CN103147009A - 一种n80q钢级石油套管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种经济型高强韧N80Q钢级套管及其制造方法,属于低合金钢制造领域。该套管用钢由下述重量百分比的成分组成:C:0.16-0.22%,Si≤0.30%,Mn:0.60-1.39%,P≤0.020%,S≤0.010%,Ti:0.01-0.03%,Nb≤0.03%,Cr:0.08-0.30%,余量为Fe及其他不可避免的杂质元素,碳当量Ceq≤0.44。本发明提供的套管用钢力学性能优良,成品管性能满足API5CT标准要求,屈服强度≥552MPa,抗拉强度≥689MPa,伸长率A50.8在18%以上。与现有技术相比,本发明首次采用中锰、低铬的经济型成分设计,同时对碳当量做了明确要求,焊接性能明显改善,大幅降低了热卷原料和制管的生产难度及设备损耗,有利于在工业生产中推广应用,市场前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及高强度石油套管技术领域,尤其是涉及一种N80Q钢级石油套管及其制造方法。
背景技术
从石油套管发展趋势看,与无缝管相比,ERW(高频直缝电阻焊)工艺具有生产成本低,壁厚均匀,尺寸精确度高等优势,市场占有率提高很快,随着深井油气资源的开发,N80等高强度油井套管需求量越来越大,为了降低生产成本,各制管厂都在使用ERW工艺进行高强度油井管的生产。
ERW工艺主要有两种方式生产N80钢级油井套管,一种是采用TMCP热轧N80卷板直接制管,除钢管具有性能稳定,冲击韧性高并且几何尺寸精度高的特点外,这种N80套管生产工艺劣势也显而易见,卷板强度高,热轧钢卷的生产难度较大,且制管成型难度较大,合金含量较高,可焊性降低,焊缝冲击韧性难以保证。
公开号CN101724793A的专利,介绍一种非调质N80钢级石油管的工艺,介绍了一种C:0.34-0.38,Si:0.25-0.40,Mn:1.45-1.70,V:0.11-0.16,P≤0.025,S≤0.025,Als≤0.020,Cu≤0.20,Ni≤0.20,Cr≤0.25。该钢管热轧态具有N80的性能要求,ERW制管后不需热处理,简化了制管后工艺,但因强度较高该钢种轧制和制管难度较大,且因合金成分较高,可焊性降低,焊缝性能难以保证。
公开号CN101745731A的专利,介绍一种N80级ERW油井套管的制造方法,成分含量为:C≤0.12%,Mn≤1.85%,S≤0.010,Nb+V+Ti≤0.15%。该钢种热轧态具有N80的性能要求,制管成型难度较大。
公开号CN101643883A的专利,一种N80、P110、L80直缝焊套管用钢及套管制造,介绍了一种采用中碳C(0.12-0.24%),加入Cr:0.30-0.60,V:0.08-0.12、Nb:0.12-0.14,合金成本较高,较高的强度使制管生产难度加大。该钢热轧态即具有N80的性能要求,制管后进行调质热处理。
公开号CN102409229A的专利,N80Q级别直缝电阻焊石油套管及其制造方法,介绍了一种采用中碳(0.15-0.20%)中锰(1.40-1.80%)成分,制管后进行调质热处理达到N80Q钢级。该方法锰含量高,导致碳当量及合金成本略高,同时热轧态钢卷强度也高。
发明内容
本发明的目的在于降低钢管生产难度和成本,开发一种经济型高强韧N80Q钢级石油套管用钢及其制造方法,对N80成分进行合金减量化,通过热轧成型,提供钢管厂焊管原料-套管用热轧钢带,经过焊管厂ERW制管和调质热处理,最终使焊管的各项性能指标达到API5CT中对N80的要求,从而降低了钢厂、制管厂对N80石油套管的开发难度,获得了外形尺寸均匀、性能均匀的N80石油套管,同时降低了钢管厂的生产成本,采用的技术方案是:一种N80Q钢级石油套管,其特征在于,所述套管化学成分按如下重量百分比:C:0.16-0.22%,Si0.30%,Mn:0.60-1.39%,P0.020%,S0.010%,Ti:0.01-0.03%,Nb0.03%,Cr:0.08-0.25%,余量为Fe及其它不可避免的杂质元素,Ceq0.44。
本发明的技术特征还有:所述制造方法包括以下步骤:
