专利名称：一种n80q钢级石油套管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及高强度石油套管技术领域，尤其是涉及一种N80Q钢级石油套管及其制造方法。
背景技术：
从石油套管发展趋势看，与无缝管相比，ERff(高频直缝电阻焊)工艺具有生产成本低，壁厚均勻，尺寸精确度闻等优势，市场占有率提闻很快，随着深井油气资源的开发，N80等高强度油井套管需求量越来越大，为了降低生产成本，各制管厂都在使用ERW工艺进行高强度油井管的生产。ERff工艺主要有两种方式生产N80钢级油井套管，一种是采用TMCP热轧N80卷板直接制管，除钢管具有性能 稳定，冲击韧性高并且几何尺寸精度高的特点外，这种N80套管生产工艺劣势也显而易见，卷板强度高，热轧钢卷的生产难度较大，且制管成型难度较大，合金含量较高，可焊性降低，焊缝冲击韧性难以保证。公开号CN101724793A的专利，介绍一种非调质N80钢级石油管的工艺，介绍了一种 C:0.34-0.38，S1:0.25-0.40，Mn:1.45-1.70，V:0.11-0.16，P 彡 0.025，S 彡 0.025，Als ( 0.020，Cu ( 0.20，Ni ( 0.20，Cr彡0.25。该钢管热轧态具有N80的性能要求，ERff制管后不需热处理，简化了制管后工艺，但因强度较高该钢种轧制和制管难度较大，且因合金成分较高，可焊性降低，焊缝性能难以保证。公开号CN101745731A的专利，介绍一种N80级ERW油井套管的制造方法，成分含量为:C彡0.12%，Mn彡1.85%，S彡0.010，Nb+V+Ti彡0.15%。该钢种热轧态具有N80的性能要求，制管成型难度较大。公开号CN101643883A的专利，一种N80、P110、L80直缝焊套管用钢及套管制造，介绍了一种采用中碳 c(0.12-0.24% )，加入 Cr:0.30-0.60，V:0.08-0.12,Nb:0.12-0.14，合
金成本较高，较高的强度使制管生产难度加大。该钢热轧态即具有N80的性能要求，制管后进行调质热处理。公开号CN102409229A的专利，N80Q级别直缝电阻焊石油套管及其制造方法，介绍了一种采用中碳(0.15-0.20% )中锰(1.40-1.80% )成分，制管后进行调质热处理达到N80Q钢级。该方法锰含量高，导致碳当量及合金成本略高，同时热轧态钢卷强度也高。
发明内容
本发明的目的在于降低钢管生产难度和成本，开发一种经济型高强韧N80Q钢级石油套管用钢及其制造方法，对N80成分进行合金减量化，通过热轧成型，提供钢管厂焊管原料-套管用热轧钢带，经过焊管厂ERW制管和调质热处理，最终使焊管的各项性能指标达到API5CT中对N80的要求，从而降低了钢厂、制管厂对N80石油套管的开发难度，获得了外形尺寸均匀、性能均匀的N80石油套管，同时降低了钢管厂的生产成本，采用的技术方案是:一种N80Q钢级石油套管，其特征在于，所述套管化学成分按如下重量百分比:C:0.16-0.22%，Si f 0.30%,Mn:0.60-1.39%，P 令 0.020%,S-f0.010%,T1:0.01-0.03%,Nb會0.03%，Cr:0.08-0.25%，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素，Ceq令0.44。本发明的技术特征还有:所述制造方法包括以下步骤:I)铁水预处理:采用KR法铁水预处理深脱硫，扒渣后控制入炉铁水的硫含量在0.005% 以下； 2)转炉冶炼:顶底复吹少渣冶炼，钢包全程吹氩，档渣球和挡渣棒联合挡渣；3)双LF复合精炼:在无需进行RH真空精炼的前提下，采用双LF复合精炼；4)连铸:采用厚度为135-150mm的ASP连铸生产，钢包与长水口之间采用氩气密封，浇注时结晶器液面自动控制，液面波动范围控制在±3_，钢包下渣自动检测，低过热度浇注，过热度控制10-25°C，得到连铸坯；5)将经过步骤4)加工后得到的连铸坯直接700°C以上热装或冷坯再加热到1200-1280°C温度区间充分奥氏体化，采用两阶段控制轧制，第一阶段控制开轧温度区间为1150°C -1220°C，第一阶段控制开轧累积压下率不小于70%，第二阶段轧制采用控制轧制，开轧温度区间980°C -1050°C，终轧温度820°C _870°C，第二阶段控制开轧累积压下率不低于70%，得到厚度为6-16mm的热轧卷板；6)将步骤5)所述热轧卷板以8_25°C /S的冷却速度进行冷却，卷取温度区间为600-680°C，卷取后热卷供货；7)将步骤6)中得到的热卷ERW制管后，将套管毛坯加热到900±20°C，保温20min以上，水淬； 8)将经过步骤7)处理后的套管毛坯加热到610±20°〇，保温601^11以上，空冷回火，得到所述N80Q钢级石油套管。