專利名稱：直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱軋鋼帶生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼 帶及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
石油套管是石油天然氣開(kāi)采過(guò)程中消耗量很大的一種重要材料，同時(shí)也是一種高 附加值產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)主要采用無(wú)縫管和直縫電阻焊管兩種類型，由于直縫電阻焊管具有 生產(chǎn)效率高、幾何尺寸精度好、規(guī)格范圍寬、韌性高且成本低等優(yōu)勢(shì)，用熱軋板卷制造的直 縫電阻焊套管逐漸替代傳統(tǒng)的無(wú)縫管已經(jīng)是大勢(shì)所趨?，F(xiàn)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家(如美國(guó))的直 縫電阻焊套管的應(yīng)用率已占套管應(yīng)用總量的60%以上，相應(yīng)于石油套管的消耗量也在逐年 增加。近年來(lái)，隨著勘探油井的處地越來(lái)越偏遠(yuǎn)，地質(zhì)條件也越來(lái)越惡劣，油井開(kāi)采設(shè)備對(duì) 套管用鋼的力學(xué)性能要求也越來(lái)越嚴(yán)格。在套管使用過(guò)程中出于套管安全性方面的考慮， 追求低屈強(qiáng)比的套管一直是石油開(kāi)采用戶向往的目標(biāo)之一。從材料的成分設(shè)計(jì)而言，優(yōu)化 碳錳鋼的成分組合，采用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)材料低屈強(qiáng)比的理想選擇。目前，國(guó)際上廣泛應(yīng)用于這種級(jí)別套管鋼的材料是37Mn5鋼種，其C含量約 0. 37%、Mn含量約1. 5%。制管后的成品屈服強(qiáng)度約450MPa，抗拉強(qiáng)度約700MPa，具有良好 的力學(xué)性能。但是它的缺點(diǎn)是碳當(dāng)量過(guò)高，焊接性能惡化，不適合生產(chǎn)直縫焊套管。近年來(lái)， 國(guó)內(nèi)的一些鋼生產(chǎn)企業(yè)在碳錳鋼的基礎(chǔ)上也發(fā)明了相應(yīng)鋼級(jí)的直縫焊套管用鋼，其中有的 鋼板碳含量固定在0. 20%左右，在鋼中添加微合金元素Ti、Nb等，以利用細(xì)小第二相粒子 的析出強(qiáng)化和釘軋晶界的作用提高鋼的強(qiáng)度，這樣，也能獲得性能符合的直縫焊套管用鋼， 但是該鋼板的屈強(qiáng)比仍然較高，使用過(guò)程中容易發(fā)生斷裂、滑扣等現(xiàn)象而出現(xiàn)安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種屈服強(qiáng)度超過(guò)410MPa、抗拉強(qiáng)度大于700MPa、屈強(qiáng) 比小于0. 75，同時(shí)具有優(yōu)異低溫沖擊韌性的直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶及其生產(chǎn)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶，其化學(xué)成 分按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)為C 0. 25 0. 40、Si 0. 10 0. 50、Mn 0. 60 1. 30、P^O. 018、 S^O. 005、Cr 0 0. 50、Ti 0. 010 0. 050、Alt :0. 01 0. 06，余量為 Fe 及不可避免雜 質(zhì)；該熱軋鋼帶同時(shí)還滿足碳當(dāng)量Ceq0. 58，其中Ceq(% ) = C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15。進(jìn)一步地，上述直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶優(yōu)選的化學(xué)成分按重量百分比 為C 0. 27 0. 35,Si 0. 15 0. 30,Mn 0. 70 1. 20,P 彡 0. 015,S 彡 0. 004,Cr 0. 20 0. 40、Ti 0. 014 0. 035、Alt 0. 02 0. 05。上述直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶的生產(chǎn)方法，包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯清理、鑄坯下送、熱軋、冷卻、精整的步驟，其中所述真空處理步驟中，RH精煉時(shí)間控制在12 18min，鋼水的鈣硫比控制在Ca/S =1. 5 3. 0 ；所述熱軋步驟中，加熱溫度控制在1100 1250°C，終軋溫度控制在700 850°C， 軋后冷卻速度控制在10 30°c /S，卷取溫度控制在500 680°C。