一种高强度高塑韧性连续管制造方法

摘要

本发明涉及一种高强度高塑韧性连续管制造方法；材料的化学成分质量百分：C：0.05～0.12％；Si：0.17～0.37％；Mn：0.60～1.75％；P：≤0.010％；S：≤0.005％；Cr：0.20～1.0％；Mo：0.15～0.45％；Ni：0.10～0.35％；V：0～0.05％；Ti：0～0.03％；Cu：010～0.25％；Nb：0～0.07％；Al：0.02～0.04％；Ca：0.002～0.004％；Fe：余量；制备热轧板卷，板卷纵剪和对焊，用钢带生产直缝电阻焊接钢管，焊后焊缝在930～960℃条件下正火制得；连续管屈服强度达到490～800MPa，延伸率28～40％。

权利要求

1.一种高强度高塑韧性连续管制造方法，屈服强度490～800MPa，延伸率28～40％；

其特征在于：

1)材料的化学成分质量百分数如下：

C：0.05～0.12％；Si：0.17～0.37％；Mn：0.60～1.75％；P：≤0.010％；S：≤0.005％；

Cr：0.20～1.0％；Mo：0.15～0.45％；Ni：0.10～0.35％；V：0～0.05％；Ti：0～0.03％；

Cu：010～0.25％；Nb：0～0.07％；Al：0.02～0.04％；Ca：0.002～0.004％；Fe：余量；

2)制造工艺如下：

首先，制备热轧板卷：将上述材料各组分经氧吹转炉熔炼，Ca处理，炉外精炼，真空脱气，连铸成厚度约为100～250mm的厚板坯，然后加热至1200℃，在950～1100℃时进行粗轧，在700～950℃时进行精轧，轧后冷却速度15～30℃/s，卷取温度500～600℃，制成厚度为2～8mm的热轧板卷；

板卷纵剪和对焊：将制备好的热轧板卷通过纵剪机剪成70～300mm的钢带，应避免从板卷宽度1/2处纵剪，将钢带对焊起来，将板头、板尾加工成45°，采用埋弧自动焊或CO2气体保护焊焊接方式通过45°斜焊方式使钢带连接起来；

用钢带生产直缝电阻焊接钢管：板边采用铣边方法，精确控制带钢宽度和板边垂直度；

采用排辊成型方法控制板边波形；调整焊接电流、电压参数；控制焊缝的挤压量在1.0～

2.5mm，开口角θ控制在4～8°，进行焊接，焊接速度v为15～25m/min，开口角θ与焊接速度v的乘积在100～150m/min·度之间；焊接成厚度为2～8mm、管径为19.1mm～88.9mm的直缝电阻焊钢管；

焊后焊缝在930～960℃条件下正火，控制正火后水冷的开始温度在350～400℃；或进行900～950℃的一次整体正火；或进行900～950℃的一次整体淬火、500～700℃回火；或进行750～780℃的一次整体亚温淬火、500～650℃回火。

说明书

一种高强度高塑韧性连续管制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高强度高塑韧性(屈服强度达到490～800MPa，延伸率28～40％)连续管制造方法，用于石油天然气工业油气井钻井或井下作业。

背景技术

[0002] 连续管技术因其具有相当多的技术优点和作业优势，在世界石油工业中得到了广泛应用，特别是近几年随着全球降低成本战略的实施，连续油管以其优于常规作业技术的显著特点，在油气田勘探与开发中发挥着越来越重要的作用，并在油气田勘探、开发、钻井、完井、修井、作业等中具有更加广阔的应用前景。

[0003] 目前我国所拥有的20多套连续管作业机全部是从美国、加拿大等国家引进的，价格非常昂贵，并且配套的工具装备以及作业软件受到外国公司的很大限制，使得作业费用长期居高不下，难于满足油田用户的需求。并且，作为消耗材料的连续管本身的核心技术已制被国外几家公司垄断。我国刚建成的连续管生产线正处于调试阶段，连续管产品生产技术还不成熟，也没有形成系列。连续管用板卷专利已有多个，但与连续管制造技术还不配套。亟需形成连续管原材料、制管及与之配套的技术和产品来满足石油天然气工业发展的需要。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种高强度高塑韧性连续管制造方法，采用低碳、多元合金化、及微合金化成分设计，通过控轧控冷、直缝电阻焊(ERW)制管及后续的热处理技术制造连续管。

