[發(fā)明專利]石油套管用鋼及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910048199.4
• 申請日: 2009-03-25
• 公開（公告）號: CN101845583A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設計）人: 楊峰;田青超;唐豪清;賴興濤
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/06;C22C38/12;C22C33/04;E21B17/00;B21B37/74
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 樓仙英

技術領域

本發(fā)明涉及金屬材料制造技術領域，特別是涉及一種非整管熱處理直縫焊石油套管低屈強比API?K55用鋼及其制造方法。

背景技術

與無縫管相比，由于直縫焊套管具有尺寸精度高、抗擠潰性能好以及成本低等優(yōu)點，已廣泛用于石油開采行業(yè)。其中，J55套管的用量最大，而K55套管由于生產難度大，用量相對較少。

K55套管的技術難度在于制管所用的熱軋鋼卷的生產難度。由于K55套管的API標準規(guī)定：管體的屈服強度在379～552MPa之間，抗拉強度≥655MPa，則所用的熱軋鋼卷必須滿足制管后這種性能要求。但是，直縫電阻焊管制管成型后，由于加工硬化作用的存在，管體性能與鋼卷性能相比，抗拉強度基本不變，屈服強度會有不同程度的提高。這樣，即使熱軋鋼卷的性能滿足API標準對K55套管的性能要求，但制管后管體的屈服強度往往會高出API標準的上限。

總之，K55套管生產難度大的原因可歸納為兩個方面：一是對板管屈服強度的變化規(guī)律認識不清，沒有定量的認識，難以明確給出所用的熱軋鋼卷的性能要求；二是即使能明確這種要求，熱軋鋼卷也難以達到所要求的低屈強比。

對此，有人采用了制管后進行整管熱處理的工藝，并且已經(jīng)批量供貨。(詳見文獻《高頻電阻焊K55鋼級套管的研發(fā)》，《鋼管》，2008年8月，第37卷第4期)。采用整管熱處理工藝，對熱軋鋼卷的性能要求相對較低，不要求低的屈強比，這樣K55套管性能要求僅通過整管熱處理就能夠滿足。不過，鑒于制管后進行整管熱處理的成本較高，而且大多數(shù)制管廠沒有整管熱處理的熱處理爐，也有人研究了非整管熱處理K55套管用鋼的制造工藝(詳見申請?zhí)枮?00610027021.8的中國專利申請《一種低屈強比直縫焊石油套管用鋼及其制造方法》)，但是，應用此專利申請文件中公開的技術方案進行生產后發(fā)現(xiàn)，產品也存在屈服強度超出API標準的上限的情況。因此，該專利申請文件中公開的技術方案能夠生產K55套管用鋼，但是不能同時穩(wěn)定地生產所有尺寸規(guī)格的K55套管用鋼。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題是提供一種石油套管用鋼及其制造方法，生產出合格的K55石油套管用熱軋鋼卷，其抗拉強度≥655MPa，而屈服強度控制在370MPa～523MPa之間，屈強比控制在0.56～0.80之間，滿足所有尺寸規(guī)格的K55石油套管對熱軋鋼卷的性能要求。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種石油套管用鋼，其成分的質量百分比為：C：0.31～0.35，Si：0.1～0.45，Mn：0.8～1.5，P：≤0.02，S：≤0.01，Al：≤0.024，V：≤0.1，Mo：≤0.35，其余為Fe和不可避免的雜質。

可選地，所述V的質量百分比為0.01～0.1。

可選地，所述Mo的質量百分比為0.005～0.35。

本發(fā)明提供的石油套管用熱軋鋼卷的成分設計原理如下：

C：0.31～0.35％，C通過固溶強化和析出強化作用提高鋼材的強度，隨著C含量的提高，鋼材的抗拉強度和屈服強度都得到提高，但抗拉強度提高的幅度要大于屈服強度的提高幅度。這是因為，隨著C含量的提高，鋼材中珠光體的體積分數(shù)也增加，而抗拉強度主要取決于鋼材中珠光體的體積分數(shù)及珠光體的片層間距的大小；而屈服強度主要取決于鋼材中鐵素體的體積分數(shù)、晶粒度和過飽和度等。因此，提高C含量是生產K55石油套管用鋼的思想之一。但是，過高的C含量會提高碳當量，從而影響可焊性。

Mn：0.8～1.5％，Mn通過固溶強化和晶粒細化作用提高鋼材的強度，且對抗拉強度和屈服強度貢獻度基本一致。但Mn含量過高，會增加板坯中心偏析程度，從而影響熱軋組織的均勻性，并給焊縫質量帶來負面影響。

V：0.01～0.1％，V具有細化晶粒和析出強化的作用，但析出強化起主導作用，因此，對于K55石油套管用鋼適量添加V，可以充分發(fā)揮析出強化的作用，有利于提高鋼材的強度，而碳當量又不發(fā)生顯著變化，對可焊性不發(fā)生顯著影響。

Al：≤0.024％，Al的主要作用有兩個方面，一是煉鋼工序脫氧的作用，二是Al與鋼中的N形成化合物，具有晶粒細化的作用。基于以上考慮，為了獲得較粗的晶粒尺寸，獲得低的屈強比，本發(fā)明限制Al的含量≤0.024％。