CN117758157A - 一种油套管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种油套管及其制备方法,涉及石油管材制造技术领域,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:C 0.22%~0.32%、Si 0.45%~0.60%、Mn 1.30%~1.45%、P 0%~0.015%、S 0%~0.005%、Cr 0.30%~0.80%、Ti 0.01%~0.05%、Zr 0.01%~0.05%、Ca 0%~0.025%、Al 0.015%~0.025%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。该油套管具有优良的综合性能,成本较低、具有足够的强度、塑性和韧性,屈服强度级别分别达到N80‑1、N80Q、R95、P110钢级。
Description
技术领域
本发明涉及石油管材制造技术领域,尤其涉及一种油套管及其制备方法。
背景技术
油套管(油管和套管)是油气开发的重要物资或器材,其中钢级80ksi及以上约占80%以上。为了保障油套管的力学性能和使用性能,通常需要对其化学成分和制备工艺进行专门设计。例如在化学成分设计方面,通常会加入较多价格较高的合金元素,例如1%~1.2%的Cr、0.2%~0.8%的Mo等,甚至还会添加一定量的Cu和Ni,为了保障油套管的力学性能,往往还会添加总量0.1%~0.2%的Nb、V、Ti等微合金元素及稀土(Re)元素,大量合金元素的加入,导致生产制造成本的显著上升。此外,油套管在通常的热连轧过程中,由于没有采用有效的控轧控冷工艺,使Nb、V、Ti等微合金元素的作用没有充分发挥出来,致使油套管的强韧化效果不够理想。因此,在不明显增加制备成本的前提下,如何进一步优化油套管的成分设计并综合调控与之配套的制备工艺,已成为油套管研发的重要课题。
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油套管,旨在提供一种成本相对较低、且具有足够强度、塑性和韧性的综合性能优良的油套管,以满足复杂工况油气田效益开发对高性能油套管的需要。
本发明的技术方案如下:
本发明的第一方面,提供一种油套管,其中,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.22%~0.32%、Si 0.45%~0.60%、Mn 1.30%~1.45%、P 0%~0.015%、S0%~0.005%、Cr 0.30%~0.80%、Ti 0.01%~0.05%、Zr 0.01%~0.05%、Ca 0%~0.025%、Al 0.015%~0.025%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
可选地,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.22%~0.32%、Si 0.45%~0.50%、Mn 1.36%~1.45%、P 0%~0.012%、S0%~0.005%、Cr 0.30%~0.48%、Ti 0.01%~0.03%、Zr 0.01%~0.03%、Al 0.015%~0.022%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
可选地,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.23%~0.26%、Si 0.51%~0.60%、Mn 1.30%~1.37%、P 0%~0.012%、S0%~0.003%、Cr 0.50%~0.80%、Ti 0.02%~0.05%、Zr 0.02%~0.05%、Ca 0.015%~0.023%、Al 0.019%~0.025%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
可选地,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
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可选地,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.25%~0.26%、Si 0.53%~0.60%、Mn 1.30%~1.35%、P 0.010%~0.012%、S 0.001%~0.002%、Cr 0.71%~0.80%、Ti 0.03%~0.05%、Zr 0.03%~0.05%、Ca 0.020%~0.023%、Al 0.019%~0.025%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的第二方面,提供一种油套管的制备方法,其中,包括步骤:
根据本发明如上所述的油套管的化学成分进行配料、冶炼、连铸后,得到连铸坯;
对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧和热处理,然后进行热矫直和热定径后,得到管坯;
对所述管坯进行螺纹加工后,得到所述油套管。
可选地,进行冶炼、连铸后,得到连铸坯的步骤具体包括:
将配料得到的原料依次经过氧吹转炉冶炼、炉外精炼和真空脱气后,得到钢液;