本發(fā)明為了保證熱軋鋼帶的性能達(dá)到發(fā)明目的，在化學(xué)成分設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)考慮 如下因素鋼帶的強(qiáng)度尤其是低屈強(qiáng)比這一特性、鋼帶的淬透性和鋼帶的焊接性能。下面根 據(jù)這三個(gè)方面的因素詳述本發(fā)明中各元素的作用及限定量的理由本發(fā)明的碳(C)重量百分含量為0.25 0.40%。從強(qiáng)度方面考慮，鋼帶的組織為 鐵素體+珠光體，而C是保證鐵素體和珠光體強(qiáng)度的最主要合金元素，同時(shí)C又是降低屈強(qiáng) 比的主要合金元素，為了獲得低屈強(qiáng)比的熱軋鋼帶，C含量不應(yīng)低于0. 25% ；為了保證焊接 性能，C含量也不宜高于0. 40%，優(yōu)選C含量在0. 27 0. 35%。本發(fā)明的錳(Mn)能夠極大限度的固溶于鐵素體與奧氏體中，為擴(kuò)大奧氏體區(qū)最 有效元素之一，是鋼中重要的固溶強(qiáng)化元素，且能在強(qiáng)化鋼的同時(shí)改善韌性，但當(dāng)Mn含 量過(guò)高時(shí)，則導(dǎo)致鋼中組織偏析嚴(yán)重，影響焊接性能，按重量百分比含量宜采用0. 60 1. 30%，優(yōu)選含量為0. 70 1. 20%。本發(fā)明的鉻(Cr)是提高淬透性效果比較顯著的合金元素，添加少量的Cr有益于 制管后通過(guò)熱處理手段提高套管的強(qiáng)度，并且價(jià)格便宜。少量Cr還有改善韌性和提高抗腐 蝕性的作用，但Cr過(guò)高會(huì)損害韌性和焊接性能，按重量含量宜采用0 0. 50%，優(yōu)選含量 為 0. 70 1. 20%。本發(fā)明的鈦(Ti)可與鋼中N結(jié)合形成細(xì)小TiN粒子，其固溶溫度較高，它的存在 對(duì)晶界有釘扎作用，因此添加適量的Ti能防止奧氏體晶粒過(guò)度長(zhǎng)大，從而達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化的 目的，此外添加Ti元素與添加其他合金元素如Nb、V相比，可降低生產(chǎn)成本。按重量百分比 含量宜采用0. 010 0. 050%，優(yōu)選含量為0. 014 0. 035%。本發(fā)明的硅(Si)主要是以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)也是鋼中的脫氧元 素，但含量不可過(guò)高，以免降低鋼的韌性和焊接性能。本發(fā)明中Si的重量百分含量控制為 0. 10 0. 50%，優(yōu)選含量為0. 15 0. 30%。本發(fā)明的酸溶鋁(Alt)是鋼中的主要脫氧元素，Al含量過(guò)高則導(dǎo)致Al的氧化物 夾雜增加，降低鋼的純凈度，不利于鋼的韌性及耐候性能。此外，Al的氮化物熔點(diǎn)較高，在 生產(chǎn)中，AlN可以用來(lái)阻止晶粒長(zhǎng)大。本發(fā)明中Alt重量百分含量控制在0.01 0.06%， 優(yōu)選含量為0. 02 0.05%。本發(fā)明的磷(P)、硫(S)，磷在鋼中具有容易造成偏析、惡化焊接性能、顯著降低鋼 的低溫沖擊韌性、提高脆性轉(zhuǎn)變溫度。硫易與錳結(jié)合生成MnS夾雜，硫還影響鋼的低溫沖擊 韌性。因此，本發(fā)明應(yīng)采用潔凈鋼生產(chǎn)工藝，盡量減少磷、硫元素對(duì)鋼性能的不利影響，所 以，控制磷重量百分含量< 0. 018%，優(yōu)選為< 0.015% ；控制硫重量百分含量< 0. 005%, 優(yōu)選為< 0. 004% ο本發(fā)明鋼帶同時(shí)還滿足碳當(dāng)量Ceq(% ) ( 0. 58，以便發(fā)明鋼獲得良好的焊接性， 其中Ceq(% ) = C+Mn/6+ (Mo+Cr+V)/5+ (Ni+Cu)/15 如此控制Ceq(% ) ^ 0. 58范圍有利于在保證熱軋鋼帶的焊接性良好的情況下又不降低材料的強(qiáng)度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)采用合理的C、Mn含量和微合金化技術(shù)，產(chǎn)生細(xì)化晶粒和沉 淀強(qiáng)化作用，保證鋼帶的強(qiáng)度的同時(shí)又降低了屈強(qiáng)比，避免了大量添加合金元素，節(jié)省了合 金成本；通過(guò)控軋控冷工藝生產(chǎn)出性能優(yōu)良的直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶，屈服強(qiáng)度 彡410MPa，抗拉強(qiáng)度彡700MPa，延伸率彡30%，屈強(qiáng)比彡0. 75，性能優(yōu)于API 5CT標(biāo)準(zhǔn)相關(guān) 產(chǎn)品的要求，并且生產(chǎn)工藝成本較低。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例與對(duì)比鋼相比較來(lái)對(duì)本發(fā)明的直縫電阻焊石油套管用熱軋 鋼帶及其生產(chǎn)方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例鋼的生產(chǎn)方法步驟如下以預(yù)處理鐵水加優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，經(jīng)鐵 水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯清理、鑄坯下送、熱軋、冷卻、精整等步驟，制成最終 尺寸的板卷或中寬帶鋼。