DE112017006053T5 - Hochfestes und hochzähes rohr für eine perforier-pistole und herstellungsverfahren dafür - Google Patents

Hochfestes und hochzähes rohr für eine perforier-pistole und herstellungsverfahren dafür Download PDF

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Abstract

Hochfestes und hochzähes Rohr für eine Perforierpistole, das eine Formulierung von chemischen Elementen in Massenprozent wie folgt aufweist: C: 0,15%-0,22%, Si: 0,1%-0,4%, Mn: 0,5%-1%, Cr: 0,3%-0,7%, Mo: 0,3%-0,7%, Nb: 0,01%-0,04%, V: 0,1%-0,2%, Ti: 0,02%-0,05%, B: 0,0015%-0,005%, Al: 0,01%-0,05%, Ca: 0,001%-0,004%, N≤0,008% und der Rest aus Fe und anderen unvermeidlichen Verunreinigungen. Entsprechend wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole offenbart. Das hochfeste und hochzähe Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung weist eine hohe Festigkeit, gute Zähigkeit und gleichmäßige Umfangsfestigkeit auf und eignet sich für den Einsatz im Bereich der Erdölexploration und -förderung.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Rohr für eine Perforierpistole und ein Herstellungsverfahren dafür, insbesondere auf ein Rohr für eine Perforierpistole, das im Bereich der Erdölförderung verwendet wird, und ein Herstellungsverfahren dafür.
  • Stand der Technik
  • Perforation ist eine äußerst wichtige Technologie in der Methodik der Erdölexploration und -förderung und eines der wichtigsten Mittel zur Verbesserung der Effizienz bei der Ausbeutung von Erdöl- und Gasbohrungen. Beim Perforationsvorgang kann ein Perforierpistolenrohr als ein Ladungsträger zur Positionierung der Perforationsrichtung verwendet werden und kann auch zum Schutz der Detonationsvorrichtungen für die Perforation vor dem Fluid im Bohrloch, zur Druckfestigkeit und zu einer geringeren Beschädigung der Bohrlochverrohrung während des Perforationsvorgangs sowie zum Schutz der Produktionsverrohrung während der Explosion beitragen. Aufgrund der ungünstigen Einsatzbedingungen wird das Pistolenrohr hauptsächlich durch hohen Druck und riesige Stoßwellen in Mitleidenschaft gezogen, die durch das Abfeuern der Perforationsladung entstehen, sowie durch die Auswirkungen von mittelschwerer Korrosion, Temperatur und Bohrlochdruck. Daher sind die Anforderungen an die Qualität, Festigkeit und Zähigkeit (insbesondere die Querkerbschlagzähigkeit) des Rohres für eine Perforierpistole sehr streng.
  • Das Rohr für eine Perforierpistole muss nicht nur einen hohen kritischen Außendruck aufweisen, sondern auch der Hochdruckumgebung standhalten, die durch die Tiefbohrung und das Abfeuern der Perforierladung entsteht, und einen guten Expansionsverformungswiderstand aufweisen, um ein Steckenbleiben wirksam zu verhindern. Darüber hinaus ist es abgesehen von den Anforderungen an die Festigkeit des Rohres für eine Perforierpistole auch wünschenswert, die Dicke des Pistolenkörpers zu reduzieren, um die Qualität der Perforation zu verbessern. Daher muss das Rohr für eine Perforierpistole sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine hohe Zähigkeit aufweisen. Wenn die Zähigkeit des hochfesten Rohres für eine Perforierpistole ungenügend ist, insbesondere wenn die Querkerbschlagzähigkeit gering ist, werden die Perforationsgrate verstärkt, und es kann sogar der Pistolenkörper reißen, was zu Zwischenfällen wie z.B. dem Steckenbleiben in einem Bohrloch führen kann. Darüber hinaus ist es hinsichtlich der Perforationsqualität des Rohres für eine Perforierpistole erforderlich, dass das Pistolenrohr eine hohe Gleichmäßigkeit der Umfangsfestigkeit aufweist.
  • Ein chinesisches Patentdokument mit dem Titel „Seamless steel pipe for perforating gun barrel body and thermal treatment method of seamless steel pipe“ mit der Veröffentlichungsnummer CN103352169A und dem Veröffentlichungsdatum 16. Oktober 2013 offenbart ein nahtloses Stahlrohr für einen Perforierpistolenrohrkörper. Die Festigkeit des nahtlosen Stahlrohres für einen Perforierpistolenrohrkörper, das durch die in der Patentschrift offenbarte technische Lösung hergestellt wurde, erreicht eine Stahlgüte von 150 ksi. Das Verfahren ist jedoch durch zwei Abschreck- und Anlass-Wärmebehandlungen kompliziert und die Kosten sind hoch.
