专利名称：：一种低屈强比直缝电阻焊管用钢及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种直缝电阻焊管用钢的产品设计与制造，特别是涉及一种APISpec5CT标准低屈强比K55钢级ERW石油套管用钢的产品设计与制造。
背景技术：
：石油套管是油田最常用的石油专用管材之一，是油气田钻采作业中必不可少的施工材料，在油气田生产开发过程中占有非常突出的地位。APISpec5CT标准规定，可以采用无缝工艺和ERW直缝焊工艺制造石油套管。ERff石油套管，又称高频直缝电阻焊套管。ERW石油套管是一种新型石油管材，具有壁厚均勻、尺寸精度高、射孔性能好，抗挤毁能力强，成本低等显著优势，可以替代同钢级无缝套管在油田使用。为保证产品的低屈强比0.75)，无缝K55石油套管用钢一般采用碳锰钢。成分设计基本上采用含0.37%CU.5%Mn的37Mn5碳锰钢，其轧后屈服强度在450MPa左右，抗拉强度在700MPa以上，且碳当量超过0.60%。但这种钢因碳当量过高，不能满足ERW焊管生产时两个卷板头尾之间采用CO2气体保护焊对接，以实现多卷热轧板卷连续成形焊接生产。为保证ERW焊管生产的连续性，生产K55钢级ERW石油套管用钢应限制材料的碳=I里。目前，国际上只有少数企业可生产ERW直缝焊K55钢级石油套管，英国钢铁公司BSC就是其中的典型代表。其成分设计见表1。表IBSC公司K55成分设计(wt，%)_！_！_！-！-j-！-！-1-CSiMnPSAlNbV0.17-0.25-1.30-^^0.025-0.01-0.10-0.220.351.500.0250.0150.0650.0240.13成分设计上，以C-Mn为基础，复合添加Nb和V合金元素，同时提高了抗拉强度和屈服强度，难以保证产品低屈强比的要求。因此，制成焊管后需再加热到1100°c，经张力减径，降低屈服强度，以获得合格K55石油套管。这种工艺方法额外增加了制管的工序，提高了制管的生产成本。目前，国内直缝K55钢级ERW石油套管用钢暂未工业化批量生产，公开的资料仅有宝钢一家(公开号CN101082099A)。其成分设计见表2。表2宝钢K55成分设计(wt，%)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>其工艺为，钢水经转炉或电炉冶炼，并浇铸制成板坯。板坯经12001300°C加热后轧成热轧卷板，终轧温度在800900°C之间，轧后板卷经层流冷却，冷却速度为501500C/分钟，卷取温度500600°C，可生产ERW直缝K55焊管用热轧卷板。此专利中50150°C/min的冷却速度缓慢，不适合热轧生产线的工业化大生产节奏；同时按此专利生产的板卷未提及满足用户对冲击韧性的要求。
发明内容本发明的目的在于提供一种采用ERW焊接工艺制造K55钢级直缝焊石油套管用热轧板卷及其制造方法，解决现有技术中轧后冷却速度慢无法实现工业化生产，同时无法保证用户对板卷具有冲击韧性要求的问题。针对英国钢铁公司(BSC)发明的K55钢级ERW石油套管用钢存在的问题即产品难以保证低屈强比要求，制成焊管后不得不进行工艺处理，增加了制管生产成本。以及宝钢发明的K55钢级ERW石油套管用钢存在的问题冷却速度缓慢，不适合热轧板卷生产线的工业化大生产节奏，生产的板卷未提及满足用户对冲击韧性的要求，特提出本发明的技术方案。本发明的技术方案一种低屈强比K55钢级直缝电阻焊石油套管用钢，其特别之处在于添加0.20%0.30%的Cr和0.005%0.025%的Ti元素，其主要作用是有效保证热轧板卷的低屈强比和良好的焊接性能。其化学成分配比如下C0.15%0.22%，Si0.10%0.30%,Mn1.20%1.60%,P彡0.020%,S彡0.008%,Ti0.005%0.025%,Cr0.20%0.30%,Als0.010%0.045%,N彡0.008%，其余为Fe和不可避免杂质。与现有技术相比，本方案C、S含量更低，添加适量Cr和Ti保证热轧板卷的低屈强比和良好的焊接性能，采用快速冷却实现了工业化生产，生产的板卷具有更低的屈强比和良好的冲击韧性。C:碳为碳化物形成元素，是保证强度的最有效元素，但碳含量降低可改善产品的冲击韧性和焊接性能。本发明的C含量控制在0.15%0.22%，优选为0.15%0.19%。Mn:锰具有固溶强化作用，可降低γ-α相变温度，进而细化铁素体晶粒，有效保证钢的强度。但锰含量过大，可增加连铸坯的中心偏析倾向，影响热轧钢材的组织均勻性。本发明的Mn含量控制在1.20%1.60%，优选为1.51%1.60%。Cr铬可通过固溶强化和晶粒细化来有助于强度的增加，晶粒细化是由转变温度降低引起的。本发明的Cr含量控制在0.20%0.30%，优选为0.25%0.30%。Ti钛是强的固氮元素，加入0.015%左右Ti时，可在板坯连铸时形成高温稳定细小的TiN析出相，这种细小的TiN析出相可有效阻止连铸坯在加热过程中奥氏体晶粒的长大，同时对改善钢焊接时热影响区的韧性有明显作用。本发明的Ti含量控制在0.005%0.025%，优选为0.010%0.025%。