專利名稱：80ksi鋼級直縫焊石油套管用鋼、套管及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直縫電阻焊石油套管用鋼、套管及制造方法，更具體地說， 是涉及一種80ksi鋼級直縫焊石油套管用鋼、套管及制造方法。
背景技術(shù)：
石油及天然氣開采用套管一般是根據(jù)API(美國石油協(xié)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)與 供貨的。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。相對于無縫管 而言，直縫焊管具有生產(chǎn)效率高、尺寸精度好、規(guī)格范圍寬、成本低等顯著特 點(diǎn)，因此是生產(chǎn)廠家與油田用戶的首選品種， 一直受到市場的青睞。
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；冶煉并軋成熱軋板巻；將板巻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N80-Q鋼級石油套管而言，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鋼管的屈服強(qiáng)度Rp。.2在552 75簡Pa 之間，抗拉強(qiáng)度Rm》689 MPa，零度橫向沖擊》20J。
一種實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度性能要求的方法是獲得高強(qiáng)度的熱軋鋼板，成型、巻取并 焊接后僅對焊縫進(jìn)行熱處理來達(dá)到API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能要求。由于N80-Q鋼級 套管屈服強(qiáng)度較高，如果按照上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定直接生產(chǎn)熱軋板料，會(huì)給其后的工 序制板和成型帶來難度，因此，應(yīng)考慮先盡量降低熱軋板巻強(qiáng)度，然后在焊接 后，通過焊后整管熱處理，比如通過調(diào)質(zhì)處理可使產(chǎn)品達(dá)到80鋼級的水平，由 于焊縫和管體同時(shí)經(jīng)歷了相變，整管熱處理能有效的減輕焊縫與管體組織上的 差異，消除殘余應(yīng)力，從而提高套管的性能滿足API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。
目前，關(guān)于焊接后對焊縫熱處理生產(chǎn)N80高強(qiáng)度ERW焊接鋼管的報(bào)道，如 JP60187663，采用焊后對焊縫熱處理的方式生產(chǎn)N80 ERW焊接石油套管，其合金 設(shè)計(jì)的化學(xué)成分重量百分比為C:《0. 19、Si:《0. 5、Mn: 1.0 2.0、Nb:《0.05、 V:《0.05、 Ti《0. 04、 A1《0. 05，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；US4772771，亦
是采用焊后對焊縫熱處理的方式生產(chǎn)N80 ERW焊接石油套管，其合金設(shè)計(jì)的化學(xué) 成分重量百分比為C: 0. 08 0. 26、 Si: 0. 1 0.5、 Mn: 0. 8 1.9、 Nb:《0.05、 V:《0.05、 Ti《0. 03、 B《0. 002，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。上述兩個(gè)專利 文獻(xiàn)其合金設(shè)計(jì)方案及套管制造方法均與本發(fā)明存在很大不同。
為得到這種N80高鋼級焊接套管，并盡量控制其熱軋板巻的屈服強(qiáng)度，從 成分設(shè)計(jì)角度考慮，應(yīng)采用較高碳當(dāng)量的碳錳鋼。但是對于連續(xù)焊管生產(chǎn)而言， 除了需要對板巻邊部進(jìn)行電感應(yīng)加熱熔化后擠壓焊接外，還需對兩板巻頭尾之 間進(jìn)行C02氣體保護(hù)焊，以便實(shí)現(xiàn)多巻連續(xù)生產(chǎn)。因此，從焊接角度出發(fā)，必 須對板巻的碳當(dāng)量有所限制。為了能很好的進(jìn)行板巻頭尾對悍， 一般都將板巻 的碳當(dāng)量控制在0.40以下。為了在較低碳當(dāng)量下得到較高強(qiáng)度,，并在整管熱處 理時(shí)沿壁厚完全淬透，需要在材料中加入合金元素。
因此，為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于通過合理的成分和工藝設(shè)計(jì)， 開發(fā)出一種焊縫與管體性能一致的高鋼級N80石油套管，以滿足石油天然氣開 釆開發(fā)需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的首先是提供一種80ksi鋼級直縫焊石油套管用鋼。
本發(fā)明還提供用上述鋼制造的套管。
本發(fā)明還提供上述套管的制造方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的80ksi鋼級直縫焊石油套管用鋼，其化學(xué)成分重量百分比如下C:
0. 15 0. 35、 Si: 0. 1 0. 5、 Mn: 0. 8 1.5、 Al: 0. 01 0. 05、 Mo: 0. 1 0. 5，
其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明化學(xué)成分設(shè)計(jì)的各個(gè)合金元素的作用如下
碳C: 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(huì)大大降低鋼的焊接性能，因此，C的含量在O. 15 0.35 (以重量百分比計(jì)， 以下各元素相同)比較合理。
錳Mn: 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， 因此，Mn的含量在0.8 1.5比較合理。
硅Si: Si加入鋼中起到脫氧和改善耐蝕性的作用，但高于0.5，加工和韌性惡化，因此，Si的含量在0. 1 0. 5比較合理。
