CN111549293A - 一种含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管及其制备方法，本发明公开的无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C 0.25～0.30％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.40～0.70％、Cr 0.8～1.2％、Mo 0.50～0.80％、V 0.05～0.10％、Al 0.01～0.04％、P≤0.015％、S≤0.005％和RE 0.001～0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质。该无缝钢管具有良好的冲击韧性、耐疲劳性及热稳定性，能够满足页岩气开采的复杂工况要求。

Description

一种含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管及其制备 方法

技术领域

本发明属于材料冶金技术领域，具体涉及一种含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管及其制备方法。

背景技术

页岩气是储集在富含有机质的细粒碎屑岩中的天然气，其中一部分以游离态存在于孔隙和裂缝中，另一部分吸附于有机质和粘土矿物内表面，全球页岩气资源量前景巨大，主要分布在北美、中亚、中国等地，我国蕴藏着丰富的页岩气资源，国土资源部油气研究中心发布的一份报告显示，国内已形成涪陵、长宁、威远、延长四大页岩气产区，我国的页岩气资源虽然丰富，但与美国不同的是，我国页岩气储层较深，开采难度大，油井管在高端品种套管方面的需求更大，对油套管力学性能要求更高，需具有良好的抗内压、抗外挤以及水平延伸部分具有承受拉、压、扭循环载荷的能力，同时由于我国页岩气井身大部分达到了4000m左右，导致水平段温度达到240℃，对钢管的热稳定性也提出了更高的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明一个方面提供一种含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管，其化学成分按质量百分比计为：C 0.25～0.30％、Si0.17～0.37％、Mn 0.40～0.70％、Cr 0.8～1.2％、Mo 0.50～0.80％、V 0.05～0.10％、Al0.01～0.04％、P≤0.015％、S≤0.005％和RE 0.001～0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质。

上述含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管的力学性能满足：常温屈服强度≥1005MPa，常温抗拉强度≥1073MPa，240℃抗拉强度≥985MPa，常温延伸率≥27％，0℃横向冲击功≥113J。

本发明另一方面提供了上述的含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管的制备方法，其包括以下工序：炼钢→轧制→热处理；其中：

所述炼钢工序包括：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸，其中LF精炼采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式；在VD脱气前加入稀土合金，VD脱气真空度要求≤0.10KPa，深真空时间≥15分钟，真空处理结束后喂入150米硅钙线，喂丝后软吹时间≥15分钟；圆坯连铸时坯料拉速度控制为1.5m/min，后进缓冷坑进行冷却，缓冷时间≥48小时；

所述轧制工序包括：圆坯锯切→加热→穿孔→轧管→张减径→冷床冷却，其中加热炉的各段加热温度满足：加热一段为700-900℃，加热二段为900℃-1000℃，加热三段为1000℃-1150℃，加热四段为1230℃～1280℃，加热五段为1230℃-1280℃，加热六段为1230℃-1280℃；圆坯穿孔温度为1200℃～1250℃；钢管轧制温度为1000℃～1200℃；保证终轧温度≥850℃；

所述热处理工序包括：淬火+回火，其中淬火温度为900±10℃，保温35～60min；回火温度为670±10℃，保温90～120min；热处理后保证矫直温度≥550℃。

基于以上技术方案提供的含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管的制备方法通过中碳Cr-Mo-V合金系加入稀土元素，利用稀土的变质作用及微合金化作用提高钢的横向冲击韧性、耐疲劳性及热稳定性，获得一种具有良好的冲击韧性、耐疲劳性及热稳定性的含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管，能够满足页岩气开采的复杂工况要求。

具体实施方式

本发明旨在提供一种具有良好的冲击韧性、耐疲劳性及热稳定性的含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管及其制备方法，以适应于页岩气开采的复杂工况要求。

其中制备方法具体包括以下工序：

(1)炼钢工序为：铁铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸。转炉冶炼采用脱硫铁水，来料铁水成分要求：P≤0.012％，S≤0.05％，从源头把控钢质条件；采用单渣冶炼工艺，终渣碱度≥3.0，用硅锰、锰铁进行脱氧合金化，终脱氧采用有铝脱氧工艺，出钢必须挡渣或扒渣，可以有效提高钢质的洁净度；出钢过程中加入适量白灰块；LF精炼采用从低数级到高数级逐渐升温速度方式加热提温，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分调整及升温操作，精炼采用造白渣工艺；在VD前加入稀土合金，VD深真空度≤0.08Kpa，深真空时间≥15min，VD真空后喂150m的硅钙线，喂丝后软吹时间为15分钟，保证夹杂物变性，使夹杂物充分上浮，减少钢中夹杂物和气体含量；连铸过程采用无氧化保护浇注，钢水的过热度控制在30℃以内，采用恒拉速控制工艺，拉速控制在1.5m/min，连铸坯料进缓冷坑进行冷却，缓冷时间≥48小时，防止产生裂纹。