  • Ein chinesisches Patentdokument mit dem Titel „Rare earth-containing body of perforating gun and preparation method thereof“ mit der Veröffentlichungsnummer CN103614631A und dem Veröffentlichungsdatum 5. März 2014 offenbart einen seltenerdenhaltigen Körper einer Perforierpistole. In diesem Patent wird der Zähigkeitsindex verbessert, indem Seltenerdelemente zugesetzt werden, um die Morphologie der Einschlüsse zu verbessern. Das in diesem Patent offenbarte Rohr für eine Perforierpistole weist jedoch eine Streckgrenze von 863-882 MPa und eine Zugfestigkeit von 951-965 MPa auf.
  • Ein japanisches Patentdokument mit dem Titel „Steel tube and its manufacture“ mit der Veröffentlichungsnummer JPH11131189A und dem Veröffentlichungsdatum 18. Mai 1999 offenbart ein Stahlrohr. In diesem Patent wird das Erwärmen bei einer Temperatur von 400-750 °C durchgeführt, und dann wird das Walzen mit einer Verformung von 20% oder mehr (oder 60% oder mehr) durchgeführt, um ein Stahlrohrprodukt mit einer Streckgrenze von 950 MPa oder mehr und guter Zähigkeit herzustellen. Da die Erwärmungstemperatur bei dem in der Patentschrift offenbarten Verfahren jedoch niedrig ist, ist das Walzen schwierig, und es ist daher für die industrielle Massenproduktion nur schwer einsetzbar, und gleichzeitig entsteht aufgrund der niedrigen Walztemperatur leicht ein Martensitgefüge.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist es, ein hochfestes und hochzähes Rohr für eine Perforierpistole bereitzustellen, das eine hohe Festigkeit, gute Zähigkeit und gleichmäßige Umfangsfestigkeit aufweist.
  • Bezogen auf die obige Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein hochfestes und hochzähes Rohr für eine Perforierpistole bereit, das in Massenprozenten die folgenden chemischen Elemente umfasst:
    • C: 0,15%-0,22%, Si: 0,1%-0,4%, Mn: 0,5%-1%, Cr: 0,3%-0,7%, Mo: 0,3%-0,7%, Nb: 0,01%-0,04%, V: 0,1%-0,2%, Ti: 0,02%-0,05%, B: 0,0015%-0,005%, Al: 0,01%-0,05%, Ca: 0,001%-0,004%, N≤0,008% und einen Rest aus Fe und anderen unvermeidlichen Verunreinigungen.
  • Die Ausgestaltungsprinzipien jedes chemischen Elements des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung sind wie folgt:
    • C: Bei der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung ist Kohlenstoff ein präzipitatbildendes Element, das die Festigkeit von Stahl verbessern kann. Wenn der Massenanteil von Kohlenstoff weniger als 0,15% beträgt, ist die Härtbarkeit gering und die Zähigkeit gering, wodurch das hochfeste und hochzähe Rohr für eine Perforierpistole die hohen Festigkeitsanforderungen nur schwer erfüllen kann. Wenn der Massenanteil von Kohlenstoff höher als 0,22% ist, bildet Kohlenstoff mit Cr und Mo eine große Menge an groben Präzipitaten und erhöht signifikant die Seigerung (Entmischung) von Stahl, was die Zähigkeit des Rohres für eine Perforierpistole erheblich verringert, wodurch das Rohr für eine Perforierpistole die hohen Festigkeits- und Zähigkeitsanforderungen nur schwer erfüllen kann. Daher wird beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung der Massenanteil von C auf 0,15-0,22% eingestellt.
    • Si: Silizium wird in Ferrit feststoffgelöst, um die Streckgrenze von Stahl zu erhöhen. Wenn jedoch der Massenanteil von Silizium höher als 0,4% ist, verschlechtern sich die Verarbeitbarkeit und Zähigkeit. Wenn der Massenanteil von Silizium weniger als 0,1% beträgt, wird der Stahl leicht oxidiert. Daher wird beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung der Massenanteil von Silizium auf 0,1%-0,4% eingestellt.
    • Mn: Mangan ist ein austenitbildendes Element und kann die Härtbarkeit von Stahl verbessern. Bei der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung ist, wenn der Massenanteil von Mangan weniger als 0,5% beträgt, die Härtbarkeit des Stahls deutlich verringert und der Martensitanteil niedriger, was zu einer Abnahme der Zähigkeit führt. Wenn der Massenanteil von Mangan mehr als 1% beträgt, ist die Seigerung des Gefüges im Stahl deutlich erhöht, was die Gleichmäßigkeit und Schlagfestigkeit des warmgewalzten Gefüges beeinträchtigt. Daher ist beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung der Massenanteil von Mn auf 0,5-1,0% festgelegt.
    • Cr: Beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole erhöht Chrom die Härtbarkeit stark und ist ein starkes präzipitatbildendes Element, und die beim Anlassen abgeschiedenen Präzipitate können die Festigkeit des Stahls erhöhen. Wenn jedoch der Massenanteil von Chrom höher als 0,7% ist, neigen grobe M23C6-Präzipitate dazu, sich an den Korngrenzen abzuscheiden, wodurch die Zähigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole verringert wird. Wenn der Massenanteil von Chrom unter 0,3% liegt, ist die Härtbarkeit des Stahls des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole unzureichend. Daher beträgt beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung der Massenanteil von Cr 0,3-0,7%.
