專利名稱：一種k55級高頻電阻焊石油套管鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種HFW(Highfrequency electric-resistanceield,高頻電阻焊)套管用鋼技術(shù)，特別涉及API SPEC 5CT中ー種具有優(yōu)良焊接性和沖擊韌性(_10°C，橫向>100J)的低屈強(qiáng)比K55鋼級石油套管用鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
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。HFW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(qiáng)、成本低等顯著優(yōu)勢，正在逐漸替代傳統(tǒng)的無縫鋼管。
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API Spec 5CT規(guī)定K55級別鋼管的屈服強(qiáng)度在379_552MPa之間，抗拉強(qiáng)度彡655MPa，伸長率彡20%,沖擊功沒有強(qiáng)制要求，可選擇Akv (21°C，橫向)彡20 J，隨著人們對油田安全要求的提高，對原料鋼帶的沖擊性能提出一定要求。目前，K55級HFW套管的生產(chǎn)エ藝是成分設(shè)計(jì)采用高碳設(shè)計(jì)(>O. 15% )，有的添加合金元素Mo，冶煉并軋制成熱軋鋼帶；然后，將鋼帶通過HFW方式制成焊管，并對焊縫或鋼管整體進(jìn)行熱處理，隨后對管端進(jìn)行適當(dāng)?shù)穆菁y加工，最終生產(chǎn)出合格的K55級別石油套管。由于碳含量較高(> O. 15% )，無法得到焊接性優(yōu)良的熱軋鋼帯，不僅提高HFW制管的エ藝復(fù)雜程度，且降低了制管的生產(chǎn)效率；較高的碳含量同時(shí)也導(dǎo)致鋼帶的沖擊韌性一般?，F(xiàn)有技術(shù)中名為“ー種低屈強(qiáng)比直縫焊石油套管用鋼及其制造方法”的中國專利(CN101082099A)和名為“ー種低屈強(qiáng)比直縫電阻焊管用鋼及其制造方法”的中國專利(CN101818308A)，其成分中C含量較高，分別為O. 2% -O. 3%和O. 15% -O. 22%，對焊接性和韌性不利。名為“低屈強(qiáng)比電阻焊石油套管用正火鋼、電阻焊套管及其制法”的中國專利(CN101270438A)、名為“低屈強(qiáng)比石油套管用鋼、石油套管及其制法”的中國專利(CN101328559A)和名為“高頻電阻焊K55鋼級套管的研發(fā)”的論文，不僅其C含量高，分別為O. 19%-O. 29%,O. 19%-O. 27%和O. 20%-O. 22%，對焊接性和韌性不利，而且制管后需
要整管進(jìn)行熱處理,エ藝復(fù)雜,生產(chǎn)成本高。名為“石油套管用鋼及其制造方法”的中國專利(CN 101845583A)，其成分中C含量高(O. 31% -O. 35% )，焊接性和韌性一般，還含有Mo，合金成本較高。從以上公開的文獻(xiàn)看，現(xiàn)有技術(shù)C含量都比較高，鋼帶的焊接性和沖擊韌性一般，焊接エ藝復(fù)雜，制管生產(chǎn)效率低；有的需要添加貴重合金元素Mo，合金成本較高；有的需要進(jìn)行整管熱處理，熱處理工藝復(fù)雜，鋼管生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種采用低碳設(shè)計(jì)，具有優(yōu)良焊接性和沖擊韌性(-10°C，橫向> 100J)的低屈強(qiáng)比K55級HFW石油套管鋼及其制造方法。本發(fā)明K55級高頻電阻焊石油套管鋼的化學(xué)成分重量百分比為C :O. 055% -O. 095%,Si 0. 15% -O. 30%,Mn 1. 50% -I. 85%,P .く O. 020%,S .く O. 008%,Ti :0. 010% -O. 050%, Als :0. 02% -O. 06%, Nb :0. 04% -O. 07%, Cr :0. 23% -O. 31%, V O. 01% -O. 04%, N O. 008%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。C :碳為碳化物形成元素，通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用提高鋼材的強(qiáng)度，是保證強(qiáng)度的最有效元素，但碳含量過高將影響產(chǎn)品的焊接性能和沖擊韌性，碳控制在O. 055% -O. 095%較為適宜。Si :硅可以起到固溶強(qiáng)化作用，但其含量過高會使鋼的塑性和韌性降低，合適的范圍是 O. 15% -O. 30%。 Mn:錳具有固溶強(qiáng)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(qiáng)度。但錳含量過大，可増加連鑄坯的中心偏析傾向，影響熱軋鋼材的組織均勻性，給焊縫質(zhì)量帶來負(fù)面影響，合適的范圍是1.50% -1.85%。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(yīng)控制其含量< O. 020%。S :硫是鋼中有害元素，使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，焊接性能也不利，應(yīng)控制其含量< O. 008 %。Nb :鈮是細(xì)晶和析出強(qiáng)化元素，可彌補(bǔ)因碳降低而引起的強(qiáng)度的下降，改善焊接性能，但過高會增加合金成本，合適的范圍是O. 