将所述钢液浇铸成棒状连铸坯。
可选地,所述对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧和热处理,然后进行热矫直和热定径后,得到管坯的步骤具体包括:
将所述连铸坯在1185~1215℃的温度下加热100~120min,然后在1155~1185℃的温度下进行热穿孔,在880~1100℃的温度下进行热连轧,控制终轧温度为880~900℃,风冷后,在550~660℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷,得到所述管坯。
可选地,所述对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧和热处理,然后进行热矫直和热定径后,得到管坯的步骤具体包括:
将所述连铸坯在1185~1215℃的温度下加热100~120min,然后在1155~1185℃的温度下进行热穿孔,在880~1100℃的温度下进行热连轧,控制终轧温度为880~900℃,内外喷水淬火后,在670~710℃的温度下回火60~75min后水冷,在550~660℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷,得到所述管坯。
可选地,所述对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧和热处理,然后进行热矫直和热定径后,得到管坯的步骤具体包括:
将所述连铸坯在1185~1215℃的温度下加热100~120min,然后在1155~1185℃的温度下进行热穿孔,在880~1100℃的温度下进行热连轧,控制终轧温度为880~900℃,内外喷水淬火后,在670~710℃的温度下回火60~75min后水冷,重新加热至880~900℃,保温60~90min后,内外喷水淬火,在600~620℃的温度下回火90~120min后水冷,在550~660℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷,得到所述管坯。
有益效果:本发明提供的油套管具有优良的综合性能,成本相对较低、且具有足够的强度、塑性和韧性。所述油套管的屈服强度级别分别达到N80-1、N80Q、R95、P110钢级,抗拉强度大于等于788MPa,延伸率大于等于30%,0℃夏比V型缺口冲击韧性大于等于131J,可满足复杂工况油气效益开发对综合性能优良的油套管的需要。
具体实施方式
本发明提供一种油套管及其制备方法,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。
本发明实施例提供一种油套管,其中,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.22%~0.32%、Si 0.45%~0.60%、Mn 1.30%~1.45%、P 0%~0.015%、S0%~0.005%、Cr 0.30%~0.80%、Ti 0.01%~0.05%、Zr 0.01%~0.05%、Ca 0%~0.025%、Al 0.015%~0.025%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明实施例在化学成分设计方面,在不明显增加制备成本的前提下保证油套管具有足够的强度、塑性和韧性,采用中低C含量,加入Mn,少量加入Cr和Si,Ti-Zr复合微合金化,采用Al、Si全脱氧的镇静钢及纯净钢技术,必要时对钢液进行Ca处理,使得所述油套管具有优良的综合性能,成本较低、且具有足够的强度、塑性和韧性,与Ti-Nb、Ti-V复合微合金化油套管比较,强度、塑性、韧性均显著提高,提升了在复杂油气井作业的安全可靠性。所述油套管的屈服强度级别分别达到N80-1、N80Q、R95、P110钢级,抗拉强度大于等于788MPa,延伸率大于等于30%,0℃夏比V型缺口冲击韧性大于等于131J,可满足复杂工况油气效益开发对综合性能优良的油套管的需要。
其中,C是钢中最主要的强化元素,增加C含量可显著提高钢的淬透性进而提高强度,但C含量过高会损害钢的塑韧性。综合考虑,C含量宜控制在0.22%~0.32%范围内。
Si通常作为钢中的常存元素和脱氧剂,适量的Si可提高钢的淬透性、从而提高强度、耐腐蚀性能和回火稳定性,但含量过高,会增加钢的偏析倾向,促进带状组织形成,会损害钢的塑韧性。综合考虑,本发明实施例中Si含量宜控制在0.45%~0.60%范围内。
Mn主要用于提高钢的淬透性进而提高强度,可部分替代价格较高的Cr、Mo元素,但Mn元素的偏析倾向较大,含量过高会导致组织结构和性能的不均匀。综合考虑,本实施例中Mn含量宜控制在1.30%~1.45%范围内。
Cr主要用于提高钢的淬透性和回火稳定性,从而提高钢的强度,本实施例由于采用了较高的Mn含量,可适当降低Cr的加入量,在保证性能的前提下降低成本。综合考虑,Cr宜控制在0.30%~0.80%范围内。
Ti加入到钢中具有脱氧、固氮作用,与钢中的C、N形成TiC、TiN,具有阻碍奥氏体晶粒长大、细化晶粒的作用,从而提高强度和韧性,但含量过高会形成过多Ti的碳、氮化合物而使钢的脆性增大且会导致成本增加。综合考虑,Ti含量宜控制在0.01%~0.05%范围内。