    • Mo: Bei der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung werden die Festigkeit und Anlassstabilität des Stahls durch Kontrolle der Präzipitate und Mischkristallhärtung verbessert. Da das hochfeste und hochzähe Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung einen niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweist, ist es bei einem zugesetzten Massenanteil von Molybdän von mehr als 0,7% wahrscheinlich, dass es Seigerungsstrukturen bildet. Wenn der Massenanteil von Molybdän weniger als 0,3% beträgt, kann keine hohe Festigkeit erreicht werden. Daher beträgt beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung der Massenanteil von Mo 0,3-0,7%.
    • Nb: Niob ist ein Härtungselement für die Kornfeinung und Präzipitation und kann den durch die Kohlenstoffreduktion bedingten Festigkeitsabfall kompensieren. Darüber hinaus weist Niob eine gute Anlassbeständigkeit (Anti-Tempering Stability) auf, was von Vorteil ist, um die Gleichmäßigkeit der Festigkeit der verschiedenen Positionen des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole zu verbessern. Wenn der Massenanteil von Niob weniger als 0,01% beträgt, ist dessen Wirkung nicht offensichtlich. Wenn der Massenanteil von Niob höher als 0,04% ist, kann sich leicht grobes Niob (CN) bilden, was die Zähigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole verringert. Daher beträgt beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung der Massenanteil von Nb 0,01%-0,04%.
    • V: Vanadium ist ein typisches Präzipitationshärtungselement, das den durch die Kohlenstoffreduktion bedingten Festigkeitsabfall kompensiert. Darüber hinaus weist Vanadium eine gute Anlassbeständigkeit auf, was von Vorteil ist, um die Gleichmäßigkeit der Festigkeit der verschiedenen Positionen des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole zu verbessern. Wenn der Massenanteil von Vanadium weniger als 0,1% beträgt, reicht die Härtungswirkung nicht aus, um den hohen Festigkeitsanspruch des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole zu erreichen. Wenn der Massenanteil von Vanadium höher als 0,2% ist, bildet sich leicht grobes Vanadium (CN), was die Zähigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole verringert. Daher ist beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung der Massenanteil von V auf 0,1 %-0,2% begrenzt.
    • Ti: Titan ist ein starkes carbonitridbildendes Element, das die Austenitkörner bemerkenswert verfeinert und den durch die Kohlenstoffreduktion bedingten Festigkeitsabfall kompensiert. Wenn der Massenanteil von Titan höher als 0,05% ist, bildet sich leicht grobes TiN, was die Zähigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung verringert.
    • B: Bor verbessert ebenfalls signifikant die Härtbarkeit. Bei der Lösung der vorliegenden Erfindung wird Bor verwendet, um das Problem der auf den niedrigen Kohlenstoffgehalt zurückzuführenden schlechten Härtbarkeit zu lösen. Wenn der Massenanteil von Bor weniger als 0,0015% beträgt, ist der Effekt der Verbesserung der Härtbarkeit nicht markant. Wenn der Massenanteil von Bor höher als 0,005% ist, bildet sich leicht eine BN-Sprödphase, was die Zähigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole reduziert. Daher wird beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung der Massenanteil von B auf 0,0015%-0,005% eingestellt.
    • AI: Aluminium ist ein gutes desoxidierendes und stickstoffbindendes Element, das Körner verfeinern kann. Daher wird bei der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung der Massenanteil von Al auf 0,01-0,05% eingestellt.
    • Ca: Bei der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung kann Calcium geschmolzenen Stahl reinigen, die Sphäroidisierung von MnS fördern und die Schlagfestigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung verbessern. Wenn jedoch der Massenanteil von Calcium höher als 0,004% ist, bilden sich leicht grobe nichtmetallische Einschlüsse.
    • N: Stickstoff ist ein schädliches Verunreinigungselement im Stahl. Ist der Stickstoffgehalt zu hoch, wird die Zähigkeit des Stahls verringert. Daher wird der Massenanteil von Stickstoff auf 0,008% oder weniger eingestellt.
  • Bei der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung gehören P und S zu den vorwiegenden unvermeidlichen Verunreinigungen, was sich nachteilig auf die Verbesserung der Zähigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung auswirkt. Daher werden die Massenanteile davon auf P≤0,015, S≤0,003 eingestellt.
  • Darüber hinaus wird beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung auch die folgende Formel erfüllt: 0<(Ti-3,4N)<0,025%. Um eine ausreichende Verbindung von Ti und N zu gewährleisten, um die Bildung einer BN-Sprödphase (gebildet durch B und N) zu verhindern, welche die Zähigkeit des Stahls verringert, werden Ti und N in der vorliegenden Erfindung weitergehend definiert, d.h. Ti und N müssen auch der obigen Formel entsprechen.
