CN102936687B - 一种110ksi级ERW石油套管用钢带及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种110ksi级ERW石油套管用钢带，其化学成分按wt%为：C：0.14～0.22%，Si：0.13～0.35%，Mn：0.3～1.2%，Cr：0.1～1.0%，Mo：0.10～0.40%，P≤0.018%，S≤0.010%；生产步骤：冶炼并连铸成坯；对铸坯加热；轧制；水冷；卷取；用ERW工艺制成套管；对套管淬火；回火。本发明成分简单，成本低，耐高温性能好，制管容易且屈服强度在Rt0.5812~897MPa，抗拉强度Rm在910~1020MPa，延伸率A50mm在20~35%，使用环境温度由原来的不高于150℃提高到至少300℃，屈服强度Rt0.5下降比率不超过5%，各项性能优于API相关要求。
Description
技术领域
本发明涉及石油管线用钢及生产方法，具体地指110ksi级ERW石油套管用钢带及其生产方法。
背景技术
油套管是石油天然气勘探、开采所需要的重要原材料之一。随着全球经济的发展和对石油、天然气等能源依存度的增加，世界范围内对油套管的需求量也越来越大。
油套管可以采用无缝钢管和热轧钢带ERW焊接两种制造技术生产。ERW钢管因其壁厚均匀、圆整度高、制造成本低等优势而在国际上得到广泛关注，如北美ERW钢管应用比例已达到50％以上。然而，目前的ERW钢管，其存在的问题是：成分复杂，添加微合金元素较多，导致工艺难以控制，且成本高，还有耐高温性能差，即在工作环境温度高于150℃后，导致钢管壁的强度下降剧烈，无法满足工况使用要求。
现有技术中，有一种制备高强度ERW石油套管的方法，其是直接采用高强度的热轧钢带进行制管，然后仅对焊缝进行热处理以满足API的要求。其对于P110级的ERW石油套管则不适用，如若直接采用110ksi级别的钢带进行制管，由于其强度级别高，将会给钢带以及制管的生产设备和工艺实现带来极大难度。
经初步检索，中国专利号为CN200710045336.X的专利文献，其公开了一种110ksi钢级直缝焊石油套管用钢、套管及制造方法，其化学成分重量百分比为C：0.15～0.4、Si：0.1～0.8、Mn：0.5～1.8、Al：0.01～0.08、Mo：0.1～0.8、V：0.01～0.1，其余为Fe和不可避免的杂质。 该方法为实现钢管目标强度主要采用添加贵重Mo元素的方法，这势必造成制造成本过高，不具有工业化大生产所追求的经济性原则。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的微合金元素添加较多，导致成本高，且高温热稳定性能差的不足，提供一种在满足强度要求的前提下，合金成分简单，兼具高温热稳定性和经济性的110ksi级ERW石油套管的钢带及其生产方法。
实现上述目的的措施：
一种110ksi级ERW石油套管用钢带，其化学成分按重量百分比为：C：0.14～0.22%，Si：0.13～0.35%，Mn：0.3～1.2%，Cr：0.1～1.0%，Mo：0.10～0.40%，P≤0.018%，S≤0.010%，其余为Fe及不可避免的夹杂元素；并满足碳当量Ceq(%)=C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.35～0.60%。
生产一种110ksi级ERW石油套管用钢带的方法，其步骤：
1）冶炼并连铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度控制在1160~1280℃；
3）进行轧制，控制精轧终轧温度在760~870oC；
4）采用水冷，控制冷却速度不低于10℃/S；
5）进行卷取，控制卷取温度在480~680oC；并控制钢带的屈服强度Rt0.5在460~500MPa，抗拉强度Rm在520~650MPa，延伸率A50mm在20~35%；
6）采用ERW工艺制成套管；
7）对套管进行淬火，控制淬火温度在810~950oC，并保温30~55min；
8）对套管进行回火，控制回火温度在530~700oC，并保温30~65min。
本发明中各元素的作用及限定量的理由：
C：C为碳化物形成元素，可以有效地提高钢的强度，其含量过低时对强度的作用不明显，含量太高时会大大降低钢的焊接性能，因此，C的含量控制为0.14~0.22%。
Si：Si主要以固溶强化形势提高钢的强度，同时也是钢种的脱氧元素，但含量低于0.13%则效果不明显，高于0.35%则会引起韧性恶化，因此，Si的含量控制为0.13~0.35%。
