一种ksi125级页岩气井焊接套管用钢及其制造方法与流程

本发明属于冶金，涉及一种ksi125级页岩气井焊接套管用钢及其制造方法。

背景技术：

1、据统计，我国可采页岩气的总量为31.57万亿立方米，排名世界第一位，占全世界可采储量的15％，是常规天然气储量的近10倍。但相关统计显示，2021年，我国页岩气产量仅为230亿立方米，占全年天然气总产量的11.1％。分析其主要原因在于我国页岩气藏主要分布在中西部地区，具有储层深、地层压力高、天然裂缝复杂及页岩气井水平段长、压裂作业压力高、作业周期长等特点，对套管抗挤毁和非均匀变形能力提出更为严格的要求。

2、目前国内套管选型以125ksi钢级的无缝管为主，存在套管柱套损严重问题，导致桥塞等工具无法下入，延迟后续的压裂施工和生产，造成巨大的时间和经济损失，影响页岩气开发产能建设。随着国内高频电阻焊制管技术的发展，高性能焊接套管产品越来越受到认可，其相比无缝管具有材料性能、几何尺寸均匀性好等优点，具有抗挤毁强度高的天然优势。

3、近年来，中低级别牌号j55、n80、p110等已实现焊管替代无缝管，但随着开采深度的不断增大，开发高钢级、高抗压溃性能的焊管油井管成为了行业研究的前沿方向，现阶段首要难题是套管生产用钢的性能达不到制管生产要求。钢厂急需制造出成分体系、力学性能、微观组织均能良好匹配制管环节成型、焊接、热处理要求的热轧卷板，来解决屈服强度高难成型、带状组织高焊接质量差、热处理后性能不足等制管难题，从而实现成品焊接套管高强度、高韧性和高抗挤毁能力的性能特点。

4、公开号为cn109023120a的专利文献公开了“一种页岩气井用高强度高韧性焊接套管及其制造方法”，化学成分按重量百分比包括：c：0.16～0.28％，si：0.15～0.35％，mn：0.60～1.00％，cr：0.20～1.20％，mo：0.30～1.00％，s≤0.002％，p≤0.010％，ni：0.15～0.55％，v：0.01～0.15％，ti：0.005～0.05％，al：0.01～0.03％，稀土re：0.0005～0.020％，b：0.001～0.0015％，余量为fe和不可避免的杂质。该专利提出产品的合金成分中包含稀土元素和贵重合金镍，生产成本高；其主要集中于焊接、热张力减径、热处理及热矫直工艺，并未充分关注套管加工原料热轧卷板的生产工艺，且未公开热轧卷板的力学性能、显微组织，其成型性、焊接性对目前ksi125级页岩气井焊接套管产线适用程度未知。

技术实现思路

1、本发明提供一种ksi125级页岩气井焊接套管用钢及其制造方法，所生产的套管用钢热轧态屈服强度适中、带状组织极低、冲击韧性稳定，能够良好满足制管过程对原材料的成型、焊接要求；经制管热处理后成品套管性能符合api标准ksi125级套管要求，成品套管焊缝探伤检测合格、压扁试验无开裂。

2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种ksi125级页岩气井焊接套管用钢，其化学成分组成及质量百分含量为c：0.16～0.28％，si：0.10～0.40％，mn：0.80～1.60％，p≤0.012％，s≤0.005％，als：0.010～0.060％，nb：0.010～0.060％，v：0～0.08％，ti：0.005～0.030％，，cr：0.20～0.90％，mo：0.10～0.60％，b：0.0005～0.0025％，余量为fe和不可避免的杂质；其化学成分的质量百分含量满足：

4、c+mn/6+(cr+v+mo)/5+(cu+ni)/15：0.48～0.54％；

5、mo+5v：0.20～0.70％；

6、c+si+mn/4+mo+cr+10b：1.00～1.70％。

7、进一步的，所述套管用钢热轧态屈服强度rt0.5在330～480mpa，通卷强度差异≤30mpa，0℃横向冲击功akv≥40j，显微组织晶粒度≥9级，带状组织≤1.5级。

8、上述ksi125级页岩气井焊接套管用钢的制造方法，包括板坯连铸、加热、轧制、层流冷却和卷取工序；

9、板坯连铸工序：二冷段铸坯凝固末端在第n段，则第n-3段、n-2段、n-1段和n段的辊缝总压下量6～8mm，该4段喷淋水流量根据拉速设定，具体为：当拉速为1.0mm/min时，喷淋水流量50～60l/min；当拉速为1.1mm/min时，喷淋水流量80～90l/min；当拉速为1.2mm/min时，喷淋水流量115～130l/min；

10、轧制工序：采取粗轧+精轧两阶段tmcp控制轧制，粗轧末道次压下率25～35％；精轧阶段，精轧入口温度1000～1050℃，终轧温度860～900℃；

11、层流冷却工序：冷却模式采用前段集中冷却，带钢冷却速率30～60℃/s；

12、卷取工序：卷取温度520～580℃。

13、进一步的，所述板坯连铸工序，中包钢水过热度10～15℃。

14、进一步的，所述加热工序，板坯下线冷却至≤150℃后送加热炉加热，总加热时间200～280min，板坯在预热段停留时间占总加热时间的15～25％，出炉温度1250±20℃，同板差≤30℃。

15、进一步的，所述轧制工序，精轧阶段采用7机架连轧。

16、进一步的，所述冷却及卷取工序，冷却速率30～60℃/s。

17、上述所得钢卷经开卷纵剪、铣边、高频焊接、整管热处理后，所得成品焊接套管屈服强度rt0.65≥862mpa，抗拉强度rm≥931mpa，延伸率a50.8≥20％，0℃横向冲击功akv≥160j，压扁试验焊缝无开裂，抗挤毁强度≥200mpa。

18、所述整管热处理采用淬火+回火，淬火温度900±20℃，回火温度530±20℃。

19、目前国内页岩气井焊接套管加工产线在研发试制ksi120级套管时主要面临三个突出问题亟待解决，一是热轧态原材料强度高制管成型困难，二是原材料带状引起焊后局部组织差异导致的焊缝质量不合格，三是原材料韧性差纵剪和成型时易开裂。

20、针对上述限制问题，本发明通过特定的化学成分体系设计、炼钢-轧制全流程的带状组织协同控制、tmcp工艺和钢卷下线控温工艺结合，制造出材料强度比国内现有产线装备制管成型极限低30mpa以上、显微带状组织1.5级以内、韧塑性稳定的ksi125级页岩气井焊接套管用钢，能够良好满足制管过程对材料的成型焊接要求。

21、同时，成分mo-v和成分c-si-mn-mo-cr-b均按特定方式组合添加，保证了的调质后成品焊管的强度水平，以及厚度方向组织、性能的均匀一致性。套管经调质热处理后强度达到api标准125ksi级套管要求，屈服强度rt0.65≥862mpa，抗拉强度rm≥931mpa，且韧塑性显著优于api标准，延伸率a50.8≥20％，0℃横向冲击功akv≥160j，压扁试验焊缝无开裂，抗挤毁强度≥200mpa，具有高强度、高韧性和高抗挤毁能力，适用于复杂服役环境的页岩气井。