專利名稱：一種k55級高頻電阻焊石油套管鋼及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種HFW(Highfrequency electric-resistanceield,高頻電阻焊)套管用鋼技術，特別涉及API SPEC 5CT中ー種具有優良焊接性和沖擊韌性(_10°C，橫向>100J)的低屈強比K55鋼級石油套管用鋼及其制造方法。
背景技術：
石油套管是油田最常用的石油專用管材之一，用量大，花錢多，是油氣田鉆采作業中必不可少的施工材料。HFW套管與無縫管相比，具有壁厚均勻、尺寸精度高、射孔性能好、抗擠毀能力強、成本低等顯著優勢，正在逐漸替代傳統的無縫鋼管。
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API Spec 5CT規定K55級別鋼管的屈服強度在379_552MPa之間，抗拉強度彡655MPa，伸長率彡20%,沖擊功沒有強制要求，可選擇Akv (21°C，橫向)彡20 J，隨著人們對油田安全要求的提高，對原料鋼帶的沖擊性能提出一定要求。目前，K55級HFW套管的生產エ藝是成分設計采用高碳設計(>O. 15% )，有的添加合金元素Mo，冶煉并軋制成熱軋鋼帶；然后，將鋼帶通過HFW方式制成焊管，并對焊縫或鋼管整體進行熱處理，隨后對管端進行適當的螺紋加工，最終生產出合格的K55級別石油套管。由于碳含量較高(> O. 15% )，無法得到焊接性優良的熱軋鋼帯，不僅提高HFW制管的エ藝復雜程度，且降低了制管的生產效率；較高的碳含量同時也導致鋼帶的沖擊韌性一般。現有技術中名為“ー種低屈強比直縫焊石油套管用鋼及其制造方法”的中國專利(CN101082099A)和名為“ー種低屈強比直縫電阻焊管用鋼及其制造方法”的中國專利(CN101818308A)，其成分中C含量較高，分別為O. 2% -O. 3%和O. 15% -O. 22%，對焊接性和韌性不利。名為“低屈強比電阻焊石油套管用正火鋼、電阻焊套管及其制法”的中國專利(CN101270438A)、名為“低屈強比石油套管用鋼、石油套管及其制法”的中國專利(CN101328559A)和名為“高頻電阻焊K55鋼級套管的研發”的論文，不僅其C含量高，分別為O. 19%-O. 29%,O. 19%-O. 27%和O. 20%-O. 22%，對焊接性和韌性不利，而且制管后需
要整管進行熱處理,エ藝復雜,生產成本高。名為“石油套管用鋼及其制造方法”的中國專利(CN 101845583A)，其成分中C含量高(O. 31% -O. 35% )，焊接性和韌性一般，還含有Mo，合金成本較高。從以上公開的文獻看，現有技術C含量都比較高，鋼帶的焊接性和沖擊韌性一般，焊接エ藝復雜，制管生產效率低；有的需要添加貴重合金元素Mo，合金成本較高；有的需要進行整管熱處理，熱處理工藝復雜，鋼管生產成本高。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術所存在的不足，提供一種采用低碳設計，具有優良焊接性和沖擊韌性(-10°C，橫向> 100J)的低屈強比K55級HFW石油套管鋼及其制造方法。本發明K55級高頻電阻焊石油套管鋼的化學成分重量百分比為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%，其余為Fe和不可避免的雜質。C :碳為碳化物形成元素，通過固溶強化和析出強化作用提高鋼材的強度，是保證強度的最有效元素，但碳含量過高將影響產品的焊接性能和沖擊韌性，碳控制在O. 055% -O. 095%較為適宜。Si :硅可以起到固溶強化作用，但其含量過高會使鋼的塑性和韌性降低，合適的范圍是 O. 15% -O. 30%。 Mn:錳具有固溶強化作用，還能增加奧氏體穩定性，對提高淬透性也有利，有效保證鋼的強度。但錳含量過大，可増加連鑄坯的中心偏析傾向，影響熱軋鋼材的組織均勻性，給焊縫質量帶來負面影響，合適的范圍是1.50% -1.85%。P :磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞，應控制其含量< O. 020%。S :硫是鋼中有害元素，使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，焊接性能也不利，應控制其含量< O. 008 %。