實(shí)施例1以預(yù)處理鐵水和優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，250噸轉(zhuǎn)爐煉鋼，真空處理步驟中，RH精煉 時(shí)間控制在15min，鋼水的鈣硫比控制在Ca/S = 2. 0 ；連鑄成230mm厚板坯，熱軋步驟中，力口 熱溫度控制在120(TC，終軋溫度控制在830°C，軋后冷卻速度控制在30°C /s，卷取溫度控制 在620°C，經(jīng)2250軋機(jī)組軋制成11. Imm厚的卷板。最終生產(chǎn)出一種直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶中各組分的重量百分比為C 0. 29, Si 0. 28,Mn 1. 20, P 0. 015, S 0. 002, Cr 0. 41、Ti 0. 015、Alt 0. 030，余量為 Fe 及 不可避免的雜質(zhì)，其中Ceq(% ) = 0. 58。實(shí)施例2以預(yù)處理鐵水和優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，250噸轉(zhuǎn)爐煉鋼，真空處理步驟中，RH精煉 時(shí)間控制在12min，鋼水的鈣硫比控制在Ca/S = 1. 5 ；連鑄成230mm厚板坯，熱軋步驟中，力口 熱溫度控制1250°C，終軋溫度控制在830°C，軋后冷卻速度控制在10°C /s，卷取溫度控制在 500°C，經(jīng)2250軋機(jī)組軋制成11. Imm厚的卷板。最終生產(chǎn)出一種直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶中各組分的重量百分比為C 0. 32, Si 0. 24, Mn 1. 12, P 0. 012, S 0. 0018, Cr 0. 130, Ti 0. 015, Alt 0. 028，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)，其中Ceq) = 0. 53實(shí)施例3以預(yù)處理鐵水和優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，250噸轉(zhuǎn)爐煉鋼，真空處理步驟中，RH精煉 時(shí)間控制在16min，鋼水的鈣硫比控制在Ca/S = 3. 0 ；連鑄成230mm厚板坯，熱軋步驟中，力口 熱溫度控制在120(TC，終軋溫度控制在850°C，軋后冷卻速度控制在25°C /s，卷取溫度控制 在680°C，經(jīng)2250軋機(jī)組軋制成11. Imm厚的卷板。最終生產(chǎn)出一種直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶中各組分的重量百分比為C 0. 37, Si 0. 28,Mn 0. 80, P 0. 009, S 0. 002, Cr 0. 21、Ti 0. 015、Alt 0. 030，余量為 Fe 及 不可避免的雜質(zhì)，其中Ceq) = 0. 54實(shí)施例4以預(yù)處理鐵水和優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，250噸轉(zhuǎn)爐煉鋼，真空處理步驟中，RH精煉時(shí)間控制在15min，鋼水的鈣硫比控制在Ca/S = 2. 6 ；連鑄成230mm厚板坯，熱軋步驟中，加 熱溫度控制在1IOO0C，終軋溫度控制在700°C，軋后冷卻速度控制在22°C /s，卷取溫度控制 在650°C，經(jīng)2250軋機(jī)組軋制成11. Imm厚的卷板。最終生產(chǎn)出一種直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶中各組分的重量百分比為C 0. 27, Si 0. 50, Mn :1·30、Ρ :0· 018、S :0· 005, Cr :0· 50, Ti :0.010、Alt :0.01，余量為 Fe 及 不可避免的雜質(zhì)，其中Ceq) = 0. 58實(shí)施例5以預(yù)處理鐵水和優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，250噸轉(zhuǎn)爐煉鋼，真空處理步驟中，RH精煉 時(shí)間控制在12min，鋼水的鈣硫比控制在Ca/S = 1. 8 ；連鑄成230mm厚板坯，熱軋步驟中，加 熱溫度控制在1250°C，終軋溫度控制在80(TC，軋后冷卻速度控制在20°C /s，卷取溫度控制 在500°C，經(jīng)2250軋機(jī)組軋制成11. Imm厚的卷板。最終生產(chǎn)出一種直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶中各組分的重量百分比為C 0. 25、Si 0. 15、Mn 1. 20、P 0. 015、S 0. 004、Ti 0. 035、Alt 0. 05，余量為 Fe 及不可避免 的雜質(zhì)，其中Ceq(% ) = 0.51。實(shí)施例6以預(yù)處理鐵水和優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，250噸轉(zhuǎn)爐煉鋼，真空處理步驟中，RH精煉 時(shí)間控制在16min，鋼水的鈣硫比控制在Ca/S = 2. 