專利名稱：一種n80q鋼級石油套管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高強(qiáng)度石油套管技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種N80Q鋼級石油套管及其制造方法。
背景技術(shù)：
從石油套管發(fā)展趨勢看，與無縫管相比，ERff(高頻直縫電阻焊)工藝具有生產(chǎn)成本低，壁厚均勻，尺寸精確度聞等優(yōu)勢，市場占有率提聞很快，隨著深井油氣資源的開發(fā)，N80等高強(qiáng)度油井套管需求量越來越大，為了降低生產(chǎn)成本，各制管廠都在使用ERW工藝進(jìn)行高強(qiáng)度油井管的生產(chǎn)。ERff工藝主要有兩種方式生產(chǎn)N80鋼級油井套管，一種是采用TMCP熱軋N80卷板直接制管，除鋼管具有性能 穩(wěn)定，沖擊韌性高并且?guī)缀纬叽缇雀叩奶攸c(diǎn)外，這種N80套管生產(chǎn)工藝劣勢也顯而易見，卷板強(qiáng)度高，熱軋鋼卷的生產(chǎn)難度較大，且制管成型難度較大，合金含量較高，可焊性降低，焊縫沖擊韌性難以保證。公開號CN101724793A的專利，介紹一種非調(diào)質(zhì)N80鋼級石油管的工藝，介紹了一種 C:0.34-0.38，S1:0.25-0.40，Mn:1.45-1.70，V:0.11-0.16，P 彡 0.025，S 彡 0.025，Als ( 0.020，Cu ( 0.20，Ni ( 0.20，Cr彡0.25。該鋼管熱軋態(tài)具有N80的性能要求，ERff制管后不需熱處理，簡化了制管后工藝，但因強(qiáng)度較高該鋼種軋制和制管難度較大，且因合金成分較高，可焊性降低，焊縫性能難以保證。公開號CN101745731A的專利，介紹一種N80級ERW油井套管的制造方法，成分含量為:C彡0.12%，Mn彡1.85%，S彡0.010，Nb+V+Ti彡0.15%。該鋼種熱軋態(tài)具有N80的性能要求，制管成型難度較大。公開號CN101643883A的專利，一種N80、P110、L80直縫焊套管用鋼及套管制造，介紹了一種采用中碳 c(0.12-0.24% )，加入 Cr:0.30-0.60，V:0.08-0.12,Nb:0.12-0.14，合
金成本較高，較高的強(qiáng)度使制管生產(chǎn)難度加大。該鋼熱軋態(tài)即具有N80的性能要求，制管后進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。公開號CN102409229A的專利，N80Q級別直縫電阻焊石油套管及其制造方法，介紹了一種采用中碳(0.15-0.20% )中錳(1.40-1.80% )成分，制管后進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理達(dá)到N80Q鋼級。該方法錳含量高，導(dǎo)致碳當(dāng)量及合金成本略高，同時(shí)熱軋態(tài)鋼卷強(qiáng)度也高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于降低鋼管生產(chǎn)難度和成本，開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)型高強(qiáng)韌N80Q鋼級石油套管用鋼及其制造方法，對N80成分進(jìn)行合金減量化，通過熱軋成型，提供鋼管廠焊管原料-套管用熱軋鋼帶，經(jīng)過焊管廠ERW制管和調(diào)質(zhì)熱處理，最終使焊管的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到API5CT中對N80的要求，從而降低了鋼廠、制管廠對N80石油套管的開發(fā)難度，獲得了外形尺寸均勻、性能均勻的N80石油套管，同時(shí)降低了鋼管廠的生產(chǎn)成本，采用的技術(shù)方案是:一種N80Q鋼級石油套管，其特征在于，所述套管化學(xué)成分按如下重量百分比:C:0.16-0.22%，Si f 0.30%,Mn:0.60-1.39%，P 令 0.020%,S-f0.010%,T1:0.01-0.03%,Nb會(huì)0.03%，Cr:0.08-0.25%，余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)元素，Ceq令0.44。