專利名稱：690MPa級電阻焊石油套管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高強度低合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種ERW (ERW,Electric ResistanceWeld,電阻焊)套管及其制造方法，特別涉及API SPEC 5CT中一種抗拉強度為690MPa級別的N80Q石油套管及其制造方法，其熱軋態(tài)鋼帶性能為J55鋼級，整管調(diào)質(zhì)后性能為N80Q鋼級。
背景技術(shù)：
石油套管是油田最常用的石油專用管材之一，用量大，花錢多，是油氣田鉆采作業(yè)中必不可少的施工材料。ERW套管與無縫管相比，具有壁厚均勻、尺寸精度高、射孔性能好、抗擠毀能力強、成本低等顯著優(yōu)勢。API SPEC 5CT規(guī)定N80Q級別鋼管的屈服強度在552_785MPa之間，抗拉強度彡689MPa，伸長率彡19% ;21°C時橫向夏比沖擊功彡24J。由于該鋼級套管強度較高，抗拉強度達690MPa，如果熱軋態(tài)的鋼帶達到該強度，勢必需要添加大量貴重合金來提高強度，增加合金成本，且鋼管的母材和焊縫組織性能無法達到一致；同時該強度達到了 ERW機組制管能力的極限，如果直接采用該強度的熱軋鋼帶制管，鋼管的成型難度大，鋼管的尺寸精度和圓度難于保證。因此，可采用熱軋態(tài)強度較低的J55熱軋鋼帶進行ERW焊接制管，然后進行整管熱處理，使鋼管的最終性能達到N80Q級別水平。而且焊縫和管體進行相同的熱處理工藝，得到的最終組織相同，有效減輕焊縫與管體的組織、性能差異，消除殘余應(yīng)力，提高鋼管整體的質(zhì)量。以下為制造調(diào)質(zhì)態(tài)N80Q直縫焊石油套管的現(xiàn)有技術(shù)I)中國專利CN101376943A，80ksi鋼級直縫焊石油套管用鋼、套管及制造方法。其成分中含c :0. 15%-0· 35%，Mn :0. 8%-1. 5%，Mo :0. 1%_0· 5%，制管后進行整管調(diào)質(zhì)熱處理。該專利中添加貴重元素Mo，合金成本高。2)中國專利CN101643883A，N80、P110、L80鋼級直縫焊石油套管用鋼及套管制造。成分中 C 0. 10%-0. 24%, Mn 1. 4%-1. 6%, Cr 0. 3%-0. 6%, Nb 0. 12%_0· 14%, V 0. 08%-0. 12%,制管后進行整管調(diào)質(zhì)熱處理。該專利中添加貴重元素Nb、V,且含量高，合金成本高。3)日本專利JP58199818A，高強度油井用鋼管制造方法。成分中C :0. 28%_0. 35%，Mn :1. 40%-2. 00%, Mo :0. 1%_0· 3%, V :0. 02%_0· 10%，制管后整管進行正火熱處理。該專利中添加貴重元素Mo，合金成本高；C含量偏高，影響鋼帶沖擊韌性。4)日本專利JP58093821A，油井用電阻焊鋼管的制造方法。成分中C :
O.23%-0. 26%, Mn 1. 8%-2. 0%, Cr 0. 30%-0. 35%, V 0. 03%-0. 10%，制管后整管進行正火或調(diào)質(zhì)熱處理。該專利中C含量偏高，影響鋼帶的沖擊韌性；同時Mn、Cr含量也高，造成碳當(dāng)量偏高(Ceq 0. 60%-0. 68%)，鋼帶的焊接性不良。5)日本專利JP58199819A，高強度油井用鋼管制造方法。成分中C :0. 30%_0. 35%，Mn :1. 60%-2· 00%, V :0. 05%_0· 09%,制管后整管進行正火熱處理。該專利中C含量偏高，影響鋼帶的沖擊韌性含量高，合金成本高；同時Mn含量也高，造成碳當(dāng)量偏高(Ceq O.58%-0. 70%)，鋼帶的焊接性不良。6)日本專利JP59170223A，正火型均質(zhì)高強度油井電阻焊鋼管制造方法。成分中 C 0. 25%-0. 40%, Mn 1. 20%-1. 80%, V 0. 01-0. 20%,選擇性加入 Mo 0. 05%-0. 50%, Nb
0.01%-0. 055%, B :0. 0001%-0. 0002%，制管后整管進行正火熱處理。該專利中C含量偏高，影響鋼帶的沖擊韌性；當(dāng)V達到O. 18%時，不添加Mo，當(dāng)V彡O. 12%時，添加Mo彡O. 22%，V或Mo的合金成本高。7)論文“熱處理對N80級ERW套管鋼組織與性能的影響”，成分中C :0. 13%，Mn
