一種油套管鋼的制造工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油套管用鋼，即高強(qiáng)度高韌性的油套管鋼，尤其涉及一種在井深超過(guò)5000米或者抗擠性能要求高條件下，屈服強(qiáng)度在lOOOMpa以上且橫向沖擊功大于75J、沖擊功大于90J以上的油套管用鋼的化學(xué)成分及其制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]就油套管常用鋼種而言，API標(biāo)準(zhǔn)的最高強(qiáng)度是Q125鋼級(jí)，縱向沖擊功大于60Jo
[0003]隨著油田開采條件的變化，開采油氣的深井越來(lái)越深，Q125鋼級(jí)普通油套管已經(jīng)滿足不了需要，需要強(qiáng)度更高韌性更好的油套管。隨著油套管的強(qiáng)度不斷提高，韌性會(huì)不斷下降，由于油氣田鉆采條件日益苛刻，深井的開發(fā)日益增多，井下巖層變化也越來(lái)越復(fù)雜，因此需要采用具有強(qiáng)度高、韌性好的材料。目前，在國(guó)際上已經(jīng)開發(fā)150Ksi油套管材料，主要是通過(guò)水淬加較低的溫度回火，來(lái)達(dá)到所要求的性能。但是，由于高強(qiáng)度高韌性油套管屬油井管產(chǎn)品中生產(chǎn)難度大、附加值高的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)基本不能生產(chǎn)。因此許多油田仍然采用P110或者Q125鋼級(jí)增加臂厚的辦法來(lái)維持使用，普遍存在超深井不能開發(fā)問(wèn)題。
[0004]高強(qiáng)度高韌性管的生產(chǎn)難度在于其對(duì)強(qiáng)度要求高而且韌性要求并且具有對(duì)綜合性能有很高的要求。
[0005]影響材料高強(qiáng)韌性性能的主要因素合金含量、夾雜物數(shù)量和形態(tài)及熱處理工藝， 材料的合金含量高，強(qiáng)度越高，同時(shí)材料的韌性差；材料的合金含量低，強(qiáng)度越低，同時(shí)材料的韌性越高。鋼的純凈度會(huì)提高材料的韌性，夾雜物數(shù)量越多且形態(tài)越不規(guī)則、偏析越嚴(yán)重、韌性越差。
[0006]夾雜物的數(shù)量和形態(tài)可以通過(guò)冶煉和鈣處理來(lái)控制。合金含量主要通過(guò)控制C、 Mn、Cr、Mo、V等元素，C含量高，可以保證提高強(qiáng)度，同時(shí)會(huì)造成韌性下降，而且也會(huì)提高材料的開裂敏感性。但是隨著碳含量的降低，材料的強(qiáng)度也會(huì)降低。為保證在低碳含量的條件下得到足夠的強(qiáng)度。通過(guò)Mn、Cr、Mo、V元素和C元素的合理配合，通過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理的方法來(lái)保證材料的強(qiáng)度。調(diào)質(zhì)熱處理采用淬火加高溫回火的方法，保持在一定的溫度以上進(jìn)行回火，來(lái)保證材料的高強(qiáng)度和高韌性。在鋼管的生產(chǎn)過(guò)程中，為解決高強(qiáng)度和高韌性這一問(wèn)題，許多廠家都選用了低C、高Cr、Ni通過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理的方式生產(chǎn)高強(qiáng)度油套管。低C可
以保證材料的韌性，通過(guò)高合金的加入保證材料足夠的強(qiáng)度，再通過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理來(lái)達(dá)到材料的高強(qiáng)度和高韌性。有的廠家采用低合金鋼材料生產(chǎn)高強(qiáng)度油套管，最終因材料的沖擊韌性低或者強(qiáng)度低而放棄生產(chǎn)。
[0007]采用高Cr、Ni合金再進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，材料的各項(xiàng)性能保證能夠達(dá)到高強(qiáng)韌性， 但對(duì)生產(chǎn)油套管而言相對(duì)于低合金鋼管，大大增加了生產(chǎn)成本，會(huì)降低產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提出一種油井用低合金高強(qiáng)度無(wú)縫油套管新鋼種及其制造工藝，在鋼管軋制后進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下就可以保證油井用油套管在達(dá)到1000?