本發(fā)明的技術(shù)特征還有:所述制造方法包括以下步驟:I)鐵水預(yù)處理:采用KR法鐵水預(yù)處理深脫硫，扒渣后控制入爐鐵水的硫含量在0.005% 以下； 2)轉(zhuǎn)爐冶煉:頂?shù)讖?fù)吹少渣冶煉，鋼包全程吹氬，檔渣球和擋渣棒聯(lián)合擋渣；3)雙LF復(fù)合精煉:在無需進(jìn)行RH真空精煉的前提下，采用雙LF復(fù)合精煉；4)連鑄:采用厚度為135-150mm的ASP連鑄生產(chǎn)，鋼包與長水口之間采用氬氣密封，澆注時(shí)結(jié)晶器液面自動(dòng)控制，液面波動(dòng)范圍控制在±3_，鋼包下渣自動(dòng)檢測，低過熱度澆注，過熱度控制10-25°C，得到連鑄坯；5)將經(jīng)過步驟4)加工后得到的連鑄坯直接700°C以上熱裝或冷坯再加熱到1200-1280°C溫度區(qū)間充分奧氏體化，采用兩階段控制軋制，第一階段控制開軋溫度區(qū)間為1150°C -1220°C，第一階段控制開軋累積壓下率不小于70%，第二階段軋制采用控制軋制，開軋溫度區(qū)間980°C -1050°C，終軋溫度820°C _870°C，第二階段控制開軋累積壓下率不低于70%，得到厚度為6-16mm的熱軋卷板；6)將步驟5)所述熱軋卷板以8_25°C /S的冷卻速度進(jìn)行冷卻，卷取溫度區(qū)間為600-680°C，卷取后熱卷供貨；7)將步驟6)中得到的熱卷ERW制管后，將套管毛坯加熱到900±20°C，保溫20min以上，水淬； 8)將經(jīng)過步驟7)處理后的套管毛坯加熱到610±20°〇，保溫601^11以上，空冷回火，得到所述N80Q鋼級石油套管。本發(fā)明的技術(shù)特征還有:所述步驟3)中熱卷屈服強(qiáng)度400_500MPa，抗拉強(qiáng)度450-600MPa。本發(fā)明的技術(shù)特征還有:所述經(jīng)步驟8)處理后石油套管性能為:屈服強(qiáng)度580-700MPa，抗拉強(qiáng)度710_780MPa，伸長率A50.8為25-30%，_10°C橫向夏比沖擊功大于90J。本發(fā)明的技術(shù)特征還有:步驟6)中冷卻方式為兩段式分層次冷卻。本發(fā)明的有益效果是:1)本發(fā)明化學(xué)成分簡單、實(shí)用，中Mn、低Cr合理匹配，降低了碳當(dāng)量，既保證了淬透性能，又保證具有良好的焊接性能和沖擊韌性，同時(shí)也節(jié)約了成本；同時(shí)對碳當(dāng)量做了明確要求，焊接性能明顯改善，大幅降低了熱卷原料和制管的生產(chǎn)難度及設(shè)備損耗，有利于在工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，市場前景廣闊。2)本發(fā)明精煉工藝簡便、經(jīng)濟(jì)，采用雙LF復(fù)合精煉，得到鋼質(zhì)純凈的坯料；3)軋制工藝采用中高溫終軋和卷取，易于生產(chǎn)控制，層流冷卻采用兩段式分層次冷卻策略，保證獲得均勻細(xì)小的F+P組織，減輕了帶狀組織，為后續(xù)焊接制管和調(diào)質(zhì)熱處理打下良好基礎(chǔ)；4)熱軋態(tài)強(qiáng)度較低，易于熱卷生產(chǎn)和ERW制管成型，熱處理后管體、焊縫及熱影響區(qū)性能一致性較好，達(dá)到N80Q鋼級。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，對發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行說明。