CN105648339B

CN105648339B - 125ksi钢级套管钢及其制备方法

Info

Publication number: CN105648339B
Application number: CN201610080890.0A
Authority: CN
Inventors: 陈坤; 蒋世川
Original assignee: Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Chengdu Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2018-05-08
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: CN105648339A

Abstract

本发明涉及套管钢的制造技术领域，提供一种125ksi钢级套管钢及其制备方法，以解决目前用于页岩气开釆的套管的稳定性和安全性不足的问题。本发明制备的125ksi钢级套管钢，其成分按重量百分比计为：C 0.25～0.35％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.45～0.85％、Cr 0.80～1.20％、Mo 0.25～0.35％、P≤0.018％、S≤0.003％，余量为Fe、残余元素及不可避免的杂质。通过本发明提供的制备方法得到的圆管坯钢化学成分波动小，有害元素含量低、钢质纯净度高，圆管坯经轧制后制造的125ksi钢级套管钢具有高抗压缩、高抗弯曲、高抗外挤、高内屈服强度以及高冲击韧性。

Description

125ksi钢级套管钢及其制备方法

技术领域

本发明属于套管钢的制造技术领域，特别涉及一种125ksi钢级套管钢及其制备方法。

背景技术

随着世界能源消费的不断攀升，包括页岩气在内的非常规能源越来越受到重视。由于页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气流阻力比常规天然气大，所有的井都需要实施储层压裂改造才能开采出来。

目前的页岩气开采技术主要包括水平钻井技术和多层压裂技术、清水压裂技术、重复压裂技术及同步压裂技术，各种开采技术均对开采用套管的管体材料提出了更高的要求。

具体地，页岩气开采具有以下特点：在下油层套管阶段油层套管水平段长达1000～2000米，水平段下入遇阻，另外大弯曲狗腿度的情况产生弯曲应力和摩阻；在完井压裂阶段由采用多级分层高压裂，每口井分为15～25段，井口压力60～95MPa，内外压力变化和活塞效应产生轴向力，另外压裂下温度反复变化，产生热应力。为保证页岩气开采的运行安全，对页岩气用125ksi钢级套管要求包括高抗压缩、高抗弯曲、高抗外挤、高内屈服强度以及高冲击韧性，如何在冶炼上通过精确控制化学成分元素波动范围、钢的有害元素及纯净度，使得产品性能满足页岩气开采的需要，对保证页岩气开釆的稳定性和安全性具有重大的意义。

发明内容

【要解决的技术问题】

本发明的目的是提供一种125ksi钢级套管钢及其制备方法，以解决目前用于页岩气开釆的套管的稳定性和安全性不足的问题。

【技术方案】

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明首先涉及一种125ksi钢级套管钢，其成分按重量百分比计为：C0.25～0.35％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.45～0.85％、Cr 0.80～1.20％、Mo 0.25～0.35％、P≤0.018％、S≤0.003％，余量为Fe、残余元素及不可避免的杂质。

本发明还涉及一种125ksi钢级套管钢的制备方法，包括步骤：

A、电炉冶炼：以生铁和废钢为原料进行冶炼得到初炼钢水；

B、LF精炼：将步骤A冶炼好的钢水加入精炼渣料进行LF精炼，分批加入精炼剂、Al粉加强炉渣脱氧，造白渣，控制炉渣(FeO+MnO)≤1.0％，升高钢水温度至1620～1640℃，进行合金化、脱硫和去除夹杂物操作，精炼过程精确调整化学成分，控制化学成分在以下范围内：C 0.25～0.35％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.45～0.85％、Cr 0.80～1.20％、Mo 0.25～0.35％、P≤0.018％、S≤0.003％，余量为Fe、残余元素及不可避免的杂质；同时精确控制多次制备时的主要化学成分最大值与最小值之差：C波动范围在0.03％内、Mn波动范围在0.10％内、Cr波动范围在0.05％内、Mo波动范围在0.04％内，均匀稳定且波动范围小的化学成分利于提高产品性能的稳定性，LF精炼结束后进行静吹处理，温度达到1580～1595℃进行出钢；

