專利名稱：制造j55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明型涉及低合金鋼，特別是用于制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，屬合金鋼技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，石油天然氣工業(yè)J55級油井套管采用無縫管和直縫焊管(ERW)，直縫焊管是近年來發(fā)展較快的一種產(chǎn)品，由于直縫焊套管具有壁厚均勻、幾何尺寸精度高、材料含碳量低、射孔后孔眼無撕裂，且價(jià)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。制造J55級石油套管的熱軋鋼帶在強(qiáng)度、韌性、塑性、可焊性等性能方面以及尺寸精度等方面提出了更高的要求，隨著微合金化技術(shù)和控軋控冷(TMCP)工藝的發(fā)展，為制造焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼提供了更廣闊的發(fā)展空間，國內(nèi)外很多鋼鐵公司競相研制開發(fā)此類產(chǎn)品，毫無疑問，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)J55級焊接石油套管的基礎(chǔ)是必須開發(fā)出能夠滿足強(qiáng)度、韌性、塑性、可焊性等方面性能要求的低合金高強(qiáng)度鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于提供制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，所述鋼種化學(xué)成分配比可避開了包晶反應(yīng)區(qū)、鑄坯矯直脆性區(qū)，從而使生產(chǎn)的鑄坯表面質(zhì)量優(yōu)異且生產(chǎn)過程容易控制。
本發(fā)明所稱問題是以下技術(shù)方案解決的一種制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特別之處是化學(xué)成分配比如下C0.07～0.12％Si0.10～0.35％Mn1.40～1.55％、P≤0.020％、S≤0.012％、Nb0.015～0.030％、Als0.008～0.060％、余量Fe。
上述制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，所述化學(xué)成分配比優(yōu)選如下C0.08～0.10％ Si0.22～0.28％ Mn1.42～1.48％、P≤0.015％、S≤0.008％、Nb0.018～0.028％、Als0.010～0.040％、余量Fe。
一種制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特別之處是，化學(xué)成分配比如下C0.16～0.21％、Si0.10～0.35％、Mn1.00～1.30％、P≤0.020％、S≤0.012％、V0.020～0.070％、Als0.008～0.060％、余量Fe。
上述制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，所述化學(xué)成分配比優(yōu)選如下C0.17～0.19％ Si0.22～0.28％ Mn1.10～1.20％、P≤0.015％、S≤0.008％、V0.030～0.050％、Als0.010～0.040％、余量Fe。
上述制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，所述力學(xué)性能技術(shù)指標(biāo)如下屈服強(qiáng)度Rel(Rp0.5)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本發(fā)明所提供用于制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼配方，在合理控制碳、錳、硅含量的基礎(chǔ)上加入合金元素釩或鈮，可在冶煉過程中避開包晶反應(yīng)區(qū)，澆鑄過程中避開鑄坯矯直脆性區(qū)，從而使所生產(chǎn)的鑄坯表面質(zhì)量優(yōu)于其它化學(xué)成分配比的鑄坯，且生產(chǎn)過程容易控制；同時(shí)可以保證熱軋后鋼帶的各項(xiàng)性能指標(biāo)。檢測指標(biāo)表明，按照本發(fā)明配方生產(chǎn)的合金鋼其力學(xué)性能指標(biāo)完全可以滿足相關(guān)產(chǎn)品要求，采用上述兩種成分生產(chǎn)的鋼坯軋制成中寬鋼帶或卷板，經(jīng)切邊、卷管、焊接等工序制作的J55級焊接石油套管產(chǎn)品其焊縫外觀質(zhì)量及內(nèi)部金相組織均優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的兩種制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼配方，采用低碳、高錳，添加微量合金元素Nb或V。這兩種鋼的配方中主要合金元素在鋼中作用分析如下1.Mn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(shí)韌性不致下降過快的目的。Mn具有固溶強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化的作用，但其含量過多時(shí)，會使相變溫度下降過多，組織中將出現(xiàn)貝氏體，降低韌性。本發(fā)明的兩個(gè)方案中其一C0.07～0.12％ Mn 1.40～1.55％；其二C 0.16～0.21％、Mn1.00～1.30％，通過合理控制碳、錳含量，實(shí)現(xiàn)提高強(qiáng)度和保持一定韌性的目的。
