CN101818308A

CN101818308A - 一种低屈强比直缝电阻焊管用钢及其制造方法

Info

Publication number: CN101818308A
Application number: CN200910010507A
Authority: CN
Inventors: 黄国建; 黄明浩; 乔立峰
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: CN101818308B

Abstract

本发明公开了一种低屈强比直缝电阻焊管用钢及其制造方法，钢的化学成分的重量百分比为：C：0.15％～0.22％，Si：0.10％～0.30％，Mn：1.20％～1.60％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Ti：0.005％～0.025％，Cr：0.20％～0.30％，Als：0.010％～0.045％，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质。其制造方法包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸板坯加热、轧制、冷却、卷取，其中连铸板坯经加热炉加热至1180～1280℃，随后轧制成热轧板带，板带的终轧温度为760～820℃，轧后板带以9～14℃/s的速度进行快速冷却，在560～620℃温度卷取成板卷。本发明解决现有技术中轧后冷却速度慢无法实现工业化生产，同时无法保证用户对板卷具有冲击韧性要求等问题。

Description

一种低屈强比直缝电阻焊管用钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种直缝电阻焊管用钢的产品设计与制造，特别是涉及一种API Spec 5CT标准低屈强比K55钢级ERW石油套管用钢的产品设计与制造。

背景技术

石油套管是油田最常用的石油专用管材之一，是油气田钻采作业中必不可少的施工材料，在油气田生产开发过程中占有非常突出的地位。API Spec 5CT标准规定，可以采用无缝工艺和ERW直缝焊工艺制造石油套管。

ERW石油套管，又称高频直缝电阻焊套管。ERW石油套管是一种新型石油管材，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，可以替代同钢级无缝套管在油田使用。

为保证产品的低屈强比(≤0.75)，无缝K55石油套管用钢一般采用碳锰钢。成分设计基本上采用含0.37％C、1.5％Mn的37Mn5碳锰钢，其轧后屈服强度在450MPa左右，抗拉强度在700MPa以上，且碳当量超过0.60％。但这种钢因碳当量过高，不能满足ERW焊管生产时两个卷板头尾之间采用CO₂气体保护焊对接，以实现多卷热轧板卷连续成形焊接生产。

为保证ERW焊管生产的连续性，生产K55钢级ERW石油套管用钢应限制材料的碳当量。

目前，国际上只有少数企业可生产ERW直缝焊K55钢级石油套管，英国钢铁公司BSC就是其中的典型代表。其成分设计见表1。

表1BSC公司K55成分设计(wt，％)

成分设计上，以C-Mn为基础，复合添加Nb和V合金元素，同时提高了抗拉强度和屈服强度，难以保证产品低屈强比的要求。因此，制成焊管后需再加热到1100℃，经张力减径，降低屈服强度，以获得合格K55石油套管。这种工艺方法额外增加了制管的工序，提高了制管的生产成本。

目前，国内直缝K55钢级ERW石油套管用钢暂未工业化批量生产，公开的资料仅有宝钢一家(公开号CN 101082099A)。其成分设计见表2。

表2宝钢K55成分设计(wt，％)

C	Si	Mn	P	S	Al	V
C	Si	Mn	P	S	Al	V	0.20-0.30	0.10-0.50	0.80-1.50	≤0.020	≤0.010	0.005-0.050	0.00-0.10

其工艺为，钢水经转炉或电炉冶炼，并浇铸制成板坯。板坯经1200～1300℃加热后轧成热轧卷板，终轧温度在800～900℃之间，轧后板卷经层流冷却，冷却速度为50～150℃/分钟，卷取温度500～600℃，可生产ERW直缝K55焊管用热轧卷板。

此专利中50～150℃/min的冷却速度缓慢，不适合热轧生产线的工业化大生产节奏；同时按此专利生产的板卷未提及满足用户对冲击韧性的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用ERW焊接工艺制造K55钢级直缝焊石油套管用热轧板卷及其制造方法，解决现有技术中轧后冷却速度慢无法实现工业化生产，同时无法保证用户对板卷具有冲击韧性要求的问题。

针对英国钢铁公司(BSC)发明的K55钢级ERW石油套管用钢存在的问题：即产品难以保证低屈强比要求，制成焊管后不得不进行工艺处理，增加了制管生产成本。以及宝钢发明的K55钢级ERW石油套管用钢存在的问题：冷却速度缓慢，不适合热轧板卷生产线的工业化大生产节奏，生产的板卷未提及满足用户对冲击韧性的要求，特提出本发明的技术方案。

本发明的技术方案：一种低屈强比K55钢级直缝电阻焊石油套管用钢，其特别之处在于添加0.20％～0.30％的Cr和0.005％～0.025％的Ti元素，其主要作用是有效保证热轧板卷的低屈强比和良好的焊接性能。其化学成分配比如下：C：0.15％～0.22％，Si：0.10％～0.30％，Mn：1.20％～1.60％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Ti：0.005％～0.025％，Cr：0.20％～0.30％，Als：0.010％～0.045％，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质。