1)铁水预处理:采用KR法铁水预处理深脱硫,扒渣后控制入炉铁水的硫含量在0.005%以下;
2)转炉冶炼:顶底复吹少渣冶炼,钢包全程吹氩,档渣球和挡渣棒联合挡渣;
3)双LF复合精炼:在无需进行RH真空精炼的前提下,采用双LF复合精炼;
4)连铸:采用厚度为135-150mm的ASP连铸生产,钢包与长水口之间采用氩气密封,浇注时结晶器液面自动控制,液面波动范围控制在±3mm,钢包下渣自动检测,低过热度浇注,过热度控制10-25℃,得到连铸坯;
5)将经过步骤4)加工后得到的连铸坯直接700℃以上热装或冷坯再加热到1200-1280℃温度区间充分奥氏体化,采用两阶段控制轧制,第一阶段控制开轧温度区间为1150℃-1220℃,第一阶段控制开轧累积压下率不小于70%,第二阶段轧制采用控制轧制,开轧温度区间980℃-1050℃,终轧温度820℃-870℃,第二阶段控制开轧累积压下率不低于70%,得到厚度为6-16mm的热轧卷板;
6)将步骤5)所述热轧卷板以8-25℃/S的冷却速度进行冷却,卷取温度区间为600-680℃,卷取后热卷供货;
7)将步骤6)中得到的热卷ERW制管后,将套管毛坯加热到900±20℃,保温20min以上,水淬;
8)将经过步骤7)处理后的套管毛坯加热到610±20℃,保温60min以上,空冷回火,得到所述N80Q钢级石油套管。
本发明的技术特征还有:所述步骤3)中热卷屈服强度400-500MPa,抗拉强度450-600MPa。
本发明的技术特征还有:所述经步骤8)处理后石油套管性能为:屈服强度580-700MPa,抗拉强度710-780MPa,伸长率A50.8为25-30%,-10℃横向夏比冲击功大于90J。
本发明的技术特征还有:步骤6)中冷却方式为两段式分层次冷却。
本发明的有益效果是:1)本发明化学成分简单、实用,中Mn、低Cr合理匹配,降低了碳当量,既保证了淬透性能,又保证具有良好的焊接性能和冲击韧性,同时也节约了成本;同时对碳当量做了明确要求,焊接性能明显改善,大幅降低了热卷原料和制管的生产难度及设备损耗,有利于在工业生产中推广应用,市场前景广阔。
2)本发明精炼工艺简便、经济,采用双LF复合精炼,得到钢质纯净的坯料;
3)轧制工艺采用中高温终轧和卷取,易于生产控制,层流冷却采用两段式分层次冷却策略,保证获得均匀细小的F+P组织,减轻了带状组织,为后续焊接制管和调质热处理打下良好基础;
4)热轧态强度较低,易于热卷生产和ERW制管成型,热处理后管体、焊缝及热影响区性能一致性较好,达到N80Q钢级。
具体实施方式
下面结合具体实施例,对发明的具体实施方式进行说明。本发明的目的在于提供一种中锰、低铬设计的经济型高强韧N80Q钢级石油套管,本发明主要是从经济型高强韧直缝焊套管用钢成分设计思路出发,合理匹配C、Mn、Cr含量,降低碳当量,保证淬透性和可焊性能,利用微合金元素Ti、Nb控制轧制与控制冷却过程中的细晶强化和析出强化的复合强化机制,热轧态强度较低,碳当量较低,易于实现ERW套管生产,制管后调质处理,达到API5CT N80Q钢级标准。
本N80Q钢级石油套管钢的化学成分按如下重量百分比:C:0.16-0.22%,Si0.30%,Mn:0.60-1.39%,P0.020%,S0.010%,Ti:0.01-0.03%,Nb0.03%,Cr:0.08-0.25%,余量为Fe及其它不可避免的杂质元素,Ceq0.44。
本钢管对应的制造方法包括以下步骤:
1)铁水预处理:采用KR法铁水预处理深脱硫,扒渣后控制入炉铁水的硫含量在0.005%以下;
2)转炉冶炼:顶底复吹少渣冶炼,钢包全程吹氩,档渣球和挡渣棒联合挡渣;
3)双LF复合精炼:在无需进行RH真空精炼的前提下,采用双LF复合精炼,热卷屈服强度400-500MPa,抗拉强度450-600MPa;
4)连铸:采用厚度为135-150mm的ASP连铸生产,钢包与长水口之间采用氩气密封,浇注时结晶器液面自动控制,液面波动范围控制在±3mm,钢包下渣自动检测,低过热度浇注,过热度控制10-25℃,得到连铸坯;
