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一种低成本SEW石油套管、套管及其制备方法

阅读:531发布:2020-10-16

专利汇可以提供一种低成本SEW石油套管、套管及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种低成本SEW石油 套管 用 钢 、套管,按重量百分比包括如下化学成分:C:0.20-0.25%、Si:0.15-0.25%、Mn:1.20-1.30%、P:≤0.015%、S:≤0.005%、Nb:0.015-0.025%、Al:0.020-0.050%、N:≤50ppm,余量为Fe和不可避免的杂质。还公布了其制备方法。本发明通过高C、Mn微 合金 化成 分设计,降低合金成本,并采取高洁净度 冶炼 和 连铸 技术,结合控轧控冷工艺,得到一种显微组织为细小均匀的 铁 素体+珠光体 钢带 ,产品的性能满足J55级石油套管使用要求。,下面是一种低成本SEW石油套管、套管及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种低成本SEW石油套管、套管,其特征在于,按重量百分比包括如下化学成分:
C:0.20-0.25%、Si:0.15-0.25%、Mn:1.20-1.30%、P:≤0.015%、S:≤0.005%、Nb:0.015-
0.025%、Al:0.020-0.050%、N:≤50ppm,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低成本SEW石油套管用钢、套管,其特征在于,按重量百分比包括如下化学成分:C:0.23%、Si:0.17%、Mn:1.24%、P:0.009%、S:0.002%、Nb:0.019%、Al:0.033%、N:0.0042%,余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的低成本SEW石油套管用钢、套管,其特征在于,按重量百分比包括如下化学成分:C:0.25%、Si:0.20%、Mn:1.28%、P:0.010%、S:0.001%、Nb:0.022%、Al:0.030%、N:0.0035%,余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的低成本SEW石油套管用钢、套管,其特征在于,按重量百分比包括如下化学成分:C:0.24%、Si:0.22%、Mn:1.25%、P:0.010%、S:0.001%、Nb:0.017%、Al:0.036%、N:0.0036%,余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的低成本SEW石油套管用钢、套管的制备方法,其特征在于,包括:如下步骤:
S1、冶炼和浇铸
冶炼过程采用KR法脱硫和优质废钢,保证入转炉铁水元素S≤0.005%;LF精炼采用大渣量进行造渣深脱硫≤0.003%,保证Ar气软吹时间≥10min,使夹杂物充分变性和上浮;板坯连铸时全程保护浇注,并采用动态轻压下技术,以减少连铸坯中心偏析,铸坯中心偏析为C类;
S2、加热和轧制
板坯加热采用步进式加热炉,加热温度1160~1180℃,加热时间≥120min,确保钢坯温度均匀,制造工艺为热轧两阶段控制进行,全部为纵轧,第一阶段为奥氏体再结晶区轧制,即粗轧阶段,粗轧轧制采用R1二辊水平可逆轧机和R2四辊水平可逆轧机进行3+5道次轧制,中间坯厚度为46mm;第二阶段为奥氏体未再结晶区轧制,即精轧阶段,精轧轧制采用七机架四辊精轧机组轧制,厚度规格为7.34×1830mm,厚度公差±0.25mm,精轧开轧温度≤980℃,终轧温度为820-860℃;
S3、冷却
控制轧制结束后,钢带进入加密型层流冷却区域,冷却方式为前段分散冷却,卷取温度为570-610℃,得成品钢带;
S4、开卷
钢带开平纵剪,纵剪后原料1分3规格为7.34×604mm;
S5、制管
将钢带进行HFW制管,高频焊是通过高频电流产生电阻热将钢带边缘加热熔化并施以挤压连接成型的焊接方法,无焊剂和金属填充,焊接质量很大程度地取决于钢带质量,钢带铣边后规格为7.34×599mm,焊接功率为215±10KW,焊成母管规格为7.34×φ193.7mm,母管经中频加热后热张减径制成成品管,张减后成品管规格为7.72×φ139.7mm,中频加热温度为930-950℃,热张减后钢管冷前温度为745-765℃,冷后温度为620-650℃,得成品套管。

说明书全文

一种低成本SEW石油套管、套管及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于钢冶金技术领域,特别涉及一种低成本SEW石油套管用钢(TG22)、套管及其制备方法。