Zr加入到钢中具有脱氧、除氮、去硫作用,与钢中的C、N形成ZrC、ZrN,细化晶粒,从而提高强度和韧性,但含量过高会使钢的脆性增大且会导致成本增加。综合考虑,Zr含量宜控制在0.01%~0.05%范围内。本实施例采用Ti-Zr复合微合金化,可以获得比单一微合金元素Ti或Zr更好的强韧化效果。
Ca可以改善夹杂物的性质和形态,从而提高钢的韧性和耐腐蚀性能。Ca含量宜控制0%~0.025%范围内。
Al与氧形成细小均匀分布的氧化物可以起到细化晶粒、同时提高强度和韧性的作用,也是重要的脱氧剂。Al含量宜控制在0.015%~0.025%范围内。
P为有害杂质元素,主要影响钢的塑韧性。P的含量宜控制在P 0%~0.015%范围内。
S为有害杂质元素,主要影响钢的塑韧性。S的含量宜控制在0%~0.005%范围内。
N、H和O为有害气体元素,主要影响钢的塑韧性。含量宜控制N+H+O≤0.008%(即N、H和O的总含量小于等于0.01%),其中,其中,N含量宜控制在0%~0.005%范围内。
在一些实施方式中,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.22%~0.32%、Si 0.45%~0.50%、Mn 1.36%~1.45%、P 0%~0.012%、S0%~0.005%、Cr 0.30%~0.48%、Ti 0.01%~0.03%、Zr 0.01%~0.03%、Al 0.015%~0.022%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
在一些实施方式中,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.30%~0.32%、Si 0.45%~0.50%、Mn 1.41%~1.45%、P 0.010%~0.012%、S 0.003%~0.005%、Cr 0.30%~0.35%、Ti 0.01%~0.03%、Zr 0.01%~0.03%、Al 0.015%~0.018%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施方式中,所述油套管具有良好的综合性能,室温屈服强度达到N80-1钢级要求,室温屈服强度为671~679MPa,抗拉强度为789~799MPa,伸长率为31%~33%,0℃夏比V型缺口冲击韧性为141~146J。
在一些实施方式中,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.22%~0.24%、Si 0.47%~0.48%、Mn 1.36%~1.40%、P 0.010%~0.012%、S 0.002%~0.003%、Cr 0.40%~0.48%、Ti 0.02%~0.03%、Zr 0.02%~0.03%、Al 0.020%~0.022%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施方式中,所述油套管具有良好的综合性能,室温屈服强度达到N80Q钢级要求,室温屈服强度为678~683MPa,抗拉强度为788~794MPa,伸长率为33%~34%,0℃夏比V型缺口冲击韧性为161~166J。
在一些实施方式中,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.23%~0.26%、Si 0.51%~0.60%、Mn 1.30%~1.37%、P 0%~0.012%、S0%~0.003%、Cr 0.50%~0.80%、Ti 0.02%~0.05%、Zr 0.02%~0.05%、Ca 0.015%~0.023%、Al 0.019%~0.025%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
在一些实施方式中,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.23%~0.25%、Si 0.51%~0.55%、Mn 1.33%~1.37%、P 0.009%~0.010%、S 0.002%~0.003%、Cr 0.50%~0.59%、Ti 0.02%~0.04%、Zr 0.02%~0.03%、Ca 0.015%~0.020%、Al 0.019%~0.022%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施方式中,所述油套管具有良好的综合性能,室温屈服强度达到R95钢级要求,室温屈服强度为721~727MPa,抗拉强度为819~826MPa,伸长率为32%,0℃夏比V型缺口冲击韧性为151~156J。
在一些实施方式中,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.25%~0.26%、Si 0.53%~0.60%、Mn 1.30%~1.35%、P 0.010%~0.012%、S 0.001%~0.002%、Cr 0.71%~0.80%、Ti 0.03%~0.05%、Zr 0.03%~0.05%、Ca 0.020%~0.023%、Al 0.019%~0.025%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施方式中,所述油套管具有良好的综合性能,室温屈服强度达到P110钢级要求,室温屈服强度为872~879MPa,抗拉强度为969~977MPa,伸长率为30%,0℃夏比V型缺口冲击韧性为131~136J。