  • Weiterhin wird beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung auch die folgende Formel erfüllt: Ca/S≥1,5.
  • Um die Zähigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung weiter zu verbessern, stellten die Erfinder der vorliegenden Erfindung fest, dass durch Definition des Massenanteilverhältnisses von Ca zu S der Effekt der Unterdrückung von MnS-Einschlüssen durch Ca weiter verstärkt werden kann. Daher wird beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung auch die folgende Formel erfüllt: Ca/S≥1,5.
  • Ferner ist beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung das Gefüge angelassener Sorbit.
  • Ferner ist beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung die Korngröße Stufe 9 (Grain Size Level 9) oder mehr, und der MnS-Einschluss in dem hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole liegt bei Stufe (Level) 0,5 oder weniger.
  • Ferner beträgt beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung die Streckgrenze 896-1103 MPa, beträgt die Zugfestigkeit 965 MPa oder mehr und beträgt die Charpy-Querkerbschlagenergie bei 0 °C 130 J oder mehr und weist die Streckgrenze des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole eine Streubreite von 60 MPa oder weniger auf und weist die Zugfestigkeit des Rohres eine Streubreite von 60 MPa oder weniger auf.
  • Ferner beträgt beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung die Streckgrenze 965-1173 MPa, beträgt die Zugfestigkeit 1034 MPa oder mehr und beträgt die Charpy-Querkerbschlagenergie bei 0 °C 130 J oder mehr und weist die Streckgrenze des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole eine Streubreite von 60 MPa oder weniger auf und weist die Zugfestigkeit des Rohres eine Streubreite von 60 MPa oder weniger auf.
  • Ferner beträgt beim hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung die Streckgrenze 1069-1276 MPa, beträgt die Zugfestigkeit 1138 MPa oder mehr und beträgt die Charpy-Querkerbschlagenergie bei 0 °C 120 J oder mehr und weist die Streckgrenze des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole eine Streubreite von 60 MPa oder weniger auf und weist die Zugfestigkeit des Rohres eine Streubreite von 60 MPa oder weniger auf.
  • Es ist zu beachten, dass der Begriff „Streubreite“ der Streckgrenze oder Zugfestigkeit definiert ist als: Auswählen mehrerer Prüfpunkte entlang der Umfangsrichtung des Rohres für eine Perforierpistole und Messen der axialen Streckgrenze und der axialen Zugfestigkeit dieser Prüfpunkte, der Differenz zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert der axialen Streckgrenze oder der Differenz zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert der Zugfestigkeit zwischen diesen Punkten. Somit deutet eine „Streubreite“ von 60 MPa oder weniger darauf hin, dass das Rohr für eine Perforierpistole eine gute Gleichmäßigkeit der Festigkeit aufweist und die Perforierqualität verbessern kann.
  • Darüber hinaus ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Herstellungsverfahrens für das vorstehend beschriebene hochfeste und hochzähe Rohr für eine Perforierpistole, umfassend die folgenden Schritte:
    1. (1) Schmelzen;
    2. (2) Gießen: Gießen zu einem runden Knüppel, wobei ein elektromagnetisches Rührverfahren mit einem Strom von 600-650 A und einer Frequenz von 8-20 Hz verwendet wird, um die Dendritenseigerung des Rohrrohlings zu verringern, und der Überhitzungsgrad von flüssigem Stahl beim Gießprozess so geregelt wird, dass er weniger als 30 °C beträgt;
    3. (3) Walzen;
    4. (4) Wärmebehandlung;
    5. (5) Heißkalibrieren.
  • Bei der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung muss der beim Rohr für eine Perforierpistole verwendete Stahl, um eine gute Perforierleistung des Rohres für eine Perforierpistole zu gewährleisten, eine hohe Querkerbschlagzähigkeit aufweisen und die Stabilität der mechanischen Eigenschaften des Rohrkörpers beibehalten. Es gibt mehr Faktoren, welche die Querkerbschlagzähigkeit beeinflussen, als Faktoren, welche die Längskerbschlagzähigkeit beeinflussen. Die im Stahl des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole gebildeten MnS-Einschlüsse verringern die Querkerbschlagzähigkeit des Stahls erheblich. Zudem bildet die während des Gießprozesses entstandene Dendritenseigerung nach dem Walzen des Rohres eine gebänderte Gefügeseigerung, die ebenfalls die Querkerbschlagzähigkeit des Stahls beeinflusst. Umgekehrt haben die beiden vorgenannten Faktoren keinen signifikanten Einfluss auf die Längskerbschlagzähigkeit.