C、连铸：将步骤B处理得到的钢水浇铸成连铸圆坯。

作为一种优选的实施方式，所述步骤A在出钢过程中加入脱氧剂CaBaAlSi1.5～2.5kg/t、Al块2.0～3.5kg/t，保证脱氧良好，所述步骤A出钢前在钢包内加入石灰3～4.5kg/t，提高脱硫效率，减轻LF精炼脱硫负担。

作为另一种优选的实施方式，所述步骤A的原料中的生铁比例40～43％、废钢比例为57～60％，通过控制原料中生铁和废钢比例，使电炉冶炼获得低S含量的初炼钢水，钢水终点C含量高，氧含量低，利于减少脱氧剂用量和钢水中夹杂物含量，减轻LF精炼脱硫负荷。

作为另一种优选的实施方式，所述精炼渣料包括合成渣和石灰，所述合成渣加入量为14kg/t，石灰加入量6～8.5kg/t，加入精炼渣料的目的是为了进行深脱硫提高炉渣碱度，保证能够将产品S脱除到S≤0.003％。

作为另一种优选的实施方式，所述步骤B中的静吹时间≥20min，其中静吹时间的0～10min时间段控制吹Ar流量10～40Nl/min，静吹时间的10～15min时间段控制吹Ar流量40～80Nl/min，静吹时间的15min～静吹结束时间段控制吹Ar流量10～40Nl/min。不同静吹时间和氩气流量的合理匹配，可保证钢水中的夹杂物充分上浮去除，提高钢水纯净度。

作为另一种优选的实施方式，所述步骤C控制浇注过程中间包液面≥750mm，连浇中间包液面≥400mm，防止钢水的二次氧化以及卷渣。

【有益效果】

本发明提出的技术方案具有以下有益效果：

通过本发明提供的制备方法得到的圆管坯钢化学成分波动小(C波动范围0.03％、Mn波动范围0.10％、Cr波动范围0.05％、Mo波动范围0.04％)，有害元素含量低(S≤0.003％)、钢质纯净度高(夹杂物高倍A、B、C、D、DS分别不大于1.0级)，圆管坯经轧制后制造的125ksi钢级套管钢具有高抗压缩、高抗弯曲、高抗外挤、高内屈服强度以及高冲击韧性。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的具体实施方式进行清楚、完整的描述。

实施例一

实施例一提供一种125ksi钢级套管钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)准备原料：以生铁和废钢为原料，其中生铁装入量为总装入量的40％，废钢装入量为总装入量的60％(其中废钢中回收的管切头占废钢装入量的80％，回收的社会废钢占废钢装入量的20％)。

(2)电炉冶炼：装入生铁和废钢后在电弧炉中进行冶炼，得到C：0.09％、S：0.012％、钢水温度：1635℃的初炼钢水，并倒炉进行出钢。出钢过程脱氧剂加入量：CaBaAlSi 2.0kg/t，Al块加入量3.0kg/t；出钢前在钢包内加入石灰3kg/t，出钢过程中，调整吹氩强度进行搅拌，并保证进行LF精炼前底吹畅通。

(3)LF精炼及静吹：将电炉冶炼好的钢水加入合成渣14kg/t，石灰加7.5kg/t进行LF精炼，分批加入精炼剂、Al粉等材料加强炉渣脱氧，造白渣，控制炉渣(FeO+MnO)≤1.0％，升高钢水温度至1630℃，进行合金化、脱硫和去除夹杂物操作，得到如表1所示成分的目标钢水；精炼结束后进行静吹处理，控制静吹时间21min，其中静吹时间的0～10min时间段控制吹Ar流量40Nl/min，静吹时间10～15min时间段控制吹Ar流量60Nl/min，静吹时间的15～21min时间段控制吹Ar流量35Nl/min，温度达到1595℃进行出钢。

(5)连铸：将精炼好的钢水浇铸成连铸圆坯。连铸浇注过程采用：Ar保护+加密封垫，控制浇注过程中间包液面≥750mm，连浇中间包液面≥400mm。

制管后取样进行非金属夹杂物高倍分析，夹杂物高倍评级见表2，A、B、C、D、DS均不大于1.0级。

本发明实施例一得到的125ksi钢级套管圆管坯的有害元素含量低、钢质纯净度高；圆管坯经轧制后制造的125ksi钢级套管钢成品套管的力学性能和整体使用性能指标如下：屈服强度(Rt0.65)900～1030MPa，抗拉强度(Rm)≥950MPa，延伸率≥13％，冲击韧性：横向全尺寸≥60J，纵向全尺寸≥80J；管体抗挤毁强度≥142.4Mpa，内屈服压力≥137.1Mpa，连接强度≥4368KN。制造的综合力学性能稳定、优良，可广泛应用于页岩气勘探开发，保证油井的运行安全。