油套管的综合性能除了需要化学成分及比例含量的合理设计外,制造工艺同样影响着油套管的最终性能,不同的化学成分设计需要使用不同的制造工艺才能使得油套管发挥出最佳的性能。本发明实施例针对上述比例含量的化学成分开发与之匹配的制造工艺,主要是通过炼钢(包括炉外精炼、真空脱气)、连铸、热穿孔、奥氏体区的热连轧及控轧控冷、热处理、热矫直和热定径等工艺,使得油套管获得细小均匀的显微组织结构,来实现油套管强度与塑韧性的合理匹配。具体地,本发明实施例还提供一种油套管的制备方法,其中,包括步骤:
S1、根据本发明实施例如上所述的油套管的化学成分进行配料、冶炼、连铸后,得到连铸坯;
S2、对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧和热处理,然后进行热矫直和热定径后,得到管坯;
S3、对所述管坯进行螺纹加工后,得到所述油套管。
本发明实施例的化学成分及制造工艺配合使用,兼有经济性、提高强度、改善韧性的效果。本发明的制备方法针对上述化学成分的油套管,得到预期的组织结构和性能,充分发挥了油套管的性能,成本较低,且制程中的工艺参数容易控制,得到的油套管性能稳定。
步骤S1中,在一些实施方式中,进行冶炼、连铸后,得到连铸坯的步骤具体包括:
S11、将配料得到的原料依次经过氧吹转炉冶炼、炉外精炼和真空脱气后,得到钢液;
S12、将所述钢液浇铸成棒状连铸坯,连铸过程中采用电磁搅拌和轻压下技术以控制连铸棒坯中的偏析。
步骤S11中,必要时,在真空脱气后喂Si-Ca丝对钢中的夹杂物进行控形变性处理。
步骤S2中,根据不同钢级油套管性能要求的不同,采用不用方式进行热处理及后续的热矫直和热定径工艺。具体地,在一种实施方式中,对于N80-1钢级油套管,所述对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧和热处理,然后进行热矫直和热定径后,得到管坯的步骤具体包括:
将所述连铸坯在1185~1215℃的温度下加热100~120min,然后在1155~1185℃的温度下进行热穿孔,在880~1100℃的温度下进行热连轧(控制热连轧变形量为70%%~80%),控制终轧温度为880~900℃,风冷后,在630~650℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷,得到所述管坯。
在一种实施方式中,对于N80Q、R95钢级油套管,所述对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧和热处理,然后进行热矫直和热定径后,得到管坯的步骤具体包括:
将所述连铸坯在1185~1215℃的温度下加热100~120min,然后在1155~1185℃的温度下进行热穿孔,在880~1100℃的温度下进行热连轧(控制热连轧变形量为70%~80%),控制终轧温度为880~900℃,内外喷水淬火(冷却速度为20~50℃/s)后,然后在670~710℃的温度下回火60~75min后水冷(回火后水冷以避免可能存在的回火脆性),在620~660℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷,得到所述管坯。
在一种实施方式中,对于P110钢级油套管,所述对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧和热处理,然后进行热矫直和热定径后,得到管坯的步骤具体包括:
将所述连铸坯在1185~1215℃的温度下加热100~120min,然后在1155~1185℃的温度下进行热穿孔,在880~1100℃的温度下进行热连轧(控制热连轧变形量为70%~80%),控制终轧温度为880~900℃,内外喷水淬火(冷却速度为20~50℃/s)后,然后在670~710℃的温度下回火60~75min后水冷,重新加热至880~900℃,保温60~90min后,内外喷水淬火(冷却速度为20~50℃/s),在600~620℃的温度下回火90~120min后水冷,在550~570℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷,得到所述管坯。
以上三种实施方式中,通过热连轧变形量、轧制温度(特别是终轧温度)、冷却速度的精确控制,得到良好的强韧化效果。同时强化了控轧控冷工艺,对于N80Q及以上钢级油套管,可采用热连轧及控轧控冷直接淬火+高温回火的热处理工艺替代通常采用的热连轧后冷却再加热进行调质热处理的工艺,即利用轧制余热直接淬火,减少了一次再加热过程,与其它同类油套管比较,本实施例提供的制备方法简化了热处理工艺,在保证性能达到要求的前提下可进一步降低成本。通过热处理,获得细小均匀的微观组织结构(晶粒度为8~9级),保证油套管具有足够的强度、塑性和韧性。通过热矫直和热定径,使得油套管的几何尺寸符合要求,并有效控制油套管的残余应力,改善油套管的性能,可满足复杂工况油气田效益开发对高性能油管和套管的需要。
步骤S3中,所述螺纹为API(美国石油学会)标准螺纹或特殊螺纹。
下面通过具体的实施例进行详细说明。
以下实施例及对比例中油管和套管采用的化学成分如表1所示。
表1、油管和套管的化学成分
注:表1各实施例中,油管和套管的化学成分还包括N、H、O及Fe和不可避免的杂质,其中,N含量均为0.005%,N、H、O的总含量均为0.008%,Fe和不可避免的杂质为余量。
