含硼深井超深井用140ksi鋼級(jí)石油套管及生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含硼深井超深井用140ksi鋼級(jí)石油套管及生產(chǎn)方法，石油套管材質(zhì)的化學(xué)成分質(zhì)量百分比含量為：C0.20-0.25%；Si0.17-0.37；Mn0.5-0.8%；P≤0.015%；S≤0.005%；Cr0.5-1.0%；Mo0.5-0.8%；V0.10-0.15%；B0.002-0.004%其余為Fe和不可避免雜質(zhì)，共計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100％。其優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)微量B加入提高鋼的淬透性強(qiáng)化晶界提高鋼的熱強(qiáng)性耐持久性，還能替代少量的Cr、Mo合金從而節(jié)約鋼材成本，套管能夠達(dá)到6000m下井深度時(shí)的各項(xiàng)力學(xué)性能要求，在達(dá)到高強(qiáng)度的同時(shí)材料韌性也得到提高，特別是橫向沖擊韌性得到提高，其附加值也非常高。
【專利說(shuō)明】含硼深井超深井用140ksi鋼級(jí)石油套管及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含硼深井超深井用140ksi鋼級(jí)石油套管及生產(chǎn)方法，屬于冶金行業(yè)深井用無(wú)縫鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油工業(yè)的發(fā)展，油井管下井深度越來(lái)越深，所需鋼級(jí)越來(lái)越高。深超深井用套管服役的地質(zhì)條件極其惡劣，套管要承受很大的內(nèi)外壓力和軸向載荷，因高強(qiáng)度套管的韌性不足引起的事故頻繁，而超深井用石油套管要求高強(qiáng)度高韌性，對(duì)材料的綜合性能有嚴(yán)格的要求，因此需要加入大量的合金元素特別是Cr、Mo元素，極大增加了石油套管的成本，硼的價(jià)格便宜，鋼中加入少量的硼能顯著提高鋼的淬透性，可以等效于一定量的Cr、Mo等合金元素，硼能強(qiáng)化晶界提高鋼的熱強(qiáng)性及持久強(qiáng)度，在提高強(qiáng)度的同時(shí)還能保持鋼的韌性。超深井用石油套管不僅要具有很高的強(qiáng)度、韌性，還要有較好的耐腐蝕性、耐低溫性、抗擠毀等各種苛刻的條件，這樣對(duì)鋼管的綜合性能提出了更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種含硼深井超深井用140ksi鋼級(jí)石油套管及生產(chǎn)方法，利用硼提高淬透性強(qiáng)化晶界提高鋼的熱強(qiáng)性及持久強(qiáng)度的特征及其它合金元素冶煉具有高強(qiáng)高韌性的特點(diǎn)，使生產(chǎn)的石油套管具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，達(dá)到屈服強(qiáng)度:996Mpa-1100Mpa ;抗拉強(qiáng)度:1034Mpa ;延伸率16% ;沖擊韌性:全尺寸縱向沖擊功 80 j，全尺寸橫向沖擊功大于60 j。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0005]一種含硼深井超深井用140ksi鋼級(jí)石油套管，石油套管材質(zhì)的化學(xué)成分質(zhì)量百分比含量為:C0.20-0.25% ；Si0.17-0.37 ；Mn0.5-0.8% ；P ( 0.015% ；S ( 0.005% ；Cr0.5-1.0% ；Mo0.5-0.8% ；V0.10-0.15% ；B0.002-0.004% 其余為 Fe 和不可避免雜質(zhì)，共計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%。
[0006]因?yàn)槠鋸?qiáng)度范圍很窄，因此要嚴(yán)格控制化學(xué)成分范圍，降低C含量是提高鋼韌性最有效最經(jīng)濟(jì)的手段，要將C含量控制在0.25以下，但C含量的降低對(duì)強(qiáng)度、淬透性等有較大影響，可以通過(guò)合金元素來(lái)彌補(bǔ)，Mo和V元素能夠提高鋼的回火抗力，而V還能細(xì)化晶粒同時(shí)與N結(jié)合減小N對(duì)材料韌性的破壞。兩者在提高強(qiáng)度同時(shí)對(duì)韌性也有提高，特別是橫向沖擊韌性的提高有好處，B能提高鋼的淬透性并強(qiáng)化晶界提高熱強(qiáng)性和持久強(qiáng)度。
[0007]本發(fā)明的石油套管的生產(chǎn)方法如下:
[0008]煉鋼工藝:鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一LF爐精煉一VD真空處理一圓坯連鑄，要保證鋼的純凈度，對(duì)鐵水進(jìn)行預(yù)處理，采用硅錳、錳鐵、鉻鐵進(jìn)行脫氧合金化，終脫氧采用鋁質(zhì)合金，LF爐根據(jù)轉(zhuǎn)爐鋼水成分及溫度進(jìn)行造渣脫硫，VD前加硼鐵，VD后喂入硅鈣線，對(duì)夾雜物進(jìn)行變性處理，將鈣硫比控制在0.6-1.2之間，軟吹時(shí)間15分鐘以上，軟吹后靜止5分鐘以上，讓夾雜物充分上浮。[0009]軋制工藝流程:軋制管還加熱一穿孔一連軋一張減徑一冷床一熱處理一矯直一探傷。工藝?yán)媚壳笆澜缟献钕冗M(jìn)的PQF連軋管機(jī)組，管坯加熱溫度:1250°C -1300°C，穿孔溫度:1250°C -1280°C，軋管溫度:1070°C -1170°C，張減徑溫度:850°C -900°C。