2.VV為微量合金元素，添加V是本發(fā)明其中一個(gè)配方的重要改進(jìn)。①對組織的影響釩在鋼中的碳化物V4C3極為穩(wěn)定，只有在高溫下才能緩緩地溶入奧氏體中。V4C3通常以細(xì)小顆粒狀態(tài)存在，他們一般足以抑制鋼中晶界的移動和晶粒長大。因此，含釩鋼大都是細(xì)晶粒的。碳素鋼的晶粒度隨釩含量的增加而細(xì)化，而晶粒粗化溫度則隨釩含量的增加而提高。只有當(dāng)V4C3在高溫下溶解后，鋼的晶粒才長大粗化。釩和氮的親和力很強(qiáng)，易形成氮化物，常以立方晶體的VN存在鋼中。②對熱處理的影響釩對鋼相變的影響，要根據(jù)它所存在的狀態(tài)而定。概括地說，當(dāng)溶入固溶體時(shí)，由于它降低碳的擴(kuò)散速度，它自己也需要時(shí)間擴(kuò)散，因而將使相變進(jìn)行緩慢；相反，若以碳化物顆粒存在時(shí)，由于它使鋼的晶粒細(xì)化，同時(shí)這些碳化物顆粒的存在，既可以作為新相的結(jié)晶核心，又固定了鋼中一部分的碳和釩使之不參與相變，從而使固溶體中碳和釩的實(shí)際含量減少，因此將加速相變的進(jìn)行。釩提高鋼的上臨界點(diǎn)，同時(shí)因?yàn)殁C的碳化物溶解較慢，所以含釩鋼的正火和淬火溫度一般須高于不含釩的相應(yīng)鋼種和正火和淬火溫度，保溫時(shí)間也要適當(dāng)加長。③對力學(xué)性能的影響對于中碳含量的鋼，無論是退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)，釩能提高鋼的強(qiáng)度，特別是屈服點(diǎn)和屈強(qiáng)比，還改善鋼的強(qiáng)度和韌性。④對焊接性能的影響釩能顯著地改善低碳低合金鋼的焊接性。這主要是釩能細(xì)化焊接金屬的鑄態(tài)組織和減小熱影響區(qū)的過熱敏感性，防止熱影響區(qū)內(nèi)靠近熔化線的金屬的晶粒過度地長大和粗化。另外，由于釩固定了鋼中一部分碳，降低了鋼的淬透性，可以防止熱影響區(qū)內(nèi)形成馬氏體或其他較硬組織，從而使熱影響區(qū)的硬度不至過高，塑性和韌性不至于過度地降低。
3.NbNb也是微量合金元素，添加Nb是本發(fā)明另一個(gè)方案的重要改進(jìn)。①對組織和熱處理的影響鈮可以顯著地細(xì)化晶粒，提高晶粒粗化溫度。鈮細(xì)化晶粒的強(qiáng)烈效果與在軋制時(shí)碳氮化鈮析出延遲奧氏體的再結(jié)晶有關(guān)系，鈮阻止在軋制最后階段奧氏體的再結(jié)晶，促進(jìn)了扁平晶粒的變形，從而導(dǎo)致非常細(xì)的鐵素體晶粒。鈮的另一個(gè)重要影響是在中低碳鋼中降低轉(zhuǎn)變溫度促使貝氏體組織的形成。降低轉(zhuǎn)變溫度是由于在控制軋制過程中仍有一部分鈮留在固溶體中而沒有發(fā)生沉淀反應(yīng)。②對力學(xué)性能的影響低合金鋼中加入0.005～0.05％的鈮能提高鋼的屈服強(qiáng)度和沖擊韌性，降低其脆性轉(zhuǎn)變溫度，并改善其焊接性能。對錳含量較高的鋼效果更為顯著。鈮之所以能提高低合金鋼的強(qiáng)度和韌性，主要是它細(xì)化鋼的晶粒以及碳氮化鈮沉淀強(qiáng)化的結(jié)果。
以下提供幾個(gè)實(shí)施例化學(xué)成分含量重量百分比如下表
本發(fā)明所述低合金高強(qiáng)度鋼，按照上述化學(xué)成分配比冶煉，經(jīng)鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉、連鑄保護(hù)澆鑄等工藝，生產(chǎn)出低合金高強(qiáng)度鋼鋼坯；再經(jīng)熱軋及層流冷卻后生產(chǎn)出中寬帶鋼或板卷。
其物理性能技術(shù)指標(biāo)為屈服強(qiáng)度Rel(Rp0.5)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。
權(quán)利要求
1.一種制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特征在于化學(xué)成分配比如下C0.07～0.12％Si0.10～0.35％Mn1.40～1.55％、P≤0.020％、S≤0.012％、Nb0.015～0.030％、Als0.008～0.060％、余量Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特征在于，化學(xué)成分配比如下C0.08～0.10％Si0.22～0.28％Mn1.42～1.48％、P≤0.015％、S≤0.008％、Nb0.018～0.028％、Als0.010～0.040％、余量Fe。
3.一種制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特征在于，化學(xué)成分配比如下C0.16～0.21％、Si0.10～0.35％、Mn1.00～1.30％、P≤0.020％、S≤0.012％、V0.020～0.070％、Als0.008～0.060％、余量Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特征在于，化學(xué)成分配比如下C0.17～0.19％Si0.22～0.28％Mn1.10～1.20％、P≤0.015％、S≤0.008％、V0.030～0.050％、Als0.010～0.040％、余量Fe。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，其特征在于力學(xué)性能技術(shù)指標(biāo)如下屈服強(qiáng)度Rel(Rp0.5)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。
全文摘要
一種制造J55級焊接石油套管的低合金高強(qiáng)度鋼，屬合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，用于解決提高鑄坯表面質(zhì)量且容易控制生產(chǎn)過程的問題?；瘜W(xué)成分為C0.16－0.21％，Si0.10－0.35％，Mn1.00－1.30％，P≤0.020％，S≤0.012％，V0.020－0.070％，Als0.008－0.060％，余量Fe；或C0.07－0.12％，Si0.10－0.35％，Mn1.40－1.55％，P≤0.020％，S≤0.012％，Nb0.015－0.030％，Als0.008－0.060％，余量Fe?？稍跐茶T過程中避開包晶反應(yīng)區(qū)及鑄坯矯直脆性區(qū)，使鑄坯表面質(zhì)量優(yōu)于其它化學(xué)成分配比，且生產(chǎn)過程易控制，并可保證熱軋后的鋼帶滿足J55級套管所要求的各項(xiàng)性能指標(biāo)。
文檔編號C21D8/00GK1924061SQ20061004835
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者侯基林, 張貴磊, 迪林, 游建雄, 李愛柏, 劉江偉, 程新宇, 楊百龍, 徐濤 申請人:唐山建龍實(shí)業(yè)有限公司