实施例1
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Zr微合金化)的制备方法,包括如下步骤:
炼钢:根据上表1所示的实施例1的油管和套管的化学成分进行配料,然后依次经过氧吹转炉炼钢,炉外精炼和真空脱气,得到钢液。
连铸:将钢液浇铸成棒状连铸坯,连铸过程中采用电磁搅拌和轻压下技术以控制连铸坯中的偏析。
热穿孔、热连轧、热处理、热矫直和热定径:将连铸坯在环形加热炉内加热,加热炉温度为1200±15℃,加热时间为120min,然后在1170±15℃的温度下进行热穿孔,再进行热连轧,始轧温度为1100℃,终轧温度为890℃,并控制热连轧变形量为70%,热连轧后风冷,获得珠光体+铁素体显微组织结构,晶粒度为8级;然后在640±10℃的温度下进行热矫直和热定径,水冷后,得到管坯,进行API标准螺纹加工后,对螺纹进行磁粉检测,分别得到油管和套管。
实施例2
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Zr微合金化)的制备方法,与实施例1基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的实施例2的油管和套管的化学成分进行配料。
实施例3
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Zr微合金化)的制备方法,与实施例1基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的实施例3的油管和套管的化学成分进行配料。
对比例1
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Nb微合金化)的制备方法,与实施例1基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的对比例1的油管和套管的化学成分进行配料。
对比例2
本实施例提供一种油管和套管(Ti-V微合金化)的制备方法,与实施例1基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的对比例2的油管和套管的化学成分进行配料。
实施例4
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Zr微合金化)的制备方法,包括如下步骤:
炼钢:根据上表1所示的实施例4的油管和套管的化学成分进行配料,然后依次经过氧吹转炉炼钢,炉外精炼和真空脱气,得到钢液。
连铸:将钢液浇铸成棒状连铸坯,连铸过程中采用电磁搅拌和轻压下技术以控制连铸坯中的偏析。
热穿孔、热连轧、热处理、热矫直和热定径:将连铸坯在环形加热炉内加热,加热炉温度为1200±15℃,加热时间为120min,然后在1170±15℃的温度下进行热穿孔,再进行热连轧,始轧温度为1080℃,终轧温度为890℃,并控制热连轧变形量为70%,内外喷水淬火(冷却速度为20℃/s)后,在700±10℃的温度下回火60min后水冷,获得回火索氏体显微组织结构,晶粒度为8级;在650±10℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷,得到管坯,进行API标准螺纹加工后,对螺纹进行磁粉检测,分别得到油管和套管。
实施例5
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Zr微合金化)的制备方法,与实施例4基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的实施例5的油管和套管的化学成分进行配料。
实施例6
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Zr微合金化)的制备方法,与实施例4基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的实施例6的油管和套管的化学成分进行配料。
对比例3
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Nb微合金化)的制备方法,与实施例4基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的对比例3的油管和套管的化学成分进行配料。
对比例4
本实施例提供一种油管和套管(Ti-V微合金化)的制备方法,与实施例4基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的对比例4的油管和套管的化学成分进行配料。
实施例7
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Zr微合金化)的制备方法,包括如下步骤:
炼钢:根据上表1所示的实施例7的油管和套管的化学成分进行配料,然后依次经过氧吹转炉炼钢,炉外精炼和真空脱气,喂Si-Ca丝对钢中的夹杂物进行控形变性处理得到钢液。
连铸:将钢液浇铸成棒状连铸坯,连铸过程中采用电磁搅拌和轻压下技术以控制连铸坯中的偏析。
