CN101566066A - 壁厚为60mm-70mm的高强度液压支架管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种壁厚为60mm－70mm的高强度液压支架管，该液压支架管的组成成分配比：C：0.19－0.32％、Si：0.2－0.8％、Mn：1.1－2.1％、Ti：0.001－0.032％、V：0.02－0.16％、B：0.0001－0.0038％，其余为Fe。该液压支架管淬火后心部机械性能：屈服强度为850－1110MPa，抗拉强度在980－1210MPa，纵向冲击在39－110焦耳，横向冲击在33－90焦耳，调制后金相组织为回火索氏体，焊接裂纹敏感系数Pcm＝0.356－0.379。本发明的有益效果是使用该工艺方法采取加入B元素和Mn元素的方式，在含有这两种元素的情况下淬透深度明显提高，能够保证最终的强度性能。V和Ti是细化晶粒的元素，在焊缝金属中有效的降低冷裂纹倾向，其析出相对抑制热影响区晶粒长大起到积极作用，提高焊接质量。
Description
技术领域
本发明属于金属材料行业的石油天然气工业用无缝钢管制造技术，特别涉及一种壁厚为60mm-70mm的高强度液压支架管。
背景技术
由于全球石油供应的严峻形势，超深油气井的勘探、建设已成为关系到石油天然气工业长期稳定持续发展的重大基础工程。超高强度高韧性油井管作为石油钻采行业深井超深井建井的重要工业材料，成为近年来国内外材料研究与开发的热点。超深井由于井下高温高压环境，对油井管的强度、韧性、密封性能、抗裂纹扩展能力、抗弯曲能力等使用性能有特殊要求。钢铁材料要求高强度的同时，追求高韧性是目前油井管领域的研究开发热点。一般来讲，钢的强度与塑性、韧性通常表现为互为消长的关系，强度高的钢往往塑性和韧性就低，反之，为追求高的塑性和韧性，就必须牺牲钢的强度。并且随着强度的提高，延迟断裂和缺口的敏感度也会急剧增加。
目前，先进而流行的无缝钢管制造工艺一般采用连铸+MPM连轧(或PQF连轧)工艺生产，对于高强度钢管，采用调质热处理的方法达到所需的强度级别。在API标准规范中，P110~Q125级别的油井管横向冲击功只要达到40J就可以，但横向冲击功太低，在实际应用中易发生突然失效等灾难事故。故石油天然气开发用无缝钢管往往要求比API标准更高的冲击功。
随着石油价格的高升和勘探技术的发展，开采的油层深度不断由浅入深，油气井内的压力和温度也不断提高，地质环境也变得越来越恶劣，使油气井下的石油套管所承受的应力状态更为复杂和严酷。这样的钻采条件对石油套管的强度及韧性要求很苛刻，一旦石油套管选择不当，就会出现挤毁和泄露等事故，导致整口井的减产，甚至报废。同时，在目前生产技术水平下，钢材存在微小缺欠或损伤是难以避免的，关键是要在提高石油套管强度的同时，改善其断裂韧性，使材料的缺欠或损伤在严苛载荷下失效时是“先漏后破”的模式，避免因韧性不足造成在超负荷应力下因裂纹扩展导致破裂而造成灾难。
制约具有高强度和高韧性石油套管制造的主要技术难点有：钢材化学成份、高纯净钢冶炼、超细晶粒钢的轧制、热处理工艺和矫直方法以及套管几何尺寸精度差等。这些问题制约了具有超高强度高韧性石油套管的发展。
当代液压支架结构向高产高效工作面及扩大一次采全高开采的适用范围方向发展，并且高度不断增加，大于5m的可称为特大采高液压支架。由于采高加大使基本支撑压力更加强烈，支架的支护强度更要加大，这就对液压支架管的使用性能提出更高的要求。传统的27SiMn在生产大壁厚液压缸时，淬透深度不够，进而影响调制后的机械强度，为安全生产埋下隐患，第二，大壁厚27SiMn的焊接性不能满足高强液压支柱的使用需求，支架生产工艺要求高，使生产成本增加。