实施例二

实施例二提供一种125ksi钢级套管钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)准备原料：以生铁和废钢为原料，其中生铁装入量为总装入量的42％，废钢装入量为总装入量的58％(其中废钢中回收的管切头占废钢装入量的85％，回收的社会废钢占废钢装入量的15％)。

(2)电炉冶炼：装入生铁和废钢后在电弧炉中进行冶炼，得到C：0.10％、S：0.009％、钢水温度：1640℃的初炼钢水，并倒炉进行出钢。出钢过程脱氧剂加入量：CaBaAlSi 2.0kg/t，Al块加入量2.5kg/t；出钢前在钢包内加入石灰3kg/t，出钢过程中，调整吹氩强度进行搅拌，并保证进行LF精炼前底吹畅通。

(3)LF精炼及静吹：将电炉冶炼好的钢水加入合成渣14kg/t，石灰加6kg/t进行LF精炼，分批加入精炼剂、Al粉等材料加强炉渣脱氧，造白渣，控制炉渣(FeO+MnO)≤1.0％，升高钢水温度至1620℃，进行合金化、脱硫和去除夹杂物操作，得到如表1所示成分的目标钢水；精炼结束后进行静吹处理，控制静吹时间20min，其中静吹时间的0～10min时间段控制吹Ar流量38Nl/min，静吹时间的10～15min时间段控制吹Ar流量70Nl/min，静吹时间的15～20min时间段控制吹Ar流量35Nl/min，温度达到1585℃进行出钢。

(4)连铸：将精炼好的钢水浇铸成连铸圆坯。连铸浇注过程采用：Ar保护+加密封垫，控制浇注过程中间包液面≥750mm，连浇中间包液面≥400mm。

本发明实施例二得到的125ksi钢级套管圆管坯的有害元素含量低、钢质纯净度高；圆管坯经轧制后制造的125ksi钢级套管钢成品套管的力学性能和整体使用性能指标如下：屈服强度(Rt0.65)900～1030MPa，抗拉强度(Rm)≥950MPa，延伸率≥13％，冲击韧性：横向全尺寸≥60J，纵向全尺寸≥80J；管体抗挤毁强度≥142.4Mpa，内屈服压力≥137.1Mpa，连接强度≥4368KN。制造的综合力学性能稳定、优良，可广泛应用于页岩气勘探开发，保证油井的运行安全。

实施例三

实施例三提供一种125ksi钢级套管钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)准备原料：以生铁和废钢为原料，其中生铁装入量为总装入量的43％，废钢装入量为总装入量的57％(其中废钢中回收的管切头占废钢装入量的78％，回收的社会废钢占废钢装入量的22％)。

(2)电炉冶炼：装入生铁和废钢后在电弧炉中进行冶炼，得到C：0.08％、S：0.020％、钢水温度：1630℃的初炼钢水，并倒炉进行出钢。出钢过程脱氧剂加入量：CaBaAlSi 2.05kg/t，Al块加入量3.5kg/t；出钢前在钢包内加入石灰4.5kg/t，出钢过程中，调整吹氩强度进行搅拌，并保证进行LF精炼前底吹畅通。

(3)LF精炼及静吹：将电炉冶炼好的钢水加入合成渣14kg/t，石灰加8.5kg/t进行LF精炼，分批加入精炼剂、Al粉等材料加强炉渣脱氧，造白渣，控制炉渣(FeO+MnO)≤1.0％，升高钢水温度至1640℃，进行合金化、脱硫和去除夹杂物操作，得到表如1所示成分的目标钢水；精炼结束后进行静吹处理，控制静吹时间23min，其中静吹时间的0～10min端控制吹Ar流量35Nl/min，静吹时间的10～15min时间段控制吹Ar流量55Nl/min，静吹时间的15～23min时间段控制吹Ar流量20Nl/min，温度达到1580℃进行出钢。

