一種高頻電阻焊石油套管用鋼、套管及其制造方法技術

本發明專利技術涉及一種石油套管用鋼，其成分質量百分比為：C：0.05-0.10％，Si：0.10-0.30％，P≤0.015％、S≤0.003％、Mn：0.1-0.3％，Cr：2-2.5％，Al：0.01-0.04％，其余為Fe和不可避免的雜質，雜質元素的總量低于0.05wt％，碳當量不高于0.6。本發明專利技術還涉及由上述鋼制成的石油套管。其制造方法包括：石油套管用鋼的熱軋工藝：終軋溫度850-890℃，卷取溫度620-660℃；板卷對焊的二氧化碳氣體保護焊接工藝：送絲速度12-14m/min，電流557-561A，焊接速度52-54cm/min，氣體流量23-25L/min；整管熱處理，包括900-950℃加熱保溫40-70min，水淬后620-650℃回火，保溫60-80min。本發明專利技術的高頻電阻焊石油套管具有80ksi鋼級以及良好抗二氧化碳腐蝕性，其成品管的年平均腐蝕速率為常規N80油井管年平均腐蝕速率1/3以下。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種石油套管，具體地，涉及一種在二氧化碳環境下使用的高頻電阻焊石油套管用鋼，以及用該鋼種制成的SOksi鋼級具有抗CO2腐蝕性能的高頻電阻焊石油套管及其制造方法。
技術介紹
目前，油氣田的開發所使用的油井管產品的CO2腐蝕問題越來越顯著，在含CO2和氯離子的腐蝕環境中，國外大多使用價格昂貴的無縫13Cr不銹鋼管材，可有效地保證油田長期安全、高效的生產，國內部分油田采用無縫13Cr產品，也有的用戶采用價格較低的無 縫3Cr產品。但從經濟性而言，因我國油田多數屬于貧礦低滲透油田，且開采壽命較短，大多在10年以下，使用價格較高的無縫13Cr或3Cr油井管產品經濟性較差，故很多油田目前還在廣泛使用常規普碳鋼油井管材，導致出現多起嚴重的CO2腐蝕事故，同時具有良好的耐腐蝕性能和價格優勢的產品是用戶迫切需要的。隨著純凈鋼、控軋控冷、高頻電阻焊接及無損檢測和計算機技術的發展，ERff焊接石油套管生產技術水平迅速提升。焊接油套管由于其工藝和成本的優勢正在逐步取代無縫油套管在油氣開采領域的應用。ERW套管具有尺寸精度高、力學性能穩定、抗壓潰性能好及抗爆裂性能高等優勢且生產成本明顯低于同鋼級的無縫鋼管，越來越多的國家開始推廣普及ERW焊管。目前各廠家已開發出J55、K55、N80等API油井管產品，但是，到目前為止市場上還不存在具有良好抗CO2腐蝕性能80ksi鋼級ERW焊接油套管產品。高頻電阻焊石油套管傳統的生產工藝是根據套管性能的需要，設計合適的化學成分，冶煉并軋成熱軋板，將熱軋板通過成型工序進行彎曲，通過高頻電阻焊工序制成鋼管，對鋼管焊縫或鋼管整體進行熱處理，然后對管端進行適當的螺紋加工，最終生產出合格的石油套管。為了提高生產效率，除了需要對熱軋板卷邊部進行高頻電阻焊外，還需對兩板卷頭尾之間進行CO2氣體保護焊，以便實現多卷連續生產。但是為了防止板卷在成型彎曲的過程中發生斷帶，要求CO2氣體保護焊要求板卷的碳當量低，為了能很好的進行板卷頭尾對焊，一般都將板卷的碳當量控制在O. 43以下。國際焊接學會推薦的碳當量公式為CE(IIff) = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15+Si/24(% )當板厚小于20mm，CE(IIff) < O. 40%時，鋼材淬硬傾向不大，焊接性良好，不需預熱；而CE(IIW) = 0.40%-O. 60%，特別當大于O. 5%時，鋼材易于淬硬，焊接前需預熱。所以ERW直縫焊管機組對所制造產品的碳當量要求是小于O. 43，保證板卷間的橫焊縫在排輥成型過程中不發生斷裂。有關抗CO2腐蝕(或同時抗CO2和H2S腐蝕)用的合金鋼大多是13Cr、15Cr以及22Cr雙相不銹鋼等高合金產品，碳當量都超過O. 6，適用于無縫鋼管的生產，不適合生產ERff 焊接套管。如 CN1401809A、CN1292429A、CN1487112A 等。因此，需要一種適合在二氧化碳環境下使用的高頻電阻焊石油套管用鋼。
技術實現思路
本專利技術的目的是開發一種適合在二氧化碳環境下使用的高頻電阻焊石油套管用鋼。 本專利技術的另一個目的是提 供SOksi鋼級抗二氧化碳腐蝕的低合金高頻電阻焊石油套管及其生產方法，具有良好的抗二氧化碳腐蝕性能，滿足具有抗二氧化碳腐蝕要求的油氣田勘探開發的需要。為達到上述目的，本專利技術的具有抗CO2腐蝕的石油套管用鋼，其成分質量百分比為C 0. 05-0. 10%, Si 0. 10-0. 30%, P ^ O. 015%, S ^ O. 003%, Mn :0. 1-0. 3%, Cr 2-2. 5%, Al 0. 01-0. 04%，其余為Fe和不可避免的雜質，雜質元素的總量低于O. 05wt%,碳當量不高于O. 6。