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种壁厚为60mm-70mm的高强度液压支架管，以利于降低生产成本，适应煤炭行业快速发展市场需求。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种壁厚为60mm-70mm的高强度液压支架管，该液压支架管的组成成分配比：C：0.19-0.32％、Si：0.2-0.8％、Mn：1.1-2.1％、Ti：0.001-0.032％、V：0.02-0.16％、B：0.0001-0.0038％，其余为Fe。该液压支架管淬火后心部机械性能：
屈服强度为850-1110MPa，抗拉强度在980-1210MPa，纵向冲击在39-110焦耳，横向冲击在33-90焦耳，调制后金相组织为回火索氏体，焊接裂纹敏感系数Pcm＝0.356-0.379。
本发明的有益效果是使用该支架管采取加入B元素和Mn元素的方式，在含有这两种元素的情况下淬透深度明显提高，能够保证最终的强度性能。V和Ti是细化晶粒的元素，在焊缝金属中有效的降低冷裂纹倾向，其析出相对抑制热影响区晶粒长大起到积极作用，提高焊接质量。
具体实施方式
结合实施例对本发明的壁厚为60mm-70mm的高强度液压支架管加以说明。
以壁厚比较厚的φ426×40的液压支架管为例，首先，规格为φ426×40传统的27SiMn在经过900℃加热淬火以后，其洛氏硬度从外壁到中心再到内壁，由45HRC变化到28HRC再回到43HRC，淬透深度大约在8-15mm，这样很容易降低最终构件的使用强度，产生安全隐患。同时，焊接40mm壁厚的液压管时，不同道次焊缝对母材和热影响区产生热影响，由于27SiMn中细化晶粒的元素很少，这样焊缝晶粒容易长大，焊缝周围的母材又没有对晶界钉扎的析出相，晶粒很容易长大，使控制焊缝接头的质量成本提高，壁厚再厚的液压支架管质量更加难以控制。
采用本发明的壁厚大于60mm的高强度液压支架管能很好地解决上述问题：
本发明的壁厚为60mm-70mm的高强度液压支架管的成分组成配比：C：0.19-0.32％、Si：0.2-0.8％、Mn：1.1-2.1％、Ti：0.001-0.032％、V：0.02-0.16％、B：0.0001-0.0038％，其余为Fe。本发明的新钢种液压支架管在针对提高淬透性的问题上，采取加入B元素和Mn元素的方式，在含有这两种元素的情况下淬透深度大大提高，能够保证最终的强度性能。V和Ti是细化晶粒的元素，在焊缝金属中有效的降低冷裂纹倾向，其析出相对抑制热影响区晶粒长大起到积极作用，提高焊接质量。
本发明的壁厚为60mm-70mm的高强度液压支架管淬火后心部机械性能可达到：
屈服强度为850-1110MPa，抗拉强度在980-1210MPa，纵向冲击在39-110焦耳，横向冲击在33-90焦耳，调制后金相组织为回火索氏体，焊接裂纹敏感系数Pcm＝0.356-0.379，有效地保证良好的焊缝质量。
Claims (2)
1、一种壁厚为60mm-70mm的高强度液压支架管，其特征是：该液压支架管的组成成分配比：C：0.19-0.32％、Si：0.2-0.8％、Mn：1.1-2.1％、Ti：0.001-0.032％、V：0.02-0.16％、B：0.0001-0.0038％，其余为Fe。
2、根据权利要求1所述的壁厚为60mm-70mm的高强度液压支架管，其特征是：该液压支架管淬火后心部机械性能：
屈服强度为850-1110MPa，抗拉强度在980-1210MPa，纵向冲击在39-110焦耳，横向冲击在33-90焦耳，调制后金相组织为回火索氏体，焊接裂纹敏感系数Pcm＝0.356-0.379。
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