与现有技术相比，本方案C、S含量更低，添加适量Cr和Ti保证热轧板卷的低屈强比和良好的焊接性能，采用快速冷却实现了工业化生产，生产的板卷具有更低的屈强比和良好的冲击韧性。

C：碳为碳化物形成元素，是保证强度的最有效元素，但碳含量降低可改善产品的冲击韧性和焊接性能。本发明的C含量控制在0.15％～0.22％，优选为0.15％～0.19％。

Mn：锰具有固溶强化作用，可降低γ-α相变温度，进而细化铁素体晶粒，有效保证钢的强度。但锰含量过大，可增加连铸坯的中心偏析倾向，影响热轧钢材的组织均匀性。本发明的Mn含量控制在1.20％～1.60％，优选为1.51％～1.60％。

Cr：铬可通过固溶强化和晶粒细化来有助于强度的增加，晶粒细化是由转变温度降低引起的。本发明的Cr含量控制在0.20％～0.30％，优选为0.25％～0.30％。

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。本发明的Ti含量控制在0.005％～0.025％，优选为0.010％～0.025％。

本发明的一种低屈强比K55钢级直缝电阻焊石油套管用钢的制造方法，包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸坯加热、轧制、冷却、卷取和检验。其特别之处在于本发明与对比专利CN 101082099A相比，在热轧生产线艺上轧后板卷冷却速度大幅提高，易于实现大生产操作。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-经RH真空处理、LF炉脱硫处理、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1180～1280℃，随后轧制成热轧板带，板带的终轧温度为760～820℃，轧后板带以9～14℃/s的速度进行快速冷却，在560～620℃温度卷取成板卷。

本发明生产上述K55钢级热轧板卷可供制造直缝电阻焊石油套管，上述板卷因碳当量适中可采用CO₂气体保护焊方接式进行板卷头尾对接，保证制管时多卷连续生产。板卷经连续成形、电阻焊(ERW)制成直缝焊管，随后焊管进行在线焊缝热处理、焊缝热处理工艺可采用正火处理或淬火加回火处理，最后对管端进行螺纹加工，生产出合格K55钢级ERW石油套管。

按API Spec 5CT标准规定，上述K55钢级石油套管管体的屈服强度为379～552MPa，抗拉强度≥655MPa，伸长率≥20％，夏比冲击功没有强制要求，可参照室温横向Akv≥20J，纵向Akv≥27J。考虑到制管成型的加工硬化作用和包辛格效应，供K55钢级石油套管用热轧卷板的屈服强度应控制为390～540MPa，抗拉强度≥665MPa，相应地热轧板卷的板卷屈强比≤0.75。

本发明与表1和表2钢种相比，采用不同的合金设计，主要不同之处在于添加0.20％～0.30％的Cr和0.005％～0.025％的Ti元素，其主要作用是有效保证热轧板卷的低屈强比和良好的焊接性能。

本发明与对比专利CN 101082099A相比，在热轧生产线艺上轧后板卷以9～14℃/s的速度进行快速冷却至560～620℃温度，易于实现大生产操作，可获得合格K55钢级热轧板卷，达到API SPEC 5CT要求。

本发明生产板卷，-10℃冲击功高于标准要求，具有更好的安全性，保证用户对板卷具有冲击韧性要求的问题。

具体实施方式

下面列举本发明的实施例，试验钢化学成分见表3，力学性能见表4。

表3试验钢化学成分(wt，％)

表4试验钢工艺和力学性能

由表4可见，采用本发明的钢种和工艺，可以生产出满足K55钢级性能要求的焊接石油套管用热轧板卷。

Claims

1.一种低屈强比直缝电阻焊管用钢，其特征在于化学成分的重量百分比为：C：0.15％～0.22％，Si：0.10％～0.30％，Mn：1.20％～1.60％，P：≤0.020％，S：≤0.008％，Ti：0.005％～0.025％，Cr：0.20％～0.30％，Als：0.010％～0.045％，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的低屈强比直缝电阻焊管用钢，其特征在于化学成分的重量百分比为：C：0.15％～0.19％，Mn：1.51％～1.60％，Ti：0.010％～0.025％，Cr：0.25％～0.30％。

3.一种用于权利要求1或2所述的低屈强比直缝电阻焊管用钢的制造方法，包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸板坯加热、轧制、冷却、卷取，其特征在于连铸板坯经加热炉加热至1180～1280℃，随后轧制成热轧板带，板带的终轧温度为760～820℃，轧后板带以9～14℃/s的速度进行快速冷却，在560～620℃温度卷取成板卷。

4.根据权利要求3所述的低屈强比直缝电阻焊管用钢的制造方法，其特征在于钢水冶炼采用转炉顶吹或顶底复合吹炼，炉外精炼采用RH真空处理、LF炉脱硫处理、及进行钙处理，板坯连铸采用电磁搅拌或动态轻压下技术。