本发明属于石油套管用钢
技术领域：
，涉及一种电阻焊套管及其制造方法，特别涉及APISPEC5CT中钢级为M65石油套管及其制造方法。
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。相对于无缝管而言，ERW套管具有壁厚均匀、尺寸精度高、射孔性能好、抗挤毁能力强、成本低等显著优势，ERW套管受到生产厂家和油田用户的欢迎。研发出具有高附加值、不同级别直缝焊油层套管，提高市场竞争力，对节约采油成本，提高我国的石油开采水平有着深远的意义。APISpec5CT规定：M65级钢管的屈服强度在448-586MPa之间，抗拉强度≥586MPa，伸长率≥22％；0℃时横向夏比冲击功≥20J；硬度HV≤248。为实现高效率生产，可采用热连轧轧制出一定强度的热轧钢带，然后进行ERW焊接制管，为了消除焊缝和母材性能差异，APISPEC5CT要求对整管进行热处理，包括淬火-回火、正火、正火-回火。为改善钢的性能，获得接近平衡态的组织，消除带状组织和残余应力，简化热处理工艺，可采用正火热处理工艺，使钢管的最终性能满足M65水平。在本发明之前，已有个别有关M65钢级ERW石油套管的文献或发明专利，但采用低碳含钛设计的M65级ERW石油套管报导很少， 以下简单介绍与本发明较为接近的文献和专利：1)中国专利CN101921952A，一种石油套管用钢、电阻焊石油套管及其制造方法。成分中含C：0.19％-0.29％，Mn：1.0％-1.4％；整管调质热处理，回火650-690℃。该专利中C含量高，碳当量0.4-0.5，对冲击韧性和焊接性不利；回火温度高，耗用能源大，且无法控制高温回火脆性。2)论文“K55的生产工艺特点及M65的开发”，成分中C：0.35％-0.36％，Si：0.23％-0.30％，Mn：1.40％-1.43％，V：0.05％-0.06％，S：0.012％-0.014％，P：0.013％-0.015％。该论文公开的是无缝管M65，采用高碳高猛设计，且碳当量大于0.6，钢带焊接性和冲击韧性差，钢带无法头尾对焊，只能单卷生产，生产效率低。以上公开的专利或文献中，碳含量均较高，钢带的焊接性和冲击韧性不良。技术实现要素：本发明针对目前直缝电阻焊石油套管M65生产存在的技术问题，例如：碳含量较高，钢带的焊接性和冲击韧性不良；调质热处理工艺复杂等问题，特提出本发明的技术方案，其的目的在于提供一种M65钢级电阻焊石油套管及其制造方法，特别是采用低碳含钛成分设计，热轧态钢带屈服强度大于530MPa，抗拉强度大于620MPa，整管正火热处理后性能为M65级别的直缝电阻焊石油套管及其制造方法。本发明的一种M65级直缝电阻焊石油套管及其制造方法，其化学成分(重量，％)配比如下：C：0.14％-0.18％，Si：0.15％-0.30％，Mn：1.10％-1.40％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Ti：0.06％-0.12％，Als：0.02％-0.05％，N：≤0.008％，碳当量≤0.40％，其余为Fe和不可避免元素。与现有技术相比，本方案C含量低，添加适量的Ti细化晶粒，提高热轧态强度，同时保证正火后晶粒不明显长大；正火处理后，获得接近平衡态的组织，消除带状组织和残余应力，简化热处理工艺，保证了管体和焊缝性能的一致性。C：为碳化物形成元素，是保证强度的最有效元素，可以提高淬透性和热处理后性能稳定性，保证钢管正火热处理后性能满足M65要求。因此，碳含量不宜过低；但碳含量过高将降低产品的焊接性能和冲击韧性，其最佳范围是0.14％-0.18％。Si：可以起到固溶强化作用，但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，其最佳范围是0.15％-0.30％。Mn：锰具有固溶强化作用，还能增加奥氏体稳定性，对提高淬透性也有利，有效保证钢的强度。锰可降低马氏体转变温度Ms，增加残余奥氏体的含量，同时锰对钢板的韧性影响不大。但锰含量过大，可增加连铸坯的中心偏析倾向，会使钢板中带状组织增多，并且在热处理后保存下来，最终钢板中会含有一定量地带状组织，而贝氏体、马氏体等硬相在带状组织中聚集，使钢板的脆性增加，塑性降低，力学性能下降。其最佳范围是1.10％-1.40％。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≤0.020％。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，恶化焊接性能，为保证钢水的高纯净度，应控制其含量≤0.008％。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。更多的Ti含量，可获得较多的TiC粒子， 通过应变诱导析出和相变析出提高钢的强度。同时，析出的TiC产生较强的沉淀强化作用可以保证钢管后续正火热处理晶粒不明显长大，从而保证了整管热处理后的强度满足M65性能要求。但Ti含量过高时强度不再增加，而冲击功则急剧下降，且合金成本偏高。其最佳范围是0.06％-0.12％。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0.02％-0.05％。N：固溶氮有钉扎位错的强烈作用，对韧性有不良影响，应控制其含量≤0.008％本发明的一种M65钢级直缝电阻焊石油套管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、连铸坯再加热、轧制、冷却、卷取、ERW制管和整管热处理。