專利名稱：用k55鋼級鋼板hfw制造石油套管的方法
技術領域：
本發明涉及一種用K55鋼級鋼板HFW制造石油套管的方法，適用于鋼管制造技術領域。
背景技術：
石油套管是石油天然氣開采過程中消耗量很大的一種重要材料，主要用于鉆井過程中和完井后對井壁的防護，以保證鉆井過程和完井后采油的順利進行。石油套管是維持油井運行的生命線，由于地質條件不同，井下受力狀態復雜，拉、壓、彎、扭應力綜合作用于管體,這就對石油套管本身的質量提出了較高的要求。一旦套管本身由于某種原因而損壞，可能導致整口井的減產，甚至報廢。近年來，油井開采設備對套管用鋼的力學性能要求也越
來越高。在套管使用過程中基于安全方面的考慮，國際上對低屈強比K55鋼級HFW石油套管的需求量很大，產品附加值也遠高于J55鋼級的石油套管。目前國內用石油套管主要采用無縫管和HFW(即高頻焊接)鋼管。低屈強比的K55鋼級套管材料是37Mn5鋼種，其碳當量約O. 37%，錳含量約I. 5%，制管后屈服強度約為450MPa，抗拉強度約為700MPa，滿足套管標準API 5CT給出的屈服強度379MPa 552MPa，抗拉強度大于等于655MPa的要求。但是37Mn5鋼碳當量過高，如果生產HFW焊管，在板卷頭尾對接以及高頻焊接停焊位置容易開裂，不僅對設備損傷大，而且嚴重影響生產效率，故37Mn5鋼不適宜生產HFW套管；另外，由于無縫鋼管生產過程中，鋼管壁厚不均勻，外型尺寸精度低，導致無縫鋼管在現場使用中存在局限性。與無縫管相比，HFW鋼管具有生產效率高、尺寸精度好、壁厚分布均勻、規格范圍寬和成本低等諸多優點，但由于國內適用于HFW鋼管生產用的K55鋼級熱軋卷板開發進度緩慢，個別鋼廠之前在國內尚沒有進行批量供貨的先例，這是因為存在以下技術難點
原材料K55鋼級套管的特點是屈強比低，制成HFW焊管后，由于包申格效應的影響，管體縱向拉伸試樣的抗拉強度基本不變，屈服強度會不同程度升高。同時隨著含碳量的升高，帶狀組織趨于嚴重，不利于成型焊接。剪切對焊Κ55鋼級碳當量< O. 60%，焊接難度大，如果鋼帶對焊質量不好，在成型過程中對接焊縫極易開裂，甚至有可能對成型焊接設備造成損壞，無法連續正常生產。成型焊接工藝板卷進入軋機后，容易形成加工硬化效應，成型過程容易導致管體縱向屈服強度升高，抗拉強度下降的現象。熱處理工藝焊接過程溫度的梯度分布造成焊縫區域組織粗大，應力集中。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種各項指標均滿足API 5CT標準的要求的用Κ55鋼級鋼板HFW制造石油套管的方法。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是一種用Κ55鋼級鋼板HFW制造石油套管的方法，生產該鋼管所用卷板的化學成分的重量含量為c O. 22 O. 30%、SiO.10 O. 40%、Mn ( I. 5%、P 彡 O. 020%、S 彡 O. 010%、K55 碳當量彡 O. 60%,余量為鐵；其主要加工工序包括剪切對焊、成型、高頻焊接和熱處理。所述熱處理為，正火溫度為800°C 1000°C。剪切對焊時，首先對板邊進行預熱，對焊后進行退火處理。當所述高頻焊接為感應焊時，焊接功率為600 800KW，焊接速度為15±lm/min ；當高頻焊接為接觸焊時，焊接功率為400 500KW，焊接速度為17±lm/min。所述成型工序中開口角度為7°，擠壓量為7. 5mm。本發明的具體加工工序如下拆卷矯平、剪切對焊、母材探傷、板邊加工、成型、高頻焊接、熱處理、空冷水冷、定徑矯直、在線噴標、定尺切管、理化試驗、機械平頭、水壓試驗、
超聲波焊縫探傷、管端探傷和成品檢查。本發明的有益效果如下
(1)卷板化學成分的設定在保證抗拉強度的同時，降低碳當量，提高HFW鋼管的焊接性
倉泛;
