專利名稱：一種石油套管用鋼、高頻電阻焊石油套管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種石油套管用鋼，具體地說，涉及一種石油套管用鋼及其制造方法 和CO2氣體保護焊的方法，以及用該鋼種制成的125ksi鋼級高頻電阻焊石油套管及其制造 方法。
背景技術：
API標準規(guī)定，石油套管分為無縫管和焊接套管兩種類型。相對于無縫管而言，焊 接套管具有生產效率高、尺寸精度好、規(guī)格范圍寬、成本低等顯著特點，因此是生產廠家與 油田用戶的首選品種，一直受到市場的青睞。高頻電阻焊石油套管傳統(tǒng)的生產工藝是根據套管性能的需要，設計合適的化學 成分，冶煉并軋成熱軋板卷，將板卷通過成型和高頻電阻焊方式制成管料，對鋼管焊縫或鋼 管整體進行熱處理，然后對管端進行適當的螺紋加工，最終生產出合格的石油套管。為了提高生產效率，除了需要對板卷邊部進行高頻電阻焊外，還需對兩板卷頭尾 之間進行CO2氣體保護焊，以便實現多卷連續(xù)生產。但是CO2氣體保護焊要求板卷的碳當量 低，為了能很好的進行板卷頭尾對焊，一般都將板卷的碳當量控制在0. 43以下。然而，125ksi鋼級石油套管要求管體的屈服強度在862_1034MPa之間，抗拉強度 ^ 931MPa，零度橫向沖擊功> 27J，與低鋼級產品相比，125ksi產品的強度提高，同時對韌 性的要求也提高。為了得到125ksi鋼級產品的高強度和高韌性，需要加入合金元素，但合金元素的 加入會使碳當量高于0. 43，導致CO2氣體保護焊的焊縫在制管過程中斷裂。JP07173541A和JP06017127A采用焊接后回火或正火的熱處理方式生產高強度機 械結構用ERW鋼管，其鋼種合金含量較高，碳當量高，會給連續(xù)生產時的板卷頭尾焊接帶來 問題，并且其韌性低，不適于125ksi鋼級石油套管的生產。CN101376946A提供了一種IlOksi鋼級直縫焊石油套管用鋼，但這種直縫焊石油 套管強度較低，不適合125ksi產品的生產。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一個目的在于提供一種石油套管用鋼，其能夠用于制造125ksi鋼級 的高頻電阻焊石油套管，并且還能夠適用于CO2氣體保護焊工序，提高后續(xù)的高頻電阻焊石 油套管生產效率。本發(fā)明的第二個目的在于提供一種所述石油套管用鋼的制備方法，其能夠制造出 強度較低的石油套管用鋼，有利于降低后續(xù)的鋼管成型工序的難度。本發(fā)明的第三個目的在于提供一種所述石油套管用鋼的CO2氣體保護焊的方法， 其能夠實現多卷連續(xù)生產，并且當碳當量在0. 43-0. 55時，其焊縫在制管過程中不斷裂。本發(fā)明的第四個目的在于提供一種高頻電阻焊石油套管，其符合125ksi鋼級要 求。
本發(fā)明的第五個目的在于提供一種所述高頻電阻焊石油套管的制備方法，其能夠 制備出符合125ksi鋼級要求的石油套管。本發(fā)明所提供的石油套管用鋼，其成分質量百分比為C:0. 15-0.3%, Si 0. 1-0. 5%,Mn 0. 6-1. 2%,P 彡 0. 02%,S 彡 0. 01%,Mo 0. 1-0. 5%,V 0. 08-0. 2%,Ti 0. 01-0. 05%, Nb 0. 01-0. 05%，余量為Fe和不可避免的雜質，并且其碳當量彡0. 55。本發(fā)明所提供的石油套管用鋼，其成分質量百分比優(yōu)選為C:0. 2-0.3%、Si 0. 1-0. 4%, Mn 0. 6-1%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 01%, Mo 0. 1-0. 3%, V 0. 08-0. 15%, Ti 0. 01-0. 05%, Nb 0. 01-0. 05%，余量為Fe和不可避免的雜質。優(yōu)選地，碳當量為0.43-0. 