本发明的一种低屈强比K55钢级直缝电阻焊石油套管用钢的制造方法，包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸坯加热、轧制、冷却、卷取和检验。其特别之处在于本发明与对比专利CN101082099A相比，在热轧生产线艺上轧后板卷冷却速度大幅提高，易于实现大生产操作。其特征是1)冶炼连铸工艺铁水预处理，转炉冶炼_经顶吹或顶底复合吹炼，炉外精炼_经RH真空处理、LF炉脱硫处理、及进行钙处理以控制夹杂物形态和提高钢的延展性、韧性和冷弯性能，板坯连铸制成连铸板坯_连铸采用电磁搅拌或动态轻压下、以提高连铸板坯的质量。2)轧制工艺连铸板坯经加热炉加热至11801280°C，随后轧制成热轧板带，板带的终轧温度为760820°C，轧后板带以914°C/s的速度进行快速冷却，在560620°C温度卷取成板卷。本发明生产上述K55钢级热轧板卷可供制造直缝电阻焊石油套管，上述板卷因碳当量适中可采用CO2气体保护焊方接式进行板卷头尾对接，保证制管时多卷连续生产。板卷经连续成形、电阻焊(ERW)制成直缝焊管，随后焊管进行在线焊缝热处理、焊缝热处理工艺可采用正火处理或淬火加回火处理，最后对管端进行螺纹加工，生产出合格K55钢级ERW石油套管。按APISpec5CT标准规定，上述K55钢级石油套管管体的屈服强度为379552MPa，抗拉强度彡655MPa，伸长率彡20%，夏比冲击功没有强制要求，可参照室温横向Akv^20J，纵向Akv^27J。考虑到制管成型的加工硬化作用和包辛格效应，供K55钢级石油套管用热轧卷板的屈服强度应控制为390540MPa，抗拉强度>665MPa，相应地热轧板卷的板卷屈强比<0.75。本发明与表1和表2钢种相比，采用不同的合金设计，主要不同之处在于添加0.20%0.30%的Cr和0.005%0.025%的Ti元素，其主要作用是有效保证热轧板卷的低屈强比和良好的焊接性能。本发明与对比专利CN101082099A相比，在热轧生产线艺上轧后板卷以914°C/s的速度进行快速冷却至560620°C温度，易于实现大生产操作，可获得合格K55钢级热轧板卷，达到APISPEC5CT要求。本发明生产板卷，-10°C冲击功高于标准要求，具有更好的安全性，保证用户对板卷具有冲击韧性要求的问题。具体实施例方式下面列举本发明的实施例，试验钢化学成分见表3，力学性能见表4。表3试验钢化学成分(wt，%)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由表4可见，采用本发明的钢种和工艺，可以生产出满足K55钢级性能要求的焊接石油套管用热轧板卷。权利要求一种低屈强比直缝电阻焊管用钢，其特征在于化学成分的重量百分比为C0.15％～0.22％，Si0.10％～0.30％，Mn1.20％～1.60％，P≤0.020％，S≤0.008％，Ti0.005％～0.025％，Cr0.20％～0.30％，Als0.010％～0.045％，N≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质。2.根据权利要求1所述的低屈强比直缝电阻焊管用钢，其特征在于化学成分的重量百分比为C0.15%0.19%,Mn1.51%1.60%,Ti0.010%0.025%,Cr0.25%0.30%。3.一种用于权利要求1或2所述的低屈强比直缝电阻焊管用钢的制造方法，包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸板坯加热、轧制、冷却、卷取，其特征在于连铸板坯经加热炉加热至11801280°C，随后轧制成热轧板带，板带的终轧温度为760820°C，轧后板带以914°C/s的速度进行快速冷却，在560620°C温度卷取成板卷。4.根据权利要求3所述的低屈强比直缝电阻焊管用钢的制造方法，其特征在于钢水冶炼采用转炉顶吹或顶底复合吹炼，炉外精炼采用RH真空处理、LF炉脱硫处理、及进行钙处理，板坯连铸采用电磁搅拌或动态轻压下技术。全文摘要本发明公开了一种低屈强比直缝电阻焊管用钢及其制造方法，钢的化学成分的重量百分比为C0.15％～0.22％，Si0.10％～0.30％，Mn1.20％～1.60％，P≤0.020％，S≤0.008％，Ti0.005％～0.025％，Cr0.20％～0.30％，Als0.010％～0.045％，N≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质。其制造方法包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸板坯加热、轧制、冷却、卷取，其中连铸板坯经加热炉加热至1180～1280℃，随后轧制成热轧板带，板带的终轧温度为760～820℃，轧后板带以9～14℃/s的速度进行快速冷却，在560～620℃温度卷取成板卷。本发明解决现有技术中轧后冷却速度慢无法实现工业化生产，同时无法保证用户对板卷具有冲击韧性要求等问题。文档编号C22C33/04GK101818308SQ20091001050公开日2010年9月1日申请日期2009年2月27日优先权日2009年2月27日发明者乔立峰,黄国建,黄明浩申请人:鞍钢股份有限公司