[0005] 本发明所述的一种高强度高塑韧性连续管制造方法，采用的技术方案是：

[0006] 1)高强度高塑韧性连续管材料的化学成分质量百分数如下：

[0007] C：0.05～0.12％；Si：0.17～0.37％；Mn：0.60～1.75％；P：≤0.010％；S：≤0.005％；Cr：0.20～1.0％；Mo：0.15～0.45％；Ni：0.10～0.35％；V：0～0.05％；Ti：
0～0.03％；Cu：010～0.25％；Nb：0～0.07％；Al：0.02～0.04％；Ca：0.002～0.004％；
Fe：余量。

[0008] 2)高强度高塑韧性连续管的制造工艺如下：

[0009] 首先，制备热轧板卷：将上述材料(各组分)经氧吹转炉熔炼，Ca处理，炉外精炼，真空脱气，连铸成厚度约为100～250mm的厚板坯，然后加热至约1200℃，在950～1100℃时进行粗轧，在700～950℃时进行精轧，轧后冷却速度15～30℃/s，卷取温度500～600℃，制成综合性能优良的厚度为2～8mm的热轧板卷。

[0010] 板卷纵剪和对焊：将制备好的热轧板卷通过纵剪机剪成70～300mm的钢带，为减少偏析对后续制管焊接的影响，应避免从板卷宽度1/2处纵剪。为满足钢带和连续管长度要求，需将钢带对焊起来，将板头、板尾加工成45°，采用埋弧自动焊或CO2气体保护焊焊接方式通过45°斜焊方式使钢带连接起来。

[0011] 用钢带生产直缝电阻焊接钢管：板边采用铣边方法，精确控制带钢宽度和板边垂直度；采用排辊成型方法控制板边波形；调整焊接电流、电压参数；控制焊缝的挤压量在1.0～2.5mm，开口角θ控制在4～8°，进行焊接，焊接速度v为15～25m/min，开口角θ与焊接速度v的乘积在100～150m/min·度之间；焊接成厚度为2～8mm、管径为19.1mm～
88.9mm的直缝电阻焊钢管。

[0012] 焊后焊缝在930～960℃条件下正火，控制正火后水冷的开始温度在350～400℃；或进行900～950℃的一次整体正火；或进行900～950℃的一次整体淬火、500～700℃回火；或进行750～780℃的一次整体亚温淬火、500～650℃回火。以获得所期望的具有良好综合性能的组织。

[0013] 连续管的主要技术指标：屈服强度达到490～800MPa，最低抗拉强度达到595～900MPa，延伸率28～40％，最低Charpy冲击功80～180J，最高硬度HRC20～HRC30。

[0014] 连续管的外径范围为19.1mm～88.9mm，壁厚范围为2～8mm。

[0015] 连续管的长度范围为1000m～3000m。可以缠绕到适当的芯轴上，以便运输和使用。

[0016] 发明效果

[0017] 本发明包括一组高强度高塑韧性连续管的化学成分及制造工艺，克服了现有技术的不足，形成系列配套的连续管成分优化设计和制造工艺技术。所发明的连续管具有较高的强度和良好的塑韧性、焊接性能及耐腐蚀性；可用于石油天然气工业油气井钻井或井下作业。

具体实施方式

[0018] 实施例1：

[0019] 连续管材料的化学成分质量百分数：

[0020] C：0.05％；Si：0.21％；Mn：1.75％；P：0.007％；S：0.004％；Cr：0.20％；Mo：0.18％；Ni：0.12％；Cu：0.10％；V：0.05％；Ti：0.02％；Al：0.03％；Ca：0.002％；Fe：余量。

[0021] 连续管的制造：

[0022] 首先，制备热轧板卷：将上述材料(各组分)经氧吹转炉熔炼，Ca处理，炉外精炼，真空脱气，连铸成厚度约为100mm的厚板坯，然后加热至约1200℃，在1000～1100℃时进行粗轧，在750～950℃时进行精轧，轧后冷却速度15～20℃/s，卷取温度550～600℃，制成综合性能优良的厚度为2.4mm的热轧板卷。

