CN103882301B

CN103882301B - J55级低成本电阻焊石油套管用钢及其制造方法

Info

Publication number: CN103882301B
Application number: CN201210560564.1A
Authority: CN
Inventors: 黄明浩; 黄国建; 徐烽; 孔祥磊; 张英慧
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: CN103882301A

Abstract

本发明公开一种J55级低成本电阻焊石油套管用钢，C：0.23%-0.27%，Si：0.10%-0.35%，Mn：0.85%-1.10%，P：≤0.015%，S：≤0.008%，Ti：0.010%-0.030%，Als：0.02%-0.06%，N：≤0.008%，其余为Fe和不可避免元素。连铸板坯经加热炉加热至1100-1180℃，随后在热连轧机组进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1070-1170℃，终轧温度大于970℃；第二阶段开轧温度小于960℃，终轧温度为750-850℃，累计变形量70%以上；冷却工艺为轧后的钢带以冷却速度8-13℃/s冷却至500-600℃进行卷取。

Description

J55级低成本电阻焊石油套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石油套管（简称ERW/HFW）用钢及其制造方法，特别是涉及APISPEC5CT中一种低成本J55级别ERW石油套管用钢及其制造方法。

背景技术

石油套管是油田最常用的石油专用管材之一，每年的需求量约为80～100万吨，占石油工业用钢的总量的40%以上，是油气田钻采作业中必不可少的施工材料。ERW套管与无缝管相比，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，特别是J55级别ERW套管已大部分替代传统的无缝钢管。

APISpec5CT规定：J55级别钢管的屈服强度在379-552MPa之间，抗拉强度≥517MPa，伸长率≥24%，冲击功没有强制要求，可选择Akv（21℃，横向）≥20J。

J55直缝焊石油套管钢要求材料除了具备相应的强度要求外，还具有良好的焊接性能和一定的冲击韧性。目前，ERW-J55钢的成分设计通常采用低碳（<0.20%），结合Nb、V和Ti多元化合金强化的成分设计。如公开号CN1884787A、CN101200791A、CN101210299A，采用Nb、Ti复合添加；CN1019994057A采用V、Ti复合添加；CN101928877A、CN101033525A、CN1924061A采用Nb或者V或者Ti之一强化。采用Nb、Ti或V、Ti复合添加，合金成本高，且Nb微合金化钢在实际生产中往往会带来铸坯角横裂等问题；单个添加Nb或者V或者Ti强化，生产的钢带屈服强度偏低，考虑到制管时包申格效应导致强度的下降，最终钢管的强度难以满足标准要求。

在本发明之前，已有多个有关J55级ERW石油套管用钢的文献或发明专利，但都存在添加贵重合金Nb或V，成本偏高，性能偏低等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供了一种直缝电阻焊石油套管用钢及其制造方法，特别是采用高碳低锰低成本设计，不含Nb、V贵重合金，具有高强度、一定韧性和焊接性（Ceq<0.50%）的J55级ERW石油套管钢及其制造方法。

本发明目的是通过下面的技术方案实现的：

本发明的技术方案之一是提出一种J55级低成本电阻焊石油套管用钢，化学成分按重量百分比如下：C：0.23%-0.27%，Si：0.10%-0.35%，Mn：0.85%-1.10%，P：≤0.015%，S：≤0.008%，Ti：0.010%-0.030%，Als：0.02%-0.06%，N：≤0.008%，其余为Fe和不可避免元素。

C：碳为碳化物形成元素，是保证强度最为有效的元素。可以提高淬透性，通过固溶强化和析出强化作用提高钢材的强度。随着碳含量增加，钢的强度、硬度、耐磨性增加，同时碳含量低影响螺纹的切削性。因此，为保证强度、硬度和切削性，碳含量应控制在较高水平；但碳含量过高对材料韧性和焊接性不利。碳控制在0.23%-0.27%较为适宜。

Mn：锰为奥氏体形成元素，可以提高钢的淬透性，锰具有固溶强化作用，还能增加奥氏体稳定性，对提高淬透性也有利，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，给焊缝质量带来负面影响，其最佳范围是0.85%-1.10%。

