CN104946990A

CN104946990A - 一种155ksi钢级的射孔枪管和成型方法

Info

Publication number: CN104946990A
Application number: CN201510234477.0A
Authority: CN
Inventors: 曹晶晶; 赵文武; 李河宗; 靳利翠
Original assignee: Hebei University of Engineering
Current assignee: Hebei University of Engineering
Priority date: 2015-05-04
Filing date: 2015-05-04
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2035-05-04
Also published as: CN104946990B

Abstract

本发明公开了一种155ksi钢级的射孔枪管和成型方法，该钢管成分为(质量分数)：C 0.12～0.18％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.3～0.5％、Cr 0.6～0.9％、Ni 1.3～1.6％、Mo 0.9～1.15％、W 0.2～0.4％、V 0.07～0.12％、Ti 0.01～0.03％、Nb 0.03～0.06％、Cu≤0.20％、Al 0.01～0.04％，其余为Fe。该钢管抗拉强度≥1155MPa，屈服强度1070～1175MPa，延伸率≥13％，HRC 39～43，0℃的夏比V缺口纵向和横向全尺寸冲击功分别≥90J和≥50J。采用本发明生产的钢管，具有优良的室温性能，强度和韧性配合好。

Description

一种155ksi钢级的射孔枪管和成型方法

技术领域

本发明涉及油田用钢管的生产领域，尤其涉及一种155ksi钢级的射孔枪管和成型方法。

背景技术

射孔完井是石油勘探与开发系统工程中极其重要的一项技术，是提高油气井采收率的重要手段之一。高钢级的射孔枪管是制作高性能射孔枪的主要部件，射孔枪在射孔作业时不仅承受射孔弹高载高速冲击作用，还受孔弹碎片的撞击作用，这就要求射孔枪管的冲击韧性要求非常高，同时还要有非常高屈服强度。

在射孔爆破时，枪管承受较大的冲击力，高温高压气体将射孔枪管上的盲孔最薄处打爆后射向套管和水泥层，聚能高温高压气体穿透套管和水泥层将地层炸裂，从而达到清理或增加渗道、提高采收率的目的。要求射孔枪管上的爆破孔不能有“毛刺”，同时也不能将射孔枪管炸裂，这就要求枪管的强度、断裂延伸率、冲击韧性有一个最佳的匹配。

和传统的110ksi以下钢级相比，135ksi以上高强高韧性射孔枪管是一种高技术含量、高附加值的产品，市场前景广阔。开发难点在于如何保证高强度和高韧性的匹配，高钢级材料的开发难点在于保证较高的强度的同时还要具有较高的冲击韧性。较高的冲击功可以保证射孔时管子不产生裂纹，同时可以增加高温高压其他的射孔能力，保证对套管的穿透性和地层打孔造缝能力。

从石油管材开发的趋势看，作为石油行业主要物资的套管，其强度级别要求越来越高，国内很多厂家已经开始供应150ksi级别的各种套管，配套地，国内外油井井下作业用管的强度级别也在往这上面发展。

影响冲击功的因素很多，包括化学成分设计、夹杂物、气体含量、晶粒度、轧制工艺、热处理等，并且各影响因素之间相互关联，尤其是夹杂物和晶粒度控制对冲击功的影响非常显著。高强度条件下还要保证较高横向冲击功是高钢级管材开发的最大难点，攻克这一难关对进军高端结构钢管材领域具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种155ksi钢级的射孔枪管和成型方法。该钢管的屈服强度达到155ksi钢级，且该钢管0℃的夏比V缺口横向全尺寸冲击功≥50J，实现了高钢级钢管的强度和韧性良好匹配。

本发明所采用的技术方案是：

一种155ksi钢级的射孔枪管和成型方法，该钢管成分为(质量分数)：C：0.12～0.18％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.3～0.5％、Cr：0.6～0.9％、Ni：1.3～1.6％、Mo：0.9～1.15％、W：0.2～0.4％、V：0.07～0.12％、Ti：0.01～0.03％、Nb：0.03～0.06％、Cu：≤0.20％、Al：0.01～0.04％、Ca：0.0011～0.006％、P：0.001～0.013％、S：0.0001～0.005％、O：0.0001～0.003％、N：0.0001～0.006％、H：0.00001～0.0002％，其余为Fe和不可避免杂质。

所述的钢管制造过程：该钢管制造过程：转炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、连铸、电渣重熔、锻造、钢坯加热、钢管轧制、调质处理、矫直。

所述的钢坯冶炼和锻造：铁水先经转炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂Al线，钢液温度1640～1670℃时，进行VD炉真空处理，真空度50～67Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间20～30min，采用这种方式冶炼保证了钢质的纯净度，钢液温度在1530～1560℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯电渣重熔，提高初始坯料纯净度和成分均匀性，再将电渣锭加热到在1200～1220℃时进行锻造，圆管坯的变形比≥5，奥氏体晶粒度≥8，然后冷却到室温。

