[发明专利]一种高强度直缝焊石油套管钢及其制造方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种石油套管钢的制造方法，特别涉及一种高强度直缝焊石油套管钢的制造方法，套管钢强度可达APIN80钢级。

背景技术：API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。

如果制管成型后，仅对焊缝进行在线热处理，那么提供的热轧板卷性能就应该达到上述标准规定。但考虑到制管成形后，由于加工硬化的作用，管体性能与板卷性能相比，屈服强度会有所提高，抗拉强度基本不变，因此提供的板卷屈服强度应该控制在600MPa左右，抗拉强度应该控制在750MPa以上。

为得到这种高抗拉强度热轧板卷，并适当控制其屈服强度，从成分设计角度考虑，应采用较高碳当量的碳锰钢。但是对于焊管生产而言，除了需要对板卷边部进行电感应加热熔化后挤压焊接外，还需对两板卷头尾之间进行CO2气体保护焊，以便实现多卷连续生产。因此，从焊接角度出发，必须对板卷的碳当量有所限制。为了能很好的进行板卷头尾对焊，一般都将板卷的碳当量控制在0.40以下。为了在较低碳当量下得到较高强度，本发明将在材料中加入合金元素解决这个问题。

另外，热轧板卷一般轧后应在500～600℃左右卷取。在500℃以下较低温度卷取，由于板卷强度较高，对卷取机设备影响较大，因此在生产强度较高的板卷时，应适当提高卷取温度。然而，在600℃以上较高温度卷取后，在自然冷却的条件下，相当于对板卷进行长期退火处理，这时板卷外圈的退火冷却速度要大大高于板卷内部。对于N80钢级这种高强钢而言，如果材料中只含有碳、锰元素，板卷内部由于退火冷却速度较慢，强度将会有较大降低。严重时，板卷内外强度差会达到100MPa以上，严重影响制管后钢管性能的均匀性。因此本发明通过加入合适的合金元素，以保证板卷性能的均匀性。

目前国外生产电阻焊(ERW)N80套管有两种方式：一种是以美国Lone Star钢铁公司和日本钢管公司及日本神户钢铁公司为代表的焊后整体热处理方式，另一种是以日本新日铁和日本钢管及神户制钢为代表的焊后焊缝热处理方式。

各厂家用焊后焊缝热处理方式生产的ERW N80套管成分设计见表1。

表1 ERW N80石油套管化学成分％