寸精度等方面提出了更高的要求，隨著微合金化技術(shù)和控軋控冷(TMCP)工藝的發(fā)展，為制造焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼提供了更廣闊的發(fā)展空間，國(guó)內(nèi)外很多鋼鐵公司競(jìng)相研制開(kāi)發(fā)此類(lèi)產(chǎn)品，毫無(wú)疑問(wèn)，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)J55級(jí)焊接石油套管的基礎(chǔ)是必須開(kāi)發(fā)出能夠滿足強(qiáng)度、韌性、塑性、可焊性等方面性能要求的低合金高強(qiáng)度鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于提供制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，所述鋼種化學(xué)成分配比可避開(kāi)了包晶反應(yīng)區(qū)、鑄坯矯直脆性區(qū)，從而使生產(chǎn)的鑄坯表面質(zhì)量?jī)?yōu)異且生產(chǎn)過(guò)程容易控制。
本發(fā)明所稱(chēng)問(wèn)題是以下技術(shù)方案解決的一種制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特別之處是化學(xué)成分配比如下C0.07～0.12％Si0.10～0.35％Mn1.40～1.55％、P≤0.020％、S≤0.012％、Nb0.015～0.030％、Als0.008～0.060％、余量Fe。
上述制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，所述化學(xué)成分配比優(yōu)選如下C0.08～0.10％ Si0.22～0.28％ Mn1.42～1.48％、P≤0.015％、S≤0.008％、Nb0.018～0.028％、Als0.010～0.040％、余量Fe。
一種制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特別之處是，化學(xué)成分配比如下C0.16～0.21％、Si0.10～0.35％、Mn1.00～1.30％、P≤0.020％、S≤0.012％、V0.020～0.070％、Als0.008～0.060％、余量Fe。
上述制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，所述化學(xué)成分配比優(yōu)選如下C0.17～0.19％ Si0.22～0.28％ Mn1.10～1.20％、P≤0.015％、S≤0.008％、V0.030～0.050％、Als0.010～0.040％、余量Fe。
上述制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，所述力學(xué)性能技術(shù)指標(biāo)如下屈服強(qiáng)度Rel(Rp0.5)379～552Mpa抗拉強(qiáng)度Rm≥517Mpa伸長(zhǎng)率A≥21％冷彎180°d＝2a a試樣厚度 d彎心直徑?jīng)_擊功V型溫度-10℃橫向≥20J本發(fā)明所提供用于制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼配方，在合理控制碳、錳、硅含量的基礎(chǔ)上加入合金元素釩或鈮，可在冶煉過(guò)程中避開(kāi)包晶反應(yīng)區(qū)，澆鑄過(guò)程中避開(kāi)鑄坯矯直脆性區(qū)，從而使所生產(chǎn)的鑄坯表面質(zhì)量?jī)?yōu)于其它化學(xué)成分配比的鑄坯，且生產(chǎn)過(guò)程容易控制；同時(shí)可以保證熱軋后鋼帶的各項(xiàng)性能指標(biāo)。檢測(cè)指標(biāo)表明，按照本發(fā)明配方生產(chǎn)的合金鋼其力學(xué)性能指標(biāo)完全可以滿足相關(guān)產(chǎn)品要求，采用上述兩種成分生產(chǎn)的鋼坯軋制成中寬鋼帶或卷板，經(jīng)切邊、卷管、焊接等工序制作的J55級(jí)焊接石油套管產(chǎn)品其焊縫外觀質(zhì)量及內(nèi)部金相組織均優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的兩種制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼配方，采用低碳、高錳，添加微量合金元素Nb或V。