热穿孔、热连轧、热处理、热矫直和热定径:将连铸坯在环形加热炉内加热,加热炉温度为1200±15℃,加热时间为120min,然后在1170±15℃的温度下进行热穿孔,再进行热连轧,始轧温度为1090℃,终轧温度为890℃,并控制热连轧变形量为70%,内外喷水淬火(冷却速度为20℃/s)后,在680±10℃的温度下回火75min后水冷,获得回火索氏体显微组织结构,晶粒度为8级;在630±10℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷,得到管坯,进行API标准螺纹加工后,对螺纹进行磁粉检测,分别得到油管和套管。
实施例8
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Zr微合金化)的制备方法,与实施例7基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的实施例8的油管和套管的化学成分进行配料。
实施例9
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Zr微合金化)的制备方法,与实施例7基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的实施例9的油管和套管的化学成分进行配料。
对比例5
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Nb微合金化)的制备方法,与实施例7基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的对比例5的油管和套管的化学成分进行配料。
对比例6
本实施例提供一种油管和套管(Ti-V微合金化)的制备方法,与实施例7基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的对比例6的油管和套管的化学成分进行配料。
实施例10
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Zr微合金化)的制备方法,包括如下步骤:
炼钢:根据上表1所示的实施例10的油管和套管的化学成分进行配料,然后依次经过氧吹转炉炼钢,炉外精炼和真空脱气,喂Si-Ca丝对钢中的夹杂物进行控形变性处理,得到钢液。
连铸:将钢液浇铸成棒状连铸坯,连铸过程中采用电磁搅拌和轻压下技术以控制连铸坯中的偏析。
热穿孔、热连轧、热处理、热矫直和热定径:将连铸坯在环形加热炉内加热,加热炉温度为1200±15℃,加热时间为120min,然后在1170±15℃的温度下进行热穿孔,再进行热连轧,始轧温度为1095℃,终轧温度为890℃,并控制热连轧变形量为70%,内外喷水淬火(冷却速度为20℃/s)后,在680±10℃的温度下回火60min后水冷,重新加热至890±10℃,保温60min后,内外喷水淬火(冷却速度为20℃/s),然后在610±10℃的温度下回火120min后水冷,获得回火索氏体显微组织结构,晶粒度为9级;在560±10℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷,得到管坯,进行API标准螺纹加工后,对螺纹进行磁粉检测,分别得到油管和套管。
实施例11
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Zr微合金化)的制备方法,与实施例10基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的实施例11的油管和套管的化学成分进行配料。
实施例12
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Zr微合金化)的制备方法,与实施例10基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的实施例12的油管和套管的化学成分进行配料。
对比例7
本实施例提供一种油管和套管(Ti-Nb微合金化)的制备方法,与实施例10基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的对比例7的油管和套管的化学成分进行配料。
对比例8
本实施例提供一种油管和套管(Ti-V微合金化)的制备方法,与实施例10基本相同,区别仅在于:根据上表1所示的对比例8的油管和套管的化学成分进行配料。
对实施例及对比例中制备得到的油管和套管进行室温屈服强度测试、抗拉强度测试、伸长率测试、0℃夏比V型缺口冲击韧性测试,结果如下表2所示。
表2、实施例及对比例中油管和套管的性能结果
综上所述,本发明经过适当的制备工艺后得到的Ti-Zr复合微合金化油管和套管具有优良的综合性能,与Ti-Nb、Ti-V复合微合金化油管和套管比较,强度、塑性、韧性均显著提高(详见表2),提升了在复杂油气井作业的安全可靠性,与其它同类油管和套管比较,强化了控轧控冷工艺,简化了热处理工艺,制备成本有所降低,可满足复杂工况油气田效益开发对高性能油管和套管的需要。