所述的钢管轧制：圆管坯加热到1200～1250℃，穿孔前温度1160～1200℃，连轧前温度1000～1150℃，张力减径前温度800～900℃。

所述的调质处理：淬火温度为880～920℃，水冷；回火温度为550～600℃，空冷。

所述的矫直：回火后趁温，在450℃～520℃时，将钢管矫直。

本发明的有益成果：

采用本发明生产的钢管的室温性能：抗拉强度≥1155MPa，屈服强度1070～1175MPa，延伸率≥13％，屈强比≤0.93；硬度HRC39～43，该钢管0℃的夏比V缺口纵向全尺寸冲击功≥90J；该钢管0℃的夏比V缺口横向全尺寸冲击功≥50J；采用本发明生产的钢管，具有优良的室温性能，强度和韧性配合好，适合用于石油开采领域。

具体实施方式

本发明提供的一种155ksi钢级的射孔枪管和成型方法包括下述步骤：

规格为φ120.1×11.23钢管成分为(质量分数)：

C：0.148％、Si：0.2％、Mn：0.4％、P：0.010％、S：0.002％、Cr：0.8％、Ni：1.5％、Mo：1.10％、W：0.25％、V：0.08％、Ti：0.015％、Nb：0.035％、Cu：0.05％、Al：0.02％、Ca：0.003％，其余为Fe和不可避免杂质。

规格为φ120.1×11.23钢管的杂质为(质量分数)：

不可避免的杂质包括：Sb、Bi、Pb、AS、Sn、O、H、N，其中：Sb：0.001％，Bi：0.0002％，Pb：0.0005、AS：0.005％、Sn：0.003％、O：0.002％、N：0.0.0055％、H：0.0.0001％，规格为φ120.1×11.23钢管的制造过程包括以下步骤：

(1)钢坯冶炼和锻造：钢水先经转炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂Al线，Al线的添加量为2.2Kg/T钢，钢液温度1640℃时，进行VD炉真空处理，真空度45Pa，真空前加入Si-Ca块，Si-Ca块的添加量为1.2Kg/T钢，真空保持时间35min，钢液温度在1540℃时，连铸成圆管坯，冷却到室温。然后将圆管坯电渣重熔，提高初始坯料纯净度和成分均匀性，再将电渣锭加热到在1220℃时进行锻造，圆管坯的变形比6，奥氏体晶粒度8级，然后冷却到室温。

(2)钢管轧制：圆管坯加热到1230℃，穿孔前温度1170℃，斜轧前温度1050℃，热定径前温度840℃。

(3)调质处理：淬火温度为890℃，水冷；回火温度为580℃，空冷。

(4)矫直：回火后趁温，在470℃～520℃时，将钢管矫直。

规格为φ120.1×11.23的钢管调质处理后的性能：

表1是常温性能和0℃的冲击性能

表1钢管调质后性能

备注：表1的热处理工艺：淬火温度为890℃，保温45min，水冷；回火温度为620℃，保温95min，空冷。

Claims

1.一种155ksi钢级的射孔枪管和成型方法，该钢管成分为(质量分数)：C：0.12～0.18％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.3～0.5％、Cr：0.6～0.9％、Ni：1.3～1.6％、Mo：0.9～1.15％、W：0.2～0.4％、V：0.07～0.12％、Ti：0.01～0.03％、Nb：0.03～0.06％、Cu：≤0.20％、Al：0.01～0.04％、Ca：0.0011～0.006％、P：0.001～0.013％、S：0.0001～0.005％、O：0.0001～0.003％、N：0.0001～0.006％、H：0.00001～0.0002％，其余为Fe和不可避免杂质。该钢管制造过程：转炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、连铸、电渣重熔、锻造、钢坯加热、钢管轧制、调质处理、矫直。

钢坯冶炼：铁水先经转炉冶炼，送入LF精炼炉精炼，并喂Al线，钢液温度1640～1670℃时，进行VD炉真空处理，真空度50～67Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间20～30min，采用这种方式冶炼保证了钢质的纯净度，钢液温度在1530～1560℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯电渣重熔，提高初始坯料纯净度和成分均匀性，再将电渣锭加热到在1200～1220℃时进行锻造，圆管坯的变形比≥5，奥氏体晶粒度≥8，然后冷却到室温。

钢管轧制：圆管坯加热到1200～1220℃，穿孔前温度1160～1190℃，连轧前温度1000～1150℃，张力减径前温度850～950℃。

调质处理：淬火温度为880～920℃，水冷。回火温度为550～600℃，空冷。

矫直：回火后趁温，在450～520℃时，将钢管矫直。

2.根据权利要求1所述的一种155ksi钢级的射孔枪管和成型方法，其特征在于，该钢管的室温性能：抗拉强度≥1155MPa，屈服强度1070～1175MPa，延伸率≥13％，屈强比≤0.93；硬度HRC39～43，该钢管0℃的夏比V缺口纵向全尺寸冲击功≥90J；该钢管0℃的夏比V缺口横向全尺寸冲击功≥50J；采用本发明生产的钢管，具有优良的室温性能，强度和韧性配合好。