1.49%, Si :0. 26%, Mo :0. 25%, Cr :0. 66%, Ni :0. 25%, Nb :0. 041%, S :0. 04%, Ti :0. 023%, P
O.01%。該論文中添加貴重合金元素Mo、Ni、Nb和大量Cr，合金成本高。
8)論文“N80級ERW石油套管用鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變行為的研究”，成分中C :
O.200%-0. 212%, Mn 1. 000%-1. 070%, Si 0. 18%-0. 25%, Nb+Mo+Cr :0· 242%_0· 580%, Ti+Al
O.015%-0. 050%。該論文中添加貴重合金元素Mo、Nb，合金成本高。以上公開的專利或文獻中，有的添加較多貴重合金Mo、Nb、V，合金成本高；有的碳含量偏高，鋼帶韌性不良；有的碳當(dāng)量偏高，鋼帶焊接性不良。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足，提供一種抗拉強度690MPa級高頻電阻焊石油套管及其制造方法，特別是采用中碳添加少量V設(shè)計，熱軋態(tài)鋼帶性能為J55級別，整管調(diào)質(zhì)熱處理后性能為N80Q級別的直縫電阻焊(ERW)石油套管及其制造方法。本發(fā)明技術(shù)方案之一是提出一種690MPa級電阻焊石油套管，其化學(xué)成分(重量百分比)配比如下C 0. 15%-0. 23%, Si 0. 15%-0. 30%, Mn 1. 25%_1· 58%, P :彡 O. 020%, S (O. 008%, Ti 0. 010%-0. 030%, Als 0. 02%_0· 05%, V 0. 020%_0· 048%, N ^ O. 008%，其余
為Fe和不可避免雜質(zhì)。C :碳為碳化物形成元素，是保證強度的最有效元素，可以提高淬透性和熱處理后性能穩(wěn)定性，保證高溫長時間回火時材料強度，因此，碳含量不宜過低；但碳含量過高將影響產(chǎn)品的沖擊韌性，其最佳范圍是O. 15%-0. 23%。Si :可以起到固溶強化作用，但其含量過高會使鋼的塑性和韌性降低，其最佳范圍是 O. 15% -O. 30%。Mn:錳具有固溶強化作用，還能增加奧氏體穩(wěn)定性，對提高淬透性也有利，有效保證鋼的強度。但錳含量過大，可增加連鑄坯的中心偏析傾向，影響熱軋鋼材的組織均勻性，給焊縫質(zhì)量帶來負面影響，其最佳范圍是I. 25%-1. 58%。P :磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞，應(yīng)控制其含量< O. 020%。S :硫是鋼中有害元素，使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，焊接性能也不利，為保證鋼水的高純凈度，應(yīng)控制其含量< O. 008%。V :釩的碳氮化物在鐵素體中以細小彌散形式均勻析出，可以顯著提高材料的屈服強度和抗拉強度，但過高會增加合金成本，合適的范圍是O. 020%-0. 048%。Ti :鈦是強的固氮元素，加入O. 015%左右Ti時，可在板坯連鑄時形成高溫穩(wěn)定細小的TiN析出相，這種細小的TiN析出相可有效阻止連鑄坯在加熱過程中奧氏體晶粒的長大，同時對改善鋼焊接時熱影響區(qū)的韌性有明顯作用，合適的范圍是O. 010%-0. 030%。Als :鋁是常用的脫氧劑，在鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，合適的范圍是O. 02%-0. 05%。N :固溶氮有釘扎位錯的強烈作用，對韌性有不良影響，應(yīng)控制其含量< O. 008%本發(fā)明技術(shù)方案之二是提出一種690MPa級電阻焊石油套管的制造方法，包括鐵水預(yù)處理、鋼水冶煉、爐外精煉和板坯連鑄、連鑄坯再加熱、軋制、冷卻、卷取、制管和整管熱處理。其特征是I)冶煉連鑄工藝鐵水預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐冶煉——經(jīng)頂吹或頂?shù)讖?fù)合吹煉，LF爐輕 脫硫處理及進行鈣處理以控制夾雜物形態(tài)和提高鋼的延展性、韌性和冷彎性能；板坯連鑄——連鑄采用電磁攪拌或動態(tài)輕壓下、以提高連鑄板坯的質(zhì)量。 