CN101914666A - 提高无缝钢管横向冲击韧性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高无缝钢管横向冲击韧性的方法，该方法包括有以下步骤：管坯冶炼和连铸；钢管的穿孔和连轧；热处理；使石油套管的力学性能达到：屈服强度和抗拉强度：满足API SPEC 5CT的标准要求，冲击韧性：满足API SPEC 5CT的标准要求，同时横向全尺寸夏比冲击功与纵向全尺寸夏比冲击功的比值控制在0.75～0.90之间。本发明的效果是该方法当轧制比控制在12.8％～26％之间时，钢管的横向全尺寸夏比冲击功与纵向全尺寸夏比冲击功的比值也就控制在了0.75～0.90之间，钢管生产的轧制比降到15.9％，其横纵冲击比提高到0.89，这时横向冲击功提高到55J。

Description

提高无缝钢管横向冲击韧性的方法

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，涉及一种提高无缝钢管横向冲击韧性的方法。

背景技术

由于全球石油供应的严峻形势，深层油气资源和海洋油田的开采使套管的使用环境和载荷越来越严酷，这对套管的强度和韧性提出了更高的要求。但高强度套管普遍存在着横向韧性偏低的问题，无法满足油田开发深层和复杂地质条件油田的需要。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。

由于钢管的轧制变形主要发生在纵向，因此存在较为显著的横纵向的各向异性。经过调质热处理的石油套管，其的纵向机械性能，尤其是冲击功，比横向高出很多，即纵向冲击功比较容易达到较高的数值，但横向冲击功则很难达到高的冲击韧性。经统计发现，对于石油套管，其横向冲击功与纵向冲击功的比值基本上处于0.30～0.55之间。

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。

而无缝钢管生产制造上的特点决定了石油套管的纵向冲击韧性要远远高于横向冲击韧性。但是，石油套管由于是作为一种高压容器来使用，因此其横向冲击韧性比纵向冲击韧性更重要。因此，如何提高横向冲击韧性，是本发明要解决的技术问题。

发明内容

本发明是鉴于上述技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种提高无缝钢管横向冲击韧性的方法，使钢管的横向冲击功与纵向冲击功相差不大，达到提高横向冲击功的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种提高无缝钢管横向冲击韧性的方法，该方法适用于对横向冲击功要求高、承受高压的石油套管、油管、钻杆、螺杆钻具、气瓶管用的无缝钢管，所述无缝钢管组成元素的重量配比为C：0.22～0.50％、Si：≤0.50％、Mn：0.60～1.90％、Cr：≤1.50％、Mo：≤1.10％、Al：0.015～0.060％、Ni＜1.00％、V：＜0.15％，其余为铁；该方法包括有以下步骤：

①管坯冶炼和连铸：

满足API SPEC 5CT标准的石油套管材料经过冶炼和精炼，然后连铸成横截面积为S₁的连铸圆坯。在精炼过程中，通过真空脱气将钢水中O、H、N含量降至O≤0.004％，N≤0.013％，H≤0.0004％；将P、S含量降低至0.015％和0.005％以下；真空脱气后再喂入CaSi丝进行夹杂物变性处理，使硫化物夹杂球化；将钢中非金属夹杂物A类、B类、C类和D类四类夹杂物级别总和控制在5级以下。

②钢管的穿孔和连轧

将上述的连铸圆坯冷却后在环形加热炉内加热，炉温为1250～1320℃，热定心温度1250～1240℃，热穿孔温度1230～1220℃，连轧温度1100～1050℃，定径温度850～910℃，冷却到室温，锯切，对制得成品钢管探伤；

根据成品石油套管的规格，计算该规格石油套管的横截面积S₂，为提高横向冲击韧性，减小材料各向异性，应按照以下计算公式进行轧制变形控制：

S₂/S₁≈12.8％～26％(1)

上述计算公式(1)的含义，即，使成品钢管横截面积与连铸坯横截面积的比控制在12.8％～26％的范围来确定连铸圆坯的外径规格，使用中按以下计算公式(2)先计算成品钢管的横截面积S₂：

S₂＝π×t×(OD₂-t)(2)