(2)焊接卷板對頭時，首先對板邊進行預熱，焊縫焊接后進行退火處理，去除焊縫焊接后的殘余應力，防止變形與開裂，保證焊接對頭進入精成型機組后不會因為受力斷裂；
(3)高頻焊接時，可以采用接觸焊，也可以采用感應焊，采用接觸焊方式，提高了焊接功率的使用范圍，提高焊接速度，同時降低生產成本；利用本發明所述的方法制造出的K55級HFff石油套管各項指標均滿足API 5CT標準的要求。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖I是利用本發明所述方法制造出的K55鋼級HFW鋼管的金相檢查結果示意圖； 圖2是利用本發明所述方法制造出的規格為473. I X 12. 25鋼級為K55的HFW鋼管的
管體縱向拉伸屈服強度柱狀圖，其中，橫坐標表示屈服強度分布，縱坐標表示鋼管處于某個屈服強度的百分數；
圖3是利用本發明所述方法制造出的規格為473. I X 12. 25鋼級為K55的HFW鋼管的管體抗拉強度柱狀圖，其中，縱坐標表示抗拉強度分布，縱坐標表示鋼管處于某個抗拉強度的百分數；
圖4是利用本發明所述方法制造出的的規格為473. I X 12. 25鋼級為K55的HFW鋼管的管體屈強比分布柱狀圖，其中，橫坐標表示屈強比分布，縱坐標表示鋼管處于某個屈強比的百分數。
具體實施例方式為了使制成的鋼管縱向拉伸試驗結果滿足API 5CT標準要求，有利于板卷的成型焊接，采購卷板時對卷板的化學成分和力學性能要求很嚴格，本發明所用卷板的化學成分的重量含量為C O. 22 O. 30%、Si O. 10 O. 40%、Mn ( I. 5%、P 彡 O. 020%、S 彡 O. 010%、K55碳當量< O. 60%，余量為鐵。能夠滿足上述要求。鋼管的具體生產過程如下
I、卷板經開卷、矯平。
2、剪切對焊首先對板邊進行預熱，焊縫焊接后進行退火處理，去除焊縫焊接后的殘余應力，防止變形與開裂，保證焊接對頭進入精成型機組后不會因為受力斷裂。3、母材探傷焊接前對卷板母材進行超聲波分層檢驗。4、板邊加工采用剪邊和刨邊相組合的方式，將鋼帶兩邊單側去掉10 20mm，以保證去除卷板因鋼坯及軋制過程中的板邊缺陷，同時使成型前的鋼帶寬度均勻、邊部質量良好，為焊接做好準備。5、成型帶鋼經過FFX軋機后形成HFW鋼管管坯，板卷進入軋機后，容易形成加工硬化效應，為了避免由于成型過程導致的管體縱向屈服強度升高，抗拉強度下降的現象，生產前，根據生產鋼管的規格進行成型參數計算，本發明采用成型工序中開口角度為V，擠壓量為7. 5mm，使成型對拉伸性能的影響降至最低。6、高頻焊接根據K55鋼級本身強度高、帶狀組織嚴重的特點，焊接參數不能基于以往的油氣輸送用HFW焊管的參數；同時由于K55材質的卷板碳當量高，導致鋼管可焊接性降低，故選擇合適的焊接成型工藝參數尤為重要。本發明采用如下焊接參數當所述高頻焊接為感應焊時，焊接功率為600 800KW，焊接速度為15± lm/min ;當高頻焊接為接觸焊時，焊接功率為400 500KW，焊接速度為17± lm/min ;采用接觸焊，提高了焊接功率的使用范圍，提高焊接速度，同時降低生產成本。7、熱處理用中頻感應加熱對焊縫進行焊后熱處理達到焊縫組織細化和消除應力集中，匹配焊接速度的熱處理溫度選擇至關重要。本發明熱處理正火溫度為800°C IOOO0C，能夠滿足上述要求。8、空冷水冷經過正火后的焊縫為了得到良好的金相組織，必須先經過緩慢冷卻，待組織不再發生轉變后再進行迅速水冷卻。9、定徑矯直為了保證鋼管在成型、熱處理、空冷和水冷以后，鋼管的外型尺寸滿足標準要求，因此要對鋼管進行定徑矯直，使鋼管具有良好的外形尺寸精度和直度。10、在線噴標為保證鋼管可追溯性，在鋼管表面標記鋼管的管號和生產日期。11、定尺切管采用數控銑切法將焊接后的鋼管按用戶要求進行定尺長度切割。12、理化試驗按檢驗批次對鋼管進行化學成分分析、壓扁試驗、拉伸試驗、夏比沖擊試驗等，確保鋼管的理化性能滿足API 5CT標準的要求。。