  • Um die Festigkeit und Zähigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung zu verbessern, werden daher die Parameter des Gießprozesses im Schritt (2) angepasst, um die Dendritenseigerung des Rohrrohlings zu verringern. Darüber hinaus wird die Kontrolle der MnS-Einschlüsse durch eine sinnvolle Optimierung des Verhältnisses der chemischen Elemente erreicht.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass zur weiteren Reduzierung der MnS-Einschlüsse im Schritt (1) nach dem Schmelzen durch einen Elektroofen eine externe Raffination, Vakuumentgasung und Argonrührung durchgeführt werden kann, um den Gehalt an O und H zu verringern und dadurch die MnS-Einschlüsse zu kontrollieren. Darüber hinaus kann der Fachmann im Schritt (1) auch eine Einschlussdenaturierung durch Ca-Behandlung durchführen, um den Gehalt an MnS-Einschlüssen weiter zu reduzieren.
  • Ferner wird bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung im Schritt (3) der Rohrrohling bei 1200-1240 °C durchgewärmt und dann bei einer Temperatur von 1180-1240 °C aufgedornt; wird die Walztemperatur auf 950-1000 °C geregelt; beträgt die Temperatur des Nachwärmofens 950-1000 °C; beträgt die Streckreduziertemperatur 900-950 °C.
  • Ferner wird beim Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung im Schritt (4) zunächst ein Abschrecken bei einer Abschrecktemperatur von 880-920 °C durchgeführt, wobei die Haltezeit 30-60 min beträgt; anschließend wird ein Anlassen bei einer Anlasstemperatur von 550-650 °C durchgeführt, wobei die Haltezeit 50-80 min beträgt.
  • Ferner beträgt beim Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung im Schritt (5) die Temperatur des Heißkalibrierens 500-550 °C.
  • Wenn die Festigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung eine Stahlgüte von 130 ksi erreicht, beträgt die Streckgrenze 896-1103 MPa, beträgt die Zugfestigkeit 965 MPa oder mehr und beträgt die Charpy-Querkerbschlagenergie bei 0 °C 130 J oder mehr und weist die Streckgrenze des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole eine Streubreite von 60 MPa oder weniger auf und weist die Zugfestigkeit des Rohres eine Streubreite von 60 MPa oder weniger auf.
  • Wenn die Festigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung eine Stahlgüte von 140 ksi erreicht, beträgt die Streckgrenze 965-1173 MPa, beträgt die Zugfestigkeit 1034 MPa oder mehr und beträgt die Charpy-Querkerbschlagenergie bei 0 °C 130 J oder mehr und weist die Streckgrenze des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole eine Streubreite von 60 MPa oder weniger auf und weist die Zugfestigkeit des Rohres eine Streubreite von 60 MPa oder weniger auf.
  • Wenn die Festigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole der vorliegenden Erfindung eine Stahlgüte von 155 ksi erreicht, beträgt die Streckgrenze 1069-1276 MPa, beträgt die Zugfestigkeit 1138 MPa oder mehr und beträgt die Charpy-Querkerbschlagenergie bei 0 °C 120 J oder mehr und weist die Streckgrenze des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole eine Streubreite von 60 MPa oder weniger auf und weist die Zugfestigkeit des Rohres eine Streubreite von 60 MPa oder weniger auf.
  • Darüber hinaus ist das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung einfach im Prozess und leicht in Massenproduktion zu implementieren. Das durch das Herstellungsverfahren der Erfindung erhaltene hochfeste und hochzähe Rohr für eine Perforierpistole weist die Vorteile einer hohen Festigkeit und guten Zähigkeit auf.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt das Mikrogefüge des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole von Beispiel 5.
    • 2 zeigt das Mikrogefüge eines konventionellen Rohres für eine Perforierpistole von Vergleichsbeispiel 2.
    • 3 zeigt das Mikrogefüge eines konventionellen Rohres für eine Perforierpistole von Vergleichsbeispiel 5.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Das hochfeste und hochzähe Rohr für eine Perforierpistole und dessen Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und die spezifischen Beispiele näher erläutert und veranschaulicht. Die Erläuterungen und Abbildungen schränken jedoch die technischen Lösungen der vorliegenden Erfindung nicht ungebührlich ein.
  • Beispiele 1-5 und Vergleichsbeispiele 1-5
  • Die hochfesten und hochzähen Rohre für eine Perforierpistole der Beispiele 1-5 und die konventionellen Rohre für eine Perforierpistole der Vergleichsbeispiele 1-5 wurden durch die folgenden Schritte erhalten:
    1. (1) Schmelzen: Das erste Schmelzen wird in einem Elektroofen durchgeführt, wobei der Massenanteil jedes chemischen Elements gemäß Tabelle 1 eingestellt wurde; nach dem Primärschmelzen wurden externe Raffination, Vakuumentgasung und Argonrühren durchgeführt; dann wurde die Einschlussdenaturierung durch Ca-Behandlung durchgeführt, um den Gehalt an Einschlüssen zu reduzieren;
    2. (2) Gießen: Gießen zu einem runden Knüppel unter Anwendung eines elektromagnetischen Rührverfahrens im Gießprozess, wobei der Strom beim elektromagnetischen Rühren 600-650 A betrug und die Frequenz 8-20 Hz betrug, um die Dendritenseigerung des Rohrrohlings zu verringern, und der Überhitzungsgrad von flüssigem Stahl beim Gießprozess so geregelt wird, dass er weniger als 30 °C beträgt;
    3. (3) Walzen: Der Rohrrohling wurde bei 1200-1240 °C durchgewärmt und dann bei einer Temperatur von 1180-1240 °C aufgedornt; die Walztemperatur wurde auf 950-1000 °C geregelt; die Temperatur des Nachwärmofens betrug 950-1000 °C; die Streckreduziertemperatur beträgt 900-950 °C.