本发明实施例三得到的125ksi钢级套管圆管坯的有害元素含量低、钢质纯净度高；圆管坯经轧制后制造的125ksi钢级套管钢成品套管的力学性能和整体使用性能指标如下：屈服强度(Rt0.65)900～1030MPa，抗拉强度(Rm)≥950MPa，延伸率≥13％，冲击韧性：横向全尺寸≥60J，纵向全尺寸≥80J；管体抗挤毁强度≥142.4Mpa，内屈服压力≥137.1Mpa，连接强度≥4368KN。制造的综合力学性能稳定、优良，可广泛应用于页岩气勘探开发，保证油井的运行安全。

表1、实施例1至3的化学成分％

表2、实施例1至3的非金属夹杂物高倍评级

实施例	A	B	C	D	DS
						1	0	0.5	0.5	0.5	0.5
2	0	0.5	0	0.5	0.5
						3	0.5	1.0	0	0.5	0.5

从实施例一至实施例三可以看出，本发明得到的125ksi钢级套管圆管坯化学成分波动小(C波动值为0.02％、Mn波动值为0.05％、Cr波动值为0.05％、Mo波动值为0.03％)，另外，各个实施例得到的125ksi钢级套管圆管坯化学成分中的有害元素含量低、钢质纯净度高；圆管坯经轧制后制造的125ksi钢级套管钢成品套管的力学性能和整体使用性能指标如下：屈服强度(Rt0.65)900～1030MPa，抗拉强度(Rm)≥950MPa，延伸率≥13％，冲击韧性：横向全尺寸≥60J，纵向全尺寸≥80J；管体抗挤毁强度≥142.4Mpa，内屈服压力≥137.1Mpa，连接强度≥4368KN。制造的综合力学性能稳定、优良，可广泛应用于页岩气勘探开发，保证油井的运行安全。

需要说明，上述描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，也不是对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种125ksi钢级套管钢的制备方法，其特征在于包括步骤：

A、电炉冶炼：以生铁和废钢为原料进行冶炼得到初炼钢水；

B、LF精炼：将步骤A冶炼好的钢水加入精炼渣料进行LF精炼，分批加入精炼剂、Al粉加强炉渣脱氧，造白渣，控制炉渣(FeO+MnO)≤1.0％，升高钢水温度至1620～1640℃，进行合金化、脱硫和去除夹杂物操作，所述LF精炼过程中调整合金成分满足要求：C 0.25～0.35％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.45～0.85％、Cr 0.80～1.20％、Mo 0.25～0.35％、P≤0.018％、S≤0.003％，余量为Fe、残余元素及不可避免的杂质；且控制多次制备时主要化学成分的最大值与最小值之差：C波动范围在0.03％内、Mn波动范围在0.10％内、Cr波动范围在0.05％内、Mo波动范围在0.04％内，LF精炼结束后进行静吹处理，温度达到1580～1595℃进行出钢，静吹时间≥20min，其中静吹时间的0～10min时间段控制吹Ar流量10～40Nl/min，静吹时间的10～15min时间段控制吹Ar流量40～80Nl/min，静吹时间的15min～静吹结束时间段控制吹Ar流量10～40Nl/min；

C、连铸：将步骤B处理得到的钢水浇铸成连铸圆坯。

2.根据权利要求1所述的125ksi钢级套管钢的制备方法，其特征在于所述步骤A的原料中的生铁比例40～43％、废钢比例为57～60％。

3.根据权利要求1所述的125ksi钢级套管钢的制备方法，其特征在于所述步骤A在出钢过程中加入脱氧剂CaBaAlSi 1.5～2.5kg/t、Al块2.0～3.5kg/t，所述步骤A出钢前在钢包内加入石灰3～4.5kg/t。

4.根据权利要求1所述的125ksi钢级套管钢的制备方法，其特征在于所述精炼渣料包括合成渣和石灰，所述合成渣加入量为14kg/t，石灰加入量6～8.5kg/t。

5.根据权利要求1所述的125ksi钢级套管钢的制备方法，其特征在于所述步骤C控制浇注过程中间包液面≥750mm，连浇中间包液面≥400mm。