背景技术

[0002] 石油套管是用于支撑油、气井井壁的钢管,以保证钻井过程进行和完井后整个油井的正常运行,是维持油井运行的生命线。
[0003] 石油套管按生产工艺分为无缝石油套管和电阻焊管石油套管。SEW工艺具有生产效率高、质量控制好、尺寸精度高、生产成本低的特点,使得电阻焊管在价格上比同类无缝套管更便宜。国外如美、德等国普遍采用电阻焊管替代无缝钢管,国内油田也在加大推广使用。目前国内每年对套管的需求量为百万吨,其中J55钢级石油套管需求量占到50%以上。在能源结构变革的大潮中,石油供需格局发生根本性改变,石油低成本勘探开发将成为常态。目前J55级石油套管生产工艺较成熟,在满足套管使用要求前提下,企业降本增效需要寻找较低成本的生产工艺。
[0004] 采用SEW工艺,即高频电阻焊焊接(HFW)+热张减径+控冷工艺,钢带成分设计采用高C、Mn微合金化降低合计成本,结合SEW工艺,生产TG22石油套管具有成本低、内在质量好、尺寸精度高、抗挤毁性能高、综合性能优良等特点,产品的性能满足J55级石油套管使用要求,为石油套管行业低成本高效益生产创造了更大的空间。
[0005] 专利公开号CN 104632064 A公布了一种高频焊J55套管用钢、套管及其制造方法,其化学成分为C:0.13-0.18%,Si:0.15-0.25%,Mn:0.60-1.00%,P:≤0.015%,S:≤0.005%,Nb:0.008-0.020%,Ca:0.0010-0.0045%,Alt:0.010-0.040%,N:≤0.008%。钢带经HFW电阻焊接成型得到钢管,对钢管的焊缝进行正火热处理,得到套管管体和焊缝性能满足要求。但该发明元素C元素含量较低,钢管螺纹车削加工性能和抗粘扣性能较差;焊接质量很大程度取决于钢带质量,对钢带夹杂物级别和组织偏析要求很严格,该发明并未提供;该发明钢管的焊缝进行正火热处理与本发明热张力减径+控冷工艺不同。
[0006] 专利公开号CN 102373368 A公布了一种石油套管用钢及其制造方法,其化学成分:C:0.14-0.20%,Si:0.10-0.25%,Mn:0.75-1.20%,P:≤0.018%,S:≤0.005%,Nb:0.010-0.030%,Ti:0.008-0.025%,Ca:0.0015-0.0045%,Alt:0.015-0.045%。采用本发明所述的成分和TMCP工艺制成钢卷,钢卷经HFW焊接成型,用中频加热对焊缝进行正火热处理,制造出性能稳定的HFWJ55套管。该发明成分采用Nb-Ti合金化,合金成本较高;未提供钢带夹杂物级别和组织偏析;该发明钢管的焊缝进行正火热处理与本发明热张力减径+控冷工艺不同。

发明内容

[0007] 为了解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种低成本SEW石油套管用钢、套管及其制备方法。
[0008] 为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
[0009] 一种低成本SEW石油套管用钢、套管,按重量百分比包括如下化学成分:C:0.20-0.25%、Si:0.15-0.25%、Mn:1.20-1.30%、P:≤0.015%、S:≤0.005%、Nb:0.015-
0.025%、Al:0.020-0.050%、N:≤50ppm,余量为Fe和不可避免的杂质。
[0010] 进一步的,按重量百分比包括如下化学成分:C:0.23%、Si:0.17%、Mn:1.24%、P:0.009%、S:0.002%、Nb:0.019%、Al:0.033%、N:0.0042%,余量为Fe和不可避免的杂质。
[0011] 进一步的,按重量百分比包括如下化学成分:C:0.25%、Si:0.20%、Mn:1.28%、P:0.010%、S:0.001%、Nb:0.022%、Al:0.030%、N:0.0035%,余量为Fe和不可避免的杂质。
[0012] 进一步的,按重量百分比包括如下化学成分:C:0.24%、Si:0.22%、Mn:1.25%、P:0.010%、S:0.001%、Nb:0.017%、Al:0.036%、N:0.0036%,余量为Fe和不可避免的杂质。
[0013] 一种低成本SEW石油套管用钢、套管的制备方法,包括:如下步骤:
[0014] S1、冶炼和浇铸
[0015] 冶炼过程采用KR法脱硫和优质废钢,保证入转炉铁水元素S≤0.005%;LF精炼采用大渣量进行造渣深脱硫≤0.003%,保证Ar气软吹时间≥10min,使夹杂物充分变性和上浮;板坯连铸时全程保护浇注,并采用动态轻压下技术,以减少连铸坯中心偏析,铸坯中心偏析为C类;
[0016] S2、加热和轧制
[0017] 板坯加热采用步进式加热炉,加热温度1160~1180℃,加热时间≥120min,确保钢坯温度均匀,制造工艺为热轧两阶段控制进行,全部为纵轧,第一阶段为奥氏体再结晶区轧制,即粗轧阶段,粗轧轧制采用R1二辊水平可逆轧机和R2四辊水平可逆轧机进行3+5道次轧制,中间坯厚度为46mm;第二阶段为奥氏体未再结晶区轧制,即精轧阶段,精轧轧制采用七机架四辊精轧机组轧制,厚度规格为7.34×1830mm,厚度公差±0.25mm,精轧开轧温度≤980℃,终轧温度为820-860℃;
[0018] S3、冷却
[0019] 控制轧制结束后,钢带进入加密型层流冷却区域,冷却方式为前段分散冷却,卷取温度为570-610℃,得成品钢带;
[0020] S4、开卷
[0021] 钢带开平纵剪,纵剪后原料1分3规格为7.34×604mm。
[0022] S5、制管
[0023] 将钢带进行HFW制管,高频焊是通过高频电流产生电阻热将钢带边缘加热熔化并施以挤压连接成型的焊接方法,无焊剂和金属填充,焊接质量很大程度地取决于钢带质量,钢带铣边后规格为7.34×599mm,焊接功率为215±10KW,焊成母管规格为7.34×φ193.7mm,母管经中频加热后热张减径制成成品管,张减后成品管规格为7.72×φ139.7mm,中频加热温度为930-950℃,热张减后钢管冷前温度为745-765℃,冷后温度为620-650℃,得成品套管。
[0024] 与现有技术相比,本发明的有益技术效果:
[0025] 通过高C、Mn微合金化成分设计,降低合金成本,并采取高洁净度冶炼和连铸技术,结合控轧控冷工艺,可以得到一种显微组织为细小均匀的铁素体+珠光体钢带,通过SEW工艺,生产成本低、综合性能优良的TG22石油套管,产品的性能满足J55级石油套管使用要求,为石油套管行业低成本高效益生产创造了更大的空间。附图说明
[0026] 图1为本发明实施例2钢带的金相组织图。

具体实施方式

[0027] 以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述,并不对本发明的范围有任何限制。
[0028] 实施例1
[0029] 钢带的化学成分重量百分比见表1。板坯加热温度为1165℃,加热时间125min。粗轧采用R1和R2进行3+5道次轧制,中间坯厚度为46mm;精轧开轧温度为975℃,终轧温度为840℃,轧制结束后,钢带进入层流冷却装置,冷却方式为前段分散冷却,卷取温度为590℃,即可得到所述钢带,钢带规格为7.34×1830mm。
[0030] 钢带开平纵剪后规格为7.34×604mm,铣边后规格为7.34×599mm,然后进行HFW制管,焊接功率为216KW,焊成母管规格为7.34×φ193.7mm,母管经中频加热后热张减径制成成品管,热张减后成品管规格为7.72×φ139.7mm。中频加热温度为930℃,热张减后钢管冷前温度为750℃,冷后温度为635℃,空冷至室温即可得到所述石油套管。
[0031] 实施例2
[0032] 实施方式同实施例1,其中加热温度为1172℃,加热时间135min。粗轧采用R1和R2进行3+5道次轧制,中间坯厚度为46mm;精轧开轧温度为970℃,终轧温度为833℃,轧制结束后,钢带进入层流冷却装置,冷却方式为前段分散冷却,卷取温度为575℃,即可得到所述钢带。
[0033] 钢带开平纵剪后进行HFW制管,焊接功率为212KW,焊成母管规格为7.34×φ193.7mm,母管经中频加热后热张减径制成成品管,热张减后成品管规格为7.72×φ
139.7mm。母管中频加热温度为940℃,热张减后钢管冷前温度为756℃,冷后温度为628℃,空冷至室温即可得到所述石油套管。如图1所示,成品管管体和焊缝组织均铁素体+珠光体,晶粒组织分布均匀,晶粒度大于10.0级。
[0034] 实施例3
[0035] 实施方式同实施例1,其中加热温度为1170℃,加热时间130min。粗轧采用R1和R2进行3+5道次轧制,中间坯厚度为46mm;精轧开轧温度为976℃,终轧温度为854℃,轧制结束后,钢带进入层流冷却装置,冷却方式为前段分散冷却,卷取温度为605℃,即可得到所述钢带。
[0036] 钢带开平纵剪后进行HFW制管,焊接功率为220KW,焊成母管规格为7.34×φ193.7mm,母管经中频加热后热张减径制成成品管,热张减后成品管规格为7.72×φ
139.7mm。母管中频加热温度为950℃,热张减后钢管冷前温度为762℃,冷后温度为645℃,空冷至室温即可得到所述石油套管。
[0037] 对本发明实施例1~3的钢带化学成分见表1。
[0038] 表1本发明实施例1~3化学成分(wt%)
[0039]实施例 C Si Mn P S Nb Alt N
1 0.23 0.17 1.24 0.009 0.002 0.019 0.033 0.0042
2 0.25 0.20 1.28 0.010 0.001 0.022 0.030 0.0035
3 0.24 0.22 1.25 0.010 0.001 0.017 0.036 0.0036
[0040] 对本发明实施例1~3的钢带进行力学性能检验,检验结果见表2。
[0041] 表2本发明实施例1~3钢带的力学性能
[0042]
[0043] 对本发明实施例1~3的钢带进行夹杂物和晶粒度检验,检验结果见表3。
[0044] 表3本发明实施例1~3的钢带的晶粒度和夹杂物
[0045]
[0046]
[0047] 对本发明实施例1~3的成品管进行性能检验,检验结果见表4。
[0048] 表4本发明实施例1~3成品管的力学性能
[0049]
[0050] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
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