式中：OD₂为钢管外径    t为钢管壁厚

然后确定应当选择连铸圆坯的外径范围：

按以下计算公式(3)，连铸圆坯的横截面积S₁计算方法如下：

S₁＝π×(OD₁/2)²(3)

式中：OD₁为连铸圆坯外径

由公式(3)计算出OD₁的表达式：

${\mathrm{OD}}_1=2\sqrt{\frac{S_1}{\mathrm{\π}}}---\left(4\right)$

由公式(1)：S₁＝S₂/(12.8％～26％)，即

S₁＝(3.8～7.8)S₂，代入公式(4)：

${\mathrm{OD}}_1=2\sqrt{\frac{S_1}{\mathrm{\π}}}=2\sqrt{\frac{(3.8~7.8)S_2}{\mathrm{\π}}}=2\sqrt{\frac{(3.8~7.8)\mathrm{\π}({\mathrm{OD}}_2-t)t}{\mathrm{\π}}}=2\sqrt{(3.8~7.8)t({\mathrm{OD}}_2-t)}$

即：

${\mathrm{OD}}_1=2\sqrt{(3.8~7.8)t({\mathrm{OD}}_2-t)}---\left(5\right)$

③热处理

1)采用淬火后再回火的热处理工艺，淬火温度为AC3+30～50℃，淬火介质为水，回火温度在580℃～680℃，采用空冷；石油套管热处理后，需经热矫直处理，以避免产生大的残余应力，热矫直温度应控制在500℃～550℃之间，最后探伤；

2)或采用亚温淬火，淬火温度为靠近两相区高温端，即温度范围AC3-15℃～AC3-20℃，淬火介质为水，淬火后再进行回火热处理，回火温度在560℃～680℃，回火后再空冷；石油套管热处理后，需经不低于400℃的热矫直处理，最后探伤；

经上述二种热处理工艺中的任意一种，使所述石油套管的力学性能达到的指标如下：

屈服强度和抗拉强度：满足API SPEC 5CT的标准要求；

冲击韧性：满足API SPEC 5CT的标准要求，同时横向全尺寸夏比冲击功与纵向全尺寸夏比冲击功的比值控制在0.75～0.90之间。

本发明的效果是该方法当轧制比控制在12.8％～26％之间时，即对应延伸系数3.85～7.8，钢管的横向全尺寸夏比冲击功与纵向全尺寸夏比冲击功的比值也就控制在了0.75～0.90之间。在应用本发明所述的技术前，钢管生产的轧制比为8.1％，其横纵冲击比为0.41，这时横向冲击功只有28J；应用本发明的技术后，钢管生产的轧制比为15.9％，其横纵冲击比提高到0.89，这时横向冲击功提高到55J。

附图说明

图1为本发明的控制延伸系数(压缩比)提高横向冲击功与纵向冲击功的比值效果图；

图2为本发明应用于140KSI钢级油井管时的效果图；

图3a、3b为本发明的涉及的延伸系数与横纵向冲击比值关系曲线图。

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的提高无缝钢管横向冲击韧性的方法加以说明。

本发明的提高无缝钢管横向冲击韧性的方法，该方法适用于对横向冲击功要求高、承受高压的石油套管、油管、钻杆、螺杆钻具、气瓶管用的无缝钢管，所述无缝钢管组成元素的重量配比为C：0.22～0.50％、Si：≤0.50％、Mn：0.60～1.90％、Cr：≤1.50％、Mo：≤1.10％、Al：0.015～0.060％、Ni＜1.00％、V：＜0.15％，P≤0.015％，S≤0.005％，O≤0.004％，N≤0.013％，H≤0.0004％，其余为铁；该方法包括有以下步骤：

①管坯冶炼和连铸：

满足API SPEC 5CT标准的石油套管材料经过冶炼和精炼，然后连铸成横截面积为S1的连铸圆坯。在精炼过程中，通过真空脱气将钢水中残留的气体元素O、H、N含量降至O≤0.004％，N≤0.013％，H≤0.0004％；将易形成夹杂的P、S含量降低至0.015％和0.005％以下；真空脱气后再喂入CaSi丝进行夹杂物变性处理，使硫化物夹杂球化。