5)将经过步骤4)加工后得到的连铸坯直接700℃以上热装或冷坯再加热到1200-1280℃温度区间充分奥氏体化,采用两阶段控制轧制,第一阶段控制开轧温度区间为1150℃-1220℃,第一阶段控制开轧累积压下率不小于70%,第二阶段轧制采用控制轧制,开轧温度区间980℃-1050℃,终轧温度820℃-870℃,第二阶段控制开轧累积压下率不低于70%,得到厚度为6-16mm的热轧卷板,石油套管性能为:屈服强度580-700MPa,抗拉强度710-780MPa,伸长率A50.8为25-30%,-10℃横向夏比冲击功大于90J;
6)将步骤5)所述热轧卷板以8-25℃/S的冷却速度进行冷却,卷取温度区间为600-680℃,卷取后热卷供货;
7)将步骤6)中得到的热卷ERW制管后,将套管毛坯加热到900±20℃,保温20min以上,水淬;
8)将经过步骤7)处理后的套管毛坯加热到610±20℃,保温60min以上,空冷回火,得到N80Q钢级石油套管。
本发明实施例钢的化学成分见表1,本发明实施例钢的轧制工艺和力学性能见表2、表3,本发明实施例钢管的热处理和力学性能见表4。
表1本发明实施例1~4钢的化学成分(质量百分比,%)
表2实施例1~4钢轧钢生产过程工艺参数
表3实施例1~4钢的力学性能
表4实施例1~4钢管的热处理工艺和性能
综上所述,按本发明提供的钢种成分设计范围及冶炼、轧制、热处理等生产方法,所得实施例钢的屈服强度均达到570MPa以上,抗拉强度达到710MPa以上,延伸率在25%以上,低温冲击韧性良好,完全满足API5CT标准要求,达到N80Q钢级指标。
当然,上述说明并非对本发明的限制,本发明也不仅限于上述举例,本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种N80Q钢级石油套管,其特征在于,所述套管化学成分按如下重量百分比:C :0.16-0.22%,Si ≤0. 30%,Mn:0.60-1.39%,P≤ 0.020%,S ≤ 0.010%,Ti:0.01-0.03%,Nb ≤0.03%,Cr:0.08-0.30%,余量为Fe及其它不可避免的杂质元素,碳当量Ceq≤0.44。
2.按照权利要求1所述的N80Q钢级石油套管的制造方法,其特征在于:所述制造方法包括以下步骤:
1)铁水预处理:采用KR法铁水预处理深脱硫,扒渣后控制入炉铁水的硫含量在0.005%以下;
2)转炉冶炼:顶底复吹少渣冶炼,钢包全程吹氩,档渣球和挡渣棒联合挡渣;
3)双LF复合精炼:在无需进行RH真空精炼的前提下,采用双LF复合精炼;
4)连铸:采用厚度为135-150mm的ASP连铸生产,钢包与长水口之间采用氩气密封,浇注时结晶器液面自动控制,液面波动范围控制在±3mm,钢包下渣自动检测,低过热度浇注,过热度控制10-25℃,得到连铸坯;
5)将经过步骤4)加工后得到的连铸坯直接700℃以上热装或冷坯再加热到1200-1280℃温度区间充分奥氏体化,采用两阶段控制轧制,第一阶段控制开轧温度区间为1150℃-1220℃,第一阶段控制开轧累积压下率不小于70%,第二阶段轧制采用控制轧制,开轧温度区间980℃-1050℃,终轧温度820℃-870℃,第二阶段控制开轧累积压下率不低于70%,得到厚度为6-16mm的热轧卷板;
6)将步骤5)所述热轧卷板以8-25℃/S的冷却速度进行冷却,卷取温度区间为600-680℃,卷取后热卷供货;
7)将步骤6)中得到的热卷ERW制管后,将套管毛坯加热到900±20℃,保温20min以上,水淬;
8)将经过步骤7)处理后的套管毛坯加热到610±20℃,保温60min以上,空冷回火,得到所述N80Q钢级石油套管。
3.按照权利要求2所述的N80Q钢级石油套管的制造方法,其特征在于:所述步骤3)中热卷屈服强度400-500MPa,抗拉强度450-600MPa。
4.按照权利要求2所述的N80Q钢级石油套管的制造方法,其特征在于:所述经步骤8)处理后石油套管性能为:屈服强度580-700MPa,抗拉强度710-780MPa,伸长率A50.8为25-30%,-10℃横向夏比冲击功大于90J。
5.按照权利要求2所述的N80Q钢级石油套管的制造方法,其特征在于:步骤6)中冷却方式为两段式分层次冷却。
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