一種低屈強比石油套管用鋼及制造方法和套管的生產方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于石油套管技術領域，具體設及一種低屈強比石油套管用鋼及其制造方 法和套管的生產方法，更具體設及一種復合API標準的K55鋼級低屈強比高頻電阻焊化FW) 石油套管用鋼及其制造方法和套管的生產方法。
【背景技術】
[0002] -般情況下，石油及天然氣開采用套管是根據API標準組織生產與供貨的。API標 準規定，K55鋼級石油套管有無縫管和焊管兩種類型，相對于無縫管而言，焊管具有生產效 率高、尺寸精度好、規格范圍寬、成本低等顯著特點，因此，焊管是生產廠家與油田用戶的首 選品種，一直受到市場的青睞。但是對于K55鋼級低屈強比高頻電阻焊化FW)套管，由于生產 難度高，目前僅有國外少數廠家可W生產。
[0003] K55鋼級石油套管是一種高附加值產品。該套管屈服強度須在379~552MPa之間， 抗拉強度須大于655M化，其特點是材料的屈強比低，屈服強度和抗拉強度（均取中線值）的 比值約為0.7。目前該級別套管一般的生產流程為:煉鋼-連鑄-熱社成板卷-板卷頭尾剪切 對焊-板帶成型-在線焊接-焊縫熱處理或整管熱處理-管加工-出廠檢驗等。從生產流程上 看，由于制管時板帶成型而引入的加工硬化的作用，與板卷相比，管體屈服強度會有所提 高，抗拉強度會因材料損傷而略有降低。實踐表明，成型后管體屈服強度較板卷升高約50~ IOOMPa，抗拉強度可W下降約10~30MPa，運樣，理想的板卷屈服強度應該控制在400M化左 右，而抗拉強度應該控制在680MPa W上，要求熱社板的屈強比小于0.65，對于較低碳當量的 低合金鋼很難達到運一要求。
[0004] API 5CT標準中對K55的成分要求比較簡單，只有S和P的要求(S<0.03，P<0.03)。 英國鋼鐵公司（BSC)的Corby鋼管廠采用巧巾成分生產K55套管。成分1為（W質量百分數計）： C:0.17-0.22%，Si:0.25-0.35%，Mn:1.3-1.5%，P< 0.025%，S<0.015%，V:0.1-0.13%， Nb :0.01-0.024%、A1:0.025-0.065 %。成分2為（W質量百分數計）：C: 0.33-0.37 % ,Si: 0.10-0.35% ,Mn: 1.35-1.55%，P< 0.025%，S< 0.015% ,Al :0.025-0.065%。成分 1因碳含 量較低，故加入了 V、師等元素來彌補強度的不足，其制造特點是焊管制管后需再次加熱經 張力減徑制成K55套管，加工工藝復雜，成本較高，屈強比較高。成分2制管后需再次加熱到 880°C正火處理制成K55套管，工藝成本高。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種低屈強比石油套管用鋼及其制造方法和套管的生產 方法，該石油套管用鋼的屈服強度為379~552MPa，抗拉強度> 655MPa，屈強比<0.65,沖擊 功^OJ,生產出性能穩定的低屈強比K55套管，該套管的屈服比<0.7。
[0006] 為達到上述目的，本發明的技術方案是：
[0007] 本發明通過成分設計降低材料的屈強比，具體是提高C和Mn含量，W提高珠光體比 例W及減小珠光體片層間距，提高抗拉強度，同時適當配WTi、Nb微合金化，依靠 Ti、Nb微合 金元素在高溫下形成的碳氮化物，作為先共析鐵素體的形核質點，促進晶界鐵素體析出，增 加組織中的軟相，保證較低的屈服強度。同時在制造工藝上，采用低溫社制和卷取控冷工 藝，抑制魏氏組織的形成，降低屈強比的同時提高初性。為保證高碳當量熱社板的板卷對焊 質量，本發明優化焊接工藝參數，實現了高碳當量材料成型過程中不斷裂，保證了安全生 產。
[0008] 具體的，本發明一種低屈強比石油套管用鋼，其化學成分質量百分比為:C:0.38~ 0.48% ,Si :0.1~0.4% ,Mn: 1.0 ~1.4%，P< 0.015%，S< 0.005% ,Al :0.002 ~0.04% ,Ti: 0.005~0.05%，余量為Fe和不可避免的雜質，且上述成分含量必須同時滿足如下關系： 0.58% <C+Mn/6< 0.68%。
