本發明屬于石油套管用鋼
技術領域：
，涉及一種電阻焊套管及其制造方法，特別涉及APISPEC5CT中鋼級為M65石油套管及其制造方法。
背景技術：
：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，是油氣田鉆采作業中必不可少的施工材料。相對于無縫管而言，ERW套管具有壁厚均勻、尺寸精度高、射孔性能好、抗擠毀能力強、成本低等顯著優勢，ERW套管受到生產廠家和油田用戶的歡迎。研發出具有高附加值、不同級別直縫焊油層套管，提高市場競爭力，對節約采油成本，提高我國的石油開采水平有著深遠的意義。APISpec5CT規定：M65級鋼管的屈服強度在448-586MPa之間，抗拉強度≥586MPa，伸長率≥22％；0℃時橫向夏比沖擊功≥20J；硬度HV≤248。為實現高效率生產，可采用熱連軋軋制出一定強度的熱軋鋼帶，然后進行ERW焊接制管，為了消除焊縫和母材性能差異，APISPEC5CT要求對整管進行熱處理，包括淬火-回火、正火、正火-回火。為改善鋼的性能，獲得接近平衡態的組織，消除帶狀組織和殘余應力，簡化熱處理工藝，可采用正火熱處理工藝，使鋼管的最終性能滿足M65水平。在本發明之前，已有個別有關M65鋼級ERW石油套管的文獻或發明專利，但采用低碳含鈦設計的M65級ERW石油套管報導很少， 以下簡單介紹與本發明較為接近的文獻和專利：1)中國專利CN101921952A，一種石油套管用鋼、電阻焊石油套管及其制造方法。成分中含C：0.19％-0.29％，Mn：1.0％-1.4％；整管調質熱處理，回火650-690℃。該專利中C含量高，碳當量0.4-0.5，對沖擊韌性和焊接性不利；回火溫度高，耗用能源大，且無法控制高溫回火脆性。2)論文“K55的生產工藝特點及M65的開發”，成分中C：0.35％-0.36％，Si：0.23％-0.30％，Mn：1.40％-1.43％，V：0.05％-0.06％，S：0.012％-0.014％，P：0.013％-0.015％。該論文公開的是無縫管M65，采用高碳高猛設計，且碳當量大于0.6，鋼帶焊接性和沖擊韌性差，鋼帶無法頭尾對焊，只能單卷生產，生產效率低。以上公開的專利或文獻中，碳含量均較高，鋼帶的焊接性和沖擊韌性不良。技術實現要素：本發明針對目前直縫電阻焊石油套管M65生產存在的技術問題，例如：碳含量較高，鋼帶的焊接性和沖擊韌性不良；調質熱處理工藝復雜等問題，特提出本發明的技術方案，其的目的在于提供一種M65鋼級電阻焊石油套管及其制造方法，特別是采用低碳含鈦成分設計，熱軋態鋼帶屈服強度大于530MPa，抗拉強度大于620MPa，整管正火熱處理后性能為M65級別的直縫電阻焊石油套管及其制造方法。本發明的一種M65級直縫電阻焊石油套管及其制造方法，其化學成分(重量，％)配比如下：C：0.14％-0.18％，Si：0.15％-0.30％，Mn：1.10％-1.40％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Ti：0.06％-0.12％，Als：0.02％-0.05％，N：≤0.008％，碳當量≤0.40％，其余為Fe和不可避免元素。與現有技術相比，本方案C含量低，添加適量的Ti細化晶粒，提高熱軋態強度，同時保證正火后晶粒不明顯長大；正火處理后，獲得接近平衡態的組織，消除帶狀組織和殘余應力，簡化熱處理工藝，保證了管體和焊縫性能的一致性。C：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定性，保證鋼管正火熱處理后性能滿足M65要求。因此，碳含量不宜過低；但碳含量過高將降低產品的焊接性能和沖擊韌性，其最佳范圍是0.14％-0.18％。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0.15％-0.30％。Mn：錳具有固溶強化作用，還能增加奧氏體穩定性，對提高淬透性也有利，有效保證鋼的強度。錳可降低馬氏體轉變溫度Ms，增加殘余奧氏體的含量，同時錳對鋼板的韌性影響不大。但錳含量過大，可增加連鑄坯的中心偏析傾向，會使鋼板中帶狀組織增多，并且在熱處理后保存下來，最終鋼板中會含有一定量地帶狀組織，而貝氏體、馬氏體等硬相在帶狀組織中聚集，使鋼板的脆性增加，塑性降低，力學性能下降。其最佳范圍是1.10％-1.40％。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，應控制其含量≤0.020％。S：硫是鋼中有害元素，使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，惡化焊接性能，為保證鋼水的高純凈度，應控制其含量≤0.008％。Ti：鈦是強的固氮元素，加入0.015％左右Ti時，可在板坯連鑄時形成高溫穩定細小的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的韌性有明顯作用。更多的Ti含量，可獲得較多的TiC粒子， 通過應變誘導析出和相變析出提高鋼的強度。同時，析出的TiC產生較強的沉淀強化作用可以保證鋼管后續正火熱處理晶粒不明顯長大，從而保證了整管熱處理后的強度滿足M65性能要求。但Ti含量過高時強度不再增加，而沖擊功則急劇下降，且合金成本偏高。其最佳范圍是0.06％-0.12％。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0.02％-0.05％。