专利名称：一种k55级高频电阻焊石油套管钢及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种HFW(Highfrequency electric-resistanceield,高频电阻焊)套管用钢技术，特别涉及API SPEC 5CT中ー种具有优良焊接性和冲击韧性(_10°C，横向>100J)的低屈強比K55钢级石油套管用钢及其制造方法。
背景技术：
石油套管是油田最常用的石油专用管材之一，用量大，花钱多，是油气田钻采作业中必不可少的施工材料。HFW套管与无缝管相比，具有壁厚均匀、尺寸精度高、射孔性能好、抗挤毁能力强、成本低等显著优势，正在逐渐替代传统的无缝钢管。
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API Spec 5CT规定K55级别钢管的屈服强度在379_552MPa之间，抗拉强度彡655MPa，伸长率彡20%,冲击功没有强制要求，可选择Akv (21°C，横向)彡20 J，随着人们对油田安全要求的提高，对原料钢带的冲击性能提出一定要求。目前，K55级HFW套管的生产エ艺是成分设计采用高碳设计(>O. 15% )，有的添加合金元素Mo，冶炼并轧制成热轧钢带；然后，将钢带通过HFW方式制成焊管，并对焊缝或钢管整体进行热处理，随后对管端进行适当的螺纹加工，最終生产出合格的K55级别石油套管。由于碳含量较高(> O. 15% )，无法得到焊接性优良的热轧钢帯，不仅提高HFW制管的エ艺复杂程度，且降低了制管的生产效率；较高的碳含量同时也导致钢带的冲击韧性一般。现有技术中名为“ー种低屈強比直缝焊石油套管用钢及其制造方法”的中国专利(CN101082099A)和名为“ー种低屈強比直缝电阻焊管用钢及其制造方法”的中国专利(CN101818308A)，其成分中C含量较高，分别为O. 2% -O. 3%和O. 15% -O. 22%，对焊接性和韧性不利。名为“低屈強比电阻焊石油套管用正火钢、电阻焊套管及其制法”的中国专利(CN101270438A)、名为“低屈強比石油套管用钢、石油套管及其制法”的中国专利(CN101328559A)和名为“高频电阻焊K55钢级套管的研发”的论文，不仅其C含量高，分别为O. 19%-O. 29%,O. 19%-O. 27%和O. 20%-O. 22%，对焊接性和韧性不利，而且制管后需
要整管进行热处理,エ艺复杂,生产成本高。名为“石油套管用钢及其制造方法”的中国专利(CN 101845583A)，其成分中C含量高(O. 31% -O. 35% )，焊接性和韧性一般，还含有Mo，合金成本较高。从以上公开的文献看，现有技术C含量都比较高，钢带的焊接性和冲击韧性一般，焊接エ艺复杂，制管生产效率低；有的需要添加贵重合金元素Mo，合金成本较高；有的需要进行整管热处理，热处理工艺复杂，钢管生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术所存在的不足，提供一种采用低碳设计，具有优良焊接性和冲击韧性(-10°C，横向> 100J)的低屈強比K55级HFW石油套管钢及其制造方法。本发明K55级高频电阻焊石油套管钢的化学成分重量百分比为C :O. 055% -O. 095%,Si 0. 15% -O. 30%,Mn 1. 50% -I. 85%,P .く O. 020%,S .く O. 008%,Ti :0. 010% -O. 050%, Als :0. 02% -O. 06%, Nb :0. 04% -O. 07%, Cr :0. 23% -O. 31%, V O. 01% -O. 04%, N O. 008%，其余为Fe和不可避免的杂质。C :碳为碳化物形成元素，通过固溶強化和析出強化作用提高钢材的强度，是保证强度的最有效元素，但碳含量过高将影响产品的焊接性能和冲击韧性，碳控制在O. 055% -O. 095%较为适宜。Si :硅可以起到固溶強化作用，但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，合适的范围是 O. 15% -O. 30%。 Mn:锰具有固溶強化作用，还能增加奥氏体稳定性，对提高淬透性也有利，有效保证钢的強度。但锰含量过大，可増加连铸坯的中心偏析倾向，影响热轧钢材的组织均匀性，给焊缝质量带来负面影响，合适的范围是1.50% -1.85%。P :磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，应控制其含量< O. 020%。S :硫是钢中有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，焊接性能也不利，应控制其含量< O. 008 %。Nb :铌是细晶和析出強化元素，可弥补因碳降低而引起的強度的下降，改善焊接性能，但过高会增加合金成本，合适的范围是O. 04% -O. 07%。V :钒的碳氮化物在铁素体中以细小弥散形式均匀析出，可以显著提高材料的抗拉强度而不明显增加屈服強度，但过高会増加合金成本，合适的范围是O. 