本發(fā)明屬于高強度低合金鋼領域，尤其涉及一種直縫電阻焊套管及其制造方法。
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(yè)中必不可少的施工材料。目前，我國許多油田開發(fā)進入中后期，開發(fā)難度越來越大，特別是深井對套管性能提出了更高的要求。因此，開發(fā)出高性能直縫電阻焊套管成為當務之急。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。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。APISpec5CT規(guī)定：P110級別鋼管的屈服強度在758-965MPa之間，抗拉強度≥862MPa，伸長率≥14％；0℃時橫向夏比沖擊功≥32J。熱軋態(tài)的鋼帶達到該強度難度較大，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；同時鋼帶強度過高導致鋼管的成型難度大，鋼管的尺寸精度和圓度無法保證。因此，可采用熱軋態(tài)強度低的熱軋鋼帶進行直縫電阻焊焊接制管，然后進行整管熱處理，使鋼管的最終性能達到P110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，消除殘余應力，提高鋼管整體的質量?！禢80、P110、L80鋼級直縫焊石油套管用鋼及套管制造》 (CN101643883A)公開了成分中含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％，Ti：0.18％-0.22％。其不足之處在于，復合添加貴重元素Nb、V、Cr，合金成本高。(CN101353949A)《小口徑高鋼級油管的熱處理方法》公開了成分中含C：0.15％-0.50％，Mn：0.25％-1.9％，Mo：0.25％-1.10％，Cr：0.4％-14％，Ni：≤0.99％，Cu：≤0.35％；其不足之處在于，該專利中復合添加元素Mo、Ni、Cu、Cr，合金成本高?！队途秒姾镐摴芤约坝途秒姾镐摴艿闹圃旆椒ā?CN103069020A)公開了電焊鋼管的成分中含C：0.05％-0.12％，Mn：0.80％-2.2％，Nb：0.01％-0.10％，B：0.0005％-0.0030％。其不足之處在于，該發(fā)明中添加貴重元素Nb，存在連鑄坯表面角橫裂質量問題，且合金成本高。熱軋態(tài)屈服強度758-965MPa，抗拉強度862MPa以上，制管困難?！兑环N110ksi級ERW石油套管用鋼帶及其生產方法》(CN102936687A)公開的石油套管成分中含C：0.14％-0.22％，Si：0.13％-0.35％，Mn：0.3％-1.2％，Cr：0.1％-1.0％，Mo：0.10％-0.40％。其不足之處在于，添加貴重元素Mo，合金成本高。論文“P110鋼雙相組織的研究”，公開的P110鋼的成分中C：0.24％，Si：0.25％，Mn：1.2％，Cr：0.5％，Ni：0.021％，Mo：0.021％，Cu：0.017％，P：0.014％，S：0.0058％。該論文中同樣復合添加貴重合金元素Mo、Ni、Cu、Cr，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、Ni、Cu、Nb、V，合金成本高；有的熱軋態(tài)強度偏高，制管困難。均與本發(fā)明采用中碳含鉻設計有明顯不同之處。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述問題和不足而提供一種高強度電阻 焊套管及其制造方法，采用中碳含鉻成分設計，熱軋態(tài)鋼帶性能屈服強度為379-430MPa，抗拉強度615-640MPa，整管調質熱處理后性能為P110級別的直縫電阻焊(ERW)石油套管及其制造方法。。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：針對目前直縫電阻焊石油套管P110生產存在的技術問題，例如：添加較多貴重合金Mo、Ni、Cu、Nb、V，合金成本高；熱軋態(tài)強度達到P110，強度高制管困難等問題，特提出本發(fā)明的技術方案。與現(xiàn)有技術相比，本方案C含量適中，添加少量的Cr取代貴金屬Mo、Ni、Cu、Nb等，降低合金成本；熱軋態(tài)板卷性能低，后續(xù)制管成型容易；整管進行調質熱處理，性能為P110級別，保證了管體和焊縫性能的一致性。一種高強度電阻焊套管，該套管的成分按重量百分比計如下：C：0.26％-0.30％，Si：0.15％-0.30％，Mn：1.30％-1.60％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Ti：0.010％-0.030％，Als：0.02％-0.05％，Cr：0.36％-0.46％，N：≤0.008％，其余為Fe和不可避免元素。所述套管的屈服強度為850-890MPa，抗拉強度為946-973MPa，伸長率21％-24％，0℃橫向夏比沖擊功Akv≥32J。本發(fā)明成分設計理由如下：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。因此，碳含量不宜過低。