55。本發(fā)明所提供的石油套管用鋼可以采用以下方法制造，包括(1)鋼水冶煉，并澆鑄成板坯；(2)板坯經1200-1300°C加熱后軋成板帶，板帶的終軋溫度為850_950°C ；(3)軋后板帶經層流冷卻至650_700°C卷取成板卷。本發(fā)明所提供的所述石油套管用鋼的CO2氣體保護焊的方法，焊接電流為 500-600A，焊接速度 50-60cm/min。本發(fā)明所提供的高頻電阻焊石油套管，其成分質量百分比為C:0. 15-0. 30%, Si 0. 1-0. 5%,Mn ；0. 6-1. 2%,P 彡 0. 02%,S 彡 0. 01%,Mo 0. 1-0. 5%,V 0. 08-0. 2%, Ti 0. 01-0. 05%, Nb 0. 01-0. 05%，余量為Fe和不可避免的雜質，并且其碳當量< 0. 55。本發(fā)明所提供的高頻電阻焊石油套管，其成分質量百分比優(yōu)選為C 0. 2-0. 3%, Si :0. 1-0. 4%, Mn :0. 6-1%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 01%, Mo :0. 1-0. 3%, V :0. 08-0. 15%, Ti :0. 01-0. 05%, Nb :0. 01-0. 05%，余量為Fe和不可避免的架質。優(yōu)選地，碳當量為0.43-0. 55。本發(fā)明所提供的高頻電阻焊石油套管可以采用以下方法制造，包括(1)石油套管用鋼的鋼管成型；(2)高頻電阻焊接，焊接功率為500-850kW，焊接速度為10-20m/min，擠壓量 2-10mm ；(3)整管熱處理，包括900-950°C加熱保溫20_60min，水淬后550°C -650°C回火，保 溫 40-80min。優(yōu)選地，在步驟(1)之前還包括石油套管用鋼的CO2氣體保護焊，焊接電流為 500-600A，焊接速度 50-60cm/min。優(yōu)選地，所述石油套管用鋼的制造方法包括(i)鋼水冶煉，并澆鑄成板坯；(ii)板坯經1200-1300°C加熱后軋成板帶，板帶的終軋溫度為850_950°C ；(iii)軋后板帶經層流冷卻至650-700°C卷取成板卷。本發(fā)明在材料中加入Nb、V、Ti等微合金元素，通過其析出強化作用和細化晶粒效 果，提高材料的強度和韌性，以下將本發(fā)明合金成分的設計機理作詳細說明C=O. 15-0.3%, C為碳化物形成元素，可以提高鋼的強度，太低時效果不明顯，太 高時會顯著降低鋼的焊接性能。Si 0. 1-0.5%, Si固溶于鐵素體以提高鋼的屈服強度，不宜過高，太高會使加工
4和韌性惡化，低于0. 效果不明顯。Mn 0. 6-1. 2%,Mn為奧氏體形成元素，可以提高鋼的淬透性，含量小于0. 6時作用 不明顯，含量大于1. 5%時，將顯著增加鋼中的組織偏析，影響熱軋組織的均勻性。Mo 0. 1-0. 5%, Mo主要是通過碳化物及固溶強化形式來提高鋼的強度及回火穩(wěn) 定性，含量過高會降低鋼的韌性。V 0. 08-0. 2%, V能夠細化晶粒，形成碳化物，能顯著提高鋼的強度，但含量達到 一定量時，其效果增加便不明顯。Ti 0. 01-0. 05%, Ti是強碳氮化物形成元素，顯著細化奧氏體晶粒，可彌補因碳 降低而引起的強度的下降，若含量太高，易形成粗大的TiN，降低材料性能。Nb 0. 01-0. 05%, Nb是細晶和析出強化元素，可彌補因碳降低而引起的強度的下 降，含量小于0. 01%時作用不明顯，因其價格昂貴，所以要限制使用量。P 彡0.02%、S 彡0.01%，P和S是鋼中的有害雜質元素，含量過高會惡化鋼的韌 性且不利于焊接，因此應盡量降低鋼中的磷、硫含量。本發(fā)明與現有技術相比具有的優(yōu)點是(1)本發(fā)明提供的石油套管用鋼，其能夠用于制造125ksi鋼級的高頻電阻焊石油 套管，并且還能夠適用于CO2氣體保護焊工序，提高后續(xù)的高頻電阻焊石油套管生產效率；(2)本發(fā)明提供的所述石油套管用鋼的CO2氣體保護焊的方法，其能夠實現多卷連 續(xù)生產，并且當碳當量在0. 43-0. 55時，其焊縫在制管過程中不斷裂；(3)本發(fā)明提供的高頻電阻焊石油套管，其符合125ksi鋼級要求，可以廣泛用于 石油開采；(4)本發(fā)明所使用的材料合金成本低，具有重大的經濟效益。
