專利名稱：直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明型涉及一種直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼及其生產(chǎn)方法，屬低合金鋼技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石油套管是石油天然氣開采過程中的用量很大的一種重要用具，目前國內(nèi)主要采用無縫管和直縫焊管，由于直縫管具有壁厚均勻、幾何尺寸精度高、韌性高、射孔后孔眼無撕裂且價格便宜等優(yōu)勢，用熱軋板卷和中寬帶制造的直縫焊套管已經(jīng)逐漸替代傳統(tǒng)的無縫鋼管。隨著節(jié)省能源和環(huán)保問題的升溫，大大促進(jìn)石油、天然氣行業(yè)的迅猛發(fā)展，相應(yīng)對于石油套管的需求量也在不斷增加，因此也帶動了鋼鐵等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。優(yōu)化成分組合，采用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，開發(fā)出在強(qiáng)度、韌性、塑性、可焊性等性能方面可達(dá)到更高要求的卷板或中寬帶鋼是制造出高品質(zhì)直縫焊石油套管的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于提供一種直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼及其生產(chǎn)方法，本發(fā)明產(chǎn)品合理設(shè)計(jì)成分、添加微量合金元素Ti，并通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝方法使其力學(xué)性能完全滿足API5CT標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)產(chǎn)品的要求，且生產(chǎn)成本較低。
本發(fā)明所稱問題是以下技術(shù)方案解決的一種直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼，其特別之處是，化學(xué)成分配比如下C0.14～0.21、Mn1.0～1.5、Si0.10～0.40、S≤0.015、P≤0.020、Ti0.015～0.04、Als0.01～0.05、N≤0.005，余量為Fe。
上述直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼，所述優(yōu)選化學(xué)成份配比如下C0.17～0.20、Mn1.20～1.40、Si0.20～0.35、S≤0.008、P≤0.015、Ti0.015～0.035、Als0.020～0.035、N≤0.005，余量為Fe。
上述直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼生產(chǎn)方法，它包括下述步驟a.以預(yù)處理鐵水或海綿鐵加優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼，爐外精煉；
b.連鑄成中厚板坯；c.熱軋機(jī)組軋制成最終尺寸的卷板或中寬帶鋼；其中板坯連鑄工序b中連鑄過熱度控制在15～35℃之間，拉速在1.0～3.0m/min之間，板坯厚度120～250mm；熱軋工序c中板坯熱裝或二次加熱至1100～1200℃，終軋溫度為820～930℃，卷取溫度為520～650℃。
上述直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼生產(chǎn)方法，它包括下述步驟A.以預(yù)處理鐵水或海綿鐵加優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼，爐外精煉；B.連鑄成薄板坯；C.薄板坯連軋機(jī)組軋制成最終尺寸的卷板或中寬帶鋼；其中板坯連鑄工序B中連鑄過熱度控制在15～35℃之間，拉速在3.0～6.0m/min之間，板坯厚度70～90mm；薄板坯連軋工序C中板坯直接進(jìn)入加熱爐，加熱至1100～1200℃，終軋溫度為820～930℃，卷取溫度為520～650℃。
