專利名稱：一種低屈強(qiáng)比直縫焊石油套管用鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直縫電阻焊管用鋼的制造，特別涉及低屈強(qiáng)比APIK55鋼級石油套管用鋼的制造。
背景技術(shù)：
API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可以用無縫管和直縫焊管制造石油套管。就直縫焊套管而言，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝是根據(jù)套管性能的需要，設(shè)計(jì)合適的化學(xué)成分；冶煉并軋成熱軋板卷；將板卷通過成型和直縫電阻焊方式制成管料；對鋼管焊縫或鋼管整體進(jìn)行熱處理；并對管端進(jìn)行適當(dāng)?shù)穆菁y加工，最終生產(chǎn)出合格的石油套管。
就K55鋼級石油套管而言，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定管體的屈服強(qiáng)度在379～552MPa之間，抗拉強(qiáng)度≥655MPa。
考慮到制管成型后，由于加工硬化的作用，管體性能與板卷性能相比，屈服強(qiáng)度會有所提高，抗拉強(qiáng)度基本不變，因此提供的板卷屈服強(qiáng)度應(yīng)該控制在500MPa以下，抗拉強(qiáng)度應(yīng)該控制在670MPa以上。與此相對應(yīng)的板卷屈強(qiáng)比不超過0.75，實(shí)際生產(chǎn)中最好應(yīng)控制在0.70以下。
為得到這種低屈強(qiáng)比的熱軋板卷，從成分設(shè)計(jì)角度考慮，應(yīng)采用碳錳鋼。比如K55無縫管，國際上基本采用含0.37％C、1.5％Mn的37Mn5材料，其碳當(dāng)量超過了0.6，軋后屈服強(qiáng)度在450MPa左右，抗拉強(qiáng)度在700MPa以上。但是對于焊管生產(chǎn)而言，除了需要對板卷邊部進(jìn)行電感應(yīng)加熱熔化后擠壓焊接外，還需對兩板卷頭尾之間進(jìn)行CO2氣體保護(hù)焊，以便實(shí)現(xiàn)多卷連續(xù)生產(chǎn)。因此，從焊接角度出發(fā)，必須對板卷的碳當(dāng)量有所限制。為了能很好的進(jìn)行板卷頭尾對焊，一般都將板卷的碳當(dāng)量控制在0.40以下。
對于K55鋼級而言，如果只依靠碳錳元素，在0.40以下碳當(dāng)量的情況下，其板卷抗拉強(qiáng)度很難超過670MPa，因此需要加入合金元素，以提高抗拉強(qiáng)度。但是問題在于，合金元素的加入在提高抗拉強(qiáng)度的同時(shí)也提高了屈服強(qiáng)度，不能得到要求的低屈強(qiáng)比板卷。
目前國際上只有少數(shù)企業(yè)可以生產(chǎn)K55石油套管，英國鋼鐵公司(BSC)的Corby鋼管廠就是其中的典型代表。它采用2種成分生產(chǎn)K55套管，其成分設(shè)計(jì)見表1。
表1BSC公司K55化學(xué)成分