這兩種鋼的配方中主要合金元素在鋼中作用分析如下1.Mn在非調(diào)質(zhì)鋼的設(shè)計(jì)中，通常采用降低C含量，增加Mn含量，以達(dá)到提高強(qiáng)度的同時(shí)韌性不致下降過(guò)快的目的。Mn具有固溶強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化的作用，但其含量過(guò)多時(shí)，會(huì)使相變溫度下降過(guò)多，組織中將出現(xiàn)貝氏體，降低韌性。本發(fā)明的兩個(gè)方案中其一C0.07～0.12％ Mn 1.40～1.55％；其二C 0.16～0.21％、Mn1.00～1.30％，通過(guò)合理控制碳、錳含量，實(shí)現(xiàn)提高強(qiáng)度和保持一定韌性的目的。
2.VV為微量合金元素，添加V是本發(fā)明其中一個(gè)配方的重要改進(jìn)。①對(duì)組織的影響釩在鋼中的碳化物V4C3極為穩(wěn)定，只有在高溫下才能緩緩地溶入奧氏體中。V4C3通常以細(xì)小顆粒狀態(tài)存在，他們一般足以抑制鋼中晶界的移動(dòng)和晶粒長(zhǎng)大。因此，含釩鋼大都是細(xì)晶粒的。碳素鋼的晶粒度隨釩含量的增加而細(xì)化，而晶粒粗化溫度則隨釩含量的增加而提高。只有當(dāng)V4C3在高溫下溶解后，鋼的晶粒才長(zhǎng)大粗化。釩和氮的親和力很強(qiáng)，易形成氮化物，常以立方晶體的VN存在鋼中。②對(duì)熱處理的影響釩對(duì)鋼相變的影響，要根據(jù)它所存在的狀態(tài)而定。概括地說(shuō)，當(dāng)溶入固溶體時(shí)，由于它降低碳的擴(kuò)散速度，它自己也需要時(shí)間擴(kuò)散，因而將使相變進(jìn)行緩慢；相反，若以碳化物顆粒存在時(shí)，由于它使鋼的晶粒細(xì)化，同時(shí)這些碳化物顆粒的存在，既可以作為新相的結(jié)晶核心，又固定了鋼中一部分的碳和釩使之不參與相變，從而使固溶體中碳和釩的實(shí)際含量減少，因此將加速相變的進(jìn)行。釩提高鋼的上臨界點(diǎn)，同時(shí)因?yàn)殁C的碳化物溶解較慢，所以含釩鋼的正火和淬火溫度一般須高于不含釩的相應(yīng)鋼種和正火和淬火溫度，保溫時(shí)間也要適當(dāng)加長(zhǎng)。③對(duì)力學(xué)性能的影響對(duì)于中碳含量的鋼，無(wú)論是退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)，釩能提高鋼的強(qiáng)度，特別是屈服點(diǎn)和屈強(qiáng)比，還改善鋼的強(qiáng)度和韌性。④對(duì)焊接性能的影響釩能顯著地改善低碳低合金鋼的焊接性。這主要是釩能細(xì)化焊接金屬的鑄態(tài)組織和減小熱影響區(qū)的過(guò)熱敏感性，防止熱影響區(qū)內(nèi)靠近熔化線的金屬的晶粒過(guò)度地長(zhǎng)大和粗化。另外，由于釩固定了鋼中一部分碳，降低了鋼的淬透性，可以防止熱影響區(qū)內(nèi)形成馬氏體或其他較硬組織，從而使熱影響區(qū)的硬度不至過(guò)高，塑性和韌性不至于過(guò)度地降低。
3.NbNb也是微量合金元素，添加Nb是本發(fā)明另一個(gè)方案的重要改進(jìn)。①對(duì)組織和熱處理的影響鈮可以顯著地細(xì)化晶粒，提高晶粒粗化溫度。鈮細(xì)化晶粒的強(qiáng)烈效果與在軋制時(shí)碳氮化鈮析出延遲奧氏體的再結(jié)晶有關(guān)系，鈮阻止在軋制最后階段奧氏體的再結(jié)晶，促進(jìn)了扁平晶粒的變形，從而導(dǎo)致非常細(xì)的鐵素體晶粒。鈮的另一個(gè)重要影響是在中低碳鋼中降低轉(zhuǎn)變溫度促使貝氏體組織的形成。降低轉(zhuǎn)變溫度是由于在控制軋制過(guò)程中仍有一部分鈮留在固溶體中而沒(méi)有發(fā)生沉淀反應(yīng)。②對(duì)力學(xué)性能的影響低合金鋼中加入0.005～0.05％的鈮能提高鋼的屈服強(qiáng)度和沖擊韌性，降低其脆性轉(zhuǎn)變溫度，并改善其焊接性能。對(duì)錳含量較高的鋼效果更為顯著。鈮之所以能提高低合金鋼的強(qiáng)度和韌性，主要是它細(xì)化鋼的晶粒以及碳氮化鈮沉淀強(qiáng)化的結(jié)果。