1200MPa屈—服強(qiáng)度的同時(shí)又能滿足橫向沖擊功大于70J、沖擊功大于90J以上的要求。
[0009]本發(fā)明所述的油套管鋼，其成分如下:
C:0.28 ?0.35wt%
Si:0.1 ?0.4wt%
Μη:0.8 ?1.6wt%
Mo:0.4 ?0.6wt%
Cr:0.8 ?1.2wt%
V:0.05 ?0.10wt%
S..( 0.005wt%
A1:0.01 ?0.04%
其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0010]下面分別介紹各個(gè)合金元素的作用:
c:0.28?0.35% (wt%，以下各元素相同)，C為碳化物形成元素，可以提高鋼的強(qiáng)度和衰透性，太低時(shí)鋼的強(qiáng)度明顯降低，太高時(shí)會(huì)大大降低鋼的韌性，同時(shí)也會(huì)增加鋼的開裂敏感性。
[0011]Μη:1.0?1.6，Μη為奧氏體形成元素，可以提高鋼的強(qiáng)度，含量小于1.0時(shí)作用不明顯，含量大于1.6時(shí)，組織偏析傾向加重，影響組織的均勻性。
[0012]Mo:0.4?0.6%:主要是通過(guò)碳化物及固溶強(qiáng)化形式來(lái)提高鋼的強(qiáng)度和提高鋼的回火穩(wěn)定性，含量過(guò)高會(huì)降低鋼的韌性。
[0013]V:0.05?0.10，能夠細(xì)化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。但含量達(dá)到一定量時(shí)，其效果增加便不明顯了。
[0014]Si:0.1?0.4，能夠強(qiáng)化基體，低于0.1，效果不明顯。但含量達(dá)到超過(guò)0.4后，效果增加便不明顯。
[0015]S 0.005%，加入量超過(guò)會(huì)增加硫化物含量，影響鋼的韌性。
[0016]A1:加入適量的A1會(huì)細(xì)化鋼的晶粒，但是加入量超過(guò)0.4%后會(huì)惡化鋼的力學(xué)性倉(cāng)泛。
[0017]該油套管鋼的制造工藝如下:
經(jīng)電爐冶煉澆鑄的管坯經(jīng)環(huán)形加熱爐加熱、穿孔機(jī)穿孔后，然后在950?1050°C進(jìn)行軋管，空心管脫棒后進(jìn)入再加熱爐，保溫溫度在800?1000°C之間，其目的主要是重新奧氏體化鋼管更易變形，而且組織得到進(jìn)一步細(xì)化。鋼管經(jīng)張力減徑機(jī)軋制后空冷，隨后再在860?1000°C溫度區(qū)間進(jìn)行奧氏體化并水淬火以得到過(guò)飽和的馬氏體組織，然后鋼管在600°C?660°C保溫進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理以得到均勻細(xì)小的回火索氏體組織，最終確保鋼管的力學(xué)性能達(dá)到150鋼級(jí)水平制成成品管。
[0018]本發(fā)明的鋼種，有著良好的淬透性和較高的組織穩(wěn)定性，可以保證在調(diào)質(zhì)熱處理后有8級(jí)以上的細(xì)晶粒。完全能保證所需要的強(qiáng)度要求和韌性要求。本發(fā)明除控制碳含量并加入合適的Cr、Mo、V、Mn、Al保證力學(xué)性能外，還通過(guò)純凈鋼冶煉技術(shù)來(lái)提高鋼的韌性。
[0019]采用細(xì)化晶粒的元素，利用材料的淬透性進(jìn)行完全馬氏體淬火，再通過(guò)控制回火溫度來(lái)控制材料的最終性能，其性能波動(dòng)小于20MPa，完全滿足超深油井對(duì)油套管性能的要求。
【具體實(shí)施方式】
[0020]由連鑄或連軋得到的管坯經(jīng)環(huán)形加熱爐加熱后，經(jīng)穿孔機(jī)穿孔，然后在950? 1050°C軋管，脫棒后進(jìn)入再加熱爐，在800?1000°C保溫后，進(jìn)入張力減徑機(jī)或延伸機(jī)軋后空冷，再860?1000°C保溫進(jìn)行淬火，然后在600°C?660°C保溫進(jìn)行回火制成成品管。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種油套管鋼的制造工藝，其特征在于按如下成分冶煉:C:0.28 ?0.35wt%Si:0.1 ?0.4wt%Μη:0.8 ?1.6wt%Mo:0.4 ?0.6wt%Cr:0.8 ?1.2wt%V:0.05 ?0.10wt%S..( 0.005wt% A1:0.01 ?0.04% 其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；由連鑄或連軋得到的管坯經(jīng)加熱爐加熱后，經(jīng)穿孔機(jī)穿孔，然后在950?1050°C軋管，脫棒后進(jìn)入再加熱爐，在800?1000°C保溫后，進(jìn)入張力減徑機(jī)或延伸機(jī)軋后空冷，再860?1000°C保溫進(jìn)行淬火，然后在600?660°C保溫進(jìn)行回火制成成品管。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種油套管鋼及其制造工藝。由連鑄或連軋得到的管坯經(jīng)加熱爐加熱后，經(jīng)穿孔機(jī)穿孔，然后溫度在950～1050℃軋管，脫棒后進(jìn)入再加熱爐，在800～1000℃保溫后，進(jìn)入張力減徑機(jī)或延伸機(jī)軋后空冷，再860～1000℃保溫進(jìn)行淬火，然后在600℃～660℃保溫進(jìn)行回火制成成品管。本發(fā)明的鋼種，有著良好的淬透性和較高的組織穩(wěn)定性，完全能保證油井用油套管在達(dá)到1000～1200MPa屈服強(qiáng)度的同時(shí)又能滿足橫向沖擊功大于70J、沖擊功大于90J以上的要求。
【IPC分類】C21D8/10, C22C38/38, C22C38/24
【公開號(hào)】CN105463334
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410394058
【發(fā)明人】張磊
【申請(qǐng)人】青島煒燁鍛壓機(jī)械有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2014年8月12日