N：固溶氮有釘扎位錯的強烈作用，對韌性有不良影響，應控制其含量≤0.008％本發明的一種M65鋼級直縫電阻焊石油套管的制造方法包括鐵水預處理、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、ERW制管和整管熱處理。其特征是：1)冶煉連鑄工藝：鐵水預處理，轉爐冶煉－經頂吹或頂底復合吹煉，爐外精煉、LF爐輕脫硫處理及進行鈣處理以控制夾雜物形態和提高鋼的延展性、韌性和冷彎性能，板坯連鑄制成連鑄板坯－連鑄采用電磁攪拌或動態輕壓下、以提高連鑄板坯的質量。2)軋制工藝：連鑄板坯經加熱爐加熱至1150-1200℃，隨后采用熱連軋軋制，終軋溫度780-840℃，軋后鋼帶以8-12℃/s的速度進行冷卻，在560-620℃溫度進行鋼帶卷取。3)熱軋態鋼帶的屈服強度為530-610MPa，抗拉強度為620MPa以上，伸長率34％-37％，顯微組織為鐵素體-珠光體。4)鋼帶經過ERW機組進行高頻/中頻電阻焊制成鋼管。5)整管正火熱處理工藝：經ERW制管后，整管加熱到880-910℃，保溫30-50min，空冷。6)正火后整管的最終組織是鐵素體-細片狀珠光體，其中鐵素體 體積百分比含量75％-85％，細片狀珠光體體積百分比含量15％-25％。屈服強度為480-545MPa，抗拉強度為600-635MPa，伸長率34％-40％，0℃橫向夏比沖擊功(3個試樣均值)Akv≥32J。本發明技術方案的特別之處在于：1)采用低碳含鈦設計，鋼帶焊接性和沖擊韌性良好；2)添加適量的Ti細化晶粒，提高熱軋態強度，同時保證正火后晶粒不明顯長大；3)正火處理后，獲得接近平衡態的組織鐵素體-細片狀珠光體，其中鐵素體體積百分比含量75％-85％，細片狀珠光體體積百分比含量15％-25％。消除帶狀組織和殘余應力，簡化熱處理工藝，保證了管體和焊縫性能的一致性。本發明的優點及技術效果在于：1)采用低碳含鈦設計，鋼帶焊接性和沖擊韌性良好；2)添加適量的Ti細化晶粒，提高熱軋態強度，同時保證正火后晶粒不明顯長大；3)采用正火處理，獲得接近平衡態的組織鐵素體-細片狀珠光體，其中鐵素體體積百分比含量75％-85％，細片狀珠光體體積百分比含量15％-25％。消除帶狀組織和殘余應力，簡化熱處理工藝，保證了管體和焊縫性能的一致性。附圖說明附圖為本發明的金相組織圖。具體實施方式本發明一種M65級直縫電阻焊石油套管及其制造方法，其化學成分(重量，％)配比如下：C：0.14％-0.18％，Si：0.15％-0.30％，Mn：1.10％-1.40％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Ti：0.06％-0.12％，Als：0.02％-0.05％，N：≤0.008％，碳當量≤0.40％，其余為Fe和不可避免元素。本發明一種M65鋼級直縫電阻焊石油套管的制造方法，包括鐵水預處理、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、ERW制管和整管熱處理。其特征是：1)冶煉連鑄工藝：鐵水預處理，轉爐冶煉－經頂吹或頂底復合吹煉，爐外精煉、LF爐輕脫硫處理及進行鈣處理以控制夾雜物形態和提高鋼的延展性、韌性和冷彎性能，板坯連鑄制成連鑄板坯－連鑄采用電磁攪拌或動態輕壓下、以提高連鑄板坯的質量。2)軋制工藝：連鑄板坯經加熱爐加熱至1150-1200℃，隨后采用熱連軋軋制，終軋溫度780-840℃，軋后鋼帶以8-12℃/s的速度進行冷卻，在560-620℃溫度進行鋼帶卷取。3)熱軋態鋼帶的屈服強度為530-610MPa，抗拉強度為620MPa以上，伸長率34％-37％，顯微組織為鐵素體-珠光體。4)鋼帶經過ERW機組進行高頻/中頻電阻焊制成鋼管。5)整管正火熱處理工藝：經ERW制管后，整管加熱到880-910℃，保溫30-50min，空冷。6)正火后整管的最終組織是鐵素體-細片狀珠光體，其中鐵素體體積百分比含量75％-85％，細片狀珠光體體積百分比含量15％-25％。屈服強度為480-545MPa，抗拉強度為600-635MPa，伸長率34％-40％，0℃橫向夏比沖擊功(3個試樣均值)Akv≥32J。下面通過實施例對本發明做詳細說明：試驗鋼化學成分見表1，加熱、軋制冷卻工藝見表2，熱處理工藝見表3，調質態力學性能見表4。表1化學成分(wt，％)實施例CSiMnPSTiAlsNCeq10.160.231.220.0150.0040.100.0350.00400.3620.170.201.150.0140.0030.070.0310.00320.3630.140.211.400.0110.0040.110.0210.00450.3740.150.271.320.0170.0030.090.0280.00340.3750.180.241.280.0100.0020.080.0390.00440.3960.170.281.260.0120.0030.080.0310.00380.3870.160.161.310.0150.0040.090.0400.00320.38表2加熱、軋制工藝和熱軋態力學性能表3正火工藝實施例加熱溫度,℃保溫時間,min冷卻方式190050空冷289030空冷389540空冷488040空冷591040空冷689045空冷789035空冷表4正火態力學性能3487600387820444806243784200551063535862216545627349023075206253685225由表4可見，采用本發明的成分設計和軋制、整管熱處理工藝，生產出的正火態直縫電阻焊石油套管，滿足APISPEC5CT標準對M65級鋼管的要求。當前第1頁1 2 3