    4. (4) Wärmebehandlung: Zunächst wurde ein Abschrecken bei einer Abschrecktemperatur von 880-920 °C durchgeführt, und die Haltezeit betrug 30-60 min; anschließend wurde ein Anlassen bei einer Anlasstemperatur von 550-650 °C durchgeführt, und die Haltezeit betrug 50-80 min.
    5. (5) Heißkalibrieren: die Temperatur des Heißkalibrierens betrug 500-550 °C.
  • Tabelle 1 listet die Massenanteile der chemischen Elemente von hochfesten und hochzähen Rohren für eine Perforierpistole der Beispiele 1-5 und von konventionellen Rohren für eine Perforierpistole der Vergleichsbeispiele 1-5 auf. Tabelle 1. Gew.-%, der Rest sind Fe und andere unvermeidliche Verunreinigungen außer P und S).
    C Si M n Cr M o Nb V Ti B Al Ca P S N Ti-3,4 *N Ca/S
    Beispiel 1 0,15 0,2 0,5 0,3 0,5 0,01 0,1 0,02 0,0015 0,01 0,002 0,009 0,0012 0,004 0,0064 1,7
    Beispiel 2 0,17 0,1 0,7 0,4 0,6 0,02 0,12 0,03 0,002 0,04 0,0015 0,01 0,001 0,005 0,013 1,5
    Beispiel 3 0,19 0,3 0,9 0,5 0,7 0,01 0,14 0,04 0,003 0,05 0,002 0,01 0,003 0,006 0,0196 1,7
    Beispiel 4 0,21 0,4 1 0,6 0,3 0,01 0,16 0,05 0,004 0,03 0,0035 0,012 0,002 0,008 0,0228 1,75
    Beispiel 5 0,22 0,25 1,5 0,7 0,4 0,04 0,2 0,04 0,005 0,02 0,004 0,013 0,002 0,007 0,0162 2
    Vergleichsbeispiel 1 0.08 0,2 0,5 0,3 0,5 0,01 0.05 0,02 0,0015 0,01 0,002 0,009 0,0012 0,004 0,0064 1,7
    Vergleichsbeispiel 2 0.28 0,1 0,7 1,2 0,6 0,02 0,12 0,03 0,002 0,04 0,0015 0,01 0,001 0,005 0,013 1,5
    Vergleichsbeispiel 3 0,2 0,1 0,7 0,5 0,6 0,02 0,12 0 0 0,04 0,0015 0,01 0,001 0,005 -0,017 1,5
    Vergleichsbeispiel 4 0,19 0,3 0,9 0,5 0,7 0,01 0,14 0,02 0,003 0,05 0,005 0,01 0,003 0,007 -0,0038 1,7
    Vergleichsbeispiel 5 0,19 0,3 0,9 0,5 0,9 0,01 0,14 0,03 0,003 0,05 0,002 0,01 0,003 0,007 0,0062 0,7
  • Tabelle 2 listet die spezifischen Prozessparameter der Herstellungsverfahren für die Beispiele und Vergleichsbeispiele auf. Tabelle 2.
    Durchwärmtemperatur vom Rohrrohling Strom beim elektromagnetischen Rühren (A) Frequenz (Hz) Aufdorntemperatur (°C) Finishingtemperatur (°C) Temper atur des Nachwärmofens (°C) Streckreduzie r-temperatur (°C) Abschrec k-temperatur (°C) Halt ezeit (min) Anlasst emperatur (°C) Halt ezeit (min) Heißkalibriertemperatur (°C)
    Beispiel 1 1220 600 8 1180 950 960 900 880 50 550 50 500
    Beispiel 2 1230 610 10 1190 960 970 910 890 30 580 60 510
    Beispiel 3 1240 620 12 1220 970 980 920 900 60 630 60 520
    Beispiel 4 1200 630 15 1230 990 965 930 910 60 650 80 530
    Beispiel 5 1210 640 18 1240 1000 1000 950 920 40 610 70 550
    Vergleichsbeispiel 1 1230 630 15 1220 970 980 920 930 40 620 70 530
    Vergleichsbeispiel 2 1240 630 15 1230 990 965 930 930 60 620 60 520
    Vergleichsbeispiel 3 1200 630 15 1240 1000 1000 950 940 40 620 60 530
    Vergleichsbeispiel 4 1200 630 15 1180 960 1000 950 930 60 620 60 530
    Vergleichsbeispiel 5 1220 630 15 1190 970 980 920 930 60 620 60 530
  • Die Leistungsprüfungen wurden mit Proben von hochfesten und hochzähen Rohren für eine Perforierpistole der Beispiele 1-5 und von konventionellen Rohren für eine Perforierpistole der Vergleichsbeispiele 1-5 durchgeführt. Die bei der Prüfung erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt.
