CN100560771C - 高强韧性j55石油套管用钢带及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
高强韧性J55石油套管用钢带及其制造方法，属于微合金钢生产技术领域。该方法采用转炉冶炼、LF精炼、中薄板坯连铸、加热、高压水除鳞、热轧层流冷却、卷取。其中钢的化学成分为(Wt.%)：C0.15-0.20，Si0.15-0.30，Mn1.00-1.45，P≤0.020，S≤0.010，Nb0.020-0.040，Ti0.015-0.040，Al0.020-0.050，余量为Fe和其他不可避免的杂质，通过Nb、Ti复合微合金化和合理生产工艺可生产屈服强度达到420MPa以上J55石油套管，产品具有高强度、高韧性和良好的可焊性。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强韧性J55石油套管用钢带及其制造方法，属于微合金钢技术领域。
背景技术
石油套管历来采用无缝管，随着钢微合金化和控轧控冷技术的发展，高强度级别的热轧钢带获得了优良的综合性能，焊接成型后完全可以替代无缝管，而且具有尺寸精度高、抗挤压性能强、韧性高、射孔不开裂及价格便宜等优点，实际应用效果良好。
目前，针对J55石油套管的生产国内仍存在无缝管和焊管两种成型方式。国内宝钢钢管、攀钢、天津钢管、成都无缝、包钢无缝等厂都采用连铸管坯后进行穿管轧制生产无缝钢套管。宝钢、鞍钢、本钢、梅钢等热轧卷板的生产厂也都具备生产石油套管用钢的能力，但焊管用户普遍反映，只有宝钢产品质量稳定，其它钢厂质量波动大，钢质纯净度差；夹杂物和带状组织有时会超标，冷弯性能不好；钢卷强度、冲击值的范围较离散等一系列问题，实物质量稳定性有待于进一步提高。
CN1924061(申请号：200610048352.X)公开了一种制造J55级焊接石油套管的低合金高强度钢，用于解决提高铸坯表面质量且容易控制生产过程的问题。化学成分为：C：0.16-0.21％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.00-1.30％，P≤0.020％，S≤0.012％，V：0.020-0.070％，Als：0.008-0.060％，余量Fe；或C：0.07-0.12％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.40-1.55％，P：≤0.020％，S：≤0.012％，Nb：0.015-0.030％，Als：0.008-0.060％，余量Fe。可在浇铸过程中避开包晶反应区及铸坯矫直脆性区，使铸坯表面质量优于其它化学成分配比，且生产过程易控制，并可保证热轧后的钢带满足J55级套管所要求的各项性能指标。该项发明存在几个问题：第一种成份设计添加钒微合金，成本比较高；第二种成份设计采用低碳设计，用户普遍反映碳低时，车丝性较差，容易发生粘扣现象。
美国标准：API5CT也提供了一种化学成分，如表1所示。
表1 化学成分：
| 等级 | Cmax，％ | Simax，％ | Mn<sup>B</sup>max，％ | P，max，％ | S，max，％ |
| J55 | -- | -- | -- | 0.035 | 0.035 |
该标准成分要求比较宽松；C、Si、Mn及微合金化元素都没有明确要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高强韧性石油套管用钢带及其制造方法。该方法设计合理，产品纯净度好、韧性好，成型性、焊接性优良，且强度波动范围较小。
一种高强韧性J55石油套管用钢带，该钢的成分及重量百分比含量为：
C：0.15-0.20％、Si：0.15-0.30％、Mn：1.0-1.45％、S≤0.010％、P≤0.020％、Ti：0.015-0.040％、Al：0.020-0.050％，Nb：0.02-0.04％，其余为Fe和微量杂质。
本发明钢成分的确定，首先保证强度的要求，其次是冷弯成型性能，最后考虑用户使用性能。基于强度、冲击韧性以及油气输送管道钢性能的要求，控制碳含量在0.15～0.20％，Mn在0.10-1.45％范围内，控制Si：0.15-0.30％。为保证钢水的洁净度，本发明还对S、P等元素提出了控制要求，P≤0.020％，S≤0.010％。为使提高强度并具有良好的韧性和可焊性，添加少量Nb和Ti微合金。
优选的，化学成分及重量百分比含量为：