[0023] 板卷纵剪和对焊：将制备好的热轧板卷通过纵剪机剪成75mm的钢带，为减少偏析对后续制管焊接的影响，应避免从板卷宽度1/2处纵剪。为满足钢带和连续管长度要求，需将钢带对焊起来，将板头、板尾加工成45°，采用埋弧自动焊或CO2气体保护焊焊接方式通过45°斜焊方式使钢带连接起来。

[0024] 用钢带生产直缝电阻焊接钢管：板边采用铣边方法，精确控制带钢宽度和板边垂直度；采用排辊成型方法控制板边波形；调整焊接电流、电压参数；控制焊缝的挤压量在1.6～2.0mm，开口角θ控制在6°，进行焊接，焊接速度v为19～21m/min；焊接成厚度为
2.4mm、外径为75mm的直缝电阻焊钢管。

[0025] 焊后焊缝在930～960℃条件下正火，控制正火后水冷的开始温度在350～400℃，以获得具有细小铁素体和少量珠光体的理想双相组织。

[0026] 连续管的主要技术指标：屈服强度达到496MPa，抗拉强度达到595MPa，延伸率40％，最高硬度HRC20。且具有良好的现场焊接性能及耐腐蚀性能。

[0027] 实施例2：

[0028] 连续管材料的化学成分质量百分数：

[0029] C：0.07％；Si：0.31％；Mn：1.55％；P：0.007％；S：0.004％；Cr：0.25％；Mo：0.16％；Ni：0.17％；V：0～0.04％；Ti：0.02％；Cu：0.19％；Nb：0.04％；Al：0.02％；Ca：0.003％；
Fe：余量。

[0030] 连续管的制造：

[0031] 首先，制备热轧板卷：将上述材料(各组分)经氧吹转炉熔炼，炉外精炼，真空脱气，连铸成厚度约为100mm的厚板坯，然后加热至约1200℃，在1000～1100℃时进行粗轧，在730～950℃时进行精轧，轧后冷却速度20～30℃/s，卷取温度550～600℃，制成综合性能优良的厚度为4mm的热轧板卷。

[0032] 板卷纵剪和对焊：将制备好的热轧板卷通过纵剪机剪成135mm的钢带，为减少偏析对后续制管焊接的影响，应避免从板卷宽度1/2处纵剪。为满足钢带和连续管长度要求，需将钢带对焊起来，将板头、板尾加工成45°，采用埋弧自动焊或CO2气体保护焊焊接方式通过45°斜焊方式使钢带连接起来。

[0033] 用钢带生产直缝电阻焊接钢管：板边采用铣边方法，精确控制带钢宽度和板边垂直度；采用排辊成型方法控制板边波形；调整焊接电流、电压参数；控制焊缝的挤压量在1.7～2.1mm，开口角θ控制在6°，进行焊接，焊接速度v为19～21m/min；焊接成厚度为
4mm、外径为38.1mm的直缝电阻焊钢管。

[0034] 焊后进行900～950℃的一次整体正火，控制正火后水冷的开始温度在350～400℃，以获得具有细小铁素体和少量珠光体的理想双相组织。

[0035] 连续管的主要技术指标：屈服强度达到585MPa，抗拉强度达到640MPa，延伸率35％，最高硬度HRC22。且具有良好的现场焊接性能及耐腐蚀性能。

[0036] 实施例3：

[0037] 连续管材料的化学成分质量百分数：

[0038] C：0.12％；Si：0.35％；Mn：1.45％；P：0.007％；S：0.005％；Cr：0.31％；Mo：0.17％；Ni：0.19％；V：0～0.03％；Ti：0.02％；Cu：0.17％；Nb：0.04％；Al：0.03％；Ca：0.003％；
Fe：余量。

[0039] 连续管的制造工艺同实施例2。

[0040] 焊后进行750～780℃的一次整体亚温淬火、500～650℃回火。以获得具有细小铁素体和少量珠光体的理想双相组织。

[0041] 连续管的主要技术指标：屈服强度达到595MPa，抗拉强度达到670MPa，延伸率37％，最高硬度HRC22。且具有良好的现场焊接性能及耐腐蚀性能。

[0042] 实施例4：

[0043] 连续管材料的化学成分质量百分数：

[0044] C：0.09％；Si：0.25％；Mn：1.44％；P：0.009％；S：0.004％；Cr：0.36％；Mo：0.23％；Ni：0.22％；Ti：0.03％；Cu：0.19％；Nb：0.05％；Al：0.02％；Ca：0.003％；Fe：余量。

