一種低屈強比直縫焊石油套管用鋼及其製造方法
2023-09-16 11:04:05
專利名稱：一種低屈強比直縫焊石油套管用鋼及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種直縫電阻焊管用鋼的製造，特別涉及低屈強比APIK55鋼級石油套管用鋼的製造。
背景技術：
API標準規定，可以用無縫管和直縫焊管制造石油套管。就直縫焊套管而言，傳統的生產工藝是根據套管性能的需要，設計合適的化學成分；冶煉並軋成熱軋板卷；將板卷通過成型和直縫電阻焊方式製成管料；對鋼管焊縫或鋼管整體進行熱處理；並對管端進行適當的螺紋加工，最終生產出合格的石油套管。
就K55鋼級石油套管而言，標準規定管體的屈服強度在379～552MPa之間，抗拉強度≥655MPa。
考慮到制管成型後，由於加工硬化的作用，管體性能與板卷性能相比，屈服強度會有所提高，抗拉強度基本不變，因此提供的板卷屈服強度應該控制在500MPa以下，抗拉強度應該控制在670MPa以上。與此相對應的板卷屈強比不超過0.75，實際生產中最好應控制在0.70以下。
為得到這種低屈強比的熱軋板卷，從成分設計角度考慮，應採用碳錳鋼。比如K55無縫管，國際上基本採用含0.37％C、1.5％Mn的37Mn5材料，其碳當量超過了0.6，軋後屈服強度在450MPa左右，抗拉強度在700MPa以上。但是對於焊管生產而言，除了需要對板卷邊部進行電感應加熱熔化後擠壓焊接外，還需對兩板卷頭尾之間進行CO2氣體保護焊，以便實現多卷連續生產。因此，從焊接角度出發，必須對板卷的碳當量有所限制。為了能很好的進行板卷頭尾對焊，一般都將板卷的碳當量控制在0.40以下。
對於K55鋼級而言，如果只依靠碳錳元素，在0.40以下碳當量的情況下，其板卷抗拉強度很難超過670MPa，因此需要加入合金元素，以提高抗拉強度。但是問題在於，合金元素的加入在提高抗拉強度的同時也提高了屈服強度，不能得到要求的低屈強比板卷。
目前國際上只有少數企業可以生產K55石油套管，英國鋼鐵公司(BSC)的Corby鋼管廠就是其中的典型代表。它採用2種成分生產K55套管，其成分設計見表1。
表1BSC公司K55化學成分
其中，A成分因為碳含量較低，僅依靠碳錳元素，其板卷無法達到K55性能要求，因此加入了較高的V和Nb元素，其V含量已經超過了0.1％。較多合金元素的加入，特別是V、Nb的複合加入，在提高材料抗拉強度的同時，也會大大提高材料的屈服強度，因此板卷性能很難達到低屈強比的要求。為此，焊管制管後需再次加熱到1100℃經張力減徑，降低其屈服強度，製成K55套管。但採用這一工藝，大大增加了制管成本；B成分板卷碳錳含量較高，其碳當量接近0.6，不能進行板卷頭尾對焊，在制管時只能單卷生產，將大大降低生產效率。且其焊管制管後需再次加熱到880℃正火處理製成K55套管，也提高了生產成本。
發明內容
本發明的目的在於提供一種低屈強比直縫焊石油套管用鋼及其製造方法，採用碳錳鋼成分設計，可以將板卷的屈強比控制在0.70左右，生產出合格的K55焊管用板卷。
為達到上述目的，本發明的技術方案是，一種低屈強比直縫焊石油套管用鋼，其成分質量百分比C0.2～0.3Si0.1～0.5Mn0.8～1.5
P≤0.02S≤0.01Al0.005～0.050其餘為Fe和不可避免雜質。
或在上述成分的基礎上添加V0.01～0.1％。
本發明的低屈強比直縫焊石油套管用鋼的製造方法，鋼水經轉爐或電爐冶煉，並澆鑄製成板坯。板坯經1200～1300℃加熱後軋成板帶，板帶的終軋溫度在800～900℃之間，軋後板帶經層流冷卻，以50～150℃/分鐘的速度冷卻到600℃以下卷取成板卷，優選500～600℃卷取成板卷，處於卷取機最佳工作溫度範圍，易於實現生產操作。至此，生產出供製造K55焊管用的熱軋卷。