以下提供幾個(gè)實(shí)施例化學(xué)成分含量重量百分比如下表
本發(fā)明所述低合金高強(qiáng)度鋼，按照上述化學(xué)成分配比冶煉，經(jīng)鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄保護(hù)澆鑄等工藝，生產(chǎn)出低合金高強(qiáng)度鋼鋼坯；再經(jīng)熱軋及層流冷卻后生產(chǎn)出中寬帶鋼或板卷。
其物理性能技術(shù)指標(biāo)為屈服強(qiáng)度Rel(Rp0.5)379～552Mpa抗拉強(qiáng)度Rm≥517Mpa伸長(zhǎng)率A≥21％冷彎180°d＝2a a試樣厚度 d彎心直徑?jīng)_擊功V型溫度-10℃橫向≥20J。
權(quán)利要求
1.一種制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特征在于化學(xué)成分配比如下C0.07～0.12％Si0.10～0.35％Mn1.40～1.55％、P≤0.020％、S≤0.012％、Nb0.015～0.030％、Als0.008～0.060％、余量Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特征在于，化學(xué)成分配比如下C0.08～0.10％Si0.22～0.28％Mn1.42～1.48％、P≤0.015％、S≤0.008％、Nb0.018～0.028％、Als0.010～0.040％、余量Fe。
3.一種制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特征在于，化學(xué)成分配比如下C0.16～0.21％、Si0.10～0.35％、Mn1.00～1.30％、P≤0.020％、S≤0.012％、V0.020～0.070％、Als0.008～0.060％、余量Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特征在于，化學(xué)成分配比如下C0.17～0.19％Si0.22～0.28％Mn1.10～1.20％、P≤0.015％、S≤0.008％、V0.030～0.050％、Als0.010～0.040％、余量Fe。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特征在于力學(xué)性能技術(shù)指標(biāo)如下屈服強(qiáng)度Rel(Rp0.5)379～552Mpa抗拉強(qiáng)度Rm≥517Mpa伸長(zhǎng)率A≥21％冷彎180°d＝2a a試樣厚度 d彎心直徑?jīng)_擊功V型 溫度-10℃ 橫向≥20J。
全文摘要
一種制造J55級(jí)焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，屬合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，用于解決提高鑄坯表面質(zhì)量且容易控制生產(chǎn)過(guò)程的問(wèn)題?；瘜W(xué)成分為C0.16－0.21％，Si0.10－0.35％，Mn1.00－1.30％，P≤0.020％，S≤0.012％，V0.020－0.070％，Als0.008－0.060％，余量Fe；或C0.07－0.12％，Si0.10－0.35％，Mn1.40－1.55％，P≤0.020％，S≤0.012％，Nb0.015－0.030％，Als0.008－0.060％，余量Fe?？稍跐茶T過(guò)程中避開(kāi)包晶反應(yīng)區(qū)及鑄坯矯直脆性區(qū)，使鑄坯表面質(zhì)量?jī)?yōu)于其它化學(xué)成分配比，且生產(chǎn)過(guò)程易控制，并可保證熱軋后的鋼帶滿足J55級(jí)套管所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)。
文檔編號(hào)C21D8/00GK1924061SQ20061004835
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者侯基林, 張貴磊, 迪林, 游建雄, 李?lèi)?ài)柏, 劉江偉, 程新宇, 楊百龍, 徐濤 申請(qǐng)人:唐山建龍實(shí)業(yè)有限公司