本發(fā)明產(chǎn)品在合理設(shè)計(jì)C、Mn含量、嚴(yán)格控制S、P、N含量的基礎(chǔ)上，添加微量合金元素Ti，Ti的加入可明顯改善帶鋼的焊接性，由于Ti與N有較強(qiáng)的親和力，有利于改善鑄坯表面質(zhì)量，Ti還可以起到細(xì)化晶粒作用，此外添加Ti元素與添加其它合金元素如Nb、V相比，可降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明方法采用以預(yù)處理鐵水或海綿鐵加優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，經(jīng)爐外精煉，連鑄成中厚板坯，經(jīng)熱軋機(jī)組軋制成最終尺寸的卷板或中寬帶鋼；或爐外精煉后，連鑄成薄板坯，經(jīng)薄板坯連軋機(jī)組軋制成最終尺寸的卷板或中寬帶鋼。經(jīng)檢驗(yàn)本發(fā)明產(chǎn)品可完全滿足API5CT標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)產(chǎn)品的要求，特別是在制管生產(chǎn)過程中具有很好的焊接性和成形性，制管后的性能檢驗(yàn)中，其延伸率和壓扁性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有其他同類產(chǎn)品。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明產(chǎn)品成分配比分析如下CC是決定鋼強(qiáng)度的主要元素，是形成珠光體的主要物質(zhì)，碳化物在鋼中的形態(tài)和多少決定鋼的硬度和強(qiáng)度，即隨著C含量的增加鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性增加，而鋼的塑性和韌性下降。但在實(shí)際設(shè)計(jì)成分時還從連鑄工藝、焊接性、成形性、加工螺紋的成材率等方面考慮了C含量，首先因?yàn)楫?dāng)C含量在0.09％～0.17％時，鋼的相變在包晶反應(yīng)區(qū)，鑄坯易產(chǎn)生裂紋，甚至造成裂紋漏鋼；從石油套管焊接性、成形性方面，C含量不宜太高；從加工螺紋的成材率實(shí)踐檢驗(yàn)表明，C含量低影響螺紋的切削性降低。因此，將C含量目標(biāo)值控制在0.14～0.21％范圍內(nèi)，優(yōu)化目標(biāo)0.17％～0.20％。
MnMn具有固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化的作用，在非調(diào)質(zhì)鋼的設(shè)計(jì)中，通常采用降低C含量，增加Mn含量，以達(dá)到提高強(qiáng)度的同時韌性不致降低過快的目的，但其含量過多時，會大大降低相變臨界點(diǎn)，工藝控制不當(dāng)，組織中會出現(xiàn)貝氏體，強(qiáng)度升高，韌性下降。另外，從石油套管的焊接性方面考慮(碳當(dāng)量)，Mn含量也不宜太高。因此，實(shí)際Mn含量目標(biāo)值控制在1.0～1.5范圍內(nèi)，優(yōu)化目標(biāo)1.20％～1.40％。
TiTi是微合金化元素，添加微量Ti是本發(fā)明的最重要改進(jìn)。
1.首先，添加微量Ti可明顯改善帶鋼的焊接性，因?yàn)镹是導(dǎo)致焊接裂紋敏感的主要元素之一，通過Ti固定N可以得到很好的效果，另外，在焊縫金屬中存在的超細(xì)的Ti的氧化物、硫化物、碳氮化物可以起到強(qiáng)化、凈化及變質(zhì)劑的作用；2.由于Ti與N有較強(qiáng)的親和力，在高溫甚至液態(tài)就可析出TiN等粒子，因而通過合理的Ti、N含量和連鑄工藝控制，避免影響高溫?zé)崴苄晕⑿×Ｗ釉诰Ы缥龀?，可以明顯的改善鑄坯表面質(zhì)量；3.由于Ti完全固定了N，使鋼中無游離的N元素，因而可改善鋼的時效性；4.包辛格效應(yīng)是大管徑套管中易暴露的問題，通過微量Ti合金化，由于對屈服強(qiáng)度提高不明顯，可以改善包辛格效應(yīng)。
5.另外，Ti還具有中等強(qiáng)度的細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化雙重作用，細(xì)晶強(qiáng)化具體表現(xiàn)在①細(xì)小的TiN、TiCN等粒子在晶界析出，在高溫下阻礙晶界的運(yùn)動，明顯提高奧氏體的粗化溫度，細(xì)化奧氏體晶粒尺寸；②高溫形變時，微量Ti通過固溶效應(yīng)和析出效應(yīng)而強(qiáng)烈的抑制奧氏體的動態(tài)再結(jié)晶，在碳化物動態(tài)析出之前，以固溶延遲效應(yīng)為主，而析出后，以碳化物對奧氏體的釘軋作用為主；③在一定程度上，降低鐵素體的形核率和長大速率，進(jìn)而細(xì)化鐵素體。