採用本發明的鋼種，在800～900℃的終軋條件下，在軋後10秒中之內，不會發生動態和靜態再結晶，只會發生晶粒的軋制變形。此時將鋼管以50～150℃/分鐘的速度冷卻到600℃以下卷取，有利於細化組織，生產高性能石油套管。
C0.2～0.3，C為碳化物形成元素，可以提高鋼的強度，太低時效果不明顯，太高時會大大降低鋼的焊接性能。
Mn0.8～1.5，Mn為奧氏體形成元素，可以提高鋼的淬透性，含量小於0.8時作用不明顯，含量大於1.5時，大大增加鋼中的組織偏析，影響熱軋組織的均勻性。
V0.01～0.1，能夠細化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強度和韌性。但含量達到一定量時，其效果增加便不明顯了，同時因為價格很高，所以要限制使用量。
上述板卷採用CO2氣體保護焊方式進行板卷頭尾對焊。對焊前根據不同厚度規格進行100～200℃預熱，或焊後在200℃以下進行去應力退火。
板卷經連續成型、電阻焊(ERW)後，對焊管進行在線焊縫熱處理。焊縫熱處理工藝可以是正火也可以是淬火加回火處理。
與英國鋼鐵公司(BSC)的Corby鋼管廠K55相比，本發明採用與其不同成分的板卷，其碳當量一般在0.4左右，完全可以進行板卷頭尾對焊，有利於提高生產效率。在碳錳鋼的基礎上可以不加或僅加入微量的V元素，由於材料中除碳錳外，基本沒有其他微合金元素，可以得到較低的屈強比，經ERW制管後，不需再進行整體熱處理或張力減徑變形，只需對焊縫進行在線熱處理，能大大降低生產成本。
具體實施例方式
下面列舉實施例，化學成分見表2，力學性能見表3。可見，採用本發明可以生產出滿足K55性能要求的焊接石油套管。
表2
表3
由表4可見，在規定的500～600卷取溫度範圍內，實施例1～實施例6的強度均滿足管體的屈服強度在379～552MPa之間，抗拉強度≥655MPa的要求。
比較例5卷取溫度高於規定值，使得抗拉強度達不到要求。比較例1和比較例4由於合金元素或碳元素過多，屈服強度偏高。而比較例2和比較例3則由於碳錳元素含量過低，抗拉強度偏低。
權利要求
1.一種低屈強比直縫焊石油套管用鋼，其成分質量百分比為C 0.2～0.3Si0.1～0.5Mn0.8～1.5P ≤0.02S ≤0.01Al0.005～0.050其餘為Fe和不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的低屈強比直縫焊石油套管用鋼，其特徵是，還包含V0.01～0.1，以質量百分比計。
3.如權利要求1或2所述的低屈強比直縫焊石油套管用鋼的製造方法，其包括，鋼水按上述成分經轉爐或電爐冶煉，並澆鑄製成板坯；板坯經1200～1300℃加熱後軋成板帶，板帶的終軋溫度在800～900℃之間，軋後板帶經層流冷卻，以50～150℃/分鐘的速度冷卻到600℃以下卷取成板卷。
4.如權利要求3所述的低屈強比直縫焊石油套管用鋼的製造方法，其特徵是，軋後板帶經層流冷卻至500～600℃卷取成板卷。
全文摘要
一種低屈強比直縫焊石油套管用鋼，其成分質量百分比C0.2～0.3、Si0.1～0.5、Mn0.8～1.5、P≤0.02、S≤0.01、Al0.005～0.050、其餘為Fe和不可避免雜質。其製造方法包括，鋼水經轉爐或電爐冶煉，並澆鑄製成板坯；板坯經1200～1300℃加熱後軋成板帶，板帶的終軋溫度在800～900℃之間，軋後板帶經層流冷卻，以50～150℃/分鐘的速度冷卻到600℃以下卷取成板卷。本發明採用碳錳鋼成分設計，將板卷的屈強比控制在0.70左右，並以此可以生產出合格的K55焊管。
文檔編號C22C33/00GK101082099SQ20061002702
公開日2007年12月5日 申請日期2006年5月29日 優先權日2006年5月29日
發明者殷光虹, 畢洪運, 陸明和 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司