[0045] 连续的制造：

[0046] 首先，制备热轧板卷：将上述材料(各组分)经氧吹转炉熔炼，炉外精炼，真空脱气，连铸成厚度约为150mm的厚板坯，然后加热至约1200℃，在1000～1100℃时进行粗轧，在700～950℃时进行精轧，轧后冷却速度20～30℃/s，卷取温度500～550℃，制成综合性能优良的厚度为5.7mm的热轧板卷。

[0047] 板卷纵剪和对焊：将制备好的热轧板卷通过纵剪机剪成205mm的钢带，为减少偏析对后续制管焊接的影响，应避免从板卷宽度1/2处纵剪。为满足钢带和连续管长度要求，需将钢带对焊起来，将板头、板尾加工成45°，采用埋弧自动焊或CO2气体保护焊焊接方式通过45°斜焊方式使钢带连接起来。

[0048] 用钢带生产直缝电阻焊接钢管：板边采用铣边方法，精确控制带钢宽度和板边垂直度；采用排辊成型方法控制板边波形；调整焊接电流、电压参数；控制焊缝的挤压量在1.8～2.4mm，开口角θ控制在7°，进行焊接，焊接速度v为18～20m/min；焊接成厚度为
5.7mm、外径为60.3mm的直缝电阻焊钢管。

[0049] 焊后进行900～950℃的一次整体加热淬火，600～650℃回火。

[0050] 连续管的主要技术指标：屈服强度达到639MPa，抗拉强度达到693MPa，延伸率33％，Charpy冲击功104J，最高硬度HRC23。且具有良好的现场焊接性能及耐腐蚀性能。

[0051] 实施例5：

[0052] 连续管材料的化学成分质量百分数：

[0053] C：0.10％；Si：0.24％；Mn：0.78％；P：0.010％；S：0.004％；Cr：0.69％；Mo：0.26％；Ni：0.28％；V：0.05％；Ti：0.02％；Cu：0.20％；Fe：余量。

[0054] 连续管的制造：

[0055] 首先，制备热轧板卷：将上述材料(各组分)经氧吹转炉熔炼，炉外精炼，真空脱气，连铸成厚度约为250mm的厚板坯，然后加热至约1200℃，在1000～1100℃时进行粗轧，在700～950℃时进行精轧，轧后冷却速度20～30℃/s，卷取温度500～550℃，制成综合性能优良的厚度为6.4mm的热轧板卷。

[0056] 板卷纵剪和对焊：将制备好的热轧板卷通过纵剪机剪成245mm的钢带，为减少偏析对后续制管焊接的影响，应避免从板卷宽度1/2处纵剪。为满足钢带和连续管长度要求，需将钢带对焊起来，将板头、板尾加工成45°，采用埋弧自动焊或CO2气体保护焊焊接方式通过45°斜焊方式使钢带连接起来。

[0057] 用钢带生产直缝电阻焊接钢管：板边采用铣边方法，精确控制带钢宽度和板边垂直度；采用排辊成型方法控制板边波形；调整焊接电流、电压参数；控制焊缝的挤压量在1.8～2.5mm，开口角θ控制在8°，进行焊接，焊接速度v为18～20m/min；焊接成厚度为
6.4mm、外径为73mm的直缝电阻焊钢管。

[0058] 焊后进行900～950℃的一次整体加热淬火，600～650℃回火。

[0059] 连续管的主要技术指标：屈服强度达到719MPa，抗拉强度达到780MPa，延伸率30％，Charpy冲击功176J，最高硬度HRC26。且具有良好的现场焊接性能及耐腐蚀性能。

[0060] 实施例6：

[0061] 连续管材料的化学成分质量百分数：

[0062] C：0.12％；Si：0.27％；Mn：0.96％；P：0.009％；S：0.004％；Cr：0.90％；Mo：0.40％；