Mn：Mn能固溶于铁素体与奥氏体中，是钢种重要的固溶强化元素，但含量低于0.3%时效果不明显，高于1.3%时则会导致钢中偏析严重，影响焊接性能，因此，Mn的含量控制为0.3~1.2%。
Cr：Cr能后有效地提高钢的淬透性和强度，适量的Cr能提高钢的耐腐蚀性能，但Cr过高则会损害钢的韧性和焊接性能，因此，Cr含量控制在0.1~1.0%。
Mo：Mo主要通过碳化物和固溶强化来提高钢的强度及回火稳定性，含量过高则会损伤钢的焊接性能，因此，Mo含量控制在0.10~0.40%。
P、S：P在钢中容易造成偏析、降低钢的低温韧性和恶化焊接性能，S容易与Mn形成MnS夹杂，影响钢的韧性。因此，本发明应尽量减少P、S的含量以减少其对钢性能的不利影响，P的含量控制为P≤0.018%，S的含量控制为S≤0.010%。
同时还控制碳当量Ceq(%)在0.35~0.60% ，以保证发明钢具有良好的焊接性能。
本发明的工艺特点：先在较低强度下用钢带采用ERW工艺制成套管，再对套管在810~950oC进行淬火，并保温30~55min；然后在530~700oC进行回火处理，并保温30~65min，以使其强度等力学性能满足要求。
本发明与现有技术相比，成分简单，成本低，耐高温性能好，制备110ksi级别的钢带制管容易，制备的石油套管屈服强度在Rt0.5 812~897MPa，抗拉强度Rm在910~1020MPa，延伸率A50mm在20~35%，使用环境温度由原来的不高于150℃提高到至少300℃，屈服强度Rt0.5下降比率不超过5%，各项性能优于API相关要求。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
实施例1
本实施例钢的化学成分重量百分比含量为C：0.14%、Si：0.19%、Mn：0.50%、P：0.011%、S：0.004%、Cr：0.82%、Mo：0.22%，余量为Fe及不可避免的夹杂元素；碳当量Ceq：0.43%。
生产步骤：
1）冶炼并连铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度控制在1175~1185℃；
3）进行轧制，控制精轧终轧温度在760~765oC；
4）采用水冷，控制冷却速度不低于11℃/S；
5）进行卷取，控制卷取温度在545~550oC；并控制钢带的屈服强度Rt0.5在487MPa，抗拉强度Rm在595MPa，延伸率A50mm在27%；
6）采用ERW工艺制成套管；
7）对套管进行淬火，淬火温度为895~905oC，并保温55min；
8）对套管进行回火，控制回火温度在605~615oC ，并保温50min。
经检测，所制得的110ksi级石油套管的屈服强度Rt0.5为832MPa，抗拉强度Rm为925MPa，延伸率A50mm为28.5%，经在300℃试验环境温度下的试验，其屈服强度Rt0.5为790MPa，优于API中的性能要求。
实施例2
本实施例钢的化学成分重量百分比含量为C：0.22%、Si：0.31%、Mn：0.6%、P：0.006%、S：0.009%、Cr：1.0%、Mo：0.1%，余量为Fe及不可避免的夹杂元素；碳当量Ceq：0.54%。
生产步骤：
1）冶炼并连铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度控制在1195~1205℃；
3）进行轧制，控制精轧终轧温度在770~780oC；
4）采用水冷，控制冷却速度不低于12℃/S；
5）进行卷取，控制卷取温度在575~585oC；并控制钢带的屈服强度Rt0.5在492MPa，抗拉强度Rm在613MPa，延伸率A50mm在23%；
6）采用ERW工艺制成套管；
7）对套管进行淬火，淬火温度为915~925oC，并保温50min；
8）对套管进行回火，控制回火温度在625~635oC ，并保温45min。
经检测，所制得的110ksi级石油套管的屈服强度Rt0.5为859MPa，抗拉强度Rm为967MPa，延伸率A50mm为25.5%，经在300℃试验环境温度下的试验，其屈服强度Rt0.5为811MPa，优于API中的性能要求。
实施例3
本实施例钢的化学成分重量百分比含量为C：0.17%、Si：0.13%、Mn：1.2%、P：0.015%、S：0.003%、Cr：0.77%、Mo：0.17%，余量为Fe及不可避免的夹杂元素；碳当量Ceq：0.56%。
生产步骤：
1）冶炼并连铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度控制在1215~1225℃；
3）进行轧制，控制精轧终轧温度在785~795oC；
4）采用水冷，控制冷却速度不低于10.5℃/S；