本发明的技术特征还有:所述步骤3)中热卷屈服强度400_500MPa，抗拉强度450-600MPa。本发明的技术特征还有:所述经步骤8)处理后石油套管性能为:屈服强度580-700MPa，抗拉强度710_780MPa，伸长率A50.8为25-30%，_10°C横向夏比冲击功大于90J。本发明的技术特征还有:步骤6)中冷却方式为两段式分层次冷却。本发明的有益效果是:1)本发明化学成分简单、实用，中Mn、低Cr合理匹配，降低了碳当量，既保证了淬透性能，又保证具有良好的焊接性能和冲击韧性，同时也节约了成本；同时对碳当量做了明确要求，焊接性能明显改善，大幅降低了热卷原料和制管的生产难度及设备损耗，有利于在工业生产中推广应用，市场前景广阔。2)本发明精炼工艺简便、经济，采用双LF复合精炼，得到钢质纯净的坯料；3)轧制工艺采用中高温终轧和卷取，易于生产控制，层流冷却采用两段式分层次冷却策略，保证获得均匀细小的F+P组织，减轻了带状组织，为后续焊接制管和调质热处理打下良好基础；4)热轧态强度较低，易于热卷生产和ERW制管成型，热处理后管体、焊缝及热影响区性能一致性较好，达到N80Q钢级。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对发明的具体实施方式
进行说明。本发明的目的在于提供一种中锰、低铬设计的经济型高强韧N80Q钢级石油套管，本发明主要是从经济型高强韧直缝焊套管用钢成分设计思路出发，合理匹配C、Mn、Cr含量，降低碳当量，保证淬透性和可焊性能，利用微合金元素T1、Nb控制轧制与控制冷却过程中的细晶强化和析出强化的复合强化机制，热轧态强度较低，碳当量较低，易于实现ERW套管生产，制管后调质处理，达到API5CT N80Q钢级标准。本N80Q钢级石油套管钢的化学成分按如下重量百分比:C:0.16-0.22%，Si +0.30%, Mn:0.60-1.39%, P 0.020%, S ^ 0.010%, T1:0.01-0.03%, Nb ^ 0.03%, Cr:0.08-0.25%,余量为Fe及其它不可避免的杂质元素，Ceq个0.44。
本钢管对应的制造方法包括以下步骤:I)铁水预处理:采用KR法铁水预处理深脱硫，扒渣后控制入炉铁水的硫含量在
0.005% 以下；2)转炉冶炼:顶底复吹少渣冶炼，钢包全程吹氩，档渣球和挡渣棒联合挡渣；3)双LF复合精炼:在无需进行RH真空精炼的前提下，采用双LF复合精炼，热卷屈服强度400-500MPa，抗拉强度450_600MPa ；4)连铸:采用厚度为135-150mm的ASP连铸生产，钢包与长水口之间采用氩气密封，浇注时结晶器液面自动控制，液面波动范围控制在±3_，钢包下渣自动检测，低过热度浇注，过热度控制10-25°C，得到连铸坯；5)将经过步骤4)加工后得到的连铸坯直接700°C以上热装或冷坯再加热到1200-1280°C温度区间充分奥氏体化，采用两阶段控制轧制，第一阶段控制开轧温度区间为1150°C -1220°C，第一阶段控制开轧累积压下率不小于70%，第二阶段轧制采用控制轧制，开轧温度区间980°C -1050°C，终轧温度820°C _870°C，第二阶段控制开轧累积压下率不低于70 %，得到厚度为6-16mm的热轧卷板，石油套管性能为:屈服强度580_700MPa，抗拉强度710-780MPa，伸长率A50.8为25-30%，_10°C横向夏比冲击功大于90J ；6)将步骤5)所述热轧卷板以8_25°C /S的冷却速度进行冷却，卷取温度区间为600-680°C，卷取后热卷供货；7)将步骤6)中得到的热卷ERW制管后，将套管毛坯加热到900±20°C，保温20min以上，水淬；8)将经过步骤7)处理后的套管毛坯加热到610±20°C，保温60min以上，空冷回火，得到N80Q钢级石油套管。本发明实施例钢的化学成分见表1，本发明实施例钢的轧制工艺和力学性能见表