13、機械平頭石油套管要求平端交貨，因此需要進行機械平頭。14、水壓試驗對鋼管進行逐根靜水壓試驗，試驗壓力不低于標準要求的最小試驗壓力值，在整個試壓過程中不允許有滲漏或爆裂現象。15、超聲波焊縫探傷和管端探傷根據標準要求對焊接后的鋼管內外焊縫及焊縫兩側熱影響區部分進行100%的檢查。16、成品檢查產品最終交庫前需按標準要求對所有鋼管的外觀質量和外形尺寸進行檢測。對采用上述方法生產出來的規格為473. 1*12. 25、鋼級為K55的HFW鋼管，按照API 5CT標準進行逐項檢查、試驗，結果如下
(I)金相檢查結果如圖I所示，可見焊縫和熱影響區組織為鐵素體+珠光體，無回火馬氏體組織，焊縫組織控制適當。(2)管體縱向拉伸屈服強度檢查結果如圖2所示。
(3)管體抗拉強度檢查結果如圖3所示。(4)管體屈強比分布檢查結果如圖4所示。由此可見，利用本發明所述的方法制造出的K55鋼級HFW鋼管的上述各項指標均滿足API 5CT標準的要求。另外，按照API 5CT標準對利用本發明所述的方法制造出的K55鋼級HFW鋼管進
行了后續的靜水壓檢驗、UT檢驗、成品檢驗等工序，所有檢驗項目均符合API 5CT標準的要求。
權利要求
1.一種用K55鋼級鋼板HFW制造石油套管的方法，其特征在于，生產該鋼管所用卷板的化學成分的重量含量為C O. 22 O. 30%、Si O. 10 O. 40%、Mn ( I. 5%、P^O. 020%、S彡O. 010%、K55碳當量彡O. 60%，余量為鐵；其主要加工工序包括剪切對焊、成型、高頻焊接和熱處理。
2.根據權利要求I所述的用Κ55鋼級鋼板HFW制造石油套管的方法，其特征在于，所述熱處理為，正火溫度為800°C 1000°C。
3.根據權利要求I所述的用K55鋼級鋼板HFW制造石油套管的方法，其特征在于，剪切對焊時，首先對板邊進行預熱，對焊后進行退火處理。
4.根據權利要求I所述的用K55鋼級鋼板HFW制造石油套管的方法，其特征在于，當所述高頻焊接為感應焊時，焊接功率為600 800KW，焊接速度為15±lm/min ;當高頻焊接為接觸焊時，焊接功率為400 500KW，焊接速度為17±lm/min。
5.根據權利要求I所述的用K55鋼級鋼板HFW制造石油套管的方法，其特征在于，所述成型工序中開口角度為7°，擠壓量為7.5mm。
6.根據權利要求I所述的用K55鋼級鋼板HFW制造石油套管的方法，其特征在于，其具體加工工序如下拆卷矯平、剪切對焊、母材探傷、板邊加工、成型、高頻焊接、熱處理、空冷水冷、定徑矯直、在線噴標、定尺切管、理化試驗、機械平頭、水壓試驗、超聲波焊縫探傷、管端探傷和成品檢查。
全文摘要
本發明公開了一種用K55鋼級鋼板HFW制造石油套管的方法，生產該鋼管所用卷板的化學成分的重量含量為C 0.22～0.30%、Si 0.10～0.40%、Mn≤1.5%、P≤0.020%、S≤0.010%、K55碳當量≤0.60%，余量為鐵；其加工工序包括拆卷矯平、剪切對焊、母材探傷、板邊加工、成型、高頻焊接、熱處理、空冷水冷、定徑矯直、在線噴標、定尺切管、理化試驗、機械平頭、水壓試驗、超聲波焊縫探傷、管端探傷和成品檢查。本發明有益效果如下利用本發明所述的方法制造出的K55級HFW石油套管各項指標均滿足API5CT標準的要求。
文檔編號B23P15/00GK102787269SQ201210274929
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月3日 優先權日2012年8月3日
發明者吳秀宇, 崔明亮, 張運河, 朱斌燕, 李超, 楊明秦, 王志太, 王曉穎, 田鵬, 袁華麗, 路廣平, 陳松 申請人:中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司, 華油鋼管有限公司