CN105779897A - 一种m65级电阻焊石油套管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种M65级电阻焊石油套管及其制造方法，其化学成分按重量百分比，配比如下：C：0.13％-0.17％，Si：0.15％-0.30％，Mn：0.80％-1.20％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Cr：0.30％-0.40％，Ti：0.010％-0.030％，Als：0.02％-0.05％，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质元素。工艺特点：板坯加热1150-1200℃，终轧温度780-840℃，冷却速度10-15℃/s，卷取温度570-640℃，钢带经过ERW机组进行高频/中频电阻焊制成钢管，整管加热到890-930℃，保温30-50min，水淬；整管加热到520-620℃，保温60-80min，水冷回火，本发明优点及效果在于：钢带冲击韧性良好；焊接性好，效率高；保证了管体和焊缝性能的一致性；管体热处理回火温度低，节省能源。
Description
技术领域
本发明属于石油套管用钢技术领域，涉及一种ERW(ERW，ElectricResistanceWeld，电阻焊)套管及其制造方法，特别涉及APISPEC5CT中钢级为M65石油套管及其制造方法，其热轧态钢带性能为J55，整管调质后性能为M65钢级。
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，仅2010年就达到了250万吨。相对于无缝管而言，ERW套管具有壁厚均匀、尺寸精度高、射孔性能好、抗挤毁能力强、成本低等显著优势，ERW套管受到生产厂家和油田用户的欢迎。研发出具有高附加值、不同级别直缝焊油层套管，提高市场竞争力，对节约采油成本，提高我国的石油开采水平有着深远的意义。
APISpec5CT规定：M65级钢管的屈服强度在448-586MPa之间，抗拉强度≥586MPa，伸长率≥22％；0℃时横向夏比冲击功≥20J，硬度HRC≤22。
为实现高效率生产，可采用热连轧轧制出强度略低的热轧钢带，然后进行ERW焊接制管，再对整管进行热处理，使钢管的最终性能满足M65水平。而且焊缝和管体进行相同的热处理工艺，得到的最终组织相同，有效减轻焊缝与管体的组织、性能差异，消除残余应力，提高钢管整体的质量。
在本发明之前，已有个别有关M65钢级ERW石油套管的文献或发明专利，但采用低碳低锰设计的M65级ERW石油套管报导很少，以下简单介绍与本发明较为接近的文献和专利：
1)中国专利CN101921952A，一种石油套管用钢、电阻焊石油套管及其制造方法。成分中含C：0.19％-0.29％，Mn：1.0％-1.4％；整管调质热处理，回火650-690℃。该专利中C含量高，碳当量0.4-0.5，对冲击韧性和焊接性不利；回火温度高，耗用能源大，且无法控制高温回火脆性。
2)论文“K55的生产工艺特点及M65的开发”，成分中C：0.35％-0.36％，Si：0.23％-0.30％，Mn：1.40％-1.43％，V：0.05％-0.06％，S：0.012％-0.014％，P：0.013％-0.015％。该论文公开的是无缝管M65，采用高碳高猛设计，且碳当量大于0.6，钢带焊接性和冲击韧性差，钢带无法头尾对焊，只能单卷生产，生产效率低。
以上公开的专利或文献中，均采用高碳高猛设计，钢带的焊接性和冲击韧性不良。均与本发明采用低碳含铬设计有明显不同之处。本发明的目的在于提供一种M65级电阻焊石油套管及其制造方法，特别是采用低碳含铬设计，焊接性和冲击性良好，热轧态为J55，整管调质热处理后性能为M65的直缝电阻焊(ERW)石油套管及其制造方法。
发明内容
本发明公开一种M65级电阻焊石油套管及其制造方法，以解决目前直缝电阻焊石油套管M65生产存在的技术问题，例如：碳锰含量高，焊接性和冲击韧性差，具有高温回火脆性等问题。
本发明的技术方案是这样的，其化学成分按重量百分比，配比如下：C：0.13％-0.17％，Si：0.15％-0.30％，Mn：0.80％-1.20％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Cr：0.30％-0.40％，Ti：0.010％-0.030％，Als：0.02％-0.05％，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质元素。
为保证本发明钢带具有良好的冲击韧性；更有利于钢卷之间焊接，提高生产效率；整管进行调质热处理，保证管体和焊缝性能的一致，本发明碳当量限定在0.39-0.45。
C：与现有技术相比，本方案C含量低，碳为碳化物形成元素，是保证强度的最有效元素，可以提高淬透性和热处理后性能稳定性，保证高温长时间回火时材料强度，因此，碳含量不宜过低；但碳含量过高将影响产品的冲击韧性和焊接性能，本发明认为对M65石油套管用钢而言，碳控制在0.13％-0.17％较为适宜。
Si：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，其最佳范围是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，有效保证钢的强度满足M65要求，同时锰对钢板的韧性影响不大。但锰含量过大，可增加连铸坯的中心偏析倾向。本发明中，其最佳范围是0.80％-1.2％。
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，恶化焊接性能，为保证钢水的高纯净度，应控制其含量≤0.008％。
Cr：铬可通过固溶强化和细晶强化来提高强度，弥补因C和Mn含量降低引起强度的下降。Cr是中等碳化物形成元素，在所有各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，它可均匀地分布在钢体积中，并且阻碍奥氏体晶界的移动和奥氏体晶粒的长大，起到细化晶粒的作用，从而改善钢的回火脆性；Cr元素溶入奥氏体后增大过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，提高钢的淬透性。但Cr含量过高会显著提高钢的脆性转变温度，降低伸长率，同时提高合金成本，本发明合适的范围是0.30％-0.40％。
Ti：钛是强的固氮元素，加入0.015％左右Ti时，可在板坯连铸时形成高温稳定细小的TiN析出相，这种细小的TiN析出相可有效阻止连铸坯在加热过程中奥氏体晶粒的长大，同时对改善钢焊接时热影响区的韧性有明显作用，对减轻回火脆性有利，合适的范围是0.010％-0.030％。
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％-0.05％。