(2)钢的轧制工序包括圆坯锯切→管坯加热→穿孔→轧管→张减径→冷床冷却。严格控制加热炉的各段温度，加热一段为700℃-900℃，加热二段为900℃-1000℃，加热三段为1000℃-1150℃，加热四段为1230℃～1280℃，加热五段为1230℃-1280℃，加热六段为1230℃-1280℃，圆坯加热初期缓慢加热可以减少圆坯内应力，防止轧制过程中裂纹产生；圆坯穿孔温度为1200℃～1250℃，钢管轧制温度为1000℃～1200℃，在该温度区间内变形，钢管的塑性最好，变性抗力适中，可以有效的保证钢管内外表面质量同时对工具的损耗还低；保证终轧温度≥850℃，使得钢管表现出均匀组织，细化晶粒，保证后续热处理组织更加均匀。

(3)钢管热处理工序包括：淬火+回火。淬火温度为900±10℃，保温35～60min，该温度既能够保证合金元素全部溶于奥氏体中，又不会使晶粒过于粗大；回火温度为670±10℃，保温90～120min，此温度下回火，在±10℃的浮动区间内，钢管的强度都能满足要求，同时还具有良好的韧性。保证矫直温度≥550℃，避免钢管在矫直过程中产生大的内应力。

以下通过具体实施例详细说明本发明，以下实施例的描述仅用于理解本发明，并不在限制本发明的内容。

实施例

实施例1～5的化学成分重量百分比见下表1。按照上述提供的制备方法制备含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管，对获得的钢管的力学性能进行检测，检测结果如下表2所示。

表1：各实施例化学成分百分比(％)

实施例	C	Si	Mn	Cr	Mo	V	Al	P	S	RE
											实施例1	0.25	017	0.40	0.80	0.50	0.05	0.010	0.015	0.005	0.001
实施例2	0.27	0.24	0.47	0.90	0.57	0.07	0.018	0.013	0.004	0.003
											实施例3	0.28	0.30	0.54	1.0	0.65	0.08	0.025	0.012	0.003	0.006
实施例4	0.29	0.34	0.62	1.1	0.73	0.09	0.032	0.011	0.002	0.008
											实施例5	0.30	0.37	0.70	1.2	0.80	0.10	0.040	0.010	0.001	0.010

表2：各实施例钢管的力学性能测试结果

从表2可以看出，通过本发明提供的方法制备获得的无缝钢管具有优异的力学性能，强度达到140ksi纲级以上，有些甚至达到了150ksi钢级(例如实施例4和实施例5)，0℃横向冲击韧性≥113J，常温屈服强度≥1005MPa，常温抗拉强度≥1073MPa，常温延伸率≥27％，具有高强高韧性，特别是240℃高温抗拉强度≥985MPa，相对于常温强度下降≤10％，具有良好的热稳定性，可以满足页岩气开采的各种复杂工况要求。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管，其特征在于，所述含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管的化学成分按质量百分比计为：C 0.25～0.30％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.40～0.70％、Cr 0.8～1.2％、Mo 0.50～0.80％、V 0.05～0.10％、Al 0.01～0.04％、P≤0.015％、S≤0.005％和RE 0.001～0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管，其特征在于，所述含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管的力学性能满足：常温屈服强度≥1005MPa，常温抗拉强度≥1073MPa，240℃抗拉强度≥985MPa，常温延伸率≥27％，0℃横向冲击功≥113J。

3.权利要求1或2所述的含稀土140ksi钢级耐高温页岩气用无缝钢管的制备方法，其包括以下工序：炼钢→轧制→热处理；其特征在于：

所述炼钢工序包括：铁水预处理→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸，其中LF精炼采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式；在VD脱气前加入稀土合金，VD脱气真空度要求≤0.10KPa，深真空时间≥15分钟，真空处理结束后喂入150米硅钙线，喂丝后软吹时间≥15分钟；圆坯连铸时坯料拉速度控制为1.5m/min，后进缓冷坑进行冷却，缓冷时间≥48小时；

所述轧制工序包括：圆坯锯切→加热→穿孔→轧管→张减径→冷床冷却，其中加热炉的各段加热温度满足：加热一段为700-900℃，加热二段为900℃-1000℃，加热三段为1000℃-1150℃，加热四段为1230℃～1280℃，加热五段为1230℃-1280℃，加热六段为1230℃-1280℃；圆坯穿孔温度为1200℃～1250℃；钢管轧制温度为1000℃～1200℃；保证终轧温度≥850℃；

所述热处理工序包括：淬火+回火，其中淬火温度为900±10℃，保温35～60min；回火温度为670±10℃，保温90～120min；热处理后保证矫直温度≥550℃。