Si：硅可以起到固溶强化作用，但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，其最佳范围是0.15%-0.30％。

P：磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，应控制其含量≤0.015%。

S：硫是钢中有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，焊接性能也不利，应控制其含量≤0.008%。

Ti：钛是强碳氮化物形成元素，显著细化奥氏体晶粒，可弥补因碳降低而引起的强度的下降。含量太高，易形成粗大的TiN，降低材料性能，合适的范围是0.010%-0.030%。

Als：铝是常用的脱氧剂，在钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，合适的范围是0.02%-0.06%。

N：固溶氮有钉扎位错的强烈作用，对韧性有不良影响，应控制其含量≤0.008%。

本发明的技术方案之二是提出一种J55级低成本电阻焊石油套管用钢的制造方法，包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却、卷取。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－LF炉轻脱硫处理和进行钙处理，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1100-1180℃，随后在热连轧机组进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1070-1170℃，终轧温度大于970℃；第二阶段开轧温度小于960℃，终轧温度为750-850℃，累计变形量70%以上。

3）冷却工艺：轧后的钢带以冷却速度8-13℃/s冷却至500-600℃进行卷取。该冷却速度下，可以有效细化铁素体晶粒，可提高强度，保证一定的韧性；在500-600℃卷取，获得铁素体-珠光体和少量贝氏体组织。

本发明的有益效果：1）用高碳低锰合金设计取代贵重合金Nb、V、Ti复合添加，节约合金成本，又保证足够的强度韧性；2）避免了Nb微合金化钢在实际生产中往带来铸坯角横裂问题。3）钢带具有一定的韧性和焊接性（Ceq<0.50%）。

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1，加热、轧制冷却工艺见表2，力学性能见表3。

表1化学成分（wt，％）

实施例	C	Si	Mn	P	S	Ti	Als	N	Fe
										1	0.27	0.22	0.86	0.007	0.006	0.013	0.022	0.005	余量
2	0.26	0.26	1.08	0.003	0.006	0.014	0.027	0.007	余量
										3	0.25	0.30	1.10	0.007	0.004	0.027	0.040	0.005	余量
4	0.23	0.23	0.94	0.007	0.005	0.027	0.034	0.006	余量
										5	0.25	0.32	1.01	0.010	0.004	0.024	0.045	0.005	余量
6	0.26	0.28	1.06	0.005	0.006	0.017	0.038	0.006	余量

表2加热、轧制工艺

表3力学性能

由表3可见，采用本发明的成分设计、轧制、冷却和卷取工艺，生产出的低成本ERW石油套管，满足APISPEC5CT标准对J55级钢管的要求。

Claims

1.一种J55级低成本电阻焊石油套管用钢的制造方法，其特征在于钢板化学成分按重量百分比如下：C：0.23％-0.27％，Si：0.10％-0.35％，Mn：0.85％-1.10％，P：≤0.015％，S：≤0.008％，Ti：0.010％-0.030％，Als：0.02％-0.06％，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免元素；包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸坯再加热、轧制、冷却、卷取，轧制工艺为连铸板坯经加热炉加热至1100-1153℃，随后在热连轧机组进行两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1070-1170℃，终轧温度大于970℃；第二阶段开轧温度小于960℃，终轧温度为750-850℃，累计变形量70％以上；冷却工艺为轧后的钢带以冷却速度8-13℃/s冷却至500-540℃进行卷取，钢板组织为铁素体、珠光体和贝氏体。

2.根据权利要求1所述J55级低成本电阻焊石油套管用钢的制造方法，其特征在于转炉冶炼为经顶吹或顶底复合吹炼。

3.根据权利要求1所述J55级低成本电阻焊石油套管用钢的制造方法，其特征在于炉外精炼采用LF炉轻脱硫处理和进行钙处理。

4.根据权利要求1所述J55级低成本电阻焊石油套管用钢的制造方法，其特征在于连铸采用电磁搅拌或动态轻压下。