5）进行卷取，控制卷取温度在525~535oC；并控制钢带的屈服强度Rt0.5在480MPa，抗拉强度Rm在630MPa，延伸率A50mm在24%；
6）采用ERW工艺制成套管；
7）对套管进行淬火，淬火温度为900~910oC，并保温45min；
8）对套管进行回火，控制回火温度在645~655oC ，并保温40min。
经检测，所制得的110ksi级石油套管的屈服强度Rt0.5为866MPa，抗拉强度Rm为958MPa，延伸率A50mm为24.5%，经在300℃试验环境温度下的试验，其屈服强度Rt0.5为824MPa，优于API中的性能要求。
实施例4
本实施例钢的化学成分重量百分比含量为C：0.19%、Si：0.35%、Mn：1.1%、P：0.009%、S：0.002%、Cr：0.63%、Mo：0.19%，余量为Fe及不可避免的夹杂元素；碳当量Ceq：0.54%。
生产步骤：
1）冶炼并连铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度控制在1160~1170℃；
3）进行轧制，控制精轧终轧温度在805~815oC；
4）采用水冷，控制冷却速度不低于18℃/S；
5）进行卷取，控制卷取温度在540~550oC；并控制钢带的屈服强度Rt0.5在476MPa，抗拉强度Rm在610MPa，延伸率A50mm在25%；
6）采用ERW工艺制成套管；
7）对套管进行淬火，淬火温度为885~895oC，并保温55min；
8）对套管进行回火，控制回火温度在575~585oC ，并保温55min。
经检测，所制得的110ksi级石油套管的屈服强度Rt0.5为848MPa，抗拉强度Rm为949MPa，延伸率A50mm为26%，经在300℃试验环境温度下的试验，其屈服强度Rt0.5为806MPa，优于API中的性能要求。
实施例5
本实施例钢的化学成分重量百分比含量为C：0.20%、Si：0.29%、Mn：0.3%、P：0.008%、S：0.005%、Cr：0.10%、Mo：0.40%，余量为Fe及不可避免的夹杂元素；碳当量Ceq：0.35%。
生产步骤：
1）冶炼并连铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度控制在1225~1235℃；
3）进行轧制，控制精轧终轧温度在795~805oC；
4）采用水冷，控制冷却速度不低于16℃/S；
5）进行卷取，控制卷取温度在585~595oC；并控制钢带的屈服强度Rt0.5在483MPa，抗拉强度Rm在579MPa，延伸率A50mm在25%；
6）采用ERW工艺制成套管；
7）对套管进行淬火，淬火温度为925~935oC，并保温40min；
8）对套管进行回火，回火温度在605~615oC ，并保温50min.
经检测，所制得的110ksi级石油套管的屈服强度Rt0.5为889MPa，抗拉强度Rm为995MPa，延伸率A50mm为26%，经在300℃试验环境温度下的试验，其屈服强度Rt0.5为847MPa，优于API中的性能要求。
实施例6
本实施例钢的化学成分重量百分比含量为C：0.18%、Si：0.21%、Mn：0.8%、P：0.013%、S：0.008%、Cr：0.31%、Mo：0.25%，余量为Fe及不可避免的夹杂元素；碳当量Ceq：0.43%。
生产步骤：1）冶炼并连铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度控制在1240~1250℃；
3）进行轧制，控制精轧终轧温度在825~835oC；
4）采用水冷，控制冷却速度不低于13.5℃/S；
5）进行卷取，控制卷取温度在545~555oC；并控制钢带的屈服强度Rt0.5在492MPa，抗拉强度Rm在629MPa，延伸率A50mm在24.5%；
6）采用ERW工艺制成套管；
7）对套管进行淬火，淬火温度为915~925oC，并保温45min；
8）对套管进行回火，回火温度在575~585oC ，并保温55min。
经检测，所制得的110ksi级石油套管的屈服强度Rt0.5为855MPa，抗拉强度Rm为967MPa，延伸率A50mm为26%，经在300℃试验环境温度下的试验，其屈服强度Rt0.5为813MPa，优于API中的性能要求。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
Claims (5)
1.一种110ksi级ERW石油套管用钢带，其化学成分重量百分比含量为C：0.14%、Si：0.19%、Mn：0.50%、P：0.011%、S：0.004%、Cr：0.82%、Mo：0.22%，余量为Fe及不可避免的夹杂元素；碳当量Ceq：0.43%；生产步骤：
