一種高頻焊j55套管用鋼、套管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種鋼種，尤其設(shè)及一種套管用鋼種及相關(guān)的套管和制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)API的標(biāo)準(zhǔn)，石油套管包括無(wú)縫鋼管和焊接套管兩種類(lèi)型。相較于無(wú)縫鋼管 來(lái)說(shuō)，焊接套管的最顯著優(yōu)點(diǎn)是壁厚尺寸精度高，并且具有高抗擠毀性，此外焊接套管還具 有制造流程短、生產(chǎn)效率高、規(guī)格范圍寬、節(jié)能環(huán)保性好、生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品性?xún)r(jià)比高等諸多 優(yōu)勢(shì)。因此，國(guó)際上通常W高頻焊管來(lái)替代無(wú)縫鋼管。目前，國(guó)內(nèi)的油田也在逐步地采取該 種做法。其中，J55鋼級(jí)較之于其它鋼級(jí)的套管，是規(guī)格最多、用量最多且使用最廣泛的一 個(gè)鋼級(jí)。
[0003] 高頻焊（HFW) J55縱剖料套管的一般生產(chǎn)工藝流程為：煉鋼-連鑄-熱軸-鋼卷 縱剖-鋼帶剪切對(duì)焊-銳邊-成型-高頻焊接-超聲波探傷-中頻焊縫熱處理-空冷/水 冷-定徑-飛銀-水壓/通徑-超聲波探傷-外觀尺寸檢查-磁粉探傷-管加工-噴涂/ 標(biāo)記-入庫(kù)。
[0004] 高頻焊是一種通過(guò)高頻電流的集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)把管巧邊緣加熱烙化后并施 W擠壓而鍛合的焊接方法。與其它的焊接方法相比較，其最大的特點(diǎn)在于：無(wú)金屬填充 物（例如，焊絲）。為此，在焊接工藝穩(wěn)定的情況下，焊接質(zhì)量很大程度地取決于鋼帶質(zhì) 量。例如，一種現(xiàn)有的高頻焊機(jī)組J55套管，其化學(xué)元素成分的質(zhì)量比含量（wt. % )為；C : 0. 24-0. 28, Si ;0. 15-0. 30, Mn ;1. 00-1. 20, P《0. 015, S《0. 005, Ca ;0. 0010-0. 0045% ; A1《0. 004,余量為化和其他不可避免的雜質(zhì)。將該板巧熱軸成鋼帶，鋼帶沿中屯、線(xiàn)縱剖 而成，由于熱軸鋼帶存在著成份偏析，并且二分之一部位處的偏析最嚴(yán)重，制管后中屯、偏析 帶位于焊縫處，因此在經(jīng)焊縫正火熱處理后，如圖1所示，該套管在焊縫熱影響區(qū)偏析帶上 有條狀馬氏體存在。然而，根據(jù)API的標(biāo)準(zhǔn)，并不允許焊接套管存在著未回火的馬氏體，故 對(duì)于上述該種套管還需要通過(guò)額外的整管熱處理來(lái)消除馬氏體，從而增加了生產(chǎn)成本。
[0005][0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種高頻焊J55套管用鋼，其具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉 強(qiáng)度，較好的初性，適合用來(lái)制造焊接套管。
[000引為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種高頻焊J55套管用鋼，其化學(xué)元素質(zhì)量百 分比含量為：
[0009] C ；0. 13-0. 18% ；
[0010] Si ；0. 15-0. 25% ；
[0011] Mn ；0. 60-1. 00% ；
[001引 P《0.015%;
[001 引 S《0.005%;
[0014] Nb ；0. 008-0. 020% ；
[00巧]Ca ;0. 0010-0. 0045% ;
[0016] A1 ；0. 010-0. 040% ；
[0017] N《0.008%;
[0018] 其余為化和不可避免雜質(zhì)。
[0019] 本發(fā)明所述的高頻焊J55套管用鋼中的各化學(xué)元素的設(shè)計(jì)原理為：