  • Tabelle 3 listet die Ergebnisse auf, die bei der Prüfung von hochfesten und hochzähen Rohren für eine Perforierpistole der Beispiele 1-5 und von konventionellen Rohren für eine Perforierpistole der Vergleichsbeispiele 1-5 erzielt wurden. Tabelle 3.
    Streckgrenz e (MPa) Zugfestigke it (MPa) Dehnung (%) Querkerbschlagenergi e, 0°C (J) Streckgrenze nstreubreite (MPa) Zugfestigkeit sstreubreite (MPa)
    Beispiel 1 980 1040 25 145 50 40
    Beispiel 2 1040 1160 21 135 40 50
    Beispiel 3 1080 1190 19 132 50 50
    Beispiel 4 1100 1180 20 138 40 40
    Beispiel 5 1120 1200 18 128 40 50
    Vergleichsbeispiel 1 820 900 25 120 40 50
    Vergleichsbeispiel 2 960 1100 18 70 90 80
    Vergleichsbeispiel 3 950 1050 22 82 80 80
    Vergleichsbeispiel 4 1000 1100 18 79 50 60
    Vergleichsbeispiel 5 1100 1100 18 73 50 50
  • Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, sind Streckgrenze, Zugfestigkeit und Querkerbschlagenergie der Beispiele der vorliegenden Anmeldung deutlich höher als die der Vergleichsbeispiele, was darauf hindeutet, dass die Beispiele der vorliegenden Anmeldung eine hohe Festigkeit und gute Zähigkeit aufweisen. Darüber hinaus betragen die Streckgrenzenstreubreiten der Beispiele 60 MPa oder weniger und betragen die Zugfestigkeitsstreubreiten der Beispiele ebenfalls 60 MPa oder weniger, was anzeigt, dass die Beispiele eine gleichmäßige Umfangsfestigkeit aufweisen.
  • Wie aus den Tabellen 1 bis 3 ersichtlich ist, sind die Massenanteile von C und V des Vergleichsbeispiels 1 niedriger als der durch die vorliegende Erfindung definierte Bereich der Elementmassen, was zu einer geringen Härtbarkeit und geringen Festigkeit nach der Wärmebehandlung führt. Die Massenanteile der Elemente C und Cr im Vergleichsbeispiel 2 sind zu hoch, was zu einer deutlichen gebänderten Gefügeseigerung führt. Daher ist die Querkerbschlagenergie des Vergleichsbeispiels 2 signifikant verringert und sind die Streubreite der Streckgrenze und die Streubreite der Zugfestigkeit groß. Vergleichsbeispiel 3 enthielt nicht die Elemente B und Ti, was zu einer Abnahme der Querkerbschlagenergie, einer großen Streckgrenzenstreubreite und einer großen Zugfestigkeitsstreubreite führte. Bei Vergleichsbeispiel 4 ist der Massenanteil von Ca zu hoch, was zur Bildung grober nichtmetallischer Einschlüsse führt, was die Sprödigkeit erhöht und die Querkerbschlagenergie von Vergleichsbeispiel 4 verringert. Zudem ist bei Vergleichsbeispiel 4 Ti-3,4*N<0, und folglich bildet sich nach der Wärmebehandlung leicht BN, was für die Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit von Vergleichsbeispiel 4 nicht förderlich ist. Bei Vergleichsbeispiel 5 ist der Mo-Gehalt hoch und ist das Ca/S-Verhältnis kleiner als 1,5, was bei Vergleichsbeispiel 5 zur Bildung von groben MnS-Einschlüssen und Carbiden von Mo führt, was die Querkerbschlagzähigkeit reduziert.
  • 1 zeigt das Mikrogefüge des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole von Beispiel 5. Wie in 1 dargestellt, ist das Mikrogefüge von Beispiel 5 angelassener Sorbit und frei von gebänderter Gefügeseigerung und liegen MnS-Einschlüsse bei einer Stufe (Level) von 0,5 oder weniger.
  • 2 zeigt das Mikrogefüge eines konventionellen Rohres für eine Perforierpistole von Vergleichsbeispiel 2. Wie in 2 dargestellt, ist bei Vergleichsbeispiel 2 die gebänderte Gefügeseigerung aufgrund der hohen Massenanteile der Elemente C und Cr signifikant.
