一種直縫焊石油套管用鋼及生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種直縫焊石油套管用鋼及生產(chǎn)方法，其化學(xué)成分wt%為：C0.20-0.26%，Si0.15-0.30%，Mn1.50-1.70%，P≤0.020%，S≤0.008％，Ti0.010-0.030%，Alt0.020-0.050%，B0.0015-0.0035%，N≤0.008％，Ti/N≥3，Alt/N≥2。連鑄板坯加熱1160-1230℃，開軋溫度1110-1180℃，終軋溫度820-880℃，鋼帶冷卻速度6-12℃/s，卷取溫度630-690℃。制管后調(diào)質(zhì)處理加熱870-930℃，保溫30-50min，水淬；回火540-600℃，保溫60-80min。本發(fā)明可降低合金成本，易于制管成型，整管屈服強度760-860MPa，抗拉強度880-980MPa，0℃橫向夏比沖擊功Akv≥32J，且管體和焊縫的性能均勻一致，達到760MPa級石油套管用鋼標(biāo)準要求。
【專利說明】一種直縫焊石油套管用鋼及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高強度低合金鋼冶金領(lǐng)域，特別涉及一種760MPa級石油套管用鋼及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]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，僅2010年就達到了 250萬噸。直縫電阻焊(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。但石油行業(yè)要求的高鋼級、耐腐蝕、特殊絲扣要求的油井管，目前大部分依靠進口。目前國內(nèi)只有低鋼級ERW套管能夠替代傳統(tǒng)的無縫鋼管。因此，高強度級別直縫焊套管的研發(fā)，對節(jié)約采油成本，提高我國的石油開采水平有著深遠的意義。
[0003]API Spec5CT規(guī)定:P110級別(760MPa級)鋼管的屈服強度在758_965MPa之間，抗拉強度≥862MPa，伸長率≥14% ;0°C時橫向夏比沖擊功≥32J。如果熱軋態(tài)的鋼帶達到該強度，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；同時母材鋼帶強度過高，鋼管的成型難度大，鋼管的尺寸精度和圓度無法保證。
[0004]因此，可采用熱軋態(tài)強度略低的熱軋鋼帶進行直縫電阻焊接制管，然后進行整管熱處理，使鋼管的最終性能達到PllO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。
[0005]在本發(fā)明之前，已有少量有關(guān)PllO鋼級ERW石油套管的文獻或發(fā)明專利，但采用添加B合金低成本設(shè)計的PllO級ERW石油套管未見報導(dǎo)。
[0006]I)中國專利CN101643883A公開了 N80、P110、L80鋼級直縫焊石油套管用鋼及套管制造。成分中含 C:0.10%-0.24%, Mn:1.40%-1.60%, Cr:0.30%-0.60%, Nb:0.12%_0.14%,V:0.08%-0.12%，T1:0.18%-0.22%。由于復(fù)合添加了貴重元素Nb、V、Cr，合金成本高。
[0007]2)中國專利CN102430901A提供了一種PllO鋼級高頻直縫焊管的制造方法。其成分為:C:0.25%-0.30%, Mn:1.10%-1.50%, Cr:0.15%-0.35%, S:≤ 0.002%。該專利中添加元素Cr，S含量要求嚴格，合金和冶煉成本高。
[0008]3)中國專利CN101353949A公開的小口徑高鋼級油管的熱處理方法中，成分為C:0.15%-0.50%, Mn:0.25%_1.90%, Mo:0.25%_1.10%, Cr:0.40%-14.00%, Ni: ≤ 0.99%, Cu:(0.35%。該專利中復(fù)合添加元素Mo、N1、Cu、Cr,合金成本高。
[0009]4)中國專利CN102534372A，提供一種石油天然氣開采用PllO級膨脹管的制備方法，成分中含C:0.10%-0.30%, Mn:0.70%-2.00%, Nb:0.02%_0.10%。該專利中添加貴重元素Nb，存在連鑄坯表面角橫裂質(zhì)量問題，且合金成本高。
[0010]5)論文 “P110 鋼雙相組織的研究”，成分中 C:0.24%，S1:0.25%，Mn:1.20%, Cr:0.50%, Ni:0.021%, Mo:0.021%, Cu:0.017%, P:0.014%, S:0.0058%。該論文中復(fù)合添加貴重合金元素Mo、N1、Cu、Cr,合金成本高。[0011]以上公開的專利或文獻中，有的添加較多貴重合金Mo、N1、Cu、Nb、V，合金成本高；有的S含量要求高，冶煉成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明旨在提供一種可節(jié)省貴金屬資源，降低生產(chǎn)成本，具有良好焊接性能和沖擊韌性，易于制管成型，且整管性能均勻一致的760MPa級石油套管用鋼及其生產(chǎn)方法。
[0013]為此，本發(fā)明提出了如下解決方案:
[0014]一種直縫焊石油套管用鋼，其特征在于，760MPa級石油套管用鋼的化學(xué)成分wt%為:
[0015]C0.20%-0.26%, Si0.15%_0.30%, Mnl.50%-1.70%, P ≤ 0.020%, S ≤ 0.008 %,Ti0.010%-0.030%, Alt0.020%_0.050%, B0.0015%_0.0035%, N ≤ 0.008%，其余為 Fe 和不可
避免元素；其中Ti/N≥3，Alt/N≥2。
[0016]一種上述直縫焊石油套管用鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，具體方法為:
