[发明专利]一种低屈强比石油套管用钢及制造方法和套管的生产方法

说明书

技术领域

本发明属于石油套管技术领域，具体涉及一种低屈强比石油套管用钢及其制造方法和套管的生产方法，更具体涉及一种复合API标准的K55钢级低屈强比高频电阻焊(HFW)石油套管用钢及其制造方法和套管的生产方法。

背景技术

一般情况下，石油及天然气开采用套管是根据API标准组织生产与供货的。API标准规定，K55钢级石油套管有无缝管和焊管两种类型，相对于无缝管而言，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，焊管是生产厂家与油田用户的首选品种，一直受到市场的青睐。但是对于K55钢级低屈强比高频电阻焊(HFW)套管，由于生产难度高，目前仅有国外少数厂家可以生产。

K55钢级石油套管是一种高附加值产品。该套管屈服强度须在379～552MPa之间，抗拉强度须大于655MPa，其特点是材料的屈强比低，屈服强度和抗拉强度(均取中线值)的比值约为0.7。目前该级别套管一般的生产流程为：炼钢-连铸-热轧成板卷-板卷头尾剪切对焊-板带成型-在线焊接-焊缝热处理或整管热处理-管加工-出厂检验等。从生产流程上看，由于制管时板带成型而引入的加工硬化的作用，与板卷相比，管体屈服强度会有所提高，抗拉强度会因材料损伤而略有降低。实践表明，成型后管体屈服强度较板卷升高约50～100MPa，抗拉强度可以下降约10～30MPa，这样，理想的板卷屈服强度应该控制在400MPa左右，而抗拉强度应该控制在680MPa以上，要求热轧板的屈强比小于0.65，对于较低碳当量的低合金钢很难达到这一要求。

API 5CT标准中对K55的成分要求比较简单，只有S和P的要求(S≤0.03，P≤0.03)。英国钢铁公司(BSC)的Corby钢管厂采用2种成分生产K55套管。成分1为(以质量百分数计)：C：0.17-0.22％，Si：0.25-0.35％，Mn：1.3-1.5％，P≤0.025％，S≤0.015％，V：0.1-0.13％，Nb：0.01-0.024％、Al：0.025-0.065％。成分2为(以质量百分数计)：C：0.33-0.37％，Si：0.10-0.35％，Mn：1.35-1.55％，P≤0.025％，S≤0.015％，Al：0.025-0.065％。成分1因碳含量较低，故加入了V、Nb等元素来弥补强度的不足，其制造特点是焊管制管后需再次加热经张力减径制成K55套管，加工工艺复杂，成本较高，屈强比较高。成分2制管后需再次加热到880℃正火处理制成K55套管，工艺成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低屈强比石油套管用钢及其制造方法和套管的生产方法，该石油套管用钢的屈服强度为379～552MPa，抗拉强度≥655MPa，屈强比＜0.65，冲击功≥50J，生产出性能稳定的低屈强比K55套管，该套管的屈服比＜0.7。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明通过成分设计降低材料的屈强比，具体是提高C和Mn含量，以提高珠光体比例以及减小珠光体片层间距，提高抗拉强度，同时适当配以Ti、Nb微合金化，依靠Ti、Nb微合金元素在高温下形成的碳氮化物，作为先共析铁素体的形核质点，促进晶界铁素体析出，增加组织中的软相，保证较低的屈服强度。同时在制造工艺上，采用低温轧制和卷取控冷工艺，抑制魏氏组织的形成，降低屈强比的同时提高韧性。为保证高碳当量热轧板的板卷对焊质量，本发明优化焊接工艺参数，实现了高碳当量材料成型过程中不断裂，保证了安全生产。

具体的，本发明一种低屈强比石油套管用钢，其化学成分质量百分比为：C：0.38～0.48％，Si：0.1～0.4％，Mn：1.0～1.4％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al：0.002～0.04％，Ti：0.005～0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质，且上述成分含量必须同时满足如下关系：0.58％≤C+Mn/6≤0.68％。

进一步，所述低屈强比石油套管用钢还含有：0＜Nb≤0.02％，以质量百分比计。

所述低屈强比石油套管用钢的微观组织为铁素体+珠光体。

所述低屈强比石油套管用钢的屈服强度为379～552MPa，抗拉强度≥655MPa，屈强比＜0.65，冲击功≥50J。

本发明钢化学成分中各合金元素作用机理如下：