摘要：介绍了包钢CSP厂采用Nb微合金化技术生产直缝焊石油套管用J55热轧钢带的过程。钢带的力学性能以及冷弯、焊接、螺纹加工等性能均满足API 5CT标准的要求和用户协议要求，已经商业化生产1万t，使用情况良好。

 关键词：CSP；Nb微合金化；J55

    根据我国石油天然气的“十五”发展规划，到2005年油井管的年需求量达到120万t，其中j55钢级套管约占油井管总需求量的50％以上。自20世纪60年代开始，国外采用热轧卷板制造直缝电阻焊套管(简称ERW)代替无缝管，获得成功。直缝焊套管以其壁厚均匀、几何尺寸精度高、在地下服役时具有抗挤毁和抗压溃能力较同钢级无缝管高10％～15％，且生产成本低、价格便宜等优势越来越受到用户的青睐。从1987年至今，在中国许多常规流程热轧带钢生产线上被商业化生产。目前，在短流程生产线(如CSP)上开发生产J55的工作也越来越受到重视。

包钢于2005年5月成功研制了J55钢级直缝焊石油套管用热轧钢带，并商业化生产了1万t。本文介绍了包钢CSP线开发J55的工业试验过程及商业化产品的力学性能、使用性能和用户的使用情况等。

1  试制过程

1．1 J55钢的化学成分

  直缝电阻焊石油套管用钢J55，是参照美国石油协会API Spec 5CT标准以及用户技术协议进行研制开发的。考虑到J55既要有良好的韧性，又要有良好的螺纹加工性能，因此内控成分采用低碳设计。具体设计成分(质量分数，％)为：c≤0．08、Si≤0．3、Mn≤1．6、P≤0．02、S≤0．01、Nb≤0．06、V≤0．06、Ti≤0．01。

1．2试验及商业化生产工序

    J55钢的成分范围按照1．1节所示控制，生产工序为：铁水脱硫预处理、转炉冶炼、LF钢包精炼、薄板坯连铸、加热、轧制、卷取、组织和性能检验、入库。

    对每个批次试验及商业化生产的J55钢，沿钢带横向取拉伸试样，沿横向和纵向取冲击试样，在拉伸试验机和冲击试验机上，测量力学性能；用4％硝酸酒精溶液腐蚀金相试样，用LEICA图像分析仪拍摄微观组织照片。

2  试验结果与分析

    2．1成分偏析

   针对用户担心钢带沿宽度方向上存在中部C、Mn偏析影响焊接性能的问题，抽验了试验钢带沿宽度方向成分分布的情况。检验试样是以钢板横截面中部为起始点，分别向两侧沿宽度方向将钢带均匀分成7块并化验化学成分，结果见图1。

    从图1中可以看出，钢带宽度方向成分分布均匀，其中C的质量分数最大与最小值仅相差0．003％，Mn的质量分数仅相差0．01％，其它元素均在分析误差范围之内，这说明钢带的碳、锰偏析程度极轻微，没有用户担心的常规流程易出现的C、Mn严重偏析现象，这一点用户在试用过程中也得到了证实。

2．2显微组织

    图2为试制的J55热轧钢带的显微组织，为细晶粒多边形铁素体、少量针状铁素体和少量珠光体，其中占绝大多数的多边形铁素体的平均晶粒尺寸约为6μm。

2．3  力学性能

    表1为试验钢的性能、API 5CT标准的要求及用户协议要求的性能。由于用户考虑钢板在制成焊管后的包辛格效应，对钢带的屈服强度比API 5CT标准的要求有所提高。试验钢的各项性能均满足API 5CT和用户协议的要求。

    图3为21炉试验钢力学性能的分布情况。可以看出，试制的J55强度波动范围小。

    为了解整卷钢带拉伸性能的分布情况，随机抽取1卷钢带，沿纵向从头部开始每40 m取样一次，进行拉伸性能检验，结果见图4。可以看出，在钢带全长范围内，屈服强度和抗拉强度均匀、稳定。

    石油套管用钢对冲击性能要求较高。试制的J55钢带冲击性能比标准要求高得多(图5)，表明试验钢带具有良好的低温韧性。

2．4使用性能

2．4．1冷弯性能

    冷弯试验是检测钢板在一定条件下成形性能优劣的一种工艺试验。

    J55钢级直缝焊石油套管用热轧钢带进行了横、纵向冷弯试验，试样宽度b=60 mm，弯曲180⁰，弯心直径d=O，冷弯试样都符合要求。所有试样在弯曲后表面没有出现裂纹，由此说明试验钢带冷弯性能优良。

2．4．2焊接试验

    采用高频电流将焊缝金属熔化并施加外力将焊缝直接挤压在一起，钢管的焊缝和热影响区组织均为细晶铁素体+微量珠光体组织，组织均匀，热影响区组织没有出现明显的粗化(图6)。

2．4．3车削加工性能

    硬度是石油套管螺纹加工的工艺性能指标，焊管母材具有一定的硬度是保证螺纹加工时不粘刀、不打刀，上、卸扣检验时不脱扣、不粘扣的一项重要指标，用户要求HV10。大于180。热轧母材及制成焊管时的硬度检验结果见图7、8。

热轧钢带的硬度与石油套管的硬度均满足要求，说明包钢CSP开发的J55钢级直缝焊石油套管用热轧钢带具有优良的螺纹加工性能。

2．4．4抗粘扣性能

    用户试用后反映，J55热轧钢带的制管成形条件、焊接条件与常规流程材料无丝毫差别，可切削性与常规流程相当。已制成的直缝焊石油套管经3次装、卸扣试验，无粘扣现象，表明抗粘扣性能优良。

3  用户使用情况

    开发的J55钢级直缝焊石油套管用热轧钢带分别在天津利丰源达钢铁集团有限公司和宝鸡住金石油钢管有限公司进行了应用。采用1 530 mm×8．8mm、1 545 mm×8．94 mm、1 310 mm×6．2 mm、1 310 mm×7．7 mm规格的包钢J55钢级直缝焊石油套管用热轧钢带生产ø244．5 mm、ø139．7 mm规格J55钢级直缝焊石油套管，共使用1万t。产品尺寸精度高，板形、表面质量良好，化学成分、力学性能都能满足石油套管用钢带的技术要求；钢带的焊接性能、螺纹切削性能优良；制成石油套管成品的冲击韧性优于常规流程的同类产品，产品照片见图9。

4  结论

    (1)包钢薄板坯连铸连轧厂研制的J55直缝焊石油套管用热轧钢带组织性能优良，钢带纵向、横向组织性能均匀、稳定，满足用户技术协议及API5CT标准要求。

    (2)与常规流程生产的同类产品相比，利用薄板坯生产的J55钢带具有整条钢带尺寸精度高，钢带沿宽度方向成分分布均匀等明显优势。

    (3)试制的J55钢带合金化设计合理，生产工艺可行，已实现批量生产。

    (4)材料跟踪试用的适用性分析表明，制成的直缝焊管可成功替代无缝管。

                                                                                                      董瑞峰1，  闫  波1，  张晓燕’1，  刘  哲1，  刘清友2