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、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)轧制工艺：连铸板坯经加热炉加热至1150-1200℃，随后采用热连轧轧制，终轧温度780-840℃，轧后钢带以8-12℃/s的速度进行冷却，在560-620℃温度进行钢带卷取。3)热轧态钢带的屈服强度为530-610MPa，抗拉强度为620MPa以上，伸长率34％-37％，显微组织为铁素体-珠光体。4)钢带经过ERW机组进行高频/中频电阻焊制成钢管。5)整管正火热处理工艺：经ERW制管后，整管加热到880-910℃，保温30-50min，空冷。6)正火后整管的最终组织是铁素体-细片状珠光体，其中铁素体 体积百分比含量75％-85％，细片状珠光体体积百分比含量15％-25％。屈服强度为480-545MPa，抗拉强度为600-635MPa，伸长率34％-40％，0℃横向夏比冲击功(3个试样均值)Akv≥32J。本发明技术方案的特别之处在于：1)采用低碳含钛设计，钢带焊接性和冲击韧性良好；2)添加适量的Ti细化晶粒，提高热轧态强度，同时保证正火后晶粒不明显长大；3)正火处理后，获得接近平衡态的组织铁素体-细片状珠光体，其中铁素体体积百分比含量75％-85％，细片状珠光体体积百分比含量15％-25％。消除带状组织和残余应力，简化热处理工艺，保证了管体和焊缝性能的一致性。本发明的优点及技术效果在于：1)采用低碳含钛设计，钢带焊接性和冲击韧性良好；2)添加适量的Ti细化晶粒，提高热轧态强度，同时保证正火后晶粒不明显长大；3)采用正火处理，获得接近平衡态的组织铁素体-细片状珠光体，其中铁素体体积百分比含量75％-85％，细片状珠光体体积百分比含量15％-25％。消除带状组织和残余应力，简化热处理工艺，保证了管体和焊缝性能的一致性。附图说明附图为本发明的金相组织图。具体实施方式本发明一种M65级直缝电阻焊石油套管及其制造方法，其化学成分(重量，％)配比如下：C：0.14％-0.18％，Si：0.15％-0.30％，Mn：1.10％-1.40％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Ti：0.06％-0.12％，Als：0.02％-0.05％，N：≤0.008％，碳当量≤0.40％，其余为Fe和不可避免元素。本发明一种M65钢级直缝电阻焊石油套管的制造方法，包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却、卷取、ERW制管和整管热处理。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、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)轧制工艺：连铸板坯经加热炉加热至1150-1200℃，随后采用热连轧轧制，终轧温度780-840℃，轧后钢带以8-12℃/s的速度进行冷却，在560-620℃温度进行钢带卷取。3)热轧态钢带的屈服强度为530-610MPa，抗拉强度为620MPa以上，伸长率34％-37％，显微组织为铁素体-珠光体。4)钢带经过ERW机组进行高频/中频电阻焊制成钢管。5)整管正火热处理工艺：经ERW制管后，整管加热到880-910℃，保温30-50min，空冷。6)正火后整管的最终组织是铁素体-细片状珠光体，其中铁素体体积百分比含量75％-85％，细片状珠光体体积百分比含量15％-25％。屈服强度为480-545MPa，抗拉强度为600-635MPa，伸长率34％-40％，0℃横向夏比冲击功(3个试样均值)Akv≥32J。下面通过实施例对本发明做详细说明：试验钢化学成分见表1，加热、轧制冷却工艺见表2，热处理工艺见表3，调质态力学性能见表4。表1化学成分(wt，％)实施例CSiMnPSTiAlsNCeq10.160.231.220.0150.0040.100.0350.00400.3620.170.201.150.0140.0030.070.0310.00320.3630.140.211.400.0110.0040.110.0210.00450.3740.150.271.320.0170.0030.090.0280.00340.3750.180.241.280.0100.0020.080.0390.00440.3960.170.281.260.0120.0030.080.0310.00380.3870.160.161.310.0150.0040.090.0400.00320.38表2加热、轧制工艺和热轧态力学性能表3正火工艺实施例加热温度,℃保温时间,min冷却方式190050空冷289030空冷389540空冷488040空冷591040空冷689045空冷789035空冷表4正火态力学性能3487600387820444806243784200551063535862216545627349023075206253685225由表4可见，采用本发明的成分设计和轧制、整管热处理工艺，生产出的正火态直缝电阻焊石油套管，满足APISPEC5CT标准对M65级钢管的要求。当前第1页1 2 3