本發(fā)明的目的在于提供一種中錳、低鉻設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)型高強(qiáng)韌N80Q鋼級石油套管，本發(fā)明主要是從經(jīng)濟(jì)型高強(qiáng)韌直縫焊套管用鋼成分設(shè)計(jì)思路出發(fā)，合理匹配C、Mn、Cr含量，降低碳當(dāng)量，保證淬透性和可焊性能，利用微合金元素T1、Nb控制軋制與控制冷卻過程中的細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的復(fù)合強(qiáng)化機(jī)制，熱軋態(tài)強(qiáng)度較低，碳當(dāng)量較低，易于實(shí)現(xiàn)ERW套管生產(chǎn)，制管后調(diào)質(zhì)處理，達(dá)到API5CT N80Q鋼級標(biāo)準(zhǔn)。本N80Q鋼級石油套管鋼的化學(xué)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%, T1:0.01-0.03%, Nb ^ 0.03%, Cr:0.08-0.25%,余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)元素，Ceq個(gè)0.44。
本鋼管對應(yīng)的制造方法包括以下步驟:I)鐵水預(yù)處理:采用KR法鐵水預(yù)處理深脫硫，扒渣后控制入爐鐵水的硫含量在
0.005% 以下；2)轉(zhuǎn)爐冶煉:頂?shù)讖?fù)吹少渣冶煉，鋼包全程吹氬，檔渣球和擋渣棒聯(lián)合擋渣；3)雙LF復(fù)合精煉:在無需進(jìn)行RH真空精煉的前提下，采用雙LF復(fù)合精煉，熱卷屈服強(qiáng)度400-500MPa，抗拉強(qiáng)度450_600MPa ；4)連鑄:采用厚度為135-150mm的ASP連鑄生產(chǎn)，鋼包與長水口之間采用氬氣密封，澆注時(shí)結(jié)晶器液面自動(dòng)控制，液面波動(dòng)范圍控制在±3_，鋼包下渣自動(dòng)檢測，低過熱度澆注，過熱度控制10-25°C，得到連鑄坯；5)將經(jīng)過步驟4)加工后得到的連鑄坯直接700°C以上熱裝或冷坯再加熱到1200-1280°C溫度區(qū)間充分奧氏體化，采用兩階段控制軋制，第一階段控制開軋溫度區(qū)間為1150°C -1220°C，第一階段控制開軋累積壓下率不小于70%，第二階段軋制采用控制軋制，開軋溫度區(qū)間980°C -1050°C，終軋溫度820°C _870°C，第二階段控制開軋累積壓下率不低于70 %，得到厚度為6-16mm的熱軋卷板，石油套管性能為:屈服強(qiáng)度580_700MPa，抗拉強(qiáng)度710-780MPa，伸長率A50.8為25-30%，_10°C橫向夏比沖擊功大于90J ；6)將步驟5)所述熱軋卷板以8_25°C /S的冷卻速度進(jìn)行冷卻，卷取溫度區(qū)間為600-680°C，卷取后熱卷供貨；7)將步驟6)中得到的熱卷ERW制管后，將套管毛坯加熱到900±20°C，保溫20min以上，水淬；8)將經(jīng)過步驟7)處理后的套管毛坯加熱到610±20°C，保溫60min以上，空冷回火，得到N80Q鋼級石油套管。本發(fā)明實(shí)施例鋼的化學(xué)成分見表1，本發(fā)明實(shí)施例鋼的軋制工藝和力學(xué)性能見表
2、表3，本發(fā)明實(shí)施例鋼管的熱處理和力學(xué)性能見表4。表I本發(fā)明實(shí)施例1 4鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比，％ )
權(quán)利要求
1.一種N80Q鋼級石油套管，其特征在于，所述套管化學(xué)成分按如下重量百分比:C:0.16-0.22%, Si ( 0.30%, Mn:0.60-1.39%, P 彡 0.020%, S 彡 0.010%, Ti:0.01-0.03%,Nb ( 0.03%, Cr:0.08-0.30%，余量為Fe及其它不可避免的雜質(zhì)元素，碳當(dāng)量Ceq ( 0.44。