[0017]1、冶煉連鑄工藝:鐵水預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐頂吹或頂?shù)讖?fù)合吹煉，爐外精煉、LF爐輕脫硫處理及進行鈣處理，連鑄采用電磁攪拌或動態(tài)輕壓下。
[0018]2、軋制工藝:連鑄板坯加熱溫度1160-1230 °C，熱連軋機組開軋溫度1110-1180°C，終軋溫度820-880°C，軋后鋼帶冷卻速度6-12°C /s，卷取溫度630-690°C。熱軋態(tài)鋼帶的強度級別為API5CT J55鋼級。
[0019]3、制管:鋼帶經(jīng)直縫焊管機組進行高頻/中頻電阻焊，制成鋼管。
[0020]4、調(diào)質(zhì)熱處理工藝:對鋼管進行調(diào)質(zhì)處理:整管加熱到870_930°C，保溫30-50min,水淬；再把整管加熱到540_600°C，保溫60_80min，空冷回火。
[0021]本發(fā)明成分及配比選擇的依據(jù)和基本機理是:
[0022]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(wěn)定性，保證高溫長時間回火時材料強度。碳含量對最終奧氏體、馬氏體的碳含量與體積分數(shù)有著重要的影響。只有保證有足夠的碳，才會形成足夠的富碳殘余奧氏體并能夠穩(wěn)定至室溫。但當(dāng)碳含量大于0.50%時，會明顯出現(xiàn)淬火脆性以及馬氏體脆性，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，其合適范圍是0.20%-0.26%。
[0023]S1: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%。
[0024]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。錳可降低馬氏體轉(zhuǎn)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(xué)性能下降。其最佳范圍是1.50%-1.70%。
[0025]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，控制其含量< 0.020%。
[0026]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，惡化焊接性能，為保證鋼水的高純凈度，控制其含量≤0.008%。
[0027]B:硼能夠顯著提高淬透性。硼提高淬透性的能力很強，0.0010%~0.0030%的硼相當(dāng)于0.60%錳、0.70%鉻、0.50%鑰和1.50%鎳，故可添加少量硼達到替代貴重合金元素的作用。硼含量過高過低，均會影響其淬透性。合適的范圍是0.0015%-0.0035%。
[0028]T1: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(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，以及固氮保證B的作用有效發(fā)揮。合適的范圍是0.010%-0.030%,且Ti/N控制范圍是不小于3.0。
[0029]Alt: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0.020%-0.050%,且保證Alt/N范圍不小于2.0。
[0030]N:固溶氮有釘扎位錯的強烈作用，對韌性有不良影響，控制其含量≤0.008%。
[0031]本發(fā)明的有益效果為:
[0032]1、用廉價B取代貴重金屬Mo、N1、Cu、Nb、Cr,降低合金成本；
[0033]2、C含量(0.20%-0.26%)適中，熱軋板卷的焊接性和沖擊韌性良好；
[0034]3、熱軋態(tài)板卷性能較低，僅為API5CT J55鋼級，因此易于后續(xù)制管成型；
[0035]4、本發(fā)明整管的屈服強度為760_860MPa，抗拉強度為880-980MPa，0°C橫向夏比沖擊功Akv > 32J，完全達到760MPa級石油套管用鋼的標(biāo)準要求，且管體和焊縫的性能均勻一致。
【具體實施方式】
[0036]實施例石油套管用鋼化學(xué)成分含量見表1。
[0037]表1實施例石油套管用鋼化學(xué)成分Wt %含量表
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種直縫焊石油套管用鋼，其特征在于，760MPa級石油套管用鋼的化學(xué)成分wt%為:C 0.20%-0.26%, Si 0.15%-0.30%, Mn 1.50%-1.70%, P ≤ 0.020%, S ≤ 0.008 %, Ti0.010%-0.030%, Alt 0.020%-0.050%, B 0.0015%_0.0035%, N≤0.008%,其余為 Fe 和不可避免元素；其中Ti/N≥3，Alt/N≥2。
2.—種權(quán)利要求1所述直縫焊石油套管用鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，具體方法為: (1)、冶煉連鑄工藝:鐵水預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐頂吹或頂?shù)讖?fù)合吹煉，爐外精煉、LF爐輕脫硫處理及進行鈣處理，連鑄采用電磁攪拌或動態(tài)輕壓下； (2)、軋制工藝:連鑄板坯加熱溫度1160-1230°C，熱連軋機組開軋溫度1110-1180°C，終軋溫度820-880°C，軋后鋼帶冷卻速度6-12°C /s，卷取溫度630_690°C ； (3)、制管:鋼帶經(jīng)直縫焊管機組進行高頻/中頻電阻焊，制成鋼管； (4)、調(diào)質(zhì)熱處理工藝:對鋼管進行調(diào)質(zhì)處理:整管加熱到870-93(TC，保溫30-50min，水淬；再把整管加熱到540-600°C，保溫60-80min，空冷回火。
【文檔編號】C22C33/04GK103469070SQ201310403206
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月7日
【發(fā)明者】黃國建, 黃明浩, 孔祥磊, 安曉光 申請人:鞍鋼股份有限公司