其中，A成分因?yàn)樘己枯^低，僅依靠碳錳元素，其板卷無法達(dá)到K55性能要求，因此加入了較高的V和Nb元素，其V含量已經(jīng)超過了0.1％。較多合金元素的加入，特別是V、Nb的復(fù)合加入，在提高材料抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，也會大大提高材料的屈服強(qiáng)度，因此板卷性能很難達(dá)到低屈強(qiáng)比的要求。為此，焊管制管后需再次加熱到1100℃經(jīng)張力減徑，降低其屈服強(qiáng)度，制成K55套管。但采用這一工藝，大大增加了制管成本；B成分板卷碳錳含量較高，其碳當(dāng)量接近0.6，不能進(jìn)行板卷頭尾對焊，在制管時(shí)只能單卷生產(chǎn)，將大大降低生產(chǎn)效率。且其焊管制管后需再次加熱到880℃正火處理制成K55套管，也提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低屈強(qiáng)比直縫焊石油套管用鋼及其制造方法，采用碳錳鋼成分設(shè)計(jì)，可以將板卷的屈強(qiáng)比控制在0.70左右，生產(chǎn)出合格的K55焊管用板卷。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種低屈強(qiáng)比直縫焊石油套管用鋼，其成分質(zhì)量百分比C0.2～0.3Si0.1～0.5Mn0.8～1.5
P≤0.02S≤0.01Al0.005～0.050其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。
或在上述成分的基礎(chǔ)上添加V0.01～0.1％。
本發(fā)明的低屈強(qiáng)比直縫焊石油套管用鋼的制造方法，鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，并澆鑄制成板坯。板坯經(jīng)1200～1300℃加熱后軋成板帶，板帶的終軋溫度在800～900℃之間，軋后板帶經(jīng)層流冷卻，以50～150℃/分鐘的速度冷卻到600℃以下卷取成板卷，優(yōu)選500～600℃卷取成板卷，處于卷取機(jī)最佳工作溫度范圍，易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)操作。至此，生產(chǎn)出供制造K55焊管用的熱軋卷。
采用本發(fā)明的鋼種，在800～900℃的終軋條件下，在軋后10秒中之內(nèi)，不會發(fā)生動態(tài)和靜態(tài)再結(jié)晶，只會發(fā)生晶粒的軋制變形。此時(shí)將鋼管以50～150℃/分鐘的速度冷卻到600℃以下卷取，有利于細(xì)化組織，生產(chǎn)高性能石油套管。
C0.2～0.3，C為碳化物形成元素，可以提高鋼的強(qiáng)度，太低時(shí)效果不明顯，太高時(shí)會大大降低鋼的焊接性能。
Mn0.8～1.5，Mn為奧氏體形成元素，可以提高鋼的淬透性，含量小于0.8時(shí)作用不明顯，含量大于1.5時(shí)，大大增加鋼中的組織偏析，影響熱軋組織的均勻性。
V0.01～0.1，能夠細(xì)化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。但含量達(dá)到一定量時(shí)，其效果增加便不明顯了，同時(shí)因?yàn)閮r(jià)格很高，所以要限制使用量。
上述板卷采用CO2氣體保護(hù)焊方式進(jìn)行板卷頭尾對焊。對焊前根據(jù)不同厚度規(guī)格進(jìn)行100～200℃預(yù)熱，或焊后在200℃以下進(jìn)行去應(yīng)力退火。
板卷經(jīng)連續(xù)成型、電阻焊(ERW)后，對焊管進(jìn)行在線焊縫熱處理。焊縫熱處理工藝可以是正火也可以是淬火加回火處理。
與英國鋼鐵公司(BSC)的Corby鋼管廠K55相比，本發(fā)明采用與其不同成分的板卷，其碳當(dāng)量一般在0.4左右，完全可以進(jìn)行板卷頭尾對焊，有利于提高生產(chǎn)效率。在碳錳鋼的基礎(chǔ)上可以不加或僅加入微量的V元素，由于材料中除碳錳外，基本沒有其他微合金元素，可以得到較低的屈強(qiáng)比，經(jīng)ERW制管后，不需再進(jìn)行整體熱處理或張力減徑變形，只需對焊縫進(jìn)行在線熱處理，能大大降低生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式
下面列舉實(shí)施例，化學(xué)成分見表2，力學(xué)性能見表3?？梢?，采用本發(fā)明可以生產(chǎn)出滿足K55性能要求的焊接石油套管。
表2

表3

由表4可見，在規(guī)定的500～600卷取溫度范圍內(nèi)，實(shí)施例1～實(shí)施例6的強(qiáng)度均滿足管體的屈服強(qiáng)度在379～552MPa之間，抗拉強(qiáng)度≥655MPa的要求。
比較例5卷取溫度高于規(guī)定值，使得抗拉強(qiáng)度達(dá)不到要求。比較例1和比較例4由于合金元素或碳元素過多，屈服強(qiáng)度偏高。而比較例2和比較例3則由于碳錳元素含量過低，抗拉強(qiáng)度偏低。
權(quán)利要求
1.一種低屈強(qiáng)比直縫焊石油套管用鋼，其成分質(zhì)量百分比為C 0.2～0.3Si0.1～0.5Mn0.8～1.5P ≤0.02S ≤0.01Al0.005～0.050其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的低屈強(qiáng)比直縫焊石油套管用鋼，其特征是，還包含V0.01～0.1，以質(zhì)量百分比計(jì)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的低屈強(qiáng)比直縫焊石油套管用鋼的制造方法，其包括，鋼水按上述成分經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，并澆鑄制成板坯；板坯經(jīng)1200～1300℃加熱后軋成板帶，板帶的終軋溫度在800～900℃之間，軋后板帶經(jīng)層流冷卻，以50～150℃/分鐘的速度冷卻到600℃以下卷取成板卷。
4.如權(quán)利要求3所述的低屈強(qiáng)比直縫焊石油套管用鋼的制造方法，其特征是，軋后板帶經(jīng)層流冷卻至500～600℃卷取成板卷。
全文摘要
一種低屈強(qiáng)比直縫焊石油套管用鋼，其成分質(zhì)量百分比C0.2～0.3、Si0.1～0.5、Mn0.8～1.5、P≤0.02、S≤0.01、Al0.005～0.050、其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。其制造方法包括，鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，并澆鑄制成板坯；板坯經(jīng)1200～1300℃加熱后軋成板帶，板帶的終軋溫度在800～900℃之間，軋后板帶經(jīng)層流冷卻，以50～150℃/分鐘的速度冷卻到600℃以下卷取成板卷。本發(fā)明采用碳錳鋼成分設(shè)計(jì)，將板卷的屈強(qiáng)比控制在0.70左右，并以此可以生產(chǎn)出合格的K55焊管。
文檔編號C22C33/00GK101082099SQ20061002702
公開日2007年12月5日 申請日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月29日
發(fā)明者殷光虹, 畢洪運(yùn), 陸明和 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司