[发明专利]直缝电阻焊石油套管用钢及套管制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油天然气工业油气井用直缝电阻焊石油套管用钢及其制造方法。用所提供的材料和工艺制造的直缝电阻焊石油套管具有良好的综合性能，满足油气井钻井和完井的需要。

背景技术

采用直缝电阻焊方法生产石油套管具有生产效率高的特点；由于电阻焊接所用的热轧板卷依靠控制轧制方法生产，具有高的壁厚精度，如果制管工艺得当，钢管的几何尺寸精度也很好；加之焊接技术发展及无损检测技术进步，使直缝电阻焊管的质量有了很大提高，其高成材率也显示出其良好的经济性。但是，直缝电阻焊石油套管在使用中的质量事故时有发生，主要表现为螺纹粘扣、焊缝存在粗大组织缺陷、焊缝存在氧化物夹杂、甚至存在裂纹，严重时会导致爆裂。

二十世纪八十年代以来，为了降低钻完井成本，我国石油行业开展了用进口直缝电阻焊套管部分替代无缝套管的研究和推广应用工作，取得了良好的成效。随着国内直缝电阻焊接生产线的引进，国产直缝电阻焊石油套管开始生产和应用，降低了油田勘探开发成本。但是，国产石油套管生产厂家繁多，产品质量参差不齐，时而发生质量事故，其技术完整性还有待提高。

为了满足油气田勘探开发对石油套管可靠、经济的要求，本发明专利通过钢材化学成分和套管制造工艺的优化设计，提供了一种螺纹抗粘扣、母材和焊缝强度韧性优良、抗挤性能好等综合性能优良的直缝电阻焊石油套管用钢及其制造方法。

发明内容

本发明的目的是：提供一种直缝电阻焊石油套管用钢及套管制造方法，针对电阻焊套管螺纹连接部位易于粘扣、焊缝易产生缺陷、焊缝韧性低等问题，通过钢材化学成分和套管制造工艺的优化设计，提供了一种螺纹抗粘扣、母材和焊缝强度韧性优良、抗挤性能好等综合性能优良的直缝电阻焊石油套管用钢及其制造方法，以满足油气田勘探开发对直缝电阻焊石油套管可靠性和经济性的要求。

本发明采用的技术方案是：直缝电阻焊石油套管用钢及套管制造方法，其特征在于：

本发明的直缝电阻焊石油套管合金材料的(各组分)质量百分比如下：

C：0.15～0.28％；Mn：1.0～1.6％；Si：0.2～0.4％；Al：0.02～0.06％；P≤0.01％；S≤0.005％，N≤0.008％，Ca0.001～0.005％，余量为Fe；在此基础上还可添加质量百分比Nb：0.03～0.10％；Ti：0.02～0.06％；V：0.03～0.10％中的一种或两种以上的合金元素；还可添加微量的Cu：0.15～0.25％，Ni：0.15～0.25％，Mo：0.16～0.3％，Cr：0.1～0.2％，B：0.001～0.005％合金元素。同时，控制Mn/Si：4～10。适当的碳含量主要是为了兼顾材料的强韧性和螺纹的抗粘扣性能；Mn是固溶强化和提高淬透性的元素，加入Nb、V、Ti等微合金化元素以细化晶粒，加入Cu元素以提高材料强度和耐腐蚀性能，加入Ni元素来改善添加Cu热加工性能的不利影响，加入Mo、Cr来提高材料的淬透性；加入微量B元素进一步提高材料淬透性，也可减少其它合金元素添加量以降低成本；采用Al、Si完全脱氧，脱S、P及有害气体，Ca处理控制夹杂物形态，以提高材料的韧性和综合性能；控制Mn与Si比主要是要降低电阻焊接过程中焊缝不可避免的氧化物的熔点使其易于排出，以改善焊缝性能。

直缝电阻焊石油套管的制造方法：

首先，制备热轧板卷：将直缝电阻焊石油套管用钢各组分经过氧吹转炉熔炼，炉外精炼，真空脱气；经过连铸成250mm厚的板坯；然后再加热至约1200℃；温度降至1000～1100℃进行粗轧，温度在750～950℃进行精轧，精轧后喷水冷却，冷却速度为15～30℃/s；然后卷取，卷取温度520～620℃，制成综合性能优良的厚度为6～19.1mm的热轧板卷。

其次，用热轧板卷生产直缝电阻焊接钢管：热轧板卷拆卷、矫平，铣边，精确控制带钢宽度和板边垂直度，采用排辊成型控制板边波形；调整焊接电流、电压参数。以产生60～80°的焊缝金属流动上升角为目标控制焊缝的挤压量。开口角控制在3～6°，焊接速度为15～25m/min。焊接成厚度为6～19.1mm的直缝钢管。(焊缝金属流动上升角：电阻焊接过程中，焊缝两边金属加热并挤压后形成的金属流线与原金属流线的夹角)