CN107297450B - 一种高强韧性钛合金钻杆料的墩粗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强韧性钛合金钻杆料的墩粗方法，钛合金钻杆成分重量百分比为：Al：5～7、Nb：2.0～3.0、Zr：0.5～2.0、Mo：0.7‑1.2、Fe：0.02‑0.05、Si：0.01‑0.03、Ti：余量，利用上述组合物钻杆料的墩粗方法是：步骤一、涂抹玻璃粉；步骤二、感应加热；步骤三、一次墩粗；步骤四、二次加热；步骤五、二次墩粗；步骤六、整管热处理。本发明的有益效果是：该钛合金钻杆料墩粗后满足API标准对110ksi钻杆产品的要求，可在苛刻腐蚀环境中使用，表现出的抗硫化氢应力腐蚀的能力远高于普通API钻杆，是替代碳钢在油气开采应用的最佳材料，满足腐蚀环境的油田需求。

Description

一种高强韧性钛合金钻杆料的墩粗方法
技术领域
本发明涉及钻探用钻杆材料领用，特别涉及一种高强韧性钛合金钻杆料的墩粗方法。
背景技术
世界上有很多石油天然气为酸性油气田，具有很强的腐蚀性，其中硫化氢是重要的腐蚀介质。普通API钻杆只能满足在不含有腐蚀介质的油气井管中，或含有轻微腐蚀介质的油气井中，不适合在含有H2S、盐类等混合溶液的油气井中采用。因此开发研究高性能的抗硫化氢腐蚀钻杆就成为研究的重要课题。目前，国际、国内钻杆所用的材质大多数为碳钢管，随着油井开采的深度不断增加，地质环境逐渐恶劣，对钻杆的腐蚀越来越严重，钛合金钻杆的作用和优势越来越明显。
钛合金具有高比强度、高比模量、耐腐蚀等一系列优点，随着钛合金应用水平的不断提高，钛合金的韧性也日益得到重视。钛合金的冲击韧性一般不高。例如常见的高强度钛合金，例如TC4、Ti6246等钛合金具有强度高、耐腐蚀性能好等优点，但是其韧性较低，妨碍了其在钻杆方面的应用。另一方面，由于钛合金具有抗高温、高强度、难变形、加工成形难度极大等特点，造成了钛合金管的研制和加工技术难度大，特别是墩粗工艺速度较快，变形困难。因此，开发一种高强韧性钛合金钻杆料的墩粗方法就成了急需解决的技术问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高强韧性钛合金钻杆料的墩粗方法，目的是实现钛合金钻杆料的墩粗成型，并保证其屈服强度满足110ksi要求，冲击韧性良好，并具有良好的抗H2S、CO2腐蚀的性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强韧性钛合金钻杆料的墩粗方法，钛合金钻杆成分重量百分比为：Al：5～7、Nb：2.0～3.0、Zr：0.5～2.0、Mo：0.7-1.2、Fe：0.02-0.05、Si：0.01-0.03、Ti：余量，利用上述组合物钻杆料的墩粗方法是：步骤一、涂抹玻璃粉；步骤二、感应加热；步骤三、一次墩粗；步骤四、二次加热；步骤五、二次墩粗；步骤六、整管热处理。
所述涂抹玻璃粉：管材内、外均匀涂抹玻璃粉，厚度控制在1～2mm厚，涂抹结束时间控制在下一步骤前1～1.5h；所述感应加热：管端送入感应炉加热，加热温度970～990℃，加热时间5min；所述一次墩粗：将上述加热后的管材快速送入墩粗机，进行一次墩粗，加厚缩短量为110～130mm；所述二次加热：一次墩粗后的管材重新送入感应加热炉，加热温度900～920℃，加热时间5min；所述二次墩粗：将上述加热后的管材快速送入墩粗机，进行二次墩粗，加厚缩短量为60～75mm；所述热处理：二次墩粗后的管材经温度为900～950℃、保温时间为60min进行退火处理。
所述管材内、外均匀涂抹玻璃粉在钛合金管两端各500mm范围内；所述感应加热在加热后通过自动控制机架送入墩粗压机，过程时间控制在30s内；所述二次加热在加热后通过自动控制机架送入墩粗压机，过程时间控制在30s内。
本发明的有益效果是：该钛合金钻杆料墩粗后满足API标准对110ksi钻杆产品的要求，力学性能：屈服强度>758Mpa，冲击韧性>41J，延伸率>11％，可在H2S分压：5Mpa，CO2分压：11Mpa，NaCl浓度：100000ppmCl，单质硫：3g/L的苛刻腐蚀环境中使用，表现出的抗硫化氢应力腐蚀的能力远高于普通API钻杆，可以做为替代碳钢在油气开采应用的最佳材料，满足腐蚀环境的油田需求。
附图说明
图1为本发明钛合金钻杆料墩粗态金相组织示意图；
图2为本发明钛合金钻杆料热处理态态金相组织示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但并不局限于对本发明保护范围的限制。
一种高强韧性钛合金钻杆料的墩粗方法，钛合金钻杆成分重量百分比为：Al：5～7、Nb：2.0～3.0、Zr：0.5～2.0、Mo：0.7-1.2、Fe：0.02-0.05、Si：0.01-0.03、Ti：余量，利用上述组合物的钛合金钻杆料的管端墩粗方法是：步骤一、涂抹玻璃粉：管材内、外均匀涂抹玻璃粉在钛合金管两端各500mm范围内，厚度控制在1～2mm厚，涂抹结束时间控制在下一步骤前1～1.5h；步骤二、感应加热：管端送入感应炉加热，加热温度970～990℃，加热时间5min，在加热后通过自动控制机架送入墩粗压机，过程时间控制在30s内以防止过多降温；步骤三、一次墩粗：将上述加热后的管材快速送入墩粗机，进行一次墩粗，加厚缩短量为110～130mm；步骤四、二次加热：一次墩粗后的管材重新送入感应加热炉，加热温度900～920℃，加热时间5min，在加热后通过自动控制机架送入墩粗压机，过程时间控制在30s内以防止过多降温；步骤五、二次墩粗：将上述加热后的管材快速送入墩粗机，进行二次墩粗，加厚缩短量为60～75mm；步骤六、整管热处理：二次墩粗后的管材经温度为900～950℃、保温时间为60min进行退火处理。
实施例1
涂抹玻璃粉：涂抹厚度控制在1mm左右，涂抹结束时间控制在下一步骤前1h；
感应加热：加热温度990℃，加热时间5min；
一次墩粗：加厚缩短量为130mm；
二次加热：加热温度920℃，加热时间5min；
二次墩粗：加厚缩短量为75mm；
热处理：二次墩粗后的管材经温度为950℃、保温时间为60min进行退火处理；
该实施例得到的钛合金管可以达到以下指标：
屈服强度797MPa；抗拉强度923MPa；延伸率15％；冲击功49J。
实施例2
涂抹玻璃粉：涂抹厚度控制在2mm左右，涂抹结束时间控制在下一步骤前1.5h；
感应加热：加热温度970℃，加热时间5min；
一次墩粗：加厚缩短量为110mm；
二次加热：加热温度900℃，加热时间5min；
二次墩粗：加厚缩短量为60mm；
热处理：二次墩粗后的管材经温度为900℃、保温时间为60min进行退火处理；
该实施例得到的钛合金管可以达到以下指标：
屈服强度829MPa；抗拉强度963MPa；延伸率13％；冲击功43J。
对比例1
石墨润滑：墩粗设备进行喷涂石墨处理；
感应加热：加热温度1200℃，加热时间5min；
一次墩粗：加厚缩短量为120mm；
二次加热：加热温度1150℃，加热时间5min；
二次墩粗：加厚缩短量为60mm；
热处理：二次墩粗后的管材经温度为970℃、保温时间为60min进行退火处理；
该实施例得到的钛合金管可以达到以下指标：
屈服强度727MPa；抗拉强度860MPa；延伸率8％；冲击功35J。
表1为本发明实例与对比例力学性能的比较。可以看出本发明实例钛合金钻杆墩粗工艺与其他工艺相比，强度、韧性都能得到大幅度改善。本发明的钛合金钻杆料经两道次加热墩粗、热处理后，经力学性能测试符合110Ksi钻杆要求。
表1
硫化氢应力腐蚀性能如下：
腐蚀挂片测试实验温度160℃，H2S分压5MPa，CO2分压11MPa，NaCl浓度100000ppmCl，加入单质硫3g/L，pH值为3，转速均为3m/s。进行168小时腐蚀试验后，计算腐蚀速率为0.0035mm/a。
如图1所示为本发明钛合金钻杆料墩粗态金相组织示意图；图2所示为本发明钛合金钻杆料热处理态态金相组织示意图。
本发明实例钛合金管具有良好的抗CO2、H2S应力腐蚀性能。