N：固溶氮有钉扎位错的强烈作用，对韧性有不良影响，应控制其含量≤0.008％
为实现本发明目的，本发明采取如下生产工艺，它包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却、卷取、ERW制管和整管热处理。其特征是：
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、LF炉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1150-1200℃，随后经热连轧机组轧制，终轧温度为780-840℃，轧后钢带以10-15℃/s的速度进行冷却，在570-640℃温度进行钢带卷取。
3)钢带经过ERW机组进行高频/中频电阻焊制成钢管。
4)整管调质热处理工艺：经ERW制管后，整管加热到890-930℃，保温30-50min，水淬；再把整管加热到520-620℃，保温60-80min，水冷回火，有效抑制高温回火脆性。
5)调质后整管的组织为回火索氏体，屈服强度为515-550MPa，抗拉强度为620-660MPa，-10℃横向夏比冲击功(3个试样均值)Akv≥150J，硬度HRC≤22。
本发明技术方案的优点及效果在于：1)低碳低锰设计，钢带冲击韧性良好；2)卷与卷之间焊接性好，实现多卷生产，效率高；3)整管进行调质热处理，保证了管体和焊缝性能的一致性；4)添加Ti合金结合快冷回火，有效降低高温回火脆性倾向，5)回火温度低，节省能源。
具体实施方式
本发明其化学成分按重量百分比配比如下：C：0.13％-0.17％，Si：0.15％-0.30％，Mn：0.80％-1.20％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Cr：0.30％-0.40％，Ti：0.010％-0.030％，Als：0.02％-0.05％，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免元素。
本发明采取如下生产工艺，它包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却、卷取、ERW制管和整管热处理，具体工艺如下：
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、LF炉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1150-1200℃，随后经热连轧机组轧制，终轧温度为780-840℃，轧后钢带以10-15℃/s的速度进行冷却，在570-640℃温度进行钢带卷取。
3)钢带经过ERW机组进行高频/中频电阻焊制成钢管。
4)整管调质热处理工艺：经ERW制管后，整管加热到890-930℃，保温30-50min，水淬；再把整管加热到520-620℃，保温60-80min，水冷回火，有效抑制高温回火脆性。
5)调质后整管的组织为回火索氏体，屈服强度为515-550MPa，抗拉强度为620-660MPa，-10℃横向夏比冲击功(3个试样均值)Akv≥150J，硬度HRC≤22。
下面介绍本发明的几个最佳实施例，以说明本发明的实施效果。
试验钢化学成分见表1，加热、轧制冷却工艺见表2，热处理工艺见表3，调质态力学性能见表4。
表1化学成分(wt，％)
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ti | Als | N | Ceq |
| 1 | 0.13 | 0.21 | 1.17 | 0.012 | 0.002 | 0.35 | 0.012 | 0.034 | 0.0025 | 0.40 |
| 2 | 0.17 | 0.19 | 0.95 | 0.013 | 0.001 | 0.34 | 0.014 | 0.035 | 0.0030 | 0.40 |
| 3 | 0.17 | 0.25 | 0.84 | 0.010 | 0.004 | 0.39 | 0.021 | 0.022 | 0.0021 | 0.39 |
| 4 | 0.16 | 0.18 | 1.06 | 0.011 | 0.003 | 0.33 | 0.028 | 0.033 | 0.0034 | 0.40 |
| 5 | 0.15 | 0.22 | 1.14 | 0.011 | 0.002 | 0.36 | 0.015 | 0.028 | 0.0036 | 0.41 |
| 6 | 0.14 | 0.27 | 1.15 | 0.013 | 0.003 | 0.38 | 0.029 | 0.037 | 0.0025 | 0.41 |
表2加热、轧制工艺和热轧态力学性能
表3调质工艺
表4调质态力学性能
由表4可见，采用本发明的成分设计和轧制、整管热处理工艺，生产出的调质态直缝电阻焊石油套管，满足APISPEC5CT标准对M65级钢管的要求。
Claims (3)
1.一种M65级电阻焊石油套管，其特征在于，化学成分按重量百分比，配比如下：C：0.13％-0.17％，Si：0.15％-0.30％，Mn：0.80％-1.20％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Cr：0.30％-0.40％，Ti：0.010％-0.030％，Als：0.02％-0.05％，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种M65级电阻焊石油套管，其特征在于，所述的碳当量为0.32-0.45。
3.一种如权利要求1所述的一种M65级电阻焊石油套管的制造方法，采取如下生产工艺，包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却、卷取、ERW制管和整管热处理；其特征是：
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、LF炉脱硫处理及进行钙处理；
2)轧制工艺：连铸板坯经加热炉加热至1150-1200℃，随后经热连轧机组轧制，终轧温度为780-840℃，轧后钢带以10-15℃/s的速度进行冷却，在570-640℃温度进行钢带卷取；
3)钢带经过ERW机组进行高频/中频电阻焊制成钢管；
4)整管调质热处理工艺：经ERW制管后，整管加热到890-930℃，保温30-50min，水淬；再把整管加热到520-620℃，保温60-80min，水冷回火；
5)调质后整管的组织为回火索氏体，屈服强度为515-550MPa，抗拉强度为620-660MPa，-10℃横向夏比冲击功Akv≥150J，硬度HRC≤22。
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