但當碳含量大于0.5％時，會明顯出現(xiàn)淬火脆性以及馬氏體脆性，而且碳含量過高將影響產品的焊接性和沖擊韌性，其最佳范圍是0.26％-0.30％。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，應控制其含量在0.15％-0.30％。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。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的帶狀組織，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1.30％-1.60％。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％。Cr：鉻可通過固溶強化和細晶強化來提高強度。Cr可以和Mn一樣固溶到固溶體中，起到提高強度的作用。Cr元素溶入奧氏體后增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，提高鋼的淬透性。鋼材具有高的強度、硬度。同時，Cr是中等碳化物形成元素，在所有各種碳化物中，鉻碳化物是最細小的一種，它可均勻地分布在鋼體積中，并且阻礙奧氏體晶界的移動和奧氏體晶粒的長大，起到細化晶粒的作用，從而改善鋼的回火脆性；鉻還具有降低鋼在高溫二氧化碳環(huán)境中的腐蝕速度的作用，減慢套管在油井中的腐蝕速率，提高使用壽命；但鉻含量過高會顯著提高鋼的脆性轉變溫度，降低伸長率，容易形成粗大的碳化物，反而導致韌性的劣化。合適的范圍是0.36％-0.46％。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(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0.010％-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％一種高強度電阻焊套管的制造方法，包括冶煉連鑄工藝、連鑄坯再加熱、軋制、冷卻、卷取、ERW制管和整管熱處理；(1)冶煉連鑄：鐵水預處理，轉爐冶煉－經頂吹或頂?shù)讖秃洗禑?，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(tài)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(tài)輕壓下、以提高連鑄板坯的質量；(2)鑄坯再加熱：連鑄板坯經加熱爐加熱至1150-1220℃；(3)軋制，冷卻：再加熱后連鑄板坯采用熱連軋軋制，終軋溫度840-900℃，軋后鋼帶以5-10℃/s的冷卻速度進行冷卻，在630-680℃溫度進行鋼帶卷取；熱軋態(tài)鋼帶的屈服強度為379-430MPa，抗拉強度為615-640MPa，屈強比0.65以下，顯微組織為鐵素體-珠光體；(4)ERW制管：鋼帶經過ERW機組進行高頻/中頻電阻焊制成鋼管；(5)整管熱處理：經ERW制管后，整管加熱到880-940℃，保溫25-50min，水淬；再把整管加熱到530-580℃，保溫60-80min，水冷回火，回火后快速冷卻可以有效抑制高溫回火脆性。本發(fā)明的有益效果在于：(1)僅采用中碳含Cr設計，無貴重合金元素，合金成本低；(2)采用添加微量Ti和以鋁脫氧，結合高溫回火后水冷，有效避免了高溫回火脆性的產生；(3)熱軋態(tài)板卷組織為鐵素體-珠光體，性能低，后續(xù)制管成型容易；(4)整管進行調質熱處理，最終組織為回火索氏體，性能為P110級別，保證了管體和 焊縫性能的一致性。具體實施方式下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明實施例根據技術方案的組分配比，進行冶煉連鑄、連鑄坯再加熱、軋制、冷卻、卷取、ERW制管和整管熱處理。本發(fā)明實施例鋼的成分見表1。本發(fā)明實施例鋼加熱、軋制工藝和熱軋態(tài)力學性能見表2。本發(fā)明實施例鋼的熱軋態(tài)顯微組織見表3。本發(fā)明實施例鋼的熱處理工藝見表4。本發(fā)明實施例鋼調質態(tài)力學性能見表5。表1本發(fā)明實施例鋼的成分實施例CSiMnPSCrTiAlsN10.280.221.350.0150.0020.360.0160.0350.004020.260.241.500.0100.0020.370.0140.0310.004130.290.201.320.0140.0030.360.0180.0310.004340.270.291.550.0170.0030.380.0160.0280.003250.300.211.340.0110.0030.360.0150.0210.003460.260.181.400.0130.0040.420.0260.0340.0045表2本發(fā)明實施例鋼加熱、軋制工藝和熱軋態(tài)力學性能表3本發(fā)明實施例鋼的熱軋態(tài)顯微組織實施例鐵素體體積分數(shù)％珠光體體積分數(shù)％175252802039010485155881267921表4本發(fā)明實施例鋼的熱處理工藝表5本發(fā)明實施例鋼調質態(tài)力學性能當前第1頁1 2 3