CN100507050C - 一种低屈强比直缝焊石油套管用钢的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种低屈强比直缝焊石油套管用钢，其成分质量百分比：C：0.2～0.3、Si：0.1～0.5、Mn：0.8～1.5、P：≤0.02、S：≤0.01、Al：0.005～0.050、其余为Fe和不可避免杂质。其制造方法包括，钢水经转炉或电炉冶炼，并浇铸制成板坯；板坯经1200～1300℃加热后轧成板带，板带的终轧温度在800～900℃之间，轧后板带经层流冷却，以50～150℃/分钟的速度冷却到600℃以下卷取成板卷。本发明采用碳锰钢成分设计，将板卷的屈强比控制在0.70左右，并以此可以生产出合格的K55焊管。
Description
技术领域
本发明涉及一种直缝电阻焊管用钢的制造，特别涉及低屈强比APIK55钢级石油套管用钢的制造。
背景技术
API标准规定，可以用无缝管和直缝焊管制造石油套管。就直缝焊套管而言，传统的生产工艺是：根据套管性能的需要，设计合适的化学成分；冶炼并轧成热轧板卷；将板卷通过成型和直缝电阻焊方式制成管料；对钢管焊缝或钢管整体进行热处理；并对管端进行适当的螺纹加工，最终生产出合格的石油套管。
就K55钢级石油套管而言，标准规定：管体的屈服强度在379～552MPa之间，抗拉强度≥655MPa。
考虑到制管成型后，由于加工硬化的作用，管体性能与板卷性能相比，屈服强度会有所提高，抗拉强度基本不变，因此提供的板卷屈服强度应该控制在500MPa以下，抗拉强度应该控制在670MPa以上。与此相对应的板卷屈强比不超过0.75，实际生产中最好应控制在0.70以下。
为得到这种低屈强比的热轧板卷，从成分设计角度考虑，应采用碳锰钢。比如K55无缝管，国际上基本采用含0.37％C、1.5％Mn的37Mn5材料，其碳当量超过了0.6，轧后屈服强度在450MPa左右，抗拉强度在700MPa以上。但是对于焊管生产而言，除了需要对板卷边部进行电感应加热熔化后挤压焊接外，还需对两板卷头尾之间进行CO2气体保护焊，以便实现多卷连续生产。因此，从焊接角度出发，必须对板卷的碳当量有所限制。为了能很好的进行板卷头尾对焊，一般都将板卷的碳当量控制在0.40以下。
对于K55钢级而言，如果只依靠碳锰元素，在0.40以下碳当量的情况下，其板卷抗拉强度很难超过670MPa，因此需要加入合金元素，以提高抗拉强度。但是问题在于，合金元素的加入在提高抗拉强度的同时也提高了屈服强度，不能得到要求的低屈强比板卷。
目前国际上只有少数企业可以生产K55石油套管，英国钢铁公司(BSC)的Corby钢管厂就是其中的典型代表。它采用2种成分生产K55套管，其成分设计见表1。
表1 BSC公司K55化学成分
| C | Si | Mn | P | S | Nb | V | Al | |
| A | 0.170.22 | 0.250.35 | 1.31.5 | ≤0.025 | ≤0.015 | 0.010.024 | 0.10.13 | 0.0250.065 |
| B | 0.330.37 | 0.100.35 | 1.351.55 | ≤0.025 | ≤0.015 | 0.0250.065 |
其中，A成分因为碳含量较低，仅依靠碳锰元素，其板卷无法达到K55性能要求，因此加入了较高的V和Nb元素，其V含量已经超过了0.1％。较多合金元素的加入，特别是V、Nb的复合加入，在提高材料抗拉强度的同时，也会大大提高材料的屈服强度，因此板卷性能很难达到低屈强比的要求。为此，焊管制管后需再次加热到1100℃经张力减径，降低其屈服强度，制成K55套管。但采用这一工艺，大大增加了制管成本；B成分板卷碳锰含量较高，其碳当量接近0.6，不能进行板卷头尾对焊，在制管时只能单卷生产，将大大降低生产效率。且其焊管制管后需再次加热到880℃正火处理制成K55套管，也提高了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低屈强比直缝焊石油套管用钢及其制造方法，采用碳锰钢成分设计，可以将板卷的屈强比控制在0.70左右，生产出合格的K55焊管用板卷。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种低屈强比直缝焊石油套管用钢，其成分质量百分比：
C：0.2～0.3
Si：0.1～0.5
Mn：0.8～1.5
P：≤0.02
S：≤0.01
Al：0.005～0.050
其余为Fe和不可避免杂质。
或在上述成分的基础上添加：V：0.01～0.1％。
本发明的低屈强比直缝焊石油套管用钢的制造方法，钢水经转炉或电炉冶炼，并浇铸制成板坯。板坯经1200～1300℃加热后轧成板带，板带的终轧温度在800～900℃之间，轧后板带经层流冷却，以50～150℃/分钟的速度冷却到600℃以下卷取成板卷，优选500～600℃卷取成板卷，处于卷取机最佳工作温度范围，易于实现生产操作。至此，生产出供制造K55焊管用的热轧卷。