C：0.18％、Si：0.20％、Mn：1.20％、P：0.015％、S：0.004％、Ti：0.019％、Nb：0.035％、Al：0.030％，其余为Fe和微量杂质。
一种高强韧性J55石油套管用钢带的制造方法，包括铁水预处理，顶底复吹转炉冶炼，LF精炼，板坯连铸，板坯加热，1500宽带轧制；其特征在于，C：0.15-0.20％、Si：0.15-0.30％、Mn：1.0-1.45％、S≤0.010％、P≤0.020％、Ti：0.015-0.040％、Al：0.020-0.050％，Nb：0.02-0.04％，其余为Fe和微量杂质；板坯加热采用端进端出步进梁式加热炉加热，加热时间150-200min，均热段温度1240-1280℃，板坯各向温差不大于25℃；1500mm宽带轧制采用四辊可逆式轧机进行5道次粗轧，采用六机架连轧机组精轧；粗轧末道次温度：1020-1080℃，精轧终轧温度：820-910℃；卷取温度：560-660℃。
进一步考虑的工艺条件，可优选以下几方面：
1)铁水预处理
在铁水罐中采用喷吹镁粒进行铁水脱硫，铁水硫控制在0.010％以下，温度不低于1250℃，脱硫完毕去处铁水表面的渣。
2)转炉冶炼
冶炼过程中控制枪位和加料时机，造渣料于终点前3分钟加完，终点控制：C＜0.15％，S＜0.015％；采用高碳锰铁、硅锰、铌铁进行合金化，铝锰钛脱氧剂脱氧；控制终点炉渣碱度在3.5～4.5，当钢水出至1/5时，依次加入铝锰钛合金、高碳锰铁、硅锰、铌铁，钢水出至四分之三时加完。
3)LF精炼
根据钢水成分加入350m钛线/炉，控制渣厚在50-60mm，出站温度不高于1610℃；为了保证钢水有良好的浇铸性能，钢水出站前向钢水中喂入500m/炉的Si-Ca线进行钙化处理；喂硅钙线后，进行12-20min的搅拌和镇静，使夹杂物充分上浮。
4)中薄板坯连铸
连铸过程大包至中间包采用长水口及吹氩保护浇铸，中间包加碳化稻壳、加盖保护，隔绝钢水与空气，避免产生二次氧化；中间包至结晶器采用浸入式水口并吹氩保护浇铸，控制中间包渣厚在50mm以内；选用中碳钢保护渣，消耗量控制在0.7-0.8kg/t钢，渣层厚度在10mm；同时在浇铸过程中控制稳定拉速在1.10-1.18m/min，避免拉速大波动，减少铸坯中的夹杂，并避免铸坯出现裂纹，保证铸坯质量。
5)板坯加热
采用端进端出步进梁式加热炉加热，加热时间不低于120min，均热段温度1240-1280℃，板坯各向温差不大于25℃；
6)1500mm宽带轧制
采用四辊可逆式轧机进行5道次粗轧，采用六机架连轧机组精轧；粗轧末道次温度：1020-1080℃，精轧终轧温度：820-910℃；层流冷却。
7)1500mm宽带成材；卷取温度：580-660℃。
本发明制造的管线钢显微组织为：细小的铁素体+少量珠光体。采用C：0.15-0.20％和Mn：1.0-1.45％的成分设计来保证钢的可焊性和车丝性能，通过添加Nb、Ti微合金化细化晶粒来提高钢的强度，降低P、S杂质元素的含量提高韧性，结合控轧控冷工艺，获得具有高强度、高韧性，可焊性良好，车丝性能好的J55石油套管用钢，适用于原油开采石油套管的制造。
有益效果：
本发明与现有技术相比：本发明规定了比较精确的C、Si、Mn控制范围，并对P、S进行了非常严格的控制，并且也给出了Nb、Ti的控制范围，采用应该成分设计及工艺控制，生产的石油套管具有强度高，屈服强度可达420-485MPa，抗拉强度可达530-630MPa，延伸率30％以上、纯净度好、韧性好，且成型性、焊接性优良；而且强度波动范围比较小的优点。
具体实施方式
实施例1：厚度规格6.8mm。
一种高强韧性J55石油套管用钢带，该钢的成分及重量百分比含量为：
C：0.16％、Si：0.24％、Mn：1.18％、P：0.017％、S：0.004％，Nb：0.036％，Ti：0.020％，Al：0.035％，其余为Fe和微量杂质。
一种高强韧性J55石油套管用钢带的制造方法，工艺包括铁水预处理(混铁炉)---120t顶底复吹转炉---LF(钢包精炼炉)---中薄板坯连铸---板坯加热---1500宽带成材；
具体步骤如下：
1)铁水预处理
在铁水罐中采用喷吹镁粒进行铁水脱硫，铁水硫控制在0.010％以下，温度不低于1280℃，脱硫完毕去处铁水表面的渣；
2)转炉冶炼
冶炼过程中控制枪位和加料时机，造渣料于终点前3分钟加完，终点控制：C：0.12％，S：0.015％；采用高碳锰铁、硅锰、铌铁进行合金化，铝锰钛脱氧剂脱氧；控制终点炉渣碱度在3.5-4.5，当钢水出至1/5时，依次加入铝锰钛合金、锰铁、硅锰、铌铁，钢水出至四分之三时加完；