[0009] 進一步，所述低屈強比石油套管用鋼還含有:0<佩含0.02%，W質量百分比計。
[0010] 所述低屈強比石油套管用鋼的微觀組織為鐵素體+珠光體。
[0011] 所述低屈強比石油套管用鋼的屈服強度為379~552MPa，抗拉強度> 655MPa，屈強 比<0.65,沖擊功>50J。
[0012] 本發明鋼化學成分中各合金元素作用機理如下：
[0013] C:C為碳化物形成元素，可W提高鋼的強度，當C含量低于0.38%時，導致K55鋼中 珠光體組織含量降低，從而降低強度;當C含量高于0.48%時，鋼的初性會顯著降低，會顯著 惡化材料的焊接性。因此，本發明控制C含量為0.38~0.48%。
[0014] Mn:Mn為奧氏體形成元素，可W提高鋼的澤透性，當Mn含量小于1%時，材料中鐵素 體含量過多，降低了材料強度;當Mn含量大于1.4%時，將顯著增加鋼中的組織偏析，影響熱 社組織的均勻性和沖擊性能。因此，本發明控制Mn含量為1.0~1.4%。
[0015] 本發明在材料設計上著眼于降低材料的屈強比，需要控制C和Mn含量，碳當量計算 公式為=C+Mn/6+(Cr+Mo+V) /5+(Ni+化)/15，一方面C和Mn可W影響鐵素體和珠光體的相比 例，當C+Mn/6<0.58%時，鐵素體含量增加，珠光體含量降低，導致材料屈服強度偏低，屈強 比提高，從而強度指標不能滿足K55的要求；當C+Mn/6>0.68%時，碳當量過高，初性降低， 橫焊縫在成型過程中易發生斷裂，從而導致生產安全事故。因此，需要控制0.58%含C+Mn/6 <0.68%。
[0016] Si: Si固溶于鐵素體W提高鋼的屈服強度，不宜過高，宜采用Si含量為0.1~ 0.4%。
[0017] Al :A1是傳統脫氧固氮元素，可細化晶粒，考慮其可降低材料屈強比，Al含量不宜 過高。因此，本發明控制Al含量為0.002~0.04%。
[0018] Ti :Ti是強碳氮化物形成元素，顯著細化奧氏體晶粒，促進先共析鐵素體析出，可 彌補因邱華低而引起的強度下降，降低屈強比。但若Ti含量太高，易形成粗大的TiN,降低材 料性能。因此，本發明控制Ti含量為0.005~0.05 %。
[0019] Nb:Nb是強碳氮化物形成元素，同時也可起到細晶和析出強化作用，促進先共析鐵 素體析出，宜采用佩含量< 0.02%。
[0020] P<0.015%、S<0.005% :P和S是鋼中的有害雜質元素，含量過高會惡化鋼的初 性，因此應盡量降低鋼中的P、S含量。
[0021] 本發明所述的低屈強比石油套管用鋼的制造方法，其包括如下步驟：
[0022] 1)冶煉、鑄造
[0023] 按照上述化學成分進行轉爐煉鋼，鋼水經爐外精煉后，連鑄成巧；
[0024] 2)熱社
[00巧]連鑄巧經1200~125(TC加熱后熱社成板帶，終社溫度800~86(TC ;
[0026] 3)冷卻+卷取
[0027] 熱社后板帶W5~20°C/s的冷卻速度冷卻至550~650°C，再卷取成板卷。
[00%]進一步，所述低屈強比石油套管用鋼的微觀組織為鐵素體+珠光體。
[0029] 本發明所述低屈強比石油套管用鋼的屈服強度為379~552MPa，抗拉強度> 655MPa，屈強比<0.65,沖擊功> 50J。
[0030] 本發明還提供一種低屈強比石油套管的生產方法，其包括如下步驟：
[00川 1)冶煉、鑄造
[0032]按照上述化學成分進行轉爐煉鋼，鋼水經爐外精煉后，連鑄成巧；
[003；3] 2)熱社
[0034] 連鑄巧經1200~1250°C加熱后熱社成板帶，終社溫度800~860°C ;
[0035] 3)冷卻+卷取
[0036] 熱社后板帶W5~20°C/s的冷卻速度冷卻至550~650°C，再卷取成板卷；
[0037] 4)板卷對焊
[003引送絲速度為7~13m/min，焊接速度為45~65cm/min，焊絲伸出量為15~25mm;
[0039] 5)高頻電阻焊接
[0040] 焊接溫度為1200~1400°C，焊接功率850±30kW，焊接速度16±3m/min;
[0041 ] 6)熱處理
[0042]