04% -O. 07%。V :釩的碳氮化物在鐵素體中以細(xì)小彌散形式均勻析出，可以顯著提高材料的抗拉強(qiáng)度而不明顯增加屈服強(qiáng)度，但過高會増加合金成本，合適的范圍是O. 01% -O. 04%。Ti :鈦是強(qiáng)碳氮化物形成元素，顯著細(xì)化奧氏體晶粒，可彌補(bǔ)因碳降低而引起的強(qiáng)度的下降。含量太高，易形成粗大的TiN，降低材料性能，合適的范圍是O. 010% -0.050%。Cr :鉻可通過固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化來增加強(qiáng)度，合適的范圍是O. 23% -O. 31%。Als :鋁是常用的脫氧劑，在鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，合適的范圍是O. 02% -O. 06%。N :固溶氮有釘扎位錯(cuò)的強(qiáng)烈作用，對韌性有不良影響，控制其含量彡O. 008%本發(fā)明K55級高頻電阻焊石油套管鋼的制造方法包括冶煉、連鑄和軋制エ藝，具體エ藝為I)冶煉連鑄エ藝鐵水預(yù)處理,轉(zhuǎn)爐冶煉-經(jīng)頂吹或頂?shù)讖?fù)合吹煉，爐外精煉-經(jīng)RH真空處理、LF爐輕脫硫處理、及進(jìn)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(dòng)態(tài)輕壓下、以提高連鑄板坯的質(zhì)量。2)軋制エ藝連鑄板坯經(jīng)加熱爐加熱至1200-1300°C，隨后在2150ASP短流程熱連軋機(jī)組進(jìn)行兩階段控制軋制，第一階段開軋溫度為1100-1200°C，終軋溫度大于980°C ；第二階段開軋溫度小于960°C，終軋溫度為820-880°C ;軋后的鋼帶以先緩冷后快冷的兩階段冷卻方式進(jìn)行冷卻，緩冷段以冷卻速度3-6°C /s冷卻至770-810°C ;快冷段冷卻速度為10-15°C /s，在570-630°C溫度進(jìn)行鋼帶卷取。軋后鋼帶先緩冷，保證鋼帶有一定量的先共析鐵素體軟相組織，同時(shí)晶粒有一定程度長大，降低了屈服強(qiáng)度；然后再采用快速冷卻，得到細(xì)小的貝氏體和Μ/A硬相組織，具有高的抗拉強(qiáng)度，從而保證了鋼帶具有低的屈強(qiáng)比。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果I) C含量較低(< O. 10% )，焊接性優(yōu)良，沖擊韌性良好(-10°C，橫向> 100J) ；2)用少量Cr、V取代貴重元素Mo，節(jié)約合金成本；3)鋼帶制管后僅需要對焊縫和熱影響區(qū)進(jìn)行熱處理，不需要整管熱處理，熱處理工藝簡單，鋼管生產(chǎn)成本低。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步的描述。本發(fā)明實(shí)施例鋼的化學(xué)成分見表1，加熱、軋制、冷卻エ藝見表2，力學(xué)性能見表3。表I本發(fā)明實(shí)施例鋼的化學(xué)成分(wt，% )

權(quán)利要求
1.ー種K55級高頻電阻焊石油套管鋼，其特征在于鋼的化學(xué)成分重量百分比為C:O. 055% -O. 095%,Si :0. 15% -O. 30%,Mn :1. 50% -I. 85%,P .く O. 020%,S .く O. 008%,Ti :0. 010% -O. 050%, Als :0. 02% -O. 06%, Nb :0. 04% -O. 07%, Cr :0. 23% -O. 31%, V O.01% -O. 04%, N O. 008%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.—種權(quán)利要求I所述K55級高頻電阻焊石油套管鋼的制造方法，包括冶煉、連鑄和軋制エ藝，其特征在于所述的軋制エ藝為連鑄板坯經(jīng)加熱爐加熱至1200-1300°C，隨后在短流程熱連軋機(jī)組進(jìn)行兩階段控制軋制，第一階段開軋溫度為1100-1200°C，終軋溫度大于980°C;第二階段開軋溫度小于960°C，終軋溫度為820-880°C;軋后鋼帶以兩階段方式冷卻，緩冷段以3-6°C /s冷卻速度冷卻至770-810°C，快冷段冷卻速度為10_15°C /s，卷取溫度為570-630 °C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種K55級高頻電阻焊石油套管鋼及其制造方法，其化學(xué)成分C0.055％-0.095％，Si0.15％-0.30％，Mn1.50％-1.85％，P≤0.020％，S≤0.008％，Ti0.010％-0.050％，Als0.02％-0.06％，Nb0.04％-0.07％，Cr0.23％-0.31％，V0.01％-0.04％，N≤0.008％，余為Fe。其方法包括冶煉、連鑄和軋制工藝，連鑄板坯加熱至1200-1300℃，進(jìn)行兩階段控制軋制，第一階段開軋溫度1100-1200℃，終軋溫度大于980℃；第二階段開軋溫度小于960℃，終軋溫度820-880℃；軋后先以3-6℃/s冷速冷卻至770-810℃，再以10-15℃/s快冷，卷取溫度570-630℃。本發(fā)明C含量低，焊接性優(yōu)良，沖擊韌性良好，合金成本低，生產(chǎn)工藝簡單。
文檔編號C22C38/38GK102828121SQ201110160119
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者黃明浩, 黃國建, 張祿林, 張英慧, 孔祥磊, 徐烽 申請人:鞍鋼股份有限公司