3)LF精炼
根据钢水成分加入350m钛线/炉，控制渣厚在50-60mm，出站温度不高于1610℃；为了保证钢水有良好的浇铸性能，钢水出站前向钢水中喂入550m/炉的Si-Ca线进行钙化处理；喂硅钙线后，进行14min的搅拌和镇静，使夹杂物充分上浮。
4)中薄板坯连铸
连铸过程大包至中间包采用长水口及吹氩保护浇铸，中间包加碳化稻壳、加盖保护，隔绝钢水与空气，避免产生二次氧化；中间包至结晶器采用浸入式水口并吹氩保护浇铸，控制中间包渣厚在50mm以内；选用中碳钢保护渣，消耗量控制在0.7-0.8kg/t钢，渣层厚度在10mm；同时在浇铸过程中控制稳定拉速在1.15m/min，避免拉速大波动，减少铸坯中的夹杂，并避免铸坯出现裂纹，保证铸坯质量；
5)板坯加热
采用端进端出步进梁式加热炉加热，加热时间不低于150min，均热段温度1240～1280℃，板坯各向温差不大于25℃；
6)1500mm宽带轧制
采用四辊可逆式轧机进行5道次粗轧，采用六机架连轧机组精轧；粗轧末道次温度：1060±20℃，精轧终轧温度：860±20℃；
7)轧制结束，1500mm宽带成材；卷取温度：610±20℃。
本实施例1的钢的有关性能参数列于表1中。
实施例2：
一种高强韧性J55石油套管用钢带，该钢的成分及重量百分比含量为：
C：0.15％、Si：0.21％、Mn：1.10％、P：0.013％、S：0.006％，Nb：0.028％，Ti：0.018％，Al：0.034％，其余为Fe和微量杂质。
制造方法同实施例1。本实施例2的钢的有关性能参数列于表1中。
表1 钢的物理特性的相关参数如强度、拉伸性、其他相关性能等
Claims (5)
1、一种高强韧性J55石油套管用钢带的制造方法，包括铁水预处理，顶底复吹转炉冶炼，LF精炼，中薄板坯连铸，板坯加热，1500mm宽带轧制；其特征在于，钢的成分及重量百分比含量为，C：0.15-0.20％、Si：0.15-0.30％、Mn：1.0-1.45％、S≤0.010％、P≤0.020％、Ti：0.015-0.040％、Al：0.020-0.050％，Nb：0.02-0.04％，其余为Fe和微量杂质；板坯加热采用端进端出步进梁式加热炉加热，加热时间150-200min，均热段温度1240-1280℃，板坯各向温差不大于25℃；1500mm宽带轧制采用四辊可逆式轧机进行5道次粗轧，采用六机架连轧机组精轧；粗轧末道次温度：1020-1080℃，精轧终轧温度：820-910℃；卷取温度：560-660℃。
2、如权利要求1所述的高强韧性J55石油套管用钢带的制造方法，其特征在于所述的铁水预处理是在铁水罐中采用喷吹镁粒进行铁水脱硫，铁水中硫控制在0.010％以下，温度不低于1250℃。
3、如权利要求1所述的高强韧性J55石油套管用钢带的制造方法，其特征在于所述的顶底复吹转炉冶炼，在冶炼过程中造渣料于终点前3分钟加完，终点控制：C＜0.15％，S＜0.010％；采用高碳锰铁、硅锰、铌铁进行合金化处理，铝锰钛脱氧剂脱氧；控制终点炉渣碱度在3.5-4.5，当钢水出至1/5时，依次加入铝锰钛合金、锰铁、硅锰、铌铁，钢水出至四分之三时加完。
4、如权利要求1所述的高强韧性J55石油套管用钢带的制造方法，其特征在于所述LF精炼中，加入350-380m钛线/炉，采用白渣法操作，控制渣厚在50-60mm，出站温度不高于1610℃；为了保证钢水有良好的浇铸性能，钢水出站前向钢水中喂入500-600m/炉的Si-Ca线进行钙化处理；喂硅钙线后，进行12-20min的搅拌和镇静，使夹杂物充分上浮。
5、如权利要求1所述的高强韧性J55石油套管用钢带的制造方法，其特征在于所述板坯连铸过程中，大包至中间包采用长水口及吹氩保护浇铸，中间包加碳化稻壳、加盖保护，隔绝钢水与空气，避免产生二次氧化；中间包至结晶器采用浸入式水口并吹氩保护浇铸，控制中间包渣厚在50mm以内；选用中碳钢保护渣，消耗量控制在0.7-0.8kg/t钢，渣层厚度在10mm；同时在浇铸过程中控制稳定拉速在1.10-1.18m/min。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091118 Termination date: 20151225 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |