技术领域
[0001] 本
发明属于高强度低
合金钢领域，特别涉及API SPEC5CT中钢级为P110石油套管及其制造方法。
背景技术
[0002] 石油套管是油田最常用的石油专用管材之一，特别是一种ERW/HFW（ERW/HFW，Electric Resistance Weld/High frequency electric-resistance-weld，
电阻焊）套管，用量大，花钱多，是油气田钻采作业中必不可少的施工材料，仅2010年就达到了250万吨。ERW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。但石油行业要求的高钢级、耐
腐蚀、特殊丝扣要求的油井管，目前大部分依靠进口。国内目前只有低钢级ERW套管能够替代传统的无缝钢管。因此，深入开展高钢级高频直缝焊油层套管生产和工艺的研究，制造出
质量优良的高钢级高频直缝焊油层套管已成为当务之急。对节约采油成本，提高我国的石油开采
水平有着深远的意义。
[0003] API Spec5CT规定：P110级别钢管的
屈服强度在758-965MPa之间，
抗拉强度≥862MPa，伸长率≥14%；0℃时横向夏比冲击功≥32J。如果
热轧态的
钢带达到该强度，需要添加大量贵重合金来提高强度，增加合金成本，且钢管的
母材和
焊缝组织性能无法达到一致；同时钢管的成型难度大，钢管的尺寸精度和圆度无法保证。
[0004] 因此，可采用热轧态强度低的热轧钢带进行ERW
焊接制管，然后进行整管
热处理，使钢管的最终性能达到P110级别水平。而且焊缝和管体进行相同的热处理工艺，得到的最终组织相同，有效减轻焊缝与管体的组织、性能差异，消除残余
应力，提高钢管整体的质量。
[0005] 在本发明之前，已有个别有关P110钢级ERW石油套管的文献或发明
专利，但采用中
碳低锰添加少量V低成本设计的P110级ERW石油套管报导很少，以下简单介绍与本发明较为接近的文献和专利：
[0006] 1）中国专利CN101643883A，N80、P110、L80钢级直缝焊石油套管用钢及套管制造。成分中含C：0.10%-0.24%，Mn：1.4%-1.6%，Cr：0.3%-0.6%，Nb：0.12%-0.14%，V：0.08%-0.12%，Ti：0.18%-0.22%。该专利中复合添加贵重元素Nb、V、Cr，合金成本高。
[0007] 2）中国专利CN102430901A，一种P110钢级高频直缝焊管的制造方法。成分中含C：0.25%-0.30%，Mn：1.1%-1.5%，Cr：0.15%-0.35%，S：≤0.002%。该专利中添加元素Cr，S含量要求严格，合金和
冶炼成本高。
[0008] 3）中国专利CN101353949A，小口径高钢级油管的热处理方法。成分中含C：0.15%-0.50%，Mn：0.25%-1.9%，Mo：0.25%-1.10%，Cr：0.4%-14%，Ni：≤0.99%，Cu：≤0.35%。
该专利中复合添加元素Mo、Ni、Cu、Cr，合金成本高。
[0009] 4）中国专利CN102534372A，一种石油
天然气开采用P110级膨胀管的制备方法。成分中含C：0.10%-0.30%，Mn：0.70%-2.0%，Nb：0.02%-0.1%。该专利中添加贵重元素Nb，存在
连铸坯表面
角横裂质量问题，且合金成本高。
[0010] 5）论文“P110钢双相组织的研究”，成分中C：0.24%，Si：0.25%，Mn：1.2%，Cr：0.5%，Ni：0.021%，Mo：0.021%，Cu：0.017%，P：0.014%，S：0.0058%。该论文中复合添加贵重
合金元素Mo、Ni、Cu、Cr，合金成本高。
[0011] 以上公开的专利或文献中，有的添加较多贵重合金Mo、Ni、Cu、Nb、V，合金成本高；有的S含量要求高，冶炼成本高。均与本发明采用中碳低锰添加少量V设计有明显不同之处。
发明内容
[0012] 本发明的目的在于提供一种P110钢级电阻焊石油套管及其制造方法，特别是采用中碳低锰添加少量V低成本设计，热轧态钢带性能屈服强度为550-650MPa，抗拉强度为700-800MPa，整管调质热处理后性能为P110级别的直缝电阻焊（ERW）石油套管及其制造方法。针对目前直缝电阻焊石油套管P110生产存在的技术问题，例如：较多贵重合金Mo、Ni、Cu、Nb、V，合金成本高；有的S含量要求高，冶炼成本高等问题，特提出本发明的技术方案。
[0013] 本发明的一种P110级直缝电阻焊（ERW）石油套管，其化学成分（重量，%）配比如下：C：0.24%-0.28%，Si：0.15%-0.30%，Mn：1.25%-1.50%，P：≤0.020%，S：≤0.008％，Ti：0.010%-0.030%，Als：0.02%-0.05%，V：0.050%-0.080%，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免元素。
[0014] 与
现有技术相比，本方案Ｃ含量适中，钢带的冲击韧性良好；用少量的V取代贵金属Mo、Ni、Cu、Nb、Cr等，降低合金成本；热轧态板卷性能较低，后续制管成型容易；整管进行调质热处理，性能为P110级别，保证了管体和焊缝性能的一致性。
[0015] C：为碳化物形成元素，是保证强度的最有效元素，可以提高淬透性和热处理后性能
稳定性，保证高温长时间回火时材料强度。碳含量对最终奥氏体、
马氏体的碳含量与体积分数有着重要的影响。只有保证有足够的碳，才会形成足够的富碳残余奥氏体并能够稳定至室温。但当碳含量大于0.5%时，会明显出现淬火脆性以及马氏体脆性，因此，碳含量不宜过低；但碳含量过高将影响产品的冲击韧性，其最佳范围是0.24%-0.28％。
[0016] Si：可以起到固溶强化作用，但其含量过高会使钢的塑性和韧性降低，其最佳范围是0.15％-0.30％。
[0017] Mn：锰具有固溶强化作用，还能增加奥氏体稳定性，对提高淬透性也有利，有效保证钢的强度。锰可降低马氏体转变
温度Ms，增加残余奥氏体的含量，同时锰对钢板的韧性影响不大。但锰含量过大，可增加连
铸坯的中心偏析倾向，会使钢板中带状组织增多，并且在热处理后保存下来，最终钢板中会含有一定量地带状组织，而
贝氏体、马氏体等硬相在带状组织中聚集，使钢板的脆性增加，塑性降低，力学性能下降。其最佳范围是1.25%-1.50％。
[0018] P：磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使
焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，应控制其含量≤0.020%。
[0019] S：硫是钢中有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，恶化焊接性能，为保证
钢水的高纯净度，应控制其含量≤0.008%。
[0020] V：
钒的碳氮化物在
铁素体中以细小弥散形式均匀析出，具有细晶强化作用，可以显著提高材料的屈服强度和抗拉强度，同时提高低温冲击韧性；高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；固溶于铁素体中有极强的固溶强化作用，但过高会增加合金成本，合适的范围是0.050%-0.080%。
[0021] Ti：
钛是强的固氮元素，加入0.015%左右Ti时，可在
板坯连铸时形成高温稳定细小的TiN析出相，这种细小的TiN析出相可有效阻止连铸坯在加热过程中奥氏体晶粒的长大，同时对改善钢焊接时热影响区的韧性有明显作用，合适的范围是0.010%-0.030%。
[0022] Als：
铝是常用的
脱氧剂，在钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，合适的范围是0.02%-0.05%。
[0023] N：固溶氮有钉扎位错的强烈作用，对韧性有不良影响，应控制其含量≤0.008%[0024] 本发明一种P110钢级直缝电阻焊石油套管的制造方法，包括铁水预处理、钢水冶炼、炉外精炼和板坯连铸、连铸坯再加热、
轧制、冷却、卷取、ERW制管和整管热处理。其特征是：
[0025] 1）冶炼连铸工艺：铁水预处理，转炉冶炼－经顶吹或顶底复合吹炼，炉外精炼、LF炉轻
脱硫处理及进行
钙处理以控制夹杂物形态和提高钢的延展性、韧性和冷弯性能，板坯连铸制成连铸板坯－连铸采用
电磁搅拌或动态轻压下、以提高连铸板坯的质量。
[0026] 2）轧制工艺：连铸板坯经加热炉加热至1180-1250，℃随后经热连
轧机组采用两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1100-1230，℃终轧温度大于960，℃第二阶段开轧温度小于950，℃终轧温度为800-850，℃轧后钢带以11-15℃的/速s度进行冷却，在500-580℃温度进行钢带卷取。
[0027] 3）热轧态钢带的屈服强度为550-650MPa，抗拉强度为700-800MPa。
[0028] 4）钢带经过ERW机组进行高频/中频电阻焊制成钢管。
[0029] 5）整管调质热处理工艺：经ERW制管后，整管加热到880-940，℃保温30-60min，水淬；再把整管加热到500-560，℃保温60-80min，空冷回火。
[0030] 6）调质后整管的屈服强度为760-860MPa，抗拉强度为880-980MPa，0℃横向夏比冲击功（3个试样均值）Akv＞80J。
[0031] 本发明技术方案的优点及效果在于：1）用少量的V取代贵重金属Mo、Ni、Cu、Nb、Cr，降低合金成本；2）Ｃ含量适中，板卷的焊接性和冲击韧性良好；3）热轧态板卷性能较低，后续制管成型容易；4）整管进行调质热处理，性能为P110级别，保证了管体和焊缝性能的一致性。
具体实施方式
[0032] 下面列举本发明的
实施例，试验钢化学成分见表1，加热、轧制冷却工艺见表2，力学性能见表3。
[0033] 表1化学成分（wt，％）
[0034]实施例 C Si Mn P S V Ti Als N
1 0.25 0.23 1.42 0.007 0.006 0.06 0.018 0.03 0.005
2 0.28 0.27 1.29 0.005 0.006 0.05 0.024 0.04 0.006
3 0.26 0.20 1.45 0.010 0.007 0.05 0.025 0.02 0.004