2.按照權(quán)利要求1所述的N80Q鋼級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驟: 1)鐵水預(yù)處理:采用KR法鐵水預(yù)處理深脫硫，扒渣后控制入爐鐵水的硫含量在0.005%以下； 2)轉(zhuǎn)爐冶煉:頂?shù)讖?fù)吹少渣冶煉，鋼包全程吹氬，檔渣球和擋渣棒聯(lián)合擋渣； 3)雙LF復(fù)合精煉:在無需進(jìn)行RH真空精煉的前提下，采用雙LF復(fù)合精煉； 4)連鑄:采用厚度為135-150_的ASP連鑄生產(chǎn)，鋼包與長水口之間采用氬氣密封，澆注時(shí)結(jié)晶器液面自動(dòng)控制，液面波動(dòng)范圍控制在±3_，鋼包下渣自動(dòng)檢測，低過熱度澆注，過熱度控制10-25°C，得到連鑄坯； 5)將經(jīng)過步驟4)加工后得到的連鑄坯直接700°C以上熱裝或冷坯再加熱到1200-1280°C溫度區(qū)間充分奧氏體化，采用兩階段控制軋制，第一階段控制開軋溫度區(qū)間為1150°C -1220°C，第一階段控制開軋累積壓下率不小于70%，第二階段軋制采用控制軋制，開軋溫度區(qū)間980°C -1050°C，終軋溫度820°C _870°C，第二階段控制開軋累積壓下率不低于70%，得到厚度為6-16mm的熱軋卷板； 6)將步驟5)所述熱軋卷板以8-25°C /S的冷卻速度進(jìn)行冷卻，卷取溫度區(qū)間為600-680°C，卷取后熱卷供貨； 7)將步驟6)中得 到的熱卷ERW制管后，將套管毛坯加熱到900±20°C，保溫20min以上,水淬； 8)將經(jīng)過步驟7)處理后的套管毛坯加熱到610±20°C，保溫60min以上，空冷回火，得到所述N80Q鋼級石油套管。
3.按照權(quán)利要求2所述的N80Q鋼級石油套管的制造方法，其特征在于:所述步驟3)中熱卷屈服強(qiáng)度400-500MPa，抗拉強(qiáng)度450_600MPa。
4.按照權(quán)利要求2所述的N80Q鋼級石油套管的制造方法，其特征在于:所述經(jīng)步驟8)處理后石油套管性能為:屈服強(qiáng)度580-700MPa，抗拉強(qiáng)度710_780MPa，伸長率A5a8為25-30%, -10°C橫向夏比沖擊功大于90J。
5.按照權(quán)利要求2所述的N80Q鋼級石油套管的制造方法，其特征在于:步驟6)中冷卻方式為兩段式分層次冷卻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種經(jīng)濟(jì)型高強(qiáng)韌N80Q鋼級套管及其制造方法，屬于低合金鋼制造領(lǐng)域。該套管用鋼由下述重量百分比的成分組成C0.16-0.22%，Si≤0.30%，Mn0.60-1.39%，P≤0.020%，S≤0.010%，Ti0.01-0.03%，Nb≤0.03%，Cr0.08-0.30%，余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)元素，碳當(dāng)量Ceq≤0.44。本發(fā)明提供的套管用鋼力學(xué)性能優(yōu)良，成品管性能滿足API5CT標(biāo)準(zhǔn)要求，屈服強(qiáng)度≥552MPa，抗拉強(qiáng)度≥689MPa，伸長率A50.8在18%以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明首次采用中錳、低鉻的經(jīng)濟(jì)型成分設(shè)計(jì)，同時(shí)對碳當(dāng)量做了明確要求，焊接性能明顯改善，大幅降低了熱卷原料和制管的生產(chǎn)難度及設(shè)備損耗，有利于在工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，市場前景廣闊。
文檔編號C22C33/04GK103147009SQ20121054046
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者孫衛(wèi)華, 王金華, 張華平, 邱澤勝, 梁英, 魏代斌, 夏茂森, 楊貴玲, 鄭萬任, 張磊, 宋振官 申請人:濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司