本專利技術的一種二氧化碳腐蝕環境下使用的石油套管用鋼，其經煉鋼、鑄造、熱軋、成型、焊接、熱處理后能夠用于制造SOksi鋼級的高頻電阻焊石油套管，并且還能夠適用于CO2氣體保護焊工序，保證能夠進行后續的高頻電阻焊石油套管生產，成品管的年平均腐蝕速率為API常規N80油井管年平均腐蝕速率1/3以下。本專利技術的第二個目的在于提供一種所述石油套管用鋼的二氧化碳氣體保護焊方法，使可生產的鋼種碳當量從O. 43提高到O. 6，同時保證焊縫在成型過程中不斷裂。本專利技術所提供的高頻電阻焊石油套管可以采用以下方法制造，包括石油套管用鋼的熱軋工藝終軋溫度850-890°C，卷取溫度620_660°C ;終軋溫度太低，強度太高，可能損傷軋制設備；溫度太高，再結晶細化晶粒效果不明顯。卷取溫度太低，熱軋板強度太高，成型難度大；溫度太高，熱軋板韌性指標偏低。板卷對焊的二氧化碳氣體保護焊接工藝送絲速度12-14m/min,電流557-561A,焊接速度52-54cm/min，氣體流量23-25L/min。焊接工藝參數超出上述范圍，焊接質量下降，易產生斷帶。整管熱處理，包括900-950°C加熱保溫40_70min，水淬后620°C _65(TC回火，保溫60-80min。淬火溫度太低，不能充分奧氏體化；溫度太高，晶粒粗大。回火溫度太低，強度超出80鋼級的要求，溫度太高，達不到80鋼級的要求。以下將本專利技術合金成分的設計機理作詳細說明C 0. 05-0. 10%, C為碳化物形成元素，可以提高鋼的強度，太低時效果不明顯，太高時會顯著降低鋼的焊接性能。Si :0. 1-0.3%, Si固溶于鐵素體以提高鋼的屈服強度，不宜過高，太高會使加工和韌性惡化，低于O. I %效果不明顯。Mn :0. 1-0. 3%, Mn為奧氏體形成元素，可以提高鋼的淬透性，其含量對抗腐蝕性能影響較小，適當降低錳含量可以控制碳當量，有利于提高焊接性能。Cr =Cr的加入對提高鋼的強度和抗CO2腐蝕性能有很大作用。在此成分體系下，Cr含量小于2%時，鋼抗CO2腐蝕性能提高幅度不明顯，高于2. 5%時，碳當量太高，二氧化碳氣體保護焊的焊接性能變差。P和S是鋼中的有害雜質元素，含量過高會惡化和鋼的韌性，因此應盡量降低鋼中的磷、硫含量。本專利技術中控制P彡O. 015%、S彡O. 003%，優選地，P彡0.010%。Al :A1是傳統脫氧固氮元素，可細化晶粒，按重量百分比宜采用含量O. 01-0. 04% ；有益效果本專利技術提供的石油套管用鋼，其能夠用于制造SOksi鋼級具有良好抗二氧化碳腐蝕的高頻電阻焊石油套管，成品管的年平均腐蝕速率為常規N80油井管年平均腐蝕速1/3以下。本專利技術提供的所述石油套管用鋼的二氧化碳氣體保護焊方法，使可生產的鋼種碳當量從O. 43提高到O. 6，同時保證焊縫在成型過程中不斷裂。本專利技術提供的高頻電阻焊石油套管，其符合SOksi鋼級要求，可以廣泛用于石油開采；本專利技術所使用的材料合金成本低，具有重大的經濟效益。附圖說明 圖I是本專利技術實施例I鋼的彎曲試驗合格的照片。圖2是比較例I鋼的彎曲試驗不合格的照片。圖3a是本專利技術的實施例I鋼進行高壓釜腐蝕試驗后的試驗表面形貌。圖3b是比較例鋼進行高壓釜腐蝕試驗后的試驗表面形貌。具體實施例方式以下通過具體實施例的說明，將更清楚本專利技術的特點和優點。表I是本專利技術的實施例和比較例的化學成分。表I實施例和比較例的化學成分(wt % )本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種石油套管用鋼，其成分質量百分比為：C：0.05？0.10％，Si：0.10？0.30％，P≤0.015％、S≤0.003％、Mn：0.1？0.3％，Cr：2？2.5％，Al：0.01？0.04％，其余為Fe和不可避免的雜質，雜質元素的總量低于0.05wt％，碳當量不高于0.6。

【技術特征摘要】
1.一種石油套管用鋼，其成分質量百分比為C :0. 05-0. 10%, Si 0. 10-0. 30%,P ≤ O. 015%,S ≤ O. 003%,Mn 0. 1-0. 3%, Cr :2_2· 5%, Al 0. 01-0. 04%，其余為 Fe 和不可避免的雜質，雜質元素的總量低于O. 05wt%，碳當量不高于O. 6。2.如權利要求I所述的石油套管用鋼，其特征在于，P^O.010%。3.如權利要求I或2所述的石油套管，其成分質量百分比為C:0. 05-0. 10%, Si O. 10-0. 30%, P ≤ O. 015%, S ( O. 003%, Mn 0. 1-0. 3%, Cr :2_2· 5%, Al 0. 01-0. 04%,其余為Fe和不可避免的雜質，雜質元素的總量低于O. 05wt%，碳...

【專利技術屬性】
技術研發人員：董曉明，田青超，何利艦，
申請(專利權)人：寶山鋼鐵股份有限公司，
類型：發明
國別省市：