[发明专利]用K55钢级钢板HFW制造石油套管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用K55钢级钢板HFW制造石油套管的方法，适用于钢管制造技术领域。

背景技术

石油套管是石油天然气开采过程中消耗量很大的一种重要材料，主要用于钻井过程中和完井后对井壁的防护，以保证钻井过程和完井后采油的顺利进行。石油套管是维持油井运行的生命线，由于地质条件不同，井下受力状态复杂，拉、压、弯、扭应力综合作用于管体，这就对石油套管本身的质量提出了较高的要求。一旦套管本身由于某种原因而损坏，可能导致整口井的减产，甚至报废。近年来，油井开采设备对套管用钢的力学性能要求也越来越高。在套管使用过程中基于安全方面的考虑，国际上对低屈强比K55钢级HFW石油套管的需求量很大，产品附加值也远高于J55钢级的石油套管。

目前国内用石油套管主要采用无缝管和HFW（即高频焊接）钢管。低屈强比的K55钢级套管材料是37Mn5钢种，其碳当量约0.37%，锰含量约1.5%，制管后屈服强度约为450MPa，抗拉强度约为700MPa，满足套管标准API 5CT给出的屈服强度379MPa～552MPa，抗拉强度大于等于655MPa的要求。但是37Mn5钢碳当量过高，如果生产HFW焊管，在板卷头尾对接以及高频焊接停焊位置容易开裂，不仅对设备损伤大，而且严重影响生产效率，故37Mn5钢不适宜生产HFW套管；另外，由于无缝钢管生产过程中，钢管壁厚不均匀，外型尺寸精度低，导致无缝钢管在现场使用中存在局限性。与无缝管相比，HFW钢管具有生产效率高、尺寸精度好、壁厚分布均匀、规格范围宽和成本低等诸多优点，但由于国内适用于HFW钢管生产用的K55钢级热轧卷板开发进度缓慢，个别钢厂之前在国内尚没有进行批量供货的先例，这是因为存在以下技术难点：

原材料：K55钢级套管的特点是屈强比低，制成HFW焊管后，由于包申格效应的影响，管体纵向拉伸试样的抗拉强度基本不变，屈服强度会不同程度升高。同时随着含碳量的升高，带状组织趋于严重，不利于成型焊接。

剪切对焊：K55钢级碳当量≤0.60%，焊接难度大，如果钢带对焊质量不好，在成型过程中对接焊缝极易开裂，甚至有可能对成型焊接设备造成损坏，无法连续正常生产。

成型焊接工艺：板卷进入轧机后，容易形成加工硬化效应，成型过程容易导致管体纵向屈服强度升高，抗拉强度下降的现象。

热处理工艺：焊接过程温度的梯度分布造成焊缝区域组织粗大，应力集中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种各项指标均满足API 5CT标准的要求的用K55钢级钢板HFW制造石油套管的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用K55钢级钢板HFW制造石油套管的方法，生产该钢管所用卷板的化学成分的重量含量为：C 0.22～0.30%、Si 0.10～0.40%、Mn≤1.5%、P≤0.020%、S≤0.010%、K55碳当量≤0.60%，余量为铁；其主要加工工序包括：剪切对焊、成型、高频焊接和热处理。

所述热处理为，正火温度为800℃～1000℃。

剪切对焊时，首先对板边进行预热，对焊后进行退火处理。

当所述高频焊接为感应焊时，焊接功率为600～800KW，焊接速度为15±1m/min；当高频焊接为接触焊时，焊接功率为400～500KW，焊接速度为17±1m/min。

所述成型工序中开口角度为7°，挤压量为7.5mm。

本发明的具体加工工序如下：拆卷矫平、剪切对焊、母材探伤、板边加工、成型、高频焊接、热处理、空冷水冷、定径矫直、在线喷标、定尺切管、理化试验、机械平头、水压试验、超声波焊缝探伤、管端探伤和成品检查。

本发明的有益效果如下：

（1）卷板化学成分的设定在保证抗拉强度的同时，降低碳当量，提高HFW钢管的焊接性能；

（2）焊接卷板对头时，首先对板边进行预热，焊缝焊接后进行退火处理，去除焊缝焊接后的残余应力，防止变形与开裂，保证焊接对头进入精成型机组后不会因为受力断裂；

（3）高频焊接时，可以采用接触焊，也可以采用感应焊，采用接触焊方式，提高了焊接功率的使用范围，提高焊接速度，同时降低生产成本；利用本发明所述的方法制造出的K55级HFW石油套管各项指标均满足API 5CT标准的要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是利用本发明所述方法制造出的K55钢级HFW钢管的金相检查结果示意图；