01% -O. 04%。Ti :钛是强碳氮化物形成元素，显著细化奥氏体晶粒，可弥补因碳降低而引起的强度的下降。含量太高，易形成粗大的TiN，降低材料性能，合适的范围是O. 010% -0.050%。Cr :铬可通过固溶强化和细晶强化来增加强度，合适的范围是O. 23% -O. 31%。Als :铝是常用的脱氧剂，在钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，合适的范围是O. 02% -O. 06%。N :固溶氮有钉扎位错的強烈作用，对韧性有不良影响，控制其含量彡O. 008%本发明K55级高频电阻焊石油套管钢的制造方法包括冶炼、连铸和轧制エ艺，具体エ艺为I)冶炼连铸エ艺铁水预处理,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炉轻脱硫处理、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)轧制エ艺连铸板坯经加热炉加热至1200-1300°C，随后在2150ASP短流程热连轧机组进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1100-1200°C，终轧温度大于980°C ；第二阶段开轧温度小于960°C，终轧温度为820-880°C ;轧后的钢带以先缓冷后快冷的两阶段冷却方式进行冷却，缓冷段以冷却速度3-6°C /s冷却至770-810°C ;快冷段冷却速度为10-15°C /s，在570-630°C温度进行钢带卷取。轧后钢带先缓冷，保证钢带有一定量的先共析铁素体软相组织，同时晶粒有一定程度长大，降低了屈服強度；然后再采用快速冷却，得到细小的贝氏体和Μ/A硬相组织，具有高的抗拉强度，从而保证了钢带具有低的屈強比。与现有技术相比，本发明的有益效果I) C含量较低(< O. 10% )，焊接性优良，冲击韧性良好(-10°C，横向> 100J) ；2)用少量Cr、V取代贵重元素Mo，节约合金成本；3)钢带制管后仅需要对焊缝和热影响区进行热处理，不需要整管热处理，热处理工艺简单，钢管生产成本低。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明作进ー步的描述。本发明实施例钢的化学成分见表1，加热、轧制、冷却エ艺见表2，力学性能见表3。表I本发明实施例钢的化学成分(wt，% )
权利要求
1.ー种K55级高频电阻焊石油套管钢，其特征在于钢的化学成分重量百分比为C:O. 055% -O. 095%,Si :0. 15% -O. 30%,Mn :1. 50% -I. 85%,P .く O. 020%,S .く O. 008%,Ti :0. 010% -O. 050%, Als :0. 02% -O. 06%, Nb :0. 04% -O. 07%, Cr :0. 23% -O. 31%, V O.01% -O. 04%, N O. 008%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.—种权利要求I所述K55级高频电阻焊石油套管钢的制造方法，包括冶炼、连铸和轧制エ艺，其特征在于所述的轧制エ艺为连铸板坯经加热炉加热至1200-1300°C，随后在短流程热连轧机组进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1100-1200°C，终轧温度大于980°C;第二阶段开轧温度小于960°C，终轧温度为820-880°C;轧后钢带以两阶段方式冷却，缓冷段以3-6°C /s冷却速度冷却至770-810°C，快冷段冷却速度为10_15°C /s，卷取温度为570-630 °C。
全文摘要
本发明提供一种K55级高频电阻焊石油套管钢及其制造方法，其化学成分C0.055％-0.095％，Si0.15％-0.30％，Mn1.50％-1.85％，P≤0.020％，S≤0.008％，Ti0.010％-0.050％，Als0.02％-0.06％，Nb0.04％-0.07％，Cr0.23％-0.31％，V0.01％-0.04％，N≤0.008％，余为Fe。其方法包括冶炼、连铸和轧制工艺，连铸板坯加热至1200-1300℃，进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度1100-1200℃，终轧温度大于980℃；第二阶段开轧温度小于960℃，终轧温度820-880℃；轧后先以3-6℃/s冷速冷却至770-810℃，再以10-15℃/s快冷，卷取温度570-630℃。本发明C含量低，焊接性优良，冲击韧性良好，合金成本低，生产工艺简单。
文档编号C22C38/38GK102828121SQ201110160119
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者黄明浩, 黄国建, 张禄林, 张英慧, 孔祥磊, 徐烽 申请人:鞍钢股份有限公司