具體實施例方式實施例1實施例1化學成分見表1。鋼水經轉爐冶煉，澆鑄，加熱至1220°C加熱后軋成板帶， 終軋溫度850°C，層流冷卻至650°C，卷曲成熱軋卷；板卷CO2氣體保護焊電流560A-568A，焊 接速度50cm/min ；高頻電阻焊功率為750kW、焊接速度為15m/min，擠壓量為5mm。整管熱處 理加熱溫度950°C，保溫40min后水淬，回火溫度620°C，保溫時間50min，力學性能如表2、3 所示。實施例2實施例2化學成分見表1。鋼水經轉爐冶煉，澆鑄，加熱至1250°C加熱后軋成板帶， 終軋溫度880°C，層流冷卻至680°C，卷曲成熱軋卷；板卷CO2氣體保護焊電流550A-560A，焊 接速度54cm/min ；高頻電阻焊功率為800kW、焊接速度為12m/min，擠壓量為4mm。整管熱處 理加熱溫度900°C，保溫50min后水淬，回火溫度620°C，保溫時間60min，力學性能如表2、3 所示。實施例3實施例3化學成分見表1。鋼水經轉爐冶煉，澆鑄，加熱至120(TC加熱后軋成板帶， 終軋溫度900°C，層流冷卻至700°C，卷曲成熱軋卷；板卷CO2氣體保護焊電流570A-578A，焊 接速度55cm/min ；高頻電阻焊功率為700kW、焊接速度為12m/min，擠壓量為6mm。整管熱處理加熱溫度920°C，保溫45min后水淬，回火溫度650°C，保溫時間70min，力學性能如表2、3所示。實施例4實施例4化學成分見表1。鋼水經轉爐冶煉，澆鑄，加熱至1280°C加熱后軋成板帶， 終軋溫度910°C，層流冷卻至660°C，卷曲成熱軋卷；板卷CO2氣體保護焊電流570A-580A，焊 接速度eOcm/min ；高頻電阻焊功率為650kW、焊接速度為ISm/min，擠壓量為7mm。整管熱處 理加熱溫度900°C，保溫60min后水淬，回火溫度640°C，保溫時間40min，力學性能如表2、3 所示。比較例比較例1采用專利CN101376946A的成分，比較例2與實施例3不同之處在于不添 加V、Nb、Ti。鋼水經轉爐冶煉，澆鑄，加熱至1250°C加熱后軋成板帶，終軋溫度880°C，層流 冷卻至680°C，卷曲成熱軋卷；板卷CO2氣體保護焊電流550A-560A，焊接速度54cm/min ；高 頻電阻高頻焊接功率為800kW、焊接速度為12m/min，擠壓量為4mm。整管熱處理加熱溫度 900°C，保溫50min后水淬，回火溫度610°C，保溫時間60min，力學性能如表2、3所示。比較例1不含鈮和鈦，V含量較低，不滿足125ksi鋼級的強度要求，比較例2不含 鈮、釩和鈦，強度為IlOksi鋼級的下限，不滿足125ksi鋼級的強度性能要求。由此可見，采 用本發(fā)明所設計的化學成分和制造工藝，可以穩(wěn)定地生產出滿足125ksi鋼級要求的高頻 電阻焊石油套管。表1實施例和比較例的化學成分(wt % ) 表2實施例和比較例熱軋板的力學性能
表3實施例和比較例鋼管的力學性能
權利要求
一種石油套管用鋼，其成分質量百分比為C0.15 0.3％、Si0.1 0.5％、Mn0.6 1.2％、P≤0.02％、S≤0.01％、Mo0.1 0.5％、V0.08 0.2％、Ti0.01 0.05％、Nb0.01 0.05％，余量為Fe和不可避免的雜質，并且其碳當量≤0.55。