按照ASTM E45-97标准，夹杂物按形态和分布分为四类，即A类(硫化物类)、B类(氧化铝类)、C(硅酸盐类)和D(球状氧化物类)，这几类夹杂物的类型和形态具体描述如下：A类(硫化物类)：具有高的延展性，单个灰色颗粒有较大的压缩比(长度/宽度)，一般尾端呈钝；B类(氧化铝类)：大多数没有变形，有角的，压缩比小(一般小于3)，黑色或黑蓝的颗粒，沿轧制方向排成一行(至少有3个颗粒)；C类(硅酸盐类)：具有高的延展性，单个呈黑色或深灰色颗粒，压缩比较大(一般大于或等于3)，一般尾端呈尖角；D类(球状氧化物类)：不变形、角状或圆形，压缩比小(一般小于3)，黑色或蓝黑色，任意分布的颗粒。夹杂物对钢的性能特别是韧性影响很大，为了达到较高的韧性指标，必须严格控制钢中的非金属夹杂物类型和大小。在此次实施中，将钢中非金属夹杂物A类、B类、C类和D类四类夹杂物级别总和控制在5级以下。

②钢管的穿孔和连轧

将上述的连铸圆坯冷却后在环形加热炉内加热，炉温为1250～1320℃，热定心温度1250～1240℃，热穿孔温度1230～1220℃，连轧温度1100～1050℃，定径温度850～910℃，冷却到室温，锯切，对制得成品钢管探伤；

根据成品石油套管的规格，计算该规格石油套管的横截面积S₂，为提高横向冲击韧性，减小材料各向异性，应按照以下计算公式进行轧制变形控制：

S₂/S₁≈12.8％～26％(1)

上述计算公式(1)的含义是：使成品钢管横截面积S₂与连铸圆坯横截面积S₁的比控制在12.8％～26％的范围来确定连铸圆坯的外径规格。S₂/S₁的比值称为钢管的轧制比，它表示钢材从实心圆坯变成空心钢管后其横截面积的减小情况；根据体积不变原理，轧管过程中横截面积的减小必然会造成长度方向上的延长，用S₁/S₂表示钢管的延伸系数，它表示钢材从实心圆坯变成空心钢管后沿长度方向上的伸长情况；不难看出，延伸系数和轧制比是互为倒数的关系。在使用中按以下计算公式(2)先计算成品钢管的横截面积S₂：

S₂＝π×t×(OD₂-t)(2)

式中：OD₂为钢管外径    t为钢管壁厚

然后确定应当选择连铸圆坯的外径范围：

按以下计算公式(3)，连铸圆坯的横截面积S₁计算方法如下：

S₁＝π×(OD₁/2)²(3)

式中：OD₁为连铸圆坯外径

由公式(3)计算出OD₁的表达式：

${\mathrm{OD}}_1=2\sqrt{\frac{S_1}{\mathrm{\π}}}---\left(4\right)$

由公式(1)：S₁＝S₂/(12.8％～26％)，即

S₁＝(3.8～7.8)S₂，代入公式(4)：

${\mathrm{OD}}_1=2\sqrt{\frac{S_1}{\mathrm{\π}}}=2\sqrt{\frac{(3.8~7.8)S_2}{\mathrm{\π}}}=2\sqrt{\frac{(3.8~7.8)\mathrm{\π}({\mathrm{OD}}_2-t)t}{\mathrm{\π}}}=2\sqrt{(3.8~7.8)t({\mathrm{OD}}_2-t)}$

即：

${\mathrm{OD}}_1=2\sqrt{(3.8~7.8)t({\mathrm{OD}}_2-t)}---\left(5\right)$

③热处理

1)采用淬火后再回火的热处理工艺，淬火温度为AC3+30～50℃，淬火介质为水，回火温度在580℃～680℃，采用空冷；石油套管热处理后，需经热矫直处理，以避免产生大的残余应力，热矫直温度应控制在500℃～550℃之间，最后探伤；

2)或采用亚温淬火，淬火温度为靠近两相区高温端，即温度范围AC3-15℃～AC3-20℃，淬火介质为水，淬火后再进行回火热处理，回火温度在560℃～680℃，回火后再空冷；石油套管热处理后，需经不低于400℃的热矫直处理，最后探伤；