5 ；連鑄成230mm厚板坯，熱軋步驟中，加 熱溫度控制在1150°C，終軋溫度控制在780°C，軋后冷卻速度控制在18°C /s，卷取溫度控制 在600°C，經(jīng)2250軋機(jī)組軋制成11. Imm厚的卷板。最終生產(chǎn)出一種直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶中各組分的重量百分比為C 0. 40、Si 0. 10、Mn 0. 60、P 0. 006、S 0. 005、Cr 0. 40、Ti 0. 050、Alt 0. 06，余量為 Fe 及 不可避免的雜質(zhì)，其中Ceq) = 0. 56實(shí)施例7以預(yù)處理鐵水和優(yōu)質(zhì)廢鋼為冶煉原料，250噸轉(zhuǎn)爐煉鋼，真空處理步驟中，RH精煉 時(shí)間控制在14min，鋼水的鈣硫比控制在Ca/S = 2. 0 ；連鑄成230mm厚板坯，熱軋步驟中，加 熱溫度控制在1250°C，終軋溫度控制在810°C，軋后冷卻速度控制在10°C /s，卷取溫度控制 在 550 °C最終生產(chǎn)出一種直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶中各組分的重量百分比為C 0. 35, Si 0. 30, Mn 0. 70, P 0. 008、S 0. 004、Cr 0. 20, Ti :0.014、Alt 0. 02，余量為 Fe 及 不可避免的雜質(zhì)，其中Ceq) = 0. 50所選目前市場(chǎng)上普通直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶對(duì)比鋼的化學(xué)成分如表1 所示。表1:對(duì)比鋼的化學(xué)成分
權(quán)利要求
一種直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶，其特征在于該熱軋鋼帶中各組分的重量百分比為C0.25～0.40、Si0.10～0.50、Mn0.60～1.30、P≤0.018、S≤0.005、Cr0～0.50、Ti0.010～0.050、Alt0.01～0.06，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)；該熱軋鋼帶同時(shí)還滿足碳當(dāng)量Ceq(％)≤0.58，其中Ceq(％)＝C+Mn/6+(Mo+Cr+V)/5+(Ni+Cu)/15。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶，其特征在于該熱軋鋼帶 中各組分的重量百分比為:C 0. 27 0. 35,Si 0. 15 0. 30,Mn 0. 70 1. 20,P ( 0. 015、 S 彡 0. 004、Cr 0. 20 0. 40、Ti 0. 014 0. 035、Alt 0. 02 0. 05。
3.—種權(quán)利要求1所述直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶的生產(chǎn)方法，包括鐵水脫硫、 轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯清理、鑄坯下送、熱軋、冷卻、精整的步驟，其特征在于所述真空處理步驟中，RH精煉時(shí)間控制在12 18min，鋼水的鈣硫比控制在Ca/S = 1. 5 3. 0 ；所述熱軋步驟中，加熱溫度控制在1100 1250°C，終軋溫度控制在700 850°C，軋后 冷卻速度控制在10 30°C /s，卷取溫度控制在500 680°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種直縫電阻焊石油套管用熱軋鋼帶及其生產(chǎn)方法，該熱軋鋼帶中各組分的重量百分比為C0.25～0.40、Si0.10～0.50、Mn0.60～1.30、P≤0.018、S≤0.005、Cr0～0.50、Ti0.010～0.050、Alt0.01～0.06，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)，該熱軋鋼帶同時(shí)還滿足碳當(dāng)量Ceq(％)≤0.58。其生產(chǎn)方法包括鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、真空處理、連鑄、鑄坯清理、鑄坯下送、熱軋、冷卻、精整的步驟。實(shí)踐證明，該熱軋鋼帶的屈服強(qiáng)度≥410MPa，抗拉強(qiáng)度≥700MPa，延伸率≥30％，屈強(qiáng)比≤0.75，性能優(yōu)于API5CT標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)產(chǎn)品的要求，并且生產(chǎn)工藝成本較低。
文檔編號(hào)C22C38/28GK101967606SQ201010528830
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者劉小國(guó), 孔君華, 李利巍, 楊海林, 胡衛(wèi)東, 蔡衛(wèi)佳, 鄭琳, 馬玉喜 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司