鋁Al: Al在鋼中起到了脫氧作用和細(xì)化晶粒的作用。當(dāng)加入量低于0.01 時(shí)，效果不明顯，加入量超過0.05，力學(xué)性能變差，因此，Al的含量在0.01 0. 05比較合理。
鉬Mo:Mo主要是通過碳化物及固溶強(qiáng)化形式來提高鋼的強(qiáng)度及回火穩(wěn)定性， 含量過高會(huì)降低鋼的韌性，含量低于0. 1效果不明顯，因此，Mo的含量在0. l 0.5比較合理。
本發(fā)明采用上述的鋼制造的套管，其化學(xué)成分重量百分比如下C: 0. 15 0,35、 Si: 0.1 0.5、 Mn: 0.8 1.5、 Al: 0.01 0.05、 Mo: 0. 1 0. 5，其余
為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明上述套管的制造方法，包括冶煉、澆鑄、軋制、冷卻、巻取成板、 連續(xù)成型、電阻焊、整管熱處理和管加工，其中，所述的冷卻步驟中時(shí)間《20s， 冷卻至650 750"C巻?。凰龅恼軣崽幚砉に嚍?50 95(TC加熱保溫20 60min，水淬后550 65(TC加熱保溫40 100min，回火。
根據(jù)本發(fā)明所述的制造方法，其中較好地是，所述的巻取成板得到屈服強(qiáng) 度320 42畫Pa的板巻，有利于此后進(jìn)行的制管成型。
根據(jù)本發(fā)明所述的制造方法，其中較好地是，所述的軋制步驟中溫度為 1200 1300°C，終軋溫度800 900°C。
根據(jù)本發(fā)明所述的制造方法，其中較好地是，所述的電阻焊工藝中焊接功 率300 700KW，焊接速度5 20m/min，擠壓量2 15mm。
根據(jù)本發(fā)明，鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)1200 1300 "C加熱后軋成板帶，板帶的終軋溫度在800 90(TC之間，在軋后20秒中之內(nèi)， 將鋼板迅速冷卻到650 70(TC以下巻取，得到320 420Mpa低屈服強(qiáng)度的板巻， 有利于制管成型。板巻隨后進(jìn)入連續(xù)成型工序，接著在焊接功率300 700KW, 焊接速度5 20m/min，擠壓量2 15mm條件下進(jìn)行電阻焊(ERW)。然后850 950 。C加熱保溫30 60rain后水淬，再經(jīng)550 650°C加熱保溫40 100min后回火，
對焊管進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)熱處理。最后，進(jìn)行管加工，得到高強(qiáng)度N80石油套管。 本發(fā)明具有如下的有益效果
本發(fā)明的80ksi鋼級直縫焊石油套管用鋼、套管成本低廉、制造工藝可行 性好，可廣泛應(yīng)用于石油天然氣開采開發(fā)，它的成功設(shè)計(jì)和開發(fā)將會(huì)帶來巨大 的經(jīng)濟(jì)效益，其市場前景非常巨大。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例和比較例，更具體地說明本發(fā)明。這些實(shí)施例僅僅是對本 發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。 實(shí)施例1
本實(shí)施例鋼的化學(xué)成分含量(重量百分比計(jì))為C: 0.16、 Si: 0.30、 Mm 1.0、 Al: 0.03、 Mo: 0.24，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)122(TC加熱后軋成板帶，板帶 的終軋溫度為86(TC，在軋后20秒中之內(nèi)，將鋼板迅速冷卻到69(TC進(jìn)行巻取， 得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為370MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為552MPa、延展率U為36. 0的 板巻。該板巻隨后進(jìn)入連續(xù)成型工序，接著在焊接功率510KW、焊接速度12ra/min、 擠壓量6mm條件下進(jìn)行電阻焊(ERW)。然后900°C加熱保溫30min后水淬，再經(jīng) 58(TC加熱保溫40min后回火，對焊管進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)熱處理。最后，進(jìn)行管加工， 得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為640MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為818MPa、延展率&。.8 %為27. 0、 零度橫向沖擊為65J的高強(qiáng)度N80石油套管。
實(shí)施例2
本實(shí)施例鋼的化學(xué)成分含量(重量百分比計(jì))為C: 0.22、 Si: 0.33、 Mn: 1.5、 Al: 0.02、 Mo: 0.10，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)124(TC加熱后軋成板帶，板帶 的終軋溫度為87(TC，在軋后20秒中之內(nèi)，將鋼板迅速冷卻到75(TC進(jìn)行巻取， 得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為320MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為560MPa、延展率U為34. 0的 板巻。該板巻隨后進(jìn)入連續(xù)成型工序，接著在焊接功率550KW、焊接速度15m/min、 擠壓量7醒條件下進(jìn)行電阻焊(ERW)。然后920。C加熱保溫25min后水淬，再經(jīng) 55(TC加熱保溫70min后回火，對焊管進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)熱處理。最后，進(jìn)行管加工， 得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為593MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為801MPa、延展率As。.sJ為25.0、 零度橫向沖擊為78J的高強(qiáng)度N80石油套管。