[0020] C ;C可W顯著提高鋼的強(qiáng)度。然而，當(dāng)C含量過(guò)高時(shí)，會(huì)提高碳當(dāng)量，降低鋼的焊 接性能，并加劇碳的偏析，從而導(dǎo)致焊縫經(jīng)正火熱處理后在熱影響區(qū)偏析帶上出現(xiàn)馬氏體， 因此，本發(fā)明的高頻焊J55套管用鋼中的C含量控制得相對(duì)較低，其為0. 13-0. 18wt. %。
[0021] Si ;Si可固溶于鐵素體用W提高鋼材的屈服強(qiáng)度，但該樣就會(huì)同時(shí)損失材料的 塑性和初性?；诖?，本發(fā)明所述的高頻焊J55套管用鋼中的Si的質(zhì)量百分比含量為 0. 15-0. 25wt. %。
[002引 Mn ;Mn元素主要固溶于鐵素體中W提高材料的強(qiáng)度。不過(guò)，太高含量的Mn會(huì)引起 鋼中組織的嚴(yán)重偏析，影響材料的焊接性能，并經(jīng)焊縫正火熱處理后在熱影響區(qū)偏析帶上 出現(xiàn)馬氏體，故而將本發(fā)明的高頻焊J55套管用鋼中的Mn含量為0. 60-1. OOwt. %。
[002引 Nb ;在熱軸時(shí)Nb可W推遲奧氏體再結(jié)晶而達(dá)到細(xì)化晶粒的作用，在隨后焊接重結(jié) 晶及再加熱的過(guò)程中，Nb還可W阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，析出的第二相質(zhì)點(diǎn)Nb(C、腳產(chǎn)生的 沉淀強(qiáng)化則有利于提高焊縫的強(qiáng)度性能，通?？蒞提高50-100Mpa左右。為此，本發(fā)明的技 術(shù)方案中的Nb的含量為0. 008-0. 020wt. %。
[0024] Ca ;化能夠凈化鋼液，促使MnS球化，從而去除鋼中的S雜質(zhì)，W提高鋼材的綜合 性能。然而，含量太高的化容易令鋼中形成粗大的非金屬夾雜物，因而本發(fā)明的高頻焊巧5 套管用鋼中的化元素需要控制為0. 0010-0. 〇〇45wt. %。
[0025] A1 ;A1是脫氧固氮元素，其與N元素所形成的A1N可W起到細(xì)化奧氏體晶粒的作 用，該樣有利于提高材料的焊縫性能。為此，本發(fā)明所述的高頻焊J55套管用鋼中的A1的 質(zhì)量百分比含量為0. 010-0. 040wt. %。
[0026] S、P和N元素是本技術(shù)方案中的雜質(zhì)元素，其含量應(yīng)控制盡可能地低。
[0027] 較之于現(xiàn)有的套管用鋼，本發(fā)明中的C和Mn元素的含量相對(duì)較低，即本技術(shù)方案 通過(guò)降碳、降鋪來(lái)減輕鋼帶的中屯、偏析，從而使得焊接套管經(jīng)在線(xiàn)正火熱處理后焊縫熱影 響區(qū)內(nèi)不存在馬氏體微觀組織。另外，本技術(shù)方案通過(guò)加入微量的Nb來(lái)補(bǔ)償因降碳、降鋪 而引起的材料強(qiáng)度的損失，改善焊接套管加工的工藝性能并防止焊接套管的粘扣。
[002引進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的高頻焊J55套管用鋼中的C、Mn、Nb和Si還滿(mǎn)足；碳當(dāng)量 CE = (C+Mn/6+Nb/5+Si/24)《0. 40%，W進(jìn)一步保證材料的焊接性。
[0029] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的高頻焊J55套管用鋼的微觀組織為鐵素體+珠光體。
[0030] 更進(jìn)一步地，上述高頻焊J55套管用鋼中的鐵素體+珠光體的基體上具有析出的 第二相，第二相的質(zhì)點(diǎn)為Nb (C、腳。
[0031] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種高頻焊J55套管，該高頻焊J55套管的管體和焊 縫熱影響區(qū)均不具有馬氏體，從而減少了整管熱處理步驟，降低了生產(chǎn)制造成本。另外，該 高頻焊J55套管具有較高的強(qiáng)度和良好的初性。
[0032] 本發(fā)明所述的高頻焊J55套管由上文所提及的高頻焊J55套管用鋼制成，其焊縫 熱影響區(qū)的微觀組織為鐵素體+珠光體。
[0033] 更進(jìn)一步地，本發(fā)