CN103147009A - 一种n80q钢级石油套管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

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：C：0.16-0.22%，Si≤0.30%，Mn：0.60-1.39%，P≤0.020%，S≤0.010%，Ti：0.01-0.03%，Nb≤0.03%，Cr：0.08-0.30%，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。

Description

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，ERW(高频直缝电阻焊)工艺具有生产成本低，壁厚均匀，尺寸精确度高等优势，市场占有率提高很快，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。

ERW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，Si：0.25-0.40，Mn：1.45-1.70，V：0.11-0.16，P≤0.025，S≤0.025，Als≤0.020，Cu≤0.20，Ni≤0.20，Cr≤0.25。该钢管热轧态具有N80的性能要求，ERW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≤0.12％，Mn≤1.85％，S≤0.010，Nb+V+Ti≤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

0.30％，Mn：0.60-1.39％，P

0.020％，S

0.010％，Ti：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

0.44。

本发明的技术特征还有：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135-150mm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±3mm，钢包下渣自动检测，低过热度浇注，过热度控制10-25℃，得到连铸坯；

5)将经过步骤4)加工后得到的连铸坯直接700℃以上热装或冷坯再加热到1200-1280℃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℃-1220℃，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℃-1050℃，终轧温度820℃-870℃，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℃/S的冷却速度进行冷却，卷取温度区间为600-680℃，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℃，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℃，保温60min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℃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Ti、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％，S0.010％，Ti：0.01-0.03％，Nb0.03％，Cr：0.08-0.25％，余量为Fe及其它不可避免的杂质元素，Ceq

0.44。

本钢管对应的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，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±3mm，钢包下渣自动检测，低过热度浇注，过热度控制10-25℃，得到连铸坯；

5)将经过步骤4)加工后得到的连铸坯直接700℃以上热装或冷坯再加热到1200-1280℃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℃-1220℃，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℃-1050℃，终轧温度820℃-870℃，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℃横向夏比冲击功大于90J；

6)将步骤5)所述热轧卷板以8-25℃/S的冷却速度进行冷却，卷取温度区间为600-680℃，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℃，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℃，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1本发明实施例1～4钢的化学成分(质量百分比，％)

表2实施例1～4钢轧钢生产过程工艺参数

表3实施例1~4钢的力学性能

表4实施例1～4钢管的热处理工艺和性能

综上所述，按本发明提供的钢种成分设计范围及冶炼、轧制、热处理等生产方法，所得实施例钢的屈服强度均达到570MPa以上，抗拉强度达到710MPa以上，延伸率在25％以上，低温冲击韧性良好，完全满足API5CT标准要求，达到N80Q钢级指标。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (5)

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≤ 0.020%，S ≤ 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135-150mm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±3mm，钢包下渣自动检测，低过热度浇注，过热度控制10-25℃，得到连铸坯； 

5）将经过步骤4）加工后得到的连铸坯直接700℃以上热装或冷坯再加热到1200-1280℃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℃-1220℃，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℃-1050℃，终轧温度820℃-870℃，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℃/S的冷却速度进行冷却，卷取温度区间为600-680℃，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℃，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℃，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A_50.8为25-30%，-10℃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。