2.如權利要求1所述的石油套管用鋼，其特征在于，其成分質量百分比為C: 0. 2-0. 3%, Si 0. 1-0. 4 %, Mn :0. 6-1 %, P ^ 0. 02 %, S ≤ 0. 01 %, Mo :0. 1-0. 3%, V 0. 08-0. 15%, Ti :0. 01-0. 05%, Nb :0· 01-0. 05%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
3.如權利要求1或2所述的石油套管用鋼，其特征在于，其碳當量為0.43-0. 55。
4.如權利要求1、2或3所述的石油套管用鋼的制造方法，包括(1)鋼水冶煉，并澆鑄成板坯；(2)板坯經1200-1300°C加熱后軋成板帶，板帶的終軋溫度為850-950°C；(3)軋后板帶經層流冷卻至650-700°C卷取成板卷。
5.如權利要求1、2或3所述的石油套管用鋼的CO2氣體保護焊的方法，其特征在于，焊 接電流為500-600A，焊接速度50-60cm/min。
6.一種高頻電阻焊石油套管，其成分質量百分比為=C 0. 15-0.3%, Si 0. 1-0.5%, Mn 0. 6-1. 2 P ≤ 0. 02 S ≤0. 01 Mo 0. 1-0. 5 V 0. 08-0. 2 Ti 0. 01-0. 05%, Nb 0. 01-0. 05%，余量為Fe和不可避免的雜質，并且其碳當量彡0. 55。
7.如權利要求6所述的高頻電阻焊石油套管，其特征在于，其成分質量百分比為C: 0. 2-0. 3%, Si 0. 1-0. 4 %, Mn :0. 6-1 %, P ≤ 0. 02 %, S ≤ 0. 01 %, Mo :0. 1-0. 3%, V 0. 08-0. 15%, Ti :0. 01-0. 05%, Nb :0· 01-0. 05%，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
8.如權利要求6或7所述的高頻電阻焊石油套管，其特征在于，其碳當量為 0. 43-0. 55。
9.如權利要求6、7或8所述的高頻電阻焊石油套管的制造方法，包括(1)石油套管用鋼的鋼管成型；(2)高頻電阻焊接，焊接功率為500-850kW，焊接速度為10-20m/min，擠壓量2_10mm；(3)整管熱處理，包括900-950°C加熱保溫20-60min，水淬后550°C-650°C回火，保溫 40-80min。
10.如權利要求9所述的高頻電阻焊石油套管的制造方法，其特征在于，還包括步驟 (1)之前的石油套管用鋼的CO2氣體保護焊，焊接電流為500-600A，焊接速度50-60cm/min。
11.如權利要求9或10所述的高頻電阻焊石油套管的制造方法，其特征在于，所述石油 套管用鋼的制造方法包括(i)鋼水冶煉，并澆鑄成板坯；( )板坯經1200-1300°C加熱后軋成板帶，板帶的終軋溫度為850-950°C ；(iii)軋后板帶經層流冷至650-70(TC卷取成板卷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石油套管用鋼和125ksi鋼級高頻電阻焊石油套管，其成分質量百分比為C0.15-0.3％、Si0.1-0.5％、Mn0.6-1.2％、P≤0.02％、S≤0.01％、Mo0.1-0.5％、V0.08-0.2％、Ti0.01-0.05％、Nb0.01-0.05％，余量為Fe和不可避免的雜質，并且其碳當量≤0.55。本發(fā)明還公開了所述石油套管用鋼的制造方法和CO2氣體保護焊的方法，以及所述高頻電阻焊石油套管的制造方法。
文檔編號B21C37/08GK101892422SQ20091005152
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月19日 優(yōu)先權日2009年5月19日
發(fā)明者史宏德, 田青超, 董曉明 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司