CN104651750A - 一种高强度石油钻杆管体及其热处理工艺 - Google Patents

一种高强度石油钻杆管体及其热处理工艺 Download PDF

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余志刚
袁鹏斌
欧阳志英
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SHANGHAI HILONG DRILL PIPE CO Ltd
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SHANGHAI HAILONG PETROLEUM PIPE MATERIAL INSTITUTE
SHANGHAI HILONG DRILL PIPE CO Ltd
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Abstract

本发明涉及一种高强度石油钻杆管体及其热处理工艺，所述钻杆管体由包括如下重量百分比的组分构成：C为0.15～0.25％，Si为0.3～0.5％，Mn为3.3～3.7％，Mo为0.7～0.9％，Cr为0.5～0.8％，Ni为0.5～0.8％，V为0.05～0.12％，其余为Fe。其热处理工艺包括以下步骤：将钻杆管体加热至900～950℃，保温0～30min后出炉，然后用水喷淋冷却；然后，再继续加热到150～220℃，保温30～60min后出炉，空冷至室温。本发明材料的力学性能指标达到了以下水平：屈服强度Rp0.21250～1370MPa、断后伸长率A＞15％、常温V型缺口冲击吸收功≥70J、低温(－20℃)V型缺口冲击吸收功≥50J；硬度≥45HRC。

Description

一种高强度石油钻杆管体及其热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种用于石油钻井特别是深井及超深井的高强韧性钻杆管体及其热处理工艺，特别适用于屈服强度在Rp0.21250～1370MPa范围的石油钻杆，属于石油天然气钻采技术领域。
背景技术
近年来，随着石油开采发展的需要，对高强度高韧性的钻杆的需求不断增加，由此150Ksi、165Ksi高强度级别的钻杆也相继应运而出。当前，人们正在寻找开发更高强度级别的钻杆，以满足石油钻采深井和超深井的需要。
试验结果表明，采用调质钢已不能满足更高强度级别钻杆的需要，由此开发新的能满足更高强度级别的钢种势在必行。研究以高强度相马氏体为基体引入奥氏体、贝氏体或铁素体等韧性相所构成的复合组织，具有马氏体的高强度和韧性相的相互配合而获得高强度和高韧性的良好性能，使钢具有比单一马氏体为高的韧性水平，也是解决180Ksi石油钻杆材料的重要途径。
发明内容
鉴于以上问题，本申请提供一种高强度石油钻杆管体及其热处理工艺，具体技术方案如下：
一种高强度石油钻杆管体，由包括如下重量百分比的组分构成：C为0.15～0.2％，Si为0.3～0.5％，Mn为3.3～3.7％，Mo为0.7～0.9％，Cr为0.5～0.8％，Ni为0.5～0.8％，V为0.05～0.12％，其余为Fe。
优选地，上述高强度石油钻杆管体由包括如下重量百分比的组分构成：C为0.18％，Si为0.3％，Mn为3.3％，Mo为0.7％，Cr为0.8％，Ni为0.7％，V为0.1％，其余为Fe。
所述高强度石油钻杆管体的强度为Rp0.21250～1370MPa。
一种高强度石油钻杆管体的热处理工艺，包括淬火和低温回火，包括以下步骤：
将钻杆管体的各组分混合后加热至900～950℃，保温0～30min后出炉，然后用水喷淋冷却；然后，再继续加热到150～220℃，保温30～60min后出炉，空冷至室温，即得到所述高强度石油钻杆管体；
所述钻杆管体包括如下重量百分比的组分构成：C为0.15～0.25％，Si为0.3～0.5％，Mn为3.3～3.7％，Mo为0.7～0.9％，Cr为0.5～0.8％，Ni为0.5～0.8％，V为0.05～0.12％，其余为Fe。
本发明设计了获得低碳马氏体/贝氏体钢的化学成分，并通过热处理工艺的研究，使本发明材料的力学性能指标达到了以下水平：屈服强度Rp0.21250～1370MPa、断后伸长率A＞15％、常温V型缺口冲击吸收功≥70J、低温(－20℃)V型缺口冲击吸收功≥50J；硬度≥45HRC。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的高强度石油钻杆管体及其热处理工艺方法进行具体描述，但实施例只用于对本发明进一步说明，并不限制本发明的保护范围。
本发明实施方法主要包括以下步骤：设计化学成分→冶炼及锻制钢材→轧制管体→热处理→力学性能检验，本发明所试制管体规格为4＂×8.38×9000mm。
钻杆管体热处理工艺步骤如下：1)淬火温度900～950℃，保温0～30min后出炉，用水喷淋冷却；2)回火温度150～200℃，保温30～90min后出炉，空冷至室温。热处理后对管体取样做拉伸及冲击试验。
拉伸及冲击试验是在型号WAW600微机控制电液伺服万能试验机和JBN摆锤式冲击冲击试验机上进行的，具体力学性能试验结果见表1。
表1 机械性能试验结果
备注：1)冲击试验数值为三个试样的平均数值；
2)对比例是指实验室的对比试验。
实施例和对比例所用的组成成分均为“C为0.18％，Si为0.3％，Mn为3.3％，Mo为0.7％，Cr为0.8％，Ni为0.7％，V为0.1％，其余为Fe”。
至于实施例和对比例的管体性能存在的差异，原因如下：一是管体尺寸不同，实验室采用的管体样件尺寸为Φ101.6×8.38×300mm,对比例中采用的管体尺寸为Φ101.6×8.38×9000mm；二是实验室和对比例中所使用的设备工艺环境不同。

Claims (4)

1.一种高强度石油钻杆管体，其特征在于，由包括如下重量百分比的组分构成：C为0.15～0.2％，Si为0.3～0.5％，Mn为3.3～3.7％，Mo为0.7～0.9％，Cr为0.5～0.8％，Ni为0.5～0.8％，V为0.05～0.12％，其余为Fe。
2.根据权利要求1的高强度石油钻杆管体，其特征在于，由包括如下重量百分比的组分构成：C为0.18％，Si为0.3％，Mn为3.3％，Mo为0.7％，Cr为0.8％，Ni为0.7％，V为0.1％，其余为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的高强度石油钻杆管体，其特征在于，所述高强度石油钻杆管体的屈服强度为Rp0.21250～1370MPa。
4.一种高强度石油钻杆管体的热处理工艺，包括淬火和低温回火，其特征在于，包括以下步骤：
将钻杆管体的各组分混合后加热至900～950℃，保温0～30min后出炉，然后用水喷淋冷却；然后，再继续加热到150～220℃，保温30～60min后出炉，空冷至室温，即得到所述高强度石油钻杆管体；
所述钻杆管体包括如下重量百分比的组分构成：C为0.15～0.2％，Si为0.3～0.5％，Mn为3.3～3.7％，Mo为0.7～0.9％，Cr为0.5～0.8％，Ni为0.5～0.8％，V为0.05～0.12％，其余为Fe。
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