實(shí)施例3 '
本實(shí)施例鋼的化學(xué)成分含量(重量百分比計(jì))為C: 0.23、 Si: 0. 30、 Mn: 1.2、 Al: 0.04、 Mo: 0.15，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)127(TC加熱后軋成板帶，板帶 的終軋溫度為84(TC，在軋后20秒中之內(nèi)，將鋼板迅速冷卻到71(TC進(jìn)行巻取，
得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為350MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為560MPa、延展率八50.8 %為35. 0的 板巻。該板巻隨后進(jìn)入連續(xù)成型工序，接著在焊接功率600KW、焊接速度13m/min、 擠壓量9mm條件下進(jìn)行電阻焊(ERW)。然后91(TC加熱保溫20min后水淬，再經(jīng) 635'C加熱保溫60min后回火，對焊管進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)熱處理。最后，進(jìn)行管加工， 得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為650MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為730MPa、延展率八5。.8關(guān)％為27. 0、 零度橫向沖擊為75J的高強(qiáng)度N80石油套管。 實(shí)施例4
本實(shí)施例鋼的化學(xué)成分含量(重量百分比計(jì))為C: 0.18、 Si: 0.20、 Mn: 0.80、 Al: 0.04、 Mo: 0.50，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)129(TC加熱后軋成板帶，板帶 的終軋溫度為880°C，在軋后20秒中之內(nèi)，將鋼板迅速冷卻到73(TC進(jìn)行巻取， 得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為370MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為560MPa、延展率U為36. 0的 板巻。該板巻隨后進(jìn)入連續(xù)成型工序，接著在焊接功率700KW、焊接速度20ra/min、 擠壓量2mm條件下進(jìn)行電阻焊(ERW)。然后85(TC加熱保溫60min后水淬，再經(jīng) 59(TC加熱保溫100min后回火，對焊管進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)熱處理。最后，進(jìn)行管加 工，得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為630MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為820MPa、延展率A5。.8mm%A 26.0、 零度橫向沖擊為85J的高強(qiáng)度N80石油套管。
實(shí)施例5
本實(shí)施例鋼的化學(xué)成分含量(重量百分比計(jì))為C: 0.22、 Si: 0.10、 Mn: 0.90、 Al: 0.05、 Mo: 0.40，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)130(TC加熱后軋成板帶，板帶 的終軋溫度為90(TC，在軋后20秒中之內(nèi)，將鋼板迅速冷卻到72CTC進(jìn)行巻取， 得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為380MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為576MPa、延展率&。.8 %為33. 0的 板巻。該板巻隨后進(jìn)入連續(xù)成型工序，接著在焊接功率450KW、焊接速度8m/min、 擠壓量15腿條件下進(jìn)行電阻焊(ERW)。然后88(TC加熱保溫40min后水淬，再 經(jīng)64(TC加熱保溫55min后回火，對焊管進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)熱處理。最后，進(jìn)行管加 工，得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為613MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為810MPa、延展率&。.8 %為25.0、 零度橫向沖擊為90J的高強(qiáng)度N80石油套管。
實(shí)施例6
本實(shí)施例鋼的化學(xué)成分含量(重量百分比計(jì))為C: 0.34、 Si: 0.50、 Mn: 1.1、 Al: 0.01、 Mo: 0.30，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。 鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)120(TC加熱后軋成板帶，板帶 的終軋溫度為80(TC，在軋后20秒中之內(nèi)，將鋼板迅速冷卻到670'C進(jìn)行巻取， 得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為3麵Pa、抗拉強(qiáng)度Rra為556MPa、延展率AsuJo為37. 0的 板巻。該板巻隨后進(jìn)入連續(xù)成型工序，接著在焊接功率300KW、焊接速度5m/min、 擠壓量15mm條件下進(jìn)行電阻焊(ERW)。然后860。C加熱保溫60min后水淬，再 經(jīng)65(TC加熱保溫90min后回火，對焊管進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)熱處理。最后，進(jìn)行管加 工，得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為620MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為801MPa、延展率眾5。.8 %為24. 0、 零度橫向沖擊為65J的高強(qiáng)度N80石油套管。