  • 3 zeigt das Mikrogefüge eines konventionellen Rohres für eine Perforierpistole von Vergleichsbeispiel 5. Wie in 3 dargestellt, werden bei Vergleichsbeispiel 5 grobe MnS-Einschlüsse gebildet.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Ausführungen lediglich spezifische Beispiele für die Erfindung veranschaulichen. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Beispiele beschränkt ist, sondern viele ähnliche Variationen aufweist. Sämtliche Modifikationen, die vom Fachmann direkt abgeleitet oder beigefügt werden, sollen in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 103352169 A [0004]
    • CN 103614631 A [0005]

Claims (12)

  1. Hochfestes und hochzähes Rohr für eine Perforierpistole, umfassend die folgenden chemischen Elemente in Massenprozenten: C: 0,15%-0,22%, Si: 0,1%-0,4%, Mn: 0,5%-1%, Cr: 0,3%-0,7%, Mo: 0,3%-0,7%, Nb: 0,01%-0,04%, V: 0,1%-0,2%, Ti: 0,02%-0,05%, B: 0,0015%-0,005%, Al: 0,01%-0,05%, Ca: 0,001%-0,004%, N≤0,008% und einen Rest aus Fe und anderen unvermeidlichen Verunreinigungen.
  2. Hochfestes und hochzähes Rohr für eine Perforierpistole nach Anspruch 1, wobei das Rohr für eine Perforierpistole ferner erfüllt: 0<(Ti-3,4N)<0,025%.
  3. Hochfestes und hochzähes Rohr für eine Perforierpistole nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Rohr für eine Perforierpistole ferner erfüllt: Ca/S≥1,5.
  4. Hochfestes und hochzähes Rohr für eine Perforierpistole nach Anspruch 1, wobei das Rohr für eine Perforierpistole ein Mikrogefüge aus angelassenem Sorbit aufweist.
  5. Hochfestes und hochzähes Rohr für eine Perforierpistole nach Anspruch 1, wobei das Rohr für eine Perforierpistole eine Korngröße von Stufe 9 oder mehr aufweist und der MnS-Einschluss in dem hochfesten und hochzähen Rohr für eine Perforierpistole bei Stufe 0,5 oder weniger liegt.
  6. Hochfestes und hochzähes Rohr für ein Rohr für eine Perforierpistole nach Anspruch 1, wobei das Rohr für eine Perforierpistole eine Streckgrenze von 896-1103 MPa, eine Zugfestigkeit von 965 MPa oder mehr und eine Charpy-Querkerbschlagenergie bei 0 °C von 130 J oder mehr aufweist und die Streckgrenze des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole eine Streubreite von 60 MPa oder weniger aufweist und die Zugfestigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole eine Streubreite von 60 MPa oder weniger aufweist.
  7. Hochfestes und hochzähes Rohr für eine Perforierpistole nach Anspruch 1, wobei das Rohr für eine Perforierpistole eine Streckgrenze von 965-1173 MPa, eine Zugfestigkeit von 1034 MPa oder mehr und eine Charpy-Querkerbschlagenergie bei 0 °C von 130 J oder mehr aufweist und die Streckgrenze des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole eine Streubreite von 60 MPa oder weniger aufweist und die Zugfestigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole eine Streubreite von 60 MPa oder weniger aufweist.
  8. Hochfestes und hochzähes Rohr für eine Perforierpistole nach Anspruch 1, wobei das Rohr für eine Perforierpistole eine Streckgrenze von 1069-1276 MPa, eine Zugfestigkeit von 1138 MPa oder mehr und eine Charpy-Querkerbschlagenergie bei 0 °C von 120 J oder mehr aufweist und die Streckgrenze des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole eine Streubreite von 60 MPa oder weniger aufweist und die Zugfestigkeit des hochfesten und hochzähen Rohres für eine Perforierpistole eine Streubreite von 60 MPa oder weniger aufweist.
  9. Herstellungsverfahren für das hochfeste und hochzähe Rohr für eine Perforierpistole nach einem der Ansprüche 1-8, umfassend die folgenden Schritte: (1) Schmelzen; (2) Gießen: Gießen zu einem runden Knüppel, wobei beim Gießprozess ein elektromagnetisches Rührverfahren mit einem Strom von 600-650 A und einer Frequenz von 8-20 Hz verwendet wird, um die Dendritenseigerung des Rohrrohlings zu verringern, und der Überhitzungsgrad von flüssigem Stahl beim Gießprozess so geregelt wird, dass er weniger als 30 °C beträgt; (3) Walzen; (4) Wärmebehandlung; (5) Heißkalibrieren.
  10. Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, wobei im Schritt (3) der Rohrrohling bei 1200-1240 °C durchgewärmt und dann bei einer Temperatur von 1180-1240 °C aufgedornt wird; die Walztemperatur auf 950-1000 °C geregelt wird; die Temperatur eines Nachwärmofens 950-1000 °C beträgt; die Streckreduziertemperatur 900-950 °C beträgt.
  11. Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, wobei im Schritt (4) zunächst ein Abschrecken durchgeführt wird, wobei die Abschrecktemperatur 880-920 °C beträgt und die Haltezeit 30-60 min beträgt; anschließend ein Anlassen durchgeführt wird, wobei die Anlasstemperatur 550-650 °C beträgt und die Haltezeit 50-80 min beträgt.
  12. Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, wobei im Schritt (5) die Temperatur des Heißkalibrierens 500-550 °C beträgt.
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