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种油套管,其特征在于,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.22%~0.32%、Si 0.45%~0.60%、Mn 1.30%~1.45%、P 0%~0.015%、S 0%~0.005%、Cr 0.30%~0.80%、Ti 0.01%~0.05%、Zr 0.01%~0.05%、Ca 0%~0.025%、Al 0.015%~0.025%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的油套管,其特征在于,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.22%~0.32%、Si 0.45%~0.50%、Mn 1.36%~1.45%、P 0%~0.012%、S 0%~0.005%、Cr 0.30%~0.48%、Ti 0.01%~0.03%、Zr 0.01%~0.03%、Al 0.015%~0.022%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的油套管,其特征在于,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.23%~0.26%、Si 0.51%~0.60%、Mn 1.30%~1.37%、P 0%~0.012%、S 0%~0.003%、Cr 0.50%~0.80%、Ti 0.02%~0.05%、Zr 0.02%~0.05%、Ca 0.015%~0.023%、Al 0.019%~0.025%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的油套管,其特征在于,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.23%~0.25%、Si 0.51%~0.55%、Mn 1.33%~1.37%、P 0.009%~0.010%、S0.002%~0.003%、Cr 0.50%~0.59%、Ti 0.02%~0.04%、Zr 0.02%~0.03%、Ca0.015%~0.020%、Al 0.019%~0.022%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的的油套管,其特征在于,按质量百分含量计,所述油套管包括以下化学成分:
C 0.25%~0.26%、Si 0.53%~0.60%、Mn 1.30%~1.35%、P 0.010%~0.012%、S0.001%~0.002%、Cr 0.71%~0.80%、Ti 0.03%~0.05%、Zr 0.03%~0.05%、Ca0.020%~0.023%、Al 0.019%~0.025%、N 0%~0.005%、N+H+O≤0.008%,余量为Fe和不可避免的杂质。
6.一种油套管的制备方法,其特征在于,包括步骤:
根据权利要求1-5任一项所述的油套管的化学成分进行配料、冶炼、连铸后,得到连铸坯;
对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧和热处理,然后进行热矫直和热定径后,得到管坯;
对所述管坯进行螺纹加工后,得到所述油套管。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,进行冶炼、连铸后,得到连铸坯的步骤具体包括:
将配料得到的原料依次经过氧吹转炉冶炼、炉外精炼和真空脱气后,得到钢液;
将所述钢液浇铸成棒状连铸坯。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧和热处理,然后进行热矫直和热定径后,得到管坯的步骤具体包括:
将所述连铸坯在1185~1215℃的温度下加热100~120min,然后在1155~1185℃的温度下进行热穿孔,在880~1100℃的温度下进行热连轧,控制终轧温度为880~900℃,风冷后,在550~660℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷,得到所述管坯。
9.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧和热处理,然后进行热矫直和热定径后,得到管坯的步骤具体包括:
将所述连铸坯在1185~1215℃的温度下加热100~120min,然后在1155~1185℃的温度下进行热穿孔,在880~1100℃的温度下进行热连轧,控制终轧温度为880~900℃,内外喷水淬火后,在670~710℃的温度下回火60~75min后水冷,在550~660℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷,得到所述管坯。
10.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述对所述连铸坯进行热穿孔、热连轧和热处理,然后进行热矫直和热定径后,得到管坯的步骤具体包括:
将所述连铸坯在1185~1215℃的温度下加热100~120min,然后在1155~1185℃的温度下进行热穿孔,在880~1100℃的温度下进行热连轧,控制终轧温度为880~900℃,内外喷水淬火后,在670~710℃的温度下回火60~75min后水冷,重新加热至880~900℃,保温60~90min后,内外喷水淬火,在600~620℃的温度下回火90~120min后水冷,在550~660℃的温度下进行热矫直和热定径后水冷,得到所述管坯。
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