1）冶炼并连铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度控制在1175~1185℃；
3）进行轧制，控制精轧终轧温度在760~765oC；
4）采用水冷，控制冷却速度不低于11℃/S；
5）进行卷取，控制卷取温度在545~550oC；并控制钢带的屈服强度Rt0.5在487MPa，抗拉强度Rm在595MPa，延伸率A50mm在27%；
6）采用ERW工艺制成套管；
7）对套管进行淬火，淬火温度为895~905oC，并保温55min；
8）对套管进行回火，控制回火温度在605~615oC ，并保温50min。
2.一种110ksi级ERW石油套管用钢带，其化学成分重量百分比含量为C：0.17%、Si：0.13%、Mn：1.2%、P：0.015%、S：0.003%、Cr：0.77%、Mo：0.17%，余量为Fe及不可避免的夹杂元素；碳当量Ceq：0.56%；生产步骤：
1）冶炼并连铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度控制在1215~1225℃；
3）进行轧制，控制精轧终轧温度在785~795oC；
4）采用水冷，控制冷却速度不低于10.5℃/S；
5）进行卷取，控制卷取温度在525~535oC；并控制钢带的屈服强度Rt0.5在480MPa，抗拉强度Rm在630MPa，延伸率A50mm在24%；
6）采用ERW工艺制成套管；
7）对套管进行淬火，淬火温度为900~910oC，并保温45min；
8）对套管进行回火，控制回火温度在645~655oC ，并保温40min。
3.一种110ksi级ERW石油套管用钢带，其化学成分重量百分比含量为C：0.19%、Si：0.35%、Mn：1.1%、P：0.009%、S：0.002%、Cr：0.63%、Mo：0.19%，余量为Fe及不可避免的夹杂元素；碳当量Ceq：0.54%；生产步骤：
1）冶炼并连铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度控制在1160~1170℃；
3）进行轧制，控制精轧终轧温度在805~815oC；
4）采用水冷，控制冷却速度不低于18℃/S；
5）进行卷取，控制卷取温度在540~550oC；并控制钢带的屈服强度Rt0.5在476MPa，抗拉强度Rm在610MPa，延伸率A50mm在25%；
6）采用ERW工艺制成套管；
7）对套管进行淬火，淬火温度为885~895oC，并保温55min；
8）对套管进行回火，控制回火温度在575~585oC ，并保温55min。
4.一种110ksi级ERW石油套管用钢带，其化学成分重量百分比含量为C：0.20%、Si：0.29%、Mn：0.3%、P：0.008%、S：0.005%、Cr：0.10%、Mo：0.40%，余量为Fe及不可避免的夹杂元素；碳当量Ceq：0.35%；生产步骤：
1）冶炼并连铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度控制在1225~1235℃；
3）进行轧制，控制精轧终轧温度在795~805oC；
4）采用水冷，控制冷却速度不低于16℃/S；
5）进行卷取，控制卷取温度在585~595oC；并控制钢带的屈服强度Rt0.5在483MPa，抗拉强度Rm在579MPa，延伸率A50mm在25%；
6）采用ERW工艺制成套管；
7）对套管进行淬火，淬火温度为925~935oC，并保温40min；
8）对套管进行回火，回火温度在605~615oC ，并保温50min。
5.一种110ksi级ERW石油套管用钢带，其化学成分重量百分比含量为C：0.18%、Si：0.21%、Mn：0.8%、P：0.013%、S：0.008%、Cr：0.31%、Mo：0.25%，余量为Fe及不可避免的夹杂元素；碳当量Ceq：0.43%；生产步骤：
1）冶炼并连铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度控制在1240~1250℃；
3）进行轧制，控制精轧终轧温度在825~835oC；
4）采用水冷，控制冷却速度不低于13.5℃/S；
5）进行卷取，控制卷取温度在545~555oC；并控制钢带的屈服强度Rt0.5在492MPa，抗拉强度Rm在629MPa，延伸率A50mm在24.5%；
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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