经上述二种热处理工艺中的任意一种，使所述石油套管的力学性能达到的指标如下：

屈服强度和抗拉强度：满足API SPEC 5CT的标准要求；

冲击韧性：满足API SPEC 5CT的标准要求，同时横向全尺寸夏比冲击功与纵向全尺寸夏比冲击功的比值控制在0.75～0.90之间。

以石油套管为例，本发明的提高无缝钢管横向冲击韧性的方法一般采用以下生产方式：

采用连铸圆坯---穿孔---连轧---调质热处理工艺制造石油套管的生产，石油套管一般采用碳钢或低合金钢制造。典型的套管材料组成元素的重量配比为C：0.22～0.50％、Si：≤0.50％、Mn：0.60～1.90％、Cr：≤1.50％、Mo：≤1.10％、Al：0.015～0.060％、Ni＜1.00％、V：＜0.15％，其余为铁。

经过调质热处理的石油套管，由于在钢管的轧制变形主要在纵向，因此存在较为显著的横纵向的各向异性。套管的纵向机械性能，尤其是冲击比横向高出很多，即纵向冲击功比较容易达到较高的数值，但横向冲击功则很难达到高的冲击韧性。经统计发现，对于石油套管，其横向冲击功与纵向冲击功的比值基本上都低于0.7，处于0.30～0.66之间。如对于钢级140KSI级别的套管，横向冲击功与纵向冲击功的比值大约在0.50～0.66之间，如图1所示，图1中横坐标为轧制延伸系数，纵坐标为横纵冲击功比值。

在图1中，由于生产设备及轧制工具和连铸坯规格已经定型，套管轧制时延伸系数对不同规格的套管，一般也是固定的，基本在10～13之间。其对应的横纵冲击比值也基本上在0.50～0.66之间，具有明显的规律性。

若在生产中有意改变所使用连铸坯规格，即用小截面连铸坯代替大横截面连铸坯来轧制套管，也即减小轧制的延伸系数，或者说提高轧制比。就会发现，当延伸系数降到4～7.5左右时，套管的横纵冲击比值可以提高到0.75～0.96之间，如图2所示，图2中横坐标为轧制延伸系数，纵坐标为横纵冲击功比值

因此，提高石油套管横向冲击功的一种思路就是采取提高横向冲击功与纵向冲击功的比值，如将比值提升到0.75以上，即减少石油套管的横向纵向的各向异性，依此技术来提高石油套管的横向冲击韧性。其核心是，控制生产过程中石油套管横截面积与连铸坯横截面积的比值在12.8％～26％时，相当于轧制的延伸系数为：3.8～7.8。同时钢管进行调质热处理，且采用淬火后进行580℃～680℃的高温回火的处理方式，就可以将石油套管的横向与纵向冲击功的比值控制在0.75～0.95之间。通过这一技术，可以显著提高石油套管的横向冲击功。

本发明的提高无缝钢管横向冲击韧性的方法，其步骤如下：

①管坯冶炼和连铸：

满足API SPEC 5CT标准的石油套管材料经过冶炼和精炼，然后连铸成横截面积为S₁的连铸圆坯。在精炼过程中，通过真空脱气将钢水中O、H、N含量降至O≤0.004％，N≤0.013％，H≤0.0004％；将P、S含量降低至0.015％和0.005％以下；真空脱气后再喂入CaSi丝进行夹杂物变性处理，使硫化物夹杂球化；将钢中非金属夹杂物A类、B类、C类和D类四类夹杂物级别总和控制在5级以下。

②钢管的穿孔和连轧

将上述的连铸坯冷却后在环形加热炉内加热，炉温为1250～1320℃，热定心温度1250～1240℃，热穿孔温度1230～1220℃，连轧温度1100～1050℃，定径温度850～910℃，冷却到室温，锯切，对制得成品钢管探伤。

根据成品石油套管的规格，可以计算该规格石油套管的横截面积S₂。为提高横向冲击韧性，减小材料各向异性，应按照以下计算公式进行轧制变形控制：

S₂/S₁≈12.8％～26％(1)