Nb :鈮是細晶和析出強化元素，可彌補因碳降低而引起的強度的下降，改善焊接性能，但過高會增加合金成本，合適的范圍是O. 04% -O. 07%。V :釩的碳氮化物在鐵素體中以細小彌散形式均勻析出，可以顯著提高材料的抗拉強度而不明顯增加屈服強度，但過高會増加合金成本，合適的范圍是O. 01% -O. 04%。Ti :鈦是強碳氮化物形成元素，顯著細化奧氏體晶粒，可彌補因碳降低而引起的強度的下降。含量太高，易形成粗大的TiN，降低材料性能，合適的范圍是O. 010% -0.050%。Cr :鉻可通過固溶強化和細晶強化來增加強度，合適的范圍是O. 23% -O. 31%。Als :鋁是常用的脫氧劑，在鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，合適的范圍是O. 02% -O. 06%。N :固溶氮有釘扎位錯的強烈作用，對韌性有不良影響，控制其含量彡O. 008%本發明K55級高頻電阻焊石油套管鋼的制造方法包括冶煉、連鑄和軋制エ藝，具體エ藝為I)冶煉連鑄エ藝鐵水預處理,轉爐冶煉-經頂吹或頂底復合吹煉，爐外精煉-經RH真空處理、LF爐輕脫硫處理、及進行鈣處理以控制夾雜物形態和提高鋼的延展性、韌性和冷彎性能，板坯連鑄制成連鑄板坯-連鑄采用電磁攪拌或動態輕壓下、以提高連鑄板坯的質量。2)軋制エ藝連鑄板坯經加熱爐加熱至1200-1300°C，隨后在2150ASP短流程熱連軋機組進行兩階段控制軋制，第一階段開軋溫度為1100-1200°C，終軋溫度大于980°C ；第二階段開軋溫度小于960°C，終軋溫度為820-880°C ;軋后的鋼帶以先緩冷后快冷的兩階段冷卻方式進行冷卻，緩冷段以冷卻速度3-6°C /s冷卻至770-810°C ;快冷段冷卻速度為10-15°C /s，在570-630°C溫度進行鋼帶卷取。軋后鋼帶先緩冷，保證鋼帶有一定量的先共析鐵素體軟相組織，同時晶粒有一定程度長大，降低了屈服強度；然后再采用快速冷卻，得到細小的貝氏體和Μ/A硬相組織，具有高的抗拉強度，從而保證了鋼帶具有低的屈強比。與現有技術相比，本發明的有益效果I) C含量較低(< O. 10% )，焊接性優良，沖擊韌性良好(-10°C，橫向> 100J) ；2)用少量Cr、V取代貴重元素Mo，節約合金成本；3)鋼帶制管后僅需要對焊縫和熱影響區進行熱處理，不需要整管熱處理，熱處理工藝簡單，鋼管生產成本低。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明作進ー步的描述。本發明實施例鋼的化學成分見表1，加熱、軋制、冷卻エ藝見表2，力學性能見表3。表I本發明實施例鋼的化學成分(wt，% )
權利要求
1.ー種K55級高頻電阻焊石油套管鋼，其特征在于鋼的化學成分重量百分比為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%，其余為Fe和不可避免的雜質。
2.—種權利要求I所述K55級高頻電阻焊石油套管鋼的制造方法，包括冶煉、連鑄和軋制エ藝，其特征在于所述的軋制エ藝為連鑄板坯經加熱爐加熱至1200-1300°C，隨后在短流程熱連軋機組進行兩階段控制軋制，第一階段開軋溫度為1100-1200°C，終軋溫度大于980°C;第二階段開軋溫度小于960°C，終軋溫度為820-880°C;軋后鋼帶以兩階段方式冷卻，緩冷段以3-6°C /s冷卻速度冷卻至770-810°C，快冷段冷卻速度為10_15°C /s，卷取溫度為570-630 °C。
全文摘要
本發明提供一種K55級高頻電阻焊石油套管鋼及其制造方法，其化學成分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％，余為Fe。其方法包括冶煉、連鑄和軋制工藝，連鑄板坯加熱至1200-1300℃，進行兩階段控制軋制，第一階段開軋溫度1100-1200℃，終軋溫度大于980℃；第二階段開軋溫度小于960℃，終軋溫度820-880℃；軋后先以3-6℃/s冷速冷卻至770-810℃，再以10-15℃/s快冷，卷取溫度570-630℃。本發明C含量低，焊接性優良，沖擊韌性良好，合金成本低，生產工藝簡單。
文檔編號C22C38/38GK102828121SQ201110160119
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者黃明浩, 黃國建, 張祿林, 張英慧, 孔祥磊, 徐烽 申請人:鞍鋼股份有限公司