實(shí)施例7
本實(shí)施例鋼的化學(xué)成分含量(重量百分比計(jì))為C: 0.30、 Si: 0.40、 Mn: 1.0、 Al: 0.03、 Mo: 0.20，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)122(TC加熱后軋成板帶，板帶 的終軋溫度為88(TC，在軋后20秒中之內(nèi)，將鋼板迅速冷卻到65(TC進(jìn)行巻取， 得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為415MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為580MPa、延展率八5。.8關(guān)％為36. 0的 板巻。該板巻隨后進(jìn)入連續(xù)成型工序，接著在焊接功率650KW、焊接速度13m/rain、 擠壓量8mm條件下進(jìn)行電阻焊(ERW)。然后950°C加熱保溫30min后水淬，再經(jīng) 62(TC加熱保溫55rain后回火，對焊管進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)熱處理。最后，進(jìn)行管加工， 得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為645MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為801MPa、延展率As。，J為23. 0、 零度橫向沖擊為90J的高強(qiáng)度N80石油套管。
比較例1
本比較例鋼的化學(xué)成分含量(重量百分比計(jì))為C: 0.10、 Si: 0.20、 Mn: 1.5、 Nb: 0.05、 V: 0.04，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)122(TC加熱后軋成板帶，板帶 的終軋溫度為85(TC，在軋后20秒中之內(nèi)，將鋼板迅速冷卻到58(TC進(jìn)行巻取， 得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為600MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為760MPa、延展率八50.8隨％為22. 0的 板巻。
比較例2
本比較例鋼的化學(xué)成分含量(重量百分比計(jì))為C: 0.15、 Si: 0.30、 Mn: 1.4、 Nb: 0.05、 V: 0.03，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉，并連澆鑄成板坯。板坯經(jīng)125(TC加熱后軋成板帶，板帶 的終軋溫度為86(TC,在軋后20秒中之內(nèi)，將鋼板迅速冷卻到56(TC進(jìn)行巻取，
得到屈服強(qiáng)度Rp。.2為610MPa、抗拉強(qiáng)度Rm為780MPa、延展率A5。8 j為23. 0的 板巻。
可以看出，采用本發(fā)明的鋼水經(jīng)冶煉后在規(guī)定的軋制、巻取溫度范圍內(nèi)乳 成熱軋板巻，其力學(xué)性能的屈服強(qiáng)度均小于415MPa，易于成型，同時(shí)焊后通過 整管熱處理其性能滿足N80-Q油套管要求。而未釆用本發(fā)明的比較例，無法實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1、一種80ksi鋼級直縫焊石油套管用鋼，其特征在于，其化學(xué)成分以重量百分比計(jì)如下C0.15～0.35、Si0.1～0.5、Mn0.8～1.5、Al0.01～0.05、Mo0.1～0.5，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2、 用權(quán)利要求l所述的鋼制造的套管，其特征在于，其化學(xué)成分以重量百 分比計(jì)如下C: 0. 15 0. 35、 Si: 0. 1 0. 5、 Mn: 0. 8 1.5、 Al: 0. 01 0. 05、 Mo: 0. 1 0. 5，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
3、 權(quán)利要求2所述的套管的制造方法，包括冶煉、澆鑄、軋制、冷卻、巻 取成板、連續(xù)成型、電阻焊、整管熱處理和管加工，其特征在于，所述的冷卻 步驟中冷卻時(shí)間《20s，冷卻至650 75(TC巻?。凰龅恼軣崽幚砉に嚍?50 95(TC加熱保溫20 60min，水淬后550 65(TC加熱保溫40 100min，回火。
4、 如權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述的巻取成板得到屈服 強(qiáng)度320 420MPa的巻板。
5、 如權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述的軋制步驟中溫度為 1200 1300°C,終軋溫度800 900°C 。
6、 如權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述的電阻焊工藝中焊接 功率300 700KW，焊接速度5 20m/min，擠壓量2 15mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種80ksi鋼級直縫焊石油套管用鋼，其化學(xué)成分重量百分比為C0.15～0.35、Si0.1～0.5、Mn0.8～1.5、Al0.01～0.05、Mo0.1～0.5，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供用上述鋼制造的套管及其制造方法。本發(fā)明合金成分設(shè)計(jì)適當(dāng)，工藝簡便易操作，套管生產(chǎn)成本低廉，可廣泛應(yīng)用于石油天然氣開采開發(fā)。
文檔編號C22C38/12GK101376943SQ20071004533
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者丁維軍, 殷光虹, 陸明和 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司