上述计算公式的含义，即，使成品钢管横截面积与连铸坯横截面积的比控制在12.8％～26％的范围来确定炼铸圆坯的外径规格。其使用方法是，先计算成品钢管的横截面积S₂：

S₂＝π×t×(OD₂-t)(2)

其中OD₂为钢管外径，t为钢管壁厚。

然后确定应当选择连铸圆坯的外径范围：

连铸圆坯的横截面积S₁计算方法如下：

S₁＝π×(OD₁/2)²(3)

其中OD₁为连铸圆坯外径。

由公式(3)可以计算出OD₁的表达式：

${\mathrm{OD}}_1=2\sqrt{\frac{S_1}{\mathrm{\π}}}---\left(4\right)$

由公式(1)：S₁＝S₂/(12.8％～26％)，即

S₁＝(3.8～7.8)S₂，代入公式(4)：

${\mathrm{OD}}_1=2\sqrt{\frac{S_1}{\mathrm{\π}}}=2\sqrt{\frac{(3.8~7.8)S_2}{\mathrm{\π}}}=2\sqrt{\frac{(3.8~7.8)\mathrm{\π}({\mathrm{OD}}_2-t)t}{\mathrm{\π}}}=2\sqrt{(3.8~7.8)t({\mathrm{OD}}_2-t)}$

即：

${\mathrm{OD}}_1=2\sqrt{(3.8~7.8)t({\mathrm{OD}}_2-t)}---\left(5\right)$

由此，对于规格为

的油管、套管和钻杆，应当采用的连铸坯外径范围在之间，原来采用外径

的连铸坯轧制

的油管、套管和钻杆，延伸系数高达12.2，压缩比达8.1％。

对于规格为

的套管，应当采用的连铸坯外径范围在之间，原来采用外径

的连铸坯轧制

的套管。

对于规格为

的套管，应当采用的连铸坯外径范围在

之间，原来采用外径

的连铸坯轧制的套管。

对于规格为

的套管，应当采用的连铸坯外径范围在

之间，原来采用外径

的连铸坯轧制的套管。

因此，对于规格为的油管、套管和钻杆，实际采用外径为

的连铸坯时，横向冲击韧性最好；

对于规格为

的套管，实际采用外径为

的连铸坯时，横向冲击韧性最好；

对于规格为

的套管，实际采用外径为的连铸坯时，横向冲击韧性最好；

对于规格为

的套管，实际采用外径为

的连铸坯时，横向冲击韧性最好；

③热处理

1)采用淬火后再回火的热处理工艺，淬火温度为AC3+30～50℃，淬火介质为水，回火温度在580℃～680℃，采用空冷；石油套管热处理后，需经热矫直处，热矫直温度在500℃～550℃之间，最后探伤；

2)或采用亚温淬火，淬火温度为靠近两相区高温端，即温度范围AC3-15℃～AC3-20℃，淬火介质为水，淬火后再进行回火热处理，回火温度在560℃～680℃，回火后再空冷；石油套管热处理后，需经不低于400℃的热矫直处理，最后探伤；

经上述二种热处理工艺中的任意一种，使所述石油套管的力学性能达到的指标如下：

屈服强度和抗拉强度：满足API SPEC 5CT的标准要求；

冲击韧性：满足API SPEC 5CT的标准要求，同时横向全尺寸夏比冲击功与纵向全尺寸夏比冲击功的比值可以控制在0.675～0.96之间。

本发明的效果如图3a、3b所示，在本图中，延伸系数的倒数，等于钢管的横截面积与所用连铸坯横截面积的比值，也即轧制比。当轧制比控制在12.8％～26％之间时，即对应延伸系数3.85～7.8，钢管的横向全尺寸夏比冲击功与纵向全尺寸夏比冲击功的比值也就控制在了0.75～0.90之间。具体实验结果见下表：

从上表可以看出，在应用本发明所述的技术前，钢管生产的轧制延伸系数高达12.28，轧制比为8.1％，其横纵冲击比为0.41，这时横向冲击功只有28J；应用本发明的技术后，钢管生产的轧制延伸系数降到6.27，轧制比为15.9％，其横纵冲击比提高到0.89，这时横向冲击功提高到55J。

Claims (1)