2、表3，本发明实施例钢管的热处理和力学性能见表4。表I本发明实施例1 4钢的化学成分(质量百分比，％ )
权利要求
1.一种N80Q钢级石油套管，其特征在于，所述套管化学成分按如下重量百分比:C:0.16-0.22%, Si ( 0.30%, Mn:0.60-1.39%, P 彡 0.020%, S 彡 0.010%, Ti:0.01-0.03%,Nb ( 0.03%, Cr:0.08-0.30%，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素，碳当量Ceq ( 0.44。
2.按照权利要求1所述的N80Q钢级石油套管的制造方法，其特征在于:所述制造方法包括以下步骤: 1)铁水预处理:采用KR法铁水预处理深脱硫，扒渣后控制入炉铁水的硫含量在0.005%以下； 2)转炉冶炼:顶底复吹少渣冶炼，钢包全程吹氩，档渣球和挡渣棒联合挡渣； 3)双LF复合精炼:在无需进行RH真空精炼的前提下，采用双LF复合精炼； 4)连铸:采用厚度为135-150_的ASP连铸生产，钢包与长水口之间采用氩气密封，浇注时结晶器液面自动控制，液面波动范围控制在±3_，钢包下渣自动检测，低过热度浇注，过热度控制10-25°C，得到连铸坯； 5)将经过步骤4)加工后得到的连铸坯直接700°C以上热装或冷坯再加热到1200-1280°C温度区间充分奥氏体化，采用两阶段控制轧制，第一阶段控制开轧温度区间为1150°C -1220°C，第一阶段控制开轧累积压下率不小于70%，第二阶段轧制采用控制轧制，开轧温度区间980°C -1050°C，终轧温度820°C _870°C，第二阶段控制开轧累积压下率不低于70%，得到厚度为6-16mm的热轧卷板； 6)将步骤5)所述热轧卷板以8-25°C /S的冷却速度进行冷却，卷取温度区间为600-680°C，卷取后热卷供货； 7)将步骤6)中得 到的热卷ERW制管后，将套管毛坯加热到900±20°C，保温20min以上,水淬； 8)将经过步骤7)处理后的套管毛坯加热到610±20°C，保温60min以上，空冷回火，得到所述N80Q钢级石油套管。
3.按照权利要求2所述的N80Q钢级石油套管的制造方法，其特征在于:所述步骤3)中热卷屈服强度400-500MPa，抗拉强度450_600MPa。
4.按照权利要求2所述的N80Q钢级石油套管的制造方法，其特征在于:所述经步骤8)处理后石油套管性能为:屈服强度580-700MPa，抗拉强度710_780MPa，伸长率A5a8为25-30%, -10°C横向夏比冲击功大于90J。
5.按照权利要求2所述的N80Q钢级石油套管的制造方法，其特征在于:步骤6)中冷却方式为两段式分层次冷却。
全文摘要
本发明提供一种经济型高强韧N80Q钢级套管及其制造方法，属于低合金钢制造领域。该套管用钢由下述重量百分比的成分组成C0.16-0.22%，Si≤0.30%，Mn0.60-1.39%，P≤0.020%，S≤0.010%，Ti0.01-0.03%，Nb≤0.03%，Cr0.08-0.30%，余量为Fe及其他不可避免的杂质元素，碳当量Ceq≤0.44。本发明提供的套管用钢力学性能优良，成品管性能满足API5CT标准要求，屈服强度≥552MPa，抗拉强度≥689MPa，伸长率A50.8在18%以上。与现有技术相比，本发明首次采用中锰、低铬的经济型成分设计，同时对碳当量做了明确要求，焊接性能明显改善，大幅降低了热卷原料和制管的生产难度及设备损耗，有利于在工业生产中推广应用，市场前景广阔。
文档编号C22C33/04GK103147009SQ20121054046
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者孙卫华, 王金华, 张华平, 邱泽胜, 梁英, 魏代斌, 夏茂森, 杨贵玲, 郑万任, 张磊, 宋振官 申请人:济钢集团有限公司