[发明专利]N80级电阻焊石油套管用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直缝电阻焊管（简称ERW/HFW）用钢及其制造方法，特别是涉及API SPEC 5CT中一种具有优良焊接性和冲击韧性的高强度N80钢级1类ERW石油套管用钢及其制造方法。

背景技术

石油套管是油田最常用的石油专用管材之一，用量大，花钱多，是油气田钻采作业中必不可少的施工材料。HFW 套管与无缝管相比，具有壁厚均匀、尺寸精度高、射孔性能好、抗挤毁能力强、成本低等显著优势，正在逐渐替代传统的无缝钢管。

API Spec 5CT标准规定，可以用无缝管和直缝焊管制造石油套管。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钢级石油套管而言，标准规定：管体的屈服强度在552-758MPa之间，抗拉强度≥689MPa，伸长率≥19%，0℃冲击功Akv（横向）≥24J。随着人们对油井安全要求的提高，用户对钢带的冲击韧性要求也越来越高，如中海油要求冲击功≥80J，剪切面积SA≥75%。

目前，N80级ERW套管的生产工艺是：成分设计采用高碳设计（>0.20%），有的添加合金元素（Mo、Ni、Nb、V和Cu），冶炼并轧制成热轧钢带；然后，将钢带通过ERW方式制成焊管，并对焊缝或钢管整体进行热处理，随后对管端进行适当的螺纹加工，最终生产出合格的N80级别石油套管。由于碳含量较高（>0.20%），无法得到焊接性优良的热轧钢带，不仅提高HFW制管的工艺复杂程度，且降低了制管的生产效率；较高的碳含量同时也导致钢带的冲击韧性一般。

在本发明之前，已有多个有关N80钢级ERW石油套管用钢的文献或发明专利，如下：

 1）中国专利CN101096737A，一种高强度直缝焊石油套管钢及其制造方法。该专利成分中C：0.20%-0.30%，C含量高，对焊接性和韧性不利；Mo：0.10%-0.30%，合金成本高。

2）日本专利JP58199818A，高强度油井用钢管制造方法。成分中C：0.28%-0.35%，Mn：1.40%-2.00%，Mo：0.1%-0.3%，V：0.02%-0.10%，制管后整管进行正火热处理。该专利中添加贵重元素Mo，合金成本高；C含量偏高，影响钢带冲击韧性。

3）日本专利JP58093821A，油井用电阻焊钢管的制造方法。成分中C：0.23%-0.26%，Mn：1.8%-2.0%，Cr：0.30%-0.35%，V：0.03%-0.10%，制管后整管进行正火或调质热处理。该专利中C含量偏高，影响钢带的冲击韧性；同时Mn、Cr含量也高，造成碳当量偏高（Ceq：0.60%-0.68%），钢带的焊接性不良。

4）日本专利JP58199819A，高强度油井用钢管制造方法。成分中C：0.30%-0.35%，Mn：1.60%-2.00%，V：0.05%-0.09%，制管后整管进行正火热处理。该专利中C含量偏高，影响钢带的冲击韧性；V含量高，合金成本高；同时Mn含量也高，造成碳当量偏高（Ceq：0.58%-0.70%），钢带的焊接性不良。

5）日本专利JP01225722A，油井用高强度电阻焊管制造方法。成分中C：0.14%-0.22%，Mn：1.20%-2.00%，Ti：0.04%-0.07%，选择性加入Nb：0-0.045%，V：0-0.10%。成分中C含量偏高，影响钢带的冲击韧性；Ti含量较高，合金成本高。

6）日本专利JP07102321A，拉伸强度800MPa高强度非热处理油井用钢管的制造方法。成分中C：0.25%-0.40%，Mn：1.00%-2.00%，Nb：0.01%-0.10%，V：0.01%-0.10%。该专利中C含量偏高，影响钢带的冲击韧性；同时添加Nb和V，合金成本高。 

7）论文“N80 HFW套管试制工艺研究”，焊管，2010，33（7），成分中C：0.09%，Mn：1.68%，Si：0.23%，P：0.009%，S：0.002%，Mo：0.01%，Ni：0.02%，Cr：0.24%。该论文中C含量低，为了提高强度，需要添加贵重合金元素Mo、Ni，合金成本高。

公开的专利和文献中，C含量都较高，钢带焊接性一般；有的添加贵重合金元素Mo，Ni，Cu等，合金成本高；有的需要整管热处理。