1.一种提高无缝钢管横向冲击韧性的方法，该方法适用于对横向冲击功要求高、承受高压的石油套管、油管、钻杆、螺杆钻具、气瓶管用的无缝钢管，所述无缝钢管组成元素的重量配比为C：0.22～0.50％、Si：≤0.50％、Mn：0.60～1.90％、Cr：≤1.50％、Mo：≤1.10％、Al：0.015～0.060％、Ni＜1.00％、V：＜0.15％，P≤0.015％，S≤0.005％，O≤0.004％，N≤0.013％，H≤0.0004％，其余为铁；该方法包括有以下步骤：

①管坯冶炼和连铸：

满足API SPEC 5CT标准的石油套管材料经过冶炼和精炼，然后连铸成横截面积为S₁的连铸圆坯，在精炼过程中，通过真空脱气将钢水中残留的气体元素O、H、N含量降至O≤0.004％，N≤0.013％，H≤0.0004％；将易形成夹杂的P、S含量降低至0.015％和0.005％以下；真空脱气后再喂入CaSi丝进行夹杂物变性处理，使硫化物夹杂球化；将钢中非金属夹杂物A类、B类、C类和D类四类夹杂物级别总和控制在5级以下。

②钢管的穿孔和连轧

将上述的连铸圆坯冷却后在环形加热炉内加热，炉温为1250～1320℃，热定心温度1250～1240℃，热穿孔温度1230～1220℃，连轧温度1100～1050℃，定径温度850～910℃，冷却到室温，锯切，对制得成品钢管探伤；

根据成品石油套管的规格，计算该规格石油套管的横截面积S₂，为提高横向冲击韧性，减小材料各向异性，应按照以下计算公式进行轧制变形控制：

S₂/S₁≈12.8％～26％(1)

上述计算公式(1)的含义，即，使成品钢管横截面积与连铸坯横截面积的比控制在12.8％～26％的范围来确定连铸圆坯的外径规格，使用中按以下计算公式(2)先计算成品钢管的横截面积S₂：

S₂＝π×t×(OD₂-t)(2)

式中：OD₂为钢管外径    t为钢管壁厚

然后确定应当选择连铸圆坯的外径范围：

按以下计算公式(3)，连铸圆坯的横截面积S₁计算方法如下：

S₁＝π×(OD₁/2)²(3)

式中：OD₁为连铸圆坯外径

由公式(3)计算出OD₁的表达式：

${\mathrm{OD}}_1=2\sqrt{\frac{S_1}{\mathrm{\π}}}---\left(4\right)$

由公式(1)：S₁＝S₂/(12.8％～26％)，即

S₁＝(3.8～7.8)S₂，代入公式(4)：

${\mathrm{OD}}_1=2\sqrt{\frac{S_1}{\mathrm{\π}}}=2\sqrt{\frac{(3.8~7.8)S_2}{\mathrm{\π}}}=2\sqrt{\frac{(3.8~7.8)\mathrm{\π}({\mathrm{OD}}_2-t)t}{\mathrm{\π}}}=2\sqrt{(3.8~7.8)t({\mathrm{OD}}_2-t)}$

即：

${\mathrm{OD}}_1=2\sqrt{(3.8~7.8)t({\mathrm{OD}}_2-t)}---\left(5\right)$

③热处理

1)采用淬火后再回火的热处理工艺，淬火温度为AC3+30～50℃，淬火介质为水，回火温度在580℃～680℃，采用空冷；石油套管热处理后，需经热矫直处理，以避免产生大的残余应力，热矫直温度应控制在500℃～550℃之间，最后探伤；

2)或采用亚温淬火，淬火温度为靠近两相区高温端，即温度范围AC3-15℃～AC3-20℃，淬火介质为水，淬火后再进行回火热处理，回火温度在560℃～680℃，回火后再空冷；石油套管热处理后，需经不低于400℃的热矫直处理，最后探伤；

经上述二种热处理工艺中的任意一种，使所述石油套管的力学性能达到的指标如下：

屈服强度和抗拉强度：满足API SPEC 5CT的标准要求；

冲击韧性：满足API SPEC 5CT的标准要求，同时横向全尺寸夏比冲击功与纵向全尺寸夏比冲击功的比值控制在0.75～0.90之间。

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