Claims (2)

1.一种高强韧性钛合金钻杆料的墩粗方法，钛合金钻杆成分重量百分比为：Al：5～7、Nb：2.0～3.0、Zr：0.5～2.0、Mo：0.7-1.2、Fe：0.02-0.05、Si：0.01-0.03、Ti：余量，其特征是：利用上述钻杆料的墩粗方法是：步骤一、涂抹玻璃粉；步骤二、感应加热；步骤三、一次墩粗；步骤四、二次加热；步骤五、二次墩粗；步骤六、整管热处理，所述涂抹玻璃粉：管材内、外均匀涂抹玻璃粉，厚度控制在1～2mm厚，涂抹结束时间控制在下一步骤前1～1.5h；所述感应加热：管端送入感应炉加热，加热温度970～990℃，加热时间5min；所述一次墩粗：将上述加热后的管材快速送入墩粗机，进行一次墩粗，加厚缩短量为110～130mm；所述二次加热：一次墩粗后的管材重新送入感应加热炉，加热温度900～920℃，加热时间5min；所述二次墩粗：将上述加热后的管材快速送入墩粗机，进行二次墩粗，加厚缩短量为60～75mm；所述热处理：二次墩粗后的管材经温度为900～950℃、保温时间为60min进行退火处理。
2.根据权利要求1所述的高强韧性钛合金钻杆料的墩粗方法，其特征是：所述管材内、外均匀涂抹玻璃粉在钛合金管两端各500mm范围内；所述感应加热在加热后通过自动控制机架送入墩粗压机，过程时间控制在30s内；所述二次加热在加热后通过自动控制机架送入墩粗压机，过程时间控制在30s内。
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