CN103451544A - 含硼深井超深井用140ksi钢级石油套管及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含硼深井超深井用140ksi钢级石油套管及生产方法，石油套管材质的化学成分质量百分比含量为：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%其余为Fe和不可避免杂质，共计质量分数为100％。其优点是：通过微量B加入提高钢的淬透性强化晶界提高钢的热强性耐持久性，还能替代少量的Cr、Mo合金从而节约钢材成本，套管能够达到6000m下井深度时的各项力学性能要求，在达到高强度的同时材料韧性也得到提高，特别是横向冲击韧性得到提高，其附加值也非常高。

Description

含硼深井超深井用140ksi钢级石油套管及生产方法

技术领域

本发明涉及一种含硼深井超深井用140ksi钢级石油套管及生产方法，属于冶金行业深井用无缝钢管生产领域。

背景技术

随着石油工业的发展，油井管下井深度越来越深，所需钢级越来越高。深超深井用套管服役的地质条件极其恶劣，套管要承受很大的内外压力和轴向载荷，因高强度套管的韧性不足引起的事故频繁，而超深井用石油套管要求高强度高韧性，对材料的综合性能有严格的要求，因此需要加入大量的合金元素特别是Cr、Mo元素，极大增加了石油套管的成本，硼的价格便宜，钢中加入少量的硼能显著提高钢的淬透性，可以等效于一定量的Cr、Mo等合金元素，硼能强化晶界提高钢的热强性及持久强度，在提高强度的同时还能保持钢的韧性。超深井用石油套管不仅要具有很高的强度、韧性，还要有较好的耐腐蚀性、耐低温性、抗挤毁等各种苛刻的条件，这样对钢管的综合性能提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种含硼深井超深井用140ksi钢级石油套管及生产方法，利用硼提高淬透性强化晶界提高钢的热强性及持久强度的特征及其它合金元素冶炼具有高强高韧性的特点，使生产的石油套管具有优良的综合力学性能，达到屈服强度：996Mpa-1100Mpa；抗拉强度：≥1034Mpa；延伸率≥16%；冲击韧性：全尺寸纵向冲击功≥80j，全尺寸横向冲击功≥60j。

本发明的目的是通过如下措施来实现：

一种含硼深井超深井用140ksi钢级石油套管，石油套管材质的化学成分质量百分比含量为：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%其余为Fe和不可避免杂质，共计质量分数为100％。

因为其强度范围很窄，因此要严格控制化学成分范围，降低C含量是提高钢韧性最有效最经济的手段，要将C含量控制在0.25以下，但C含量的降低对强度、淬透性等有较大影响，可以通过合金元素来弥补，Mo和V元素能够提高钢的回火抗力，而V还能细化晶粒同时与N结合减小N对材料韧性的破坏。两者在提高强度同时对韧性也有提高，特别是横向冲击韧性的提高有好处，B能提高钢的淬透性并强化晶界提高热强性和持久强度。

本发明的石油套管的生产方法如下：

炼钢工艺：铁水预处理→转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸，要保证钢的纯净度，对铁水进行预处理，采用硅锰、锰铁、铬铁进行脱氧合金化，终脱氧采用铝质合金，LF炉根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫，VD前加硼铁，VD后喂入硅钙线，对夹杂物进行变性处理，将钙硫比控制在0.6-1.2之间，软吹时间15分钟以上，软吹后静止5分钟以上，让夹杂物充分上浮。

轧制工艺流程：轧制管坯加热→穿孔→连轧→张减径→冷床→热处理→矫直→探伤。工艺利用目前世界上最先进的PQF连轧管机组，管坯加热温度：1250℃-1300℃，穿孔温度：1250℃-1280℃，轧管温度：1070℃-1170℃，张减径温度：850℃-900℃。

热处理工艺流程：热处理制度为淬火+回火的调质工艺，严格控制炉温、保证加热稳定性和冷却水流量，淬火加热温度：880℃-950℃，保温时间：50min，回火温度：600℃-660℃，保温时间：80min。保证矫直温度≥480℃。