[0010]熱處理工藝流程:熱處理制度為淬火+回火的調(diào)質(zhì)工藝，嚴(yán)格控制爐溫、保證加熱穩(wěn)定性和冷卻水流量，淬火加熱溫度:880°c -950°c，保溫時(shí)間:50min，回火溫度:6000C -660°C，保溫時(shí)間:80min。保證矯直溫度≥480°C。
[0011]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]本發(fā)明為深井超深井用非APIHOksi鋼級(jí)石油套管，通過(guò)微量B加入提高鋼的淬透性強(qiáng)化晶界提高鋼的熱強(qiáng)性耐持久性，還能替代少量的Cr、Mo合金從而節(jié)約鋼材成本，套管能夠達(dá)到6000m下井深度時(shí)的各項(xiàng)力學(xué)性能要求，在達(dá)到高強(qiáng)度的同時(shí)材料韌性也得到提高，特別是橫向沖擊韌性得到提高，其附加值也非常高。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]鋼材冶煉生產(chǎn)工藝:鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一LF爐精煉一VD真空處理一圓坯連鑄。要嚴(yán)格控制成分范圍，要保證鋼的純凈度，對(duì)鐵水進(jìn)行預(yù)處理，采用硅錳、錳鐵、鉻鐵進(jìn)行脫氧合金化，終脫氧采用鋁質(zhì)合金，出鋼過(guò)程進(jìn)行擋渣并加入200公斤白灰，LF爐根據(jù)轉(zhuǎn)爐鋼水成分及溫度進(jìn)行造渣脫硫，補(bǔ)充鑰鐵、鉻鐵在LF中后期加入以提高合金收得率，VD要保證脫氣效果，保證15分鐘的深真空時(shí)間，VD前加硼鐵，VD后喂入150m硅鈣線，對(duì)夾雜物進(jìn)行變性處理，將鈣硫比控制在0.6-1.2之間，保證軟吹時(shí)間15分鐘以上，軟吹后保證5分鐘左右的時(shí)間靜止，以讓夾雜物充分上浮。連鑄采用全程無(wú)氧化保護(hù)澆注，采用堆垛方式進(jìn)行冷卻，同時(shí)避開(kāi)風(fēng)口。
[0015]對(duì)四個(gè)實(shí)施實(shí)例進(jìn)行化學(xué)成分檢驗(yàn)，四個(gè)實(shí)施實(shí)例煉鋼工藝都一樣，化學(xué)成分檢驗(yàn)均在以下成分范圍內(nèi):C0.20-0.25% ；Si0.17-0.37 ；Mn0.5-0.8% ；P ≤ 0.015% ；S ≤ 0.005% ；Cr0.5-1.0% ；Μο0.5-0.8% ；V0.10-0.15% ；Β0.002-0.004%其余為 Fe 和不可避免雜質(zhì)，共計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%。
[0016]硫印檢驗(yàn)合格，低倍組織為典型的鑄態(tài)組織，連鑄圓管坯達(dá)到冶煉質(zhì)量要求，將合格管坯進(jìn)行軋制。
[0017]材料軋制工藝:管還加熱一穿孔一連軋一張減徑一冷床一熱處理一矯直一探傷。利用目前世界上最先進(jìn)的PQF連軋管機(jī)組進(jìn)行軋制，該類型軋機(jī)對(duì)鋼管的壁厚控制和生產(chǎn)效率等要優(yōu)于其它類型連軋管機(jī)組，要控制軋制壓縮比，環(huán)形加熱爐加熱控制如表I所示，
[0018]表I環(huán)形爐溫度控制
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種含硼深井超深井用HOksi鋼級(jí)石油套管，其特征是:石油套管材質(zhì)的化學(xué)成分質(zhì)量百分比含量為:C0.20-0.25% ；Si0.17-0.37 ；Mn0.5-0.8% ；P ( 0.015% ；S ( 0.005% ；Cr0.5-1.0% ；Mo0.5-0.8% ；V0.10-0.15% ；B0.002-0.004% 其余為 Fe 和不可避免雜質(zhì)，共計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的含硼深井超深井用140ksi鋼級(jí)石油套管的生產(chǎn)方法，其工藝為:鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一LF爐精煉一VD真空處理一圓坯連鑄一軋制管坯加熱—穿孔一連軋一張減徑一冷床一熱處理一矯直一探傷，其特征是:對(duì)鐵水進(jìn)行預(yù)處理，采用硅錳、錳鐵、鉻鐵進(jìn)行脫氧合金化，終脫氧采用鋁質(zhì)合金，LF爐根據(jù)轉(zhuǎn)爐鋼水成分及溫度進(jìn)行造渣脫硫，VD前加硼鐵，VD后喂入硅鈣線，對(duì)夾雜物進(jìn)行變性處理，將鈣硫比控制在0.6-1.2之間，軟吹時(shí)間15分鐘以上，軟吹后靜止5分鐘以上，讓夾雜物充分上??；軋制工藝工藝?yán)肞QF連軋管機(jī)組，管坯加熱溫度:1250°C -1300°C，穿孔溫度:1250°C -1280°C,軋管溫度:1070°C _1170°C，張減徑溫度:850°C _900°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含硼深井超深井用140ksi鋼級(jí)石油套管的生產(chǎn)方法，其特征是:熱處理制度為淬火+回火的調(diào)質(zhì)工藝，嚴(yán)格控制爐溫、保證加熱穩(wěn)定性和冷卻水流量，淬火加熱溫度 :880°C _950°C，保溫時(shí)間:50min，回火溫度:600°C _660°C，保溫時(shí)間:80min。保證矯直溫度> 480°C。
【文檔編號(hào)】C22C38/32GK103451544SQ201310409403
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】張行剛, 劉金, 賀景春, 馬愛(ài)清, 石曉霞, 陳鎮(zhèn)方, 姜海龍 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司