采用本发明的钢种，在800～900℃的终轧条件下，在轧后10秒中之内，不会发生动态和静态再结晶，只会发生晶粒的轧制变形。此时将钢管以50～150℃/分钟的速度冷却到600℃以下卷取，有利于细化组织，生产高性能石油套管。
C：0.2～0.3，C为碳化物形成元素，可以提高钢的强度，太低时效果不明显，太高时会大大降低钢的焊接性能。
Mn：0.8～1.5，Mn为奥氏体形成元素，可以提高钢的淬透性，含量小于0.8时作用不明显，含量大于1.5时，大大增加钢中的组织偏析，影响热轧组织的均匀性。
V：0.01～0.1，能够细化晶粒，形成碳化物，提高钢的强度和韧性。但含量达到一定量时，其效果增加便不明显了，同时因为价格很高，所以要限制使用量。
上述板卷采用CO2气体保护焊方式进行板卷头尾对焊。对焊前根据不同厚度规格进行100～200℃预热，或焊后在200℃以下进行去应力退火。
板卷经连续成型、电阻焊(ERW)后，对焊管进行在线焊缝热处理。焊缝热处理工艺可以是正火也可以是淬火加回火处理。
与英国钢铁公司(BSC)的Corby钢管厂K55相比，本发明采用与其不同成分的板卷，其碳当量一般在0.4左右，完全可以进行板卷头尾对焊，有利于提高生产效率。在碳锰钢的基础上可以不加或仅加入微量的V元素，由于材料中除碳锰外，基本没有其他微合金元素，可以得到较低的屈强比，经ERW制管后，不需再进行整体热处理或张力减径变形，只需对焊缝进行在线热处理，能大大降低生产成本。
具体实施方式
下面列举实施例，化学成分见表2，力学性能见表3。可见，采用本发明可以生产出满足K55性能要求的焊接石油套管。
表2
| C | Si | Mn | V | Al | S | P | Mo | Nb | |
| 实施例1 | 0.25 | 0.10 | 1.11 | 0.03 | 0.050 | 0.005 | 0.019 | / | / |
| 实施例2 | 0.29 | 0.27 | 0.81 | / | 0.035 | 0.002 | 0.017 | / | / |
| 实施例3 | 0.20 | 0.25 | 1.47 | 0.05 | 0.02 | 0.01 | 0.015 | / | / |
| 实施例4 | 0.21 | 0.38 | 1.21 | / | 0.015 | 0.007 | 0.008 | / | / |
| 实施例5 | 0.23 | 0.49 | 1.25 | 0.01 | 0.005 | 0.003 | 0.012 | / | / |
| 实施例6 | 0.27 | 0.19 | 1.50 | 0.09 | 0.008 | 0.009 | 0.016 | / | / |
| 比较例1 | 0.21 | 0.20 | 1.20 | / | 0.025 | 0.011 | 0.017 | 0.25 | 0.03 |
| 比较例2 | 0.19 | 0.33 | 1.18 | / | 0.035 | 0.008 | 0.015 | / | 0.03 |
| 比较例3 | 0.18 | 0.32 | 1.36 | / | 0.015 | 0.005 | 0.015 | / | / |
| 比较例4 | 0.31 | 0.26 | 1.01 | / | 0.027 | 0.007 | 0.011 | / | / |
| 比较例5 | 0.25 | 0.22 | 1.11 | 0.03 | 0.05 | 0.005 | 0.019 | / | / |
表3
由表4可见，在规定的500～600卷取温度范围内，实施例1～实施例6的强度均满足管体的屈服强度在379～552MPa之间，抗拉强度≥655MPa的要求。
比较例5卷取温度高于规定值，使得抗拉强度达不到要求。比较例1和比较例4由于合金元素或碳元素过多，屈服强度偏高。而比较例2和比较例3则由于碳锰元素含量过低，抗拉强度偏低。
Claims (3)
1.一种低屈强比直缝焊石油套管用钢的制造方法，所述钢的成分质量百分比为：
C：0.2～0.3
Si：0.1～0.5
Mn：0.8～1.5
P：≤0.02
S：≤0.01
Al：0.005～0.050
其余为Fe和不可避免的杂质；
所述制造方法包括，钢水按上述成分经转炉或电炉冶炼，并浇铸制成板坯；板坯经1200～1300℃加热后轧成板带，板带的终轧温度在800～900℃之间，轧后板带经层流冷却，以50～150℃/分钟的速度冷却到600℃以下卷取成板卷。
2.如权利要求1所述的低屈强比直缝焊石油套管用钢的制造方法，其特征是，轧后板带经层流冷却至500～600℃卷取成板卷。
3.如权利要求1或2所述的低屈强比直缝焊石油套管用钢的制造方法，其特征是，所述钢还包含V：0.01～0.1，以质量百分比计。
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