CN102828121A

CN102828121A - 一种k55级高频电阻焊石油套管钢及其制造方法

Info

Publication number: CN102828121A
Application number: CN2011101601191A
Authority: CN
Inventors: 黄明浩; 黄国建; 张禄林; 张英慧; 孔祥磊; 徐烽
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2031-06-14
Also published as: CN102828121B

Abstract

本发明提供一种K55级高频电阻焊石油套管钢及其制造方法，其化学成分C：0.055％-0.095％，Si：0.15％-0.30％，Mn：1.50％-1.85％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Ti：0.010％-0.050％，Als：0.02％-0.06％，Nb：0.04％-0.07％，Cr：0.23％-0.31％，V：0.01％-0.04％，N：≤0.008％，余为Fe。其方法包括冶炼、连铸和轧制工艺，连铸板坯加热至1200-1300℃，进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度1100-1200℃，终轧温度大于980℃；第二阶段开轧温度小于960℃，终轧温度820-880℃；轧后先以3-6℃/s冷速冷却至770-810℃，再以10-15℃/s快冷，卷取温度570-630℃。本发明C含量低，焊接性优良，冲击韧性良好，合金成本低，生产工艺简单。

Description

一种K55级高频电阻焊石油套管钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种HFW(High frequency electric-resistance-weld，高频电阻焊)套管用钢技术，特别涉及API SPEC 5CT中一种具有优良焊接性和冲击韧性(-10℃，横向＞100J)的低屈强比K55钢级石油套管用钢及其制造方法。

背景技术

石油套管是油田最常用的石油专用管材之一，用量大，花钱多，是油气田钻采作业中必不可少的施工材料。HFW套管与无缝管相比，具有壁厚均匀、尺寸精度高、射孔性能好、抗挤毁能力强、成本低等显著优势，正在逐渐替代传统的无缝钢管。

API Spec 5CT规定：K55级别钢管的屈服强度在379-552MPa之间，抗拉强度≥655MPa，伸长率≥20％，冲击功没有强制要求，可选择Akv(21℃，横向)≥20J，随着人们对油田安全要求的提高，对原料钢带的冲击性能提出一定要求。

目前，K55级HFW套管的生产工艺是：成分设计采用高碳设计(＞0.15％)，有的添加合金元素Mo，冶炼并轧制成热轧钢带；然后，将钢带通过HFW方式制成焊管，并对焊缝或钢管整体进行热处理，随后对管端进行适当的螺纹加工，最终生产出合格的K55级别石油套管。由于碳含量较高(＞0.15％)，无法得到焊接性优良的热轧钢带，不仅提高HFW制管的工艺复杂程度，且降低了制管的生产效率；较高的碳含量同时也导致钢带的冲击韧性一般。

现有技术中名为“一种低屈强比直缝焊石油套管用钢及其制造方法”的中国专利(CN101082099A)和名为“一种低屈强比直缝电阻焊管用钢及其制造方法”的中国专利(CN 101818308A)，其成分中C含量较高，分别为0.2％-0.3％和0.15％-0.22％，对焊接性和韧性不利。

名为“低屈强比电阻焊石油套管用正火钢、电阻焊套管及其制法”的中国专利(CN101270438A)、名为“低屈强比石油套管用钢、石油套管及其制法”的中国专利(CN101328559A)和名为“高频电阻焊K55钢级套管的研发”的论文，不仅其C含量高，分别为0.19％-0.29％、0.19％-0.27％和0.20％-0.22％，对焊接性和韧性不利，而且制管后需要整管进行热处理，工艺复杂，生产成本高。

名为“石油套管用钢及其制造方法”的中国专利(CN 101845583A)，其成分中C含量高(0.31％-0.35％)，焊接性和韧性一般，还含有Mo，合金成本较高。

从以上公开的文献看，现有技术C含量都比较高，钢带的焊接性和冲击韧性一般，焊接工艺复杂，制管生产效率低；有的需要添加贵重合金元素Mo，合金成本较高；有的需要进行整管热处理，热处理工艺复杂，钢管生产成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术所存在的不足，提供一种采用低碳设计，具有优良焊接性和冲击韧性(-10℃，横向＞100J)的低屈强比K55级HFW石油套管钢及其制造方法。

本发明K55级高频电阻焊石油套管钢的化学成分重量百分比为：C：0.055％-0.095％，Si：0.15％-0.30％，Mn：1.50％-1.85％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Ti：0.010％-0.050％，Als：0.02％-0.06％，Nb：0.04％-0.07％，Cr：0.23％-0.31％，V：0.01％-0.04％，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质。

C：碳为碳化物形成元素，通过固溶强化和析出强化作用提高钢材的强度，是保证强度的最有效元素，但碳含量过高将影响产品的焊接性能和冲击韧性，碳控制在0.055％-0.095％较为适宜。

Si：硅可以起到固溶强化作用，但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，合适的范围是0.15％-0.30％。