2)軋制工藝連鑄板坯經(jīng)加熱爐加熱至1180-1280°C，隨后經(jīng)熱連軋機組采用兩階段控制軋制，第一階段開軋溫度為1130-1280°C，終軋溫度大于960°C，第二階段開軋溫度小于950°C，終軋溫度為760-850°C，軋后鋼帶以8-18°C /s的速度進行冷卻，在560-640°C溫度進行鋼帶卷取。熱軋態(tài)鋼帶的屈服強度為379-552MPa，抗拉強度為520-690MPa。3)制焊管鋼帶經(jīng)過ERW機組進行高頻/中頻電阻焊制成強度為J55級別的鋼管。4)整管調(diào)質(zhì)熱處理工藝經(jīng)ERW制管后，整管加熱到880-940°C，保溫30min以上，水淬；再把整管加熱到520-560°C，保溫25min以上，空冷回火。調(diào)質(zhì)后整管的屈服強度為610-735MPa，抗拉強度為730_805MPa，21°C橫向夏比沖擊功(3個試樣均值)Akv彡24J。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果1)用少量的V取代貴重金屬Mo、Nb，降低合金成本；2) C含量和碳當(dāng)量(O. 35%-0. 51%)適中，板卷的焊接性和沖擊韌性良好；3)熱軋態(tài)板卷性能較低，后續(xù)制管成型容易；4)整管進行調(diào)質(zhì)熱處理，性能為N80Q級別，保證了管體和焊縫性能的一致性。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明做進一步的說明。本發(fā)明實施例鋼的化學(xué)成分見表1，加熱、軋制冷卻工藝見表2，力學(xué)性能見表3。表I本發(fā)明實施例鋼的化學(xué)成分(wt，%)
權(quán)利要求
1.一種690MPa級電阻焊石油套管，其特征在于其化學(xué)成分重量百分比為C :.O. 15%-0. 23%, Si 0. 15%-0. 30%, Mn 1. 25%-1. 58%, P ^ O. 020%, S ^ O. 008 %, Ti .O. 010%-0. 030%, Als 0. 02%_0· 05%, V 0. 020%_0· 048%, N S O. 008%，其余為 Fe 和不可避免雜質(zhì)。
2.—種權(quán)利要求I所述690MPa級電阻焊石油套管的制造方法，包括鐵水預(yù)處理、鋼水冶煉、爐外精煉、板坯連鑄、軋制、制管和整管熱處理，其特征在于所述的軋制為連鑄板坯加熱至1180-1280°C，熱軋采用兩階段控制軋制，第一階段開軋溫度為1130-1280°C，終軋溫度大于960°C，第二階段開軋溫度小于950°C，終軋溫度為760-850°C，軋后鋼帶以8-18°C /s的速度冷卻，卷取溫度為560-640°C ;所述的整管熱處理為整管加熱到880-940°C，保溫30min以上，水淬；再把整管加熱到520_560°C，保溫25min以上，空冷回火。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述690MPa級電阻焊石油套管的制造方法，其特征在于所述爐外精煉，采用LF爐進行輕脫硫處理和鈣處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述690MPa級電阻焊石油套管的制造方法，其特征在于所述板坯連鑄采用電磁攪拌或動態(tài)輕壓下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種690MPa級電阻焊石油套管及其制造方法，其化學(xué)成分C0.15%-0.23%，Si0.15%-0.30%，Mn1.25%-1.58%，P≤0.020%，S≤0.008％，Ti0.010%-0.030%，Als0.02%-0.05%，V0.020%-0.048%，N≤0.008％，余為Fe。其方法包括冶煉、連鑄、軋制、制管和整管熱處理，板坯加熱至1180-1280℃，采用兩階段軋制，第一階段開軋溫度為1130-1280℃，終軋溫度＞960℃，第二階段開軋溫度＜950℃，終軋溫度760-850℃，軋后以8-18℃/s的速度冷卻，卷取溫度560-640℃；制管后整管加熱到880-940℃，保溫30min以上，水淬，再加熱到520-560℃，保溫25min以上，空冷回火。本發(fā)明合金成本低，板卷的焊接性和沖擊韌性好，后續(xù)制管成型容易。
文檔編號C22C38/14GK102912230SQ20121041119
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者黃明浩, 黃國建, 張英慧, 孔祥磊, 徐烽 申請人:鞍鋼股份有限公司