[发明专利]一种钒合金化直缝电阻焊石油套管用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于石油套管用钢热轧板卷生产技术领域，特别涉及一种钒合金化直缝电阻焊石油套管用钢及其制造方法。

背景技术

目前石油套管主要有无缝钢管和直缝电阻焊管两种。直缝电阻焊管尺寸精度高，价格比较低。近年来，直缝电阻焊管油井管的使用量已占油井管总量的30％左右。直缝电阻焊管用钢系低碳微合金化钢经TMCP轧制而成，具有良好的强韧性。

J55级别油井套管用钢已经大批量生产，但目前大量生产的J55石油套管用微合金钢一般采用高钛(Ti)或铌(Nb)合金化配合微Ti处理改善强韧性和焊接性能。例如公开号为CN 101033525A的专利《直缝焊石油套管用热轧板带钢及其生产方法》，通过添加0.015％～0.040％的Ti进行微合金化。该专利由于采用单一Ti元素进行微合金化，因此屈服强度偏低。考虑到制管后的包申格效应导致屈服强度降低30MPa左右，一般钢管制造企业要求钢板的屈服强度在400MPa以上。同时，由于采用较高的Ti微合金化，如果钢中氮(N)含量过高，将导致TiN颗粒在钢液中析出，严重影响钢管的韧性和使用安全性。因此该专利要求钢中的N含量不高于50ppm。工业化大批量稳定生产该钢存在一定难度。

目前工业化生产中大多采用Nb微合金化配合微Ti处理的方法避免单一Ti合金化导致的上述弊端。但Nb微合金化钢在实际生产中往往会带来铸坯角横裂等问题，导致大量板坯需要清理检查甚至做切角处理才能保证钢板(带)表面无裂纹等缺陷。而且Nb合金价格的高涨也导致合金成本大幅增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钒合金化直缝电阻焊石油套管用钢及其制造方法。用于制造屈服强度为380MPa级别的直缝电阻焊管。通过采用V微合金化配合微Ti处理的成分设计，解决了Nb微合金化带来的铸坯缺陷问题，也避免了单一Ti合金化带来的生产难度大的问题，而且还降低了合金成本。

一种V合金化直缝电阻焊石油套管用钢，钢的化学成分(熔炼分析)按重量百分比为：C：0.14～0.21％，Si≤0.40％，Mn：0.8～1.4％，V：0.015～0.050％，Ti：0.008～0.020％，P≤0.025％，S≤0.008％，Alt：0.015～0.050％，其余为铁及不可避免的杂质元素。

下面分别介绍各主要合金元素的作用：

C：0.14～0.21％。C元素是钢的主要固溶强化元素，并与钢种微合金元素结合形成析出相强化钢基体。但C含量过高将恶化钢的组织、焊接性能和冲击性能。因此本发明将C含量控制在较低的范围，既发挥其强化作用，又不降低其韧性性能和使用性能。

Mn：0.8～1.4％。Mn元素为奥氏体形成元素，降低奥氏体-铁素体相变点，细化组织改善韧性，同时还有较明显的固溶强化作用，含量过低无法保证钢的强韧性能。但含量过高将导致明显的偏析和组织恶化，影响韧性性能。

V：0.015～0.050％。V元素为强碳化物形成元素，在钢中以碳氮化钒的形式析出，显著提高钢的强度。

Ti：0.008～0.020％。Ti为强氮化物形成元素，高温下TiN能有效钉扎奥氏体晶界，抑制高温下奥氏体晶粒粗化。过低的Ti导致TiN固溶温度过低，无法有效阻止奥氏体粗化。过高的Ti导致TiN在钢液中析出并粗化，恶化钢的冲击韧性。

本发明提供的制造方法包括冶炼-制坯-热轧-层流冷却-卷取步骤，控制如下工艺参数。

1、该石油套管用钢经转炉或电炉冶炼，并浇铸成板坯，石油套管用钢的化学成分按重量百分比为：C：0.14～0.21％，Si≤0.40％，Mn：0.8～1.4％，V：0.015～0.050％，Ti：0.008～0.020％，P≤0.025％，S≤0.008％，Alt：0.015～0.050％，其余为铁及不可避免的杂质元素。

2、板坯经1160～1250℃加热后轧制成板带，板带的终轧温度在800～900℃之间。

3、轧后板带经层流冷却至520～640℃卷取成板卷。

按上述要求轧成的热轧卷可以提供制造J55焊管。

本发明的优点在于：采用V+微Ti合金化的成分设计，避免了单一Ti合金化成分体系导致的强度偏低和生产难度较大的问题，也避免了Nb+微Ti合金化导致的铸坯表面裂纹等缺陷问题，同时成本得到一定降低，为该钢的稳定大批量低成本的生产提供了可行的技术方案。

具体实施方式