6.Ti鐵的價格明顯低于Nb鐵和V鐵。
綜上，實(shí)際控制Ti含量的目標(biāo)值在0.015～0.04之間，優(yōu)化目標(biāo)0.015～0.035％。
S、PS、P是強(qiáng)烈的裂紋敏感性元素，因而應(yīng)盡可能的低；另外根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，鋼水中酸溶鋁和硫含量應(yīng)有一定的匹配關(guān)系，否則會導(dǎo)致鋼水Ca處理后堵塞水口。鋼水采用Ca處理，使Al2O3成為液態(tài)的鋁酸鈣。Ca使Al2O3變性的條件是S≤0.01％，否則形成的CaS將阻止Ca與Al2O3進(jìn)一步反應(yīng)。同時Ca在S≤0.008％的條件下可以控制硫化物的形態(tài)，形成的硫化物是復(fù)雜的(Ca，Mn)S，而不是MnS。MnS在鋼液凝固時易在晶界處析出，在熱軋時被軋成帶狀夾雜，降低了鋼材的機(jī)械性能。而(Ca，Mn)S在熱軋時不變形，對鋼的機(jī)械性能影響不大，消除了鋼材的各向異性。因此，實(shí)際控制在S≤0.015、P≤0.020，優(yōu)化目標(biāo)S≤0.008、P≤0.015。
5.NN是鋼中有害氣體元素，其主要影響鑄坯的表面質(zhì)量、成品的焊接性及時效性等，因此實(shí)際控制中N≤0.005。
本發(fā)明產(chǎn)品生產(chǎn)方法如下工藝路線1以預(yù)處理鐵水或海綿鐵加優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼，經(jīng)爐外精煉后，連鑄成中厚板坯，經(jīng)傳統(tǒng)熱軋機(jī)組軋制成最終尺寸的卷板或中寬帶鋼。
工藝路線2以預(yù)處理鐵水或海綿鐵加優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼，經(jīng)爐外精煉后，連鑄成薄板坯，經(jīng)薄板坯連軋機(jī)組軋制成最終尺寸的卷板或中寬帶鋼。
針對工藝路線1所采用的工藝制度板坯連鑄連鑄過熱度控制在15～35℃之間，拉速在1.0～3.0m/min之間，板坯厚度120～250mm，連鑄采用合適的保護(hù)渣，結(jié)晶器和二冷區(qū)采用弱冷。
熱軋板坯熱裝或二次加熱至1100～1200℃，終軋溫度為820～930℃，卷取溫度為520～650℃。
針對工藝路線2所采用的工藝制度板坯連鑄連鑄過熱度控制在15～35℃之間，拉速在3.0～6.0m/min之間，板坯厚度70～90mm，連鑄采用合適的保護(hù)渣，結(jié)晶器和二冷區(qū)采用弱冷。
熱軋板坯直接進(jìn)入加熱爐，加熱至1100～1200℃，終軋溫度為820～930℃，卷取溫度為520～650℃。
以下提供幾個具體實(shí)施例。
實(shí)施例1以預(yù)處理鐵水加優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，150噸轉(zhuǎn)爐煉鋼，經(jīng)150噸LF爐外精煉后，以1.1～1.8m/min的拉速連鑄成150mm厚板坯，板坯加熱至1150℃，終軋溫度為880℃，卷取溫度為630℃，經(jīng)1700熱軋機(jī)組軋制成6.1mm卷板。

實(shí)施例2以預(yù)處理鐵水加優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，150噸轉(zhuǎn)爐煉鋼，經(jīng)150噸LF爐外精煉后，以1.5～2.2m/min的拉速連鑄成150mm厚板坯，板坯加熱至1200℃，終軋溫度為870℃，卷取溫度為540℃，經(jīng)1700熱軋機(jī)組軋制成9.65mm卷板。

實(shí)施例3以預(yù)處理鐵水加優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，150噸轉(zhuǎn)爐煉鋼，經(jīng)150噸LF爐外精煉后，以3.3～4.0m/min的拉速連鑄成90mm厚板坯，板坯直接進(jìn)入加熱爐，加熱至1150℃，終軋溫度為860℃，卷取溫度為560℃，經(jīng)薄板坯連鑄連軋機(jī)組軋制成8.94mm卷板。

實(shí)施例4以預(yù)處理鐵水加優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，150噸轉(zhuǎn)爐煉鋼，經(jīng)150噸LF爐外精煉后，以3.7～4.7m/min的拉速連鑄成90mm厚板坯，板坯直接進(jìn)入加熱爐，加熱至1150℃，終軋溫度為860℃，卷取溫度為630℃，經(jīng)薄板坯連鑄連軋機(jī)組軋制成6.8mm。