本发明具有如下优点：

本发明为深井超深井用非API140ksi钢级石油套管，通过微量B加入提高钢的淬透性强化晶界提高钢的热强性耐持久性，还能替代少量的Cr、Mo合金从而节约钢材成本，套管能够达到6000m下井深度时的各项力学性能要求，在达到高强度的同时材料韧性也得到提高，特别是横向冲击韧性得到提高，其附加值也非常高。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作详细说明。

钢材冶炼生产工艺：铁水预处理→转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸。要严格控制成分范围，要保证钢的纯净度，对铁水进行预处理，采用硅锰、锰铁、铬铁进行脱氧合金化，终脱氧采用铝质合金，出钢过程进行挡渣并加入200公斤白灰，LF炉根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫，补充钼铁、铬铁在LF中后期加入以提高合金收得率，VD要保证脱气效果，保证15分钟的深真空时间,VD前加硼铁，VD后喂入150m硅钙线，对夹杂物进行变性处理，将钙硫比控制在0.6-1.2之间，保证软吹时间15分钟以上，软吹后保证5分钟左右的时间静止，以让夹杂物充分上浮。连铸采用全程无氧化保护浇注，采用堆垛方式进行冷却，同时避开风口。

对四个实施实例进行化学成分检验，四个实施实例炼钢工艺都一样，化学成分检验均在以下成分范围内：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%其余为Fe和不可避免杂质，共计质量分数为100％。

硫印检验合格，低倍组织为典型的铸态组织，连铸圆管坯达到冶炼质量要求，将合格管坯进行轧制。

材料轧制工艺：管坯加热→穿孔→连轧→张减径→冷床→热处理→矫直→探伤。利用目前世界上最先进的PQF连轧管机组进行轧制，该类型轧机对钢管的壁厚控制和生产效率等要优于其它类型连轧管机组，要控制轧制压缩比，环形加热炉加热控制如表1所示，

表1环形炉温度控制

预热段1	预热段2	加热段1	加热段2	均热段1	均热段2
						800	980	1250	1300	1300	1300

管坯加热温度：1250℃-1300℃，穿孔温度：1250℃-1280℃，轧管温度：1070℃-1170℃，张减径温度：850℃-900℃。

材料热处理工艺：热处理制度为淬火+回火的调质工艺，严格控制炉温、保证加热稳定性和冷却水流量，淬火加热温度：880℃-950℃，保温时间：50min，回火温度：600℃-660℃，保温时间：80min，通过淬火＋高温回火保证其韧性的提高，保证矫直温度≥480℃。

对热处理后的管子进行力学性能检验，从表2中可以看到管体平均力学性能均符合标准，而且横向力学也达到了要求。

表2管体热处理后的力学性能

Claims (3)

1.一种含硼深井超深井用140ksi钢级石油套管，其特征是：石油套管材质的化学成分质量百分比含量为：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%其余为Fe和不可避免杂质，共计质量分数为100％。

2.一种根据权利要求1所述的含硼深井超深井用140ksi钢级石油套管的生产方法，其工艺为：铁水预处理→转炉冶炼→LF炉精炼→VD真空处理→圆坯连铸→轧制管坯加热→穿孔→连轧→张减径→冷床→热处理→矫直→探伤，其特征是：对铁水进行预处理，采用硅锰、锰铁、铬铁进行脱氧合金化，终脱氧采用铝质合金，LF炉根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫，VD前加硼铁，VD后喂入硅钙线，对夹杂物进行变性处理，将钙硫比控制在0.6-1.2之间，软吹时间15分钟以上，软吹后静止5分钟以上，让夹杂物充分上浮；轧制工艺工艺利用PQF连轧管机组，管坯加热温度：1250℃-1300℃，穿孔温度：1250℃-1280℃，轧管温度：1070℃-1170℃，张减径温度：850℃-900℃。

3.根据权利要求2所述的含硼深井超深井用140ksi钢级石油套管的生产方法，其特征是：热处理制度为淬火+回火的调质工艺，严格控制炉温、保证加热稳定性和冷却水流量，淬火加热温度：880℃-950℃，保温时间：50min，回火温度：600℃-660℃，保温时间：80min。保证矫直温度≥480℃。