Mn：锰具有固溶强化作用，还能增加奥氏体稳定性，对提高淬透性也有利，有效保证钢的强度。但锰含量过大，可增加连铸坯的中心偏析倾向，影响热轧钢材的组织均匀性，给焊缝质量带来负面影响，合适的范围是1.50％-1.85％。

P：磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，应控制其含量≤0.020％。

S：硫是钢中有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，焊接性能也不利，应控制其含量≤0.008％。

Nb：铌是细晶和析出强化元素，可弥补因碳降低而引起的强度的下降，改善焊接性能，但过高会增加合金成本，合适的范围是0.04％-0.07％。

V：钒的碳氮化物在铁素体中以细小弥散形式均匀析出，可以显著提高材料的抗拉强度而不明显增加屈服强度，但过高会增加合金成本，合适的范围是0.01％-0.04％。

Ti：钛是强碳氮化物形成元素，显著细化奥氏体晶粒，可弥补因碳降低而引起的强度的下降。含量太高，易形成粗大的TiN，降低材料性能，合适的范围是0.010％-0.050％。

Cr：铬可通过固溶强化和细晶强化来增加强度，合适的范围是0.23％-0.31％。

Als：铝是常用的脱氧剂，在钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，合适的范围是0.02％-0.06％。

N：固溶氮有钉扎位错的强烈作用，对韧性有不良影响，控制其含量≤0.008％

本发明K55级高频电阻焊石油套管钢的制造方法包括冶炼、连铸和轧制工艺，具体工艺为：

1)冶炼连铸工艺：铁水预处理，转炉冶炼-经顶吹或顶底复合吹炼，炉外精炼-经RH真空处理、LF炉轻脱硫处理、及进行钙处理以控制夹杂物形态和提高钢的延展性、韧性和冷弯性能，板坯连铸制成连铸板坯-连铸采用电磁搅拌或动态轻压下、以提高连铸板坯的质量。

2)轧制工艺：连铸板坯经加热炉加热至1200-1300℃，随后在2150ASP短流程热连轧机组进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1100-1200℃，终轧温度大于980℃；第二阶段开轧温度小于960℃，终轧温度为820-880℃；轧后的钢带以先缓冷后快冷的两阶段冷却方式进行冷却，缓冷段以冷却速度3-6℃/s冷却至770-810℃；快冷段冷却速度为10-15℃/s，在570-630℃温度进行钢带卷取。轧后钢带先缓冷，保证钢带有一定量的先共析铁素体软相组织，同时晶粒有一定程度长大，降低了屈服强度；然后再采用快速冷却，得到细小的贝氏体和M/A硬相组织，具有高的抗拉强度，从而保证了钢带具有低的屈强比。

与现有技术相比，本发明的有益效果：1)C含量较低(＜0.10％)，焊接性优良，冲击韧性良好(-10℃，横向＞100J)；2)用少量Cr、V取代贵重元素Mo，节约合金成本；3)钢带制管后仅需要对焊缝和热影响区进行热处理，不需要整管热处理，热处理工艺简单，钢管生产成本低。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述。

本发明实施例钢的化学成分见表1，加热、轧制、冷却工艺见表2，力学性能见表3。

表1本发明实施例钢的化学成分(wt，％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Nb	V	Ti	Cr	Als	N
												1	0.055	0.30	1.83	0.014	0.003	0.065	0.04	0.05	0.31	0.05	0.005
2	0.094	0.28	1.67	0.011	0.004	0.070	0.03	0.03	0.26	0.02	0.004
												3	0.073	0.30	1.51	0.015	0.008	0.072	0.03	0.03	0.26	0.04	0.005
4	0.078	0.22	1.61	0.010	0.007	0.067	0.01	0.02	0.29	0.02	0.003
												5	0.073	0.30	1.51	0.015	0.004	0.070	0.04	0.03	0.26	0.04	0.002
6	0.090	0.28	1.65	0.013	0.005	0.068	0.02	0.02	0.29	0.02	0.004

表2本发明实施例钢的加热、轧制和冷却工艺

表3本发明实施例钢的力学性能

由表3可见，采用本发明的成分设计和轧制工艺生产出的低屈强比HFW石油套管用钢，能满足API SPEC 5CT标准对K55级钢管的要求。

Claims

1.一种K55级高频电阻焊石油套管钢，其特征在于钢的化学成分重量百分比为：C：0.055％-0.095％，Si：0.15％-0.30％，Mn：1.50％-1.85％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Ti：0.010％-0.050％，Als：0.02％-0.06％，Nb：0.04％-0.07％，Cr：0.23％-0.31％，V：0.01％-0.04％，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.一种权利要求1所述K55级高频电阻焊石油套管钢的制造方法，包括冶炼、连铸和轧制工艺，其特征在于所述的轧制工艺为：连铸板坯经加热炉加热至1200-1300℃，随后在短流程热连轧机组进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1100-1200℃，终轧温度大于980℃；第二阶段开轧温度小于960℃，终轧温度为820-880℃；轧后钢带以两阶段方式冷却，缓冷段以3-6℃/s冷却速度冷却至770-810℃，快冷段冷却速度为10-15℃/s，卷取温度为570-630℃。