通過上述方法生產(chǎn)的直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼的力學(xué)性能和工藝性能技術(shù)指標(biāo)完全滿足API5CT標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)產(chǎn)品的要求屈服強(qiáng)度Rel(Rt0.5) 379～552Mpa抗拉強(qiáng)度Rm≥517Mpa伸長率A≥21％冷彎180°d＝2a a試樣厚度 d彎心直徑?jīng)_擊功V型 溫度-10℃ 橫向≥20J另外，在制管生產(chǎn)過程中具有很好的焊接性和成形性，制管后的性能檢驗(yàn)中，其延伸率和壓扁性能明顯好于現(xiàn)有其他廠家同檔次產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼，其特征在于，化學(xué)成分配比如下C0.14～0.21、Mn1.0～1.5、Si0.10～0.40、S≤0.015、P≤0.020、Ti0.015～0.04、Als0.01～0.05、N≤0.005，余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼，其特征在于所述優(yōu)選化學(xué)成份配比如下C0.17～0.20、Mn1.20～1.40、Si0.20～0.35、S≤0.008、P≤0.015、Ti0.015～0.035、Als0.02～0.035、N≤0.005，余量為Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼生產(chǎn)方法，其特征在于，它包括下述步驟a.預(yù)處理鐵水或海綿鐵加優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼，爐外精煉；b.連鑄成中厚板坯；c.熱軋機(jī)組軋制成最終尺寸的卷板或中寬帶鋼；其中板坯連鑄工序中連鑄過熱度控制在15～35℃之間，拉速在1.0～3.0m/min之間，板坯厚度120～250mm；熱軋工序中板坯熱裝或二次加熱至1100～1200℃，終軋溫度為820～930℃，卷取溫度為520～650℃。
4.一種如權(quán)利要求1或2所述直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼的生產(chǎn)方法，其特征在于，它包括下述步驟A.以預(yù)處理鐵水或海綿鐵加優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼，爐外精煉；B.連鑄成薄板坯；C.薄板坯連軋機(jī)組軋制成最終尺寸的卷板或中寬帶鋼；其中板坯連鑄工序中連鑄過熱度控制在15～35℃之間，拉速在3.0～6.0m/min之間，板坯厚度70～90mm；薄板坯直接進(jìn)入加熱爐，加熱至1100～1200℃，終軋溫度為820～930℃，卷取溫度為520～650℃。
全文摘要
一種直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼及其生產(chǎn)方法，屬低合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，用于解決提供高質(zhì)量、低成本直縫焊石油套管用熱軋板帶鋼的問題。特別之處是，化學(xué)成分配比如下C0.14～0.21、Mn1.0～1.5、Si0.10～0.40、S≤0.015、P≤0.020、Ti0.015～0.04、Als0.01～0.05、N≤0.005，余量為Fe。本發(fā)明產(chǎn)品通過合理設(shè)計(jì)C、Mn含量、嚴(yán)格控制S、P、N含量，添加微量合金元素Ti，經(jīng)煉鋼、連鑄、軋制等步驟制成帶鋼，可明顯改善帶鋼的焊接性，有利于改善鑄坯表面質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明產(chǎn)品可完全滿足API5CT標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)產(chǎn)品的要求，延伸率和壓扁性能明顯優(yōu)于其他同類產(chǎn)品。
文檔編號B21B1/46GK101033525SQ20071006169
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月16日
發(fā)明者尹紹江, 齊長發(fā), 陳禮斌, 辛鳳英, 李夢英, 邵偉, 馮慧霄 申請人:唐山鋼鐵股份有限公司