[发明专利]80ksi钢级直缝焊石油套管用钢、套管及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直缝电阻焊石油套管用钢、套管及制造方法，更具体地说，是涉及一种N80Q钢级直缝焊石油套管用钢、套管及制造方法。

背景技术

石油及天然气开采用套管一般是根据API(美国石油协会)标准组织生产与供货的。API标准规定，可以用无缝管和直缝焊管制造石油套管。相对于无缝管而言，直缝焊管具有生产效率高、尺寸精度好、规格范围宽、成本低等显著特点，因此是生产厂家与油田用户的首选品种，一直受到市场的青睐。

就直缝焊套管而言，传统的生产工艺是：根据套管性能的需要，设计合适的化学成分；冶炼并轧成热轧板卷；将板卷通过成型和直缝电阻焊方式制成管料；对钢管焊缝或钢管整体进行热处理；并对管端进行适当的螺纹加工，最终生产出合格的石油套管。

就N80-Q钢级石油套管而言，标准规定：钢管的屈服强度Rp_0.2在552～758MPa之间，抗拉强度R_m≥689MPa，零度横向冲击≥20J。

一种实现高强度性能要求的方法是获得高强度的热轧钢板，成型、卷取并焊接后仅对焊缝进行热处理来达到API标准规定的性能要求。由于N80-Q钢级套管屈服强度较高，如果按照上述标准规定直接生产热轧板料，会给其后的工序制板和成型带来难度，因此，应考虑先尽量降低热轧板卷强度，然后在焊接后，通过焊后整管热处理，比如通过调质处理可使产品达到N80Q钢级的水平，由于焊缝和管体同时经历了相变，整管热处理能有效的减轻焊缝与管体组织上的差异，消除残余应力，从而提高套管的性能满足API标准规定的要求。

目前，关于焊接后对焊缝热处理生产N80高强度ERW焊接钢管的报道，如JP60187663，采用焊后对焊缝热处理的方式生产N80Q ERW焊接石油套管，其合金设计的化学成分重量百分比为C：≤0.19、Si：≤0.5、Mn：1.0～2.0、Nb：≤0.05、V：≤0.05、Ti≤0.04、Al≤0.05，其余为Fe和不可避免的杂质；US4772771，亦 是采用焊后对焊缝热处理的方式生产N80 ERW焊接石油套管，其合金设计的化学成分重量百分比为C：0.08～0.26、Si：0.1～0.5、Mn：0.8～1.9、Nb：≤0.05、V：≤0.05、Ti≤0.03、B≤0.002，其余为Fe和不可避免的杂质。上述两个专利文献其合金设计方案及套管制造方法均与本发明存在很大不同。

为得到这种N80Q高钢级焊接套管，并尽量控制其热轧板卷的屈服强度，从成分设计角度考虑，应采用较高碳当量的碳锰钢。但是对于连续焊管生产而言，除了需要对板卷边部进行电感应加热熔化后挤压焊接外，还需对两板卷头尾之间进行CO₂气体保护焊，以便实现多卷连续生产。因此，从焊接角度出发，必须对板卷的碳当量有所限制。为了能很好的进行板卷头尾对焊，一般都将板卷的碳当量控制在0.40以下。为了在较低碳当量下得到较高强度，并在整管热处理时沿壁厚完全淬透，需要在材料中加入合金元素。

因此，为解决上述问题，本发明的目的在于通过合理的成分和工艺设计，开发出一种焊缝与管体性能一致的高钢级N80Q石油套管，以满足石油天然气开采开发需要。

发明内容

本发明的目的首先是提供一种80ksi钢级直缝焊石油套管用钢。

本发明还提供用上述钢制造的套管。

本发明还提供上述套管的制造方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的N80Q钢级直缝焊石油套管用钢，其化学成分重量百分比如下：C：0.15～0.35、Si：0.1～0.5、Mn：0.8～1.5、Al：0.01～0.05、Mo：0.1～0.5，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明化学成分设计的各个合金元素的作用如下：

碳C：C为碳化物形成元素，可以提高钢的强度，太低时效果不明显，太高时会大大降低钢的焊接性能，因此，C的含量在0.15～0.35(以重量百分比计，以下各元素相同)比较合理。

锰Mn：Mn为奥氏体形成元素，可以提高钢的淬透性，含量小于0.8时作用不明显，含量大于1.5时，大大增加钢中的组织偏析，影响热轧组织的均匀性，因此，Mn的含量在0.8～1.5比较合理。

硅Si：Si加入钢中起到脱氧和改善耐蚀性的作用，但高于0.5，加工和韧 性恶化，因此，Si的含量在0.1～0.5比较合理。

铝Al：Al在钢中起到了脱氧作用和细化晶粒的作用。当加入量低于0.01时，效果不明显，加入量超过0.05，力学性能变差，因此，Al的含量在0.01～0.05比较合理。