[发明专利]石油套管用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料制造技术领域，特别是涉及一种非整管热处理直缝焊石油套管低屈强比API K55用钢及其制造方法。

背景技术

与无缝管相比，由于直缝焊套管具有尺寸精度高、抗挤溃性能好以及成本低等优点，已广泛用于石油开采行业。其中，J55套管的用量最大，而K55套管由于生产难度大，用量相对较少。

K55套管的技术难度在于制管所用的热轧钢卷的生产难度。由于K55套管的API标准规定：管体的屈服强度在379～552MPa之间，抗拉强度≥655MPa，则所用的热轧钢卷必须满足制管后这种性能要求。但是，直缝电阻焊管制管成型后，由于加工硬化作用的存在，管体性能与钢卷性能相比，抗拉强度基本不变，屈服强度会有不同程度的提高。这样，即使热轧钢卷的性能满足API标准对K55套管的性能要求，但制管后管体的屈服强度往往会高出API标准的上限。

总之，K55套管生产难度大的原因可归纳为两个方面：一是对板管屈服强度的变化规律认识不清，没有定量的认识，难以明确给出所用的热轧钢卷的性能要求；二是即使能明确这种要求，热轧钢卷也难以达到所要求的低屈强比。

对此，有人采用了制管后进行整管热处理的工艺，并且已经批量供货。(详见文献《高频电阻焊K55钢级套管的研发》，《钢管》，2008年8月，第37卷第4期)。采用整管热处理工艺，对热轧钢卷的性能要求相对较低，不要求低的屈强比，这样K55套管性能要求仅通过整管热处理就能够满足。不过，鉴于制管后进行整管热处理的成本较高，而且大多数制管厂没有整管热处理的热处理炉，也有人研究了非整管热处理K55套管用钢的制造工艺(详见申请号为200610027021.8的中国专利申请《一种低屈强比直缝焊石油套管用钢及其制造方法》)，但是，应用此专利申请文件中公开的技术方案进行生产后发现，产品也存在屈服强度超出API标准的上限的情况。因此，该专利申请文件中公开的技术方案能够生产K55套管用钢，但是不能同时稳定地生产所有尺寸规格的K55套管用钢。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种石油套管用钢及其制造方法，生产出合格的K55石油套管用热轧钢卷，其抗拉强度≥655MPa，而屈服强度控制在370MPa～523MPa之间，屈强比控制在0.56～0.80之间，满足所有尺寸规格的K55石油套管对热轧钢卷的性能要求。

为解决上述问题，本发明提供一种石油套管用钢，其成分的质量百分比为：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，其余为Fe和不可避免的杂质。

可选地，所述V的质量百分比为0.01～0.1。

可选地，所述Mo的质量百分比为0.005～0.35。

本发明提供的石油套管用热轧钢卷的成分设计原理如下：

C：0.31～0.35％，C通过固溶强化和析出强化作用提高钢材的强度，随着C含量的提高，钢材的抗拉强度和屈服强度都得到提高，但抗拉强度提高的幅度要大于屈服强度的提高幅度。这是因为，随着C含量的提高，钢材中珠光体的体积分数也增加，而抗拉强度主要取决于钢材中珠光体的体积分数及珠光体的片层间距的大小；而屈服强度主要取决于钢材中铁素体的体积分数、晶粒度和过饱和度等。因此，提高C含量是生产K55石油套管用钢的思想之一。但是，过高的C含量会提高碳当量，从而影响可焊性。

Mn：0.8～1.5％，Mn通过固溶强化和晶粒细化作用提高钢材的强度，且对抗拉强度和屈服强度贡献度基本一致。但Mn含量过高，会增加板坯中心偏析程度，从而影响热轧组织的均匀性，并给焊缝质量带来负面影响。

V：0.01～0.1％，V具有细化晶粒和析出强化的作用，但析出强化起主导作用，因此，对于K55石油套管用钢适量添加V，可以充分发挥析出强化的作用，有利于提高钢材的强度，而碳当量又不发生显著变化，对可焊性不发生显著影响。

Al：≤0.024％，Al的主要作用有两个方面，一是炼钢工序脱氧的作用，二是Al与钢中的N形成化合物，具有晶粒细化的作用。基于以上考虑，为了获得较粗的晶粒尺寸，获得低的屈强比，本发明限制Al的含量≤0.024％。