[发明专利]屈服强度170～180ksi钢级的高强高韧性石油套管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油套管，特别是屈服强度170～180ksi钢级的高强高韧性石油套管及其制造方法。

背景技术

随着石油工业的深入发展，地球上储存的石油资源越来越少，剩余的石油资源埋藏越来越深，工况环境越来越恶劣。例如在中国的新疆等地区，越来越多的深井、超深井相继被开发，有的油井开采深度已经达到8000米以上。在深层地下，容易出现地压变化、泥岩蠕变、疏松砂岩坍塌、地层岩石滑移、以及地震、地壳运动等等，使石油套管承受着深层高压和高温及自重等恶劣复杂的环境作用。因此，用于深井、超深井、地质复杂等开采难度大油田使用的石油套管为了保证其使用安全性，必须在保证石油套管具有超高的屈服强度、抗拉强度的同时，还必须具有良好的冲击韧性和拉伸塑性。这也是油井专用管中公认的技术难度最大、要求最高的产品之一。

钢铁的强韧化技术是低合金调质钢中最重要的研究课题。在低合金调质钢中，由于强度和韧性的矛盾关系：为了获得较高的强度，则必须降低回火温度或者缩短回火时间，材料的冲击韧性受到影响；而为了改善钢铁的冲击韧性，在调质热处理中必须提高回火温度或者延长回火时间，钢铁材料的屈服强度则会显著的降低。分析表明国内外在应用超高强度套管历史上出现的严重事故几乎都与材料强度与韧性的匹配有关。因此如何协调(超)高强度钢管的强度和韧性之间的匹配关系，保证超高强度钢管在深井下的安全服役，是摆在当今钢铁冶金工作者面前非常棘手的难题。

发明内容

本发明是鉴于上述技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种屈服强度170～180ksi钢级的高强高韧性石油套管及其制造方法，以利于达到目的之一，常温下管材的屈服强度在1172～1241MPa之间；目的之二，0℃温度条件下夏比V型横向冲击功70～90J，纵向冲击功100～120J；目的之三，洛氏硬度HRC在40～45；延伸率≥16％；晶粒度9～11级。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种屈服强度170～180ksi钢级的高强高韧性石油套管，其中：该套管组成以质量％计，含有C：0.18～0.35％，Si：0.20～0.50％，Mn：0.45～1.25％，Cr：0.95～1.45％，Mo：0.65～1.25％，Ni：0.30～0.85％，V：0.01～0.20％，Nb：0.01～0.08％，Ca：0.0015～0.0050％，Al：0.010～0.060％，Ti≤0.02％，B≤0.0005％，0≤0.003％，N≤0.012％，H≤0.0003％，P≤0.010％，S≤0.002％，包括As、Sn、Pb、Sb、Bi的五害元素的总含量≤0.02％，其余为铁。

同时还提供一种屈服强度170～180ksi钢级的高强高韧性石油套管的制造方法。

本发明的效果是：该方法(1)在合金元素设计上采用较低的C、Si保证冲击韧性，添加适量的Si、Mn、Cr、Mo、Ni等合金元素来提高材质的强度，同时辅助V、Nb等微合金化元素细化晶粒，改善钢管的强韧性匹配。(2)在炼钢工艺上严格控制S、P、气体、五害残留元素。(3)精炼后期VD真空脱气后再适当喂入铝丝，使得酸溶铝占全铝的比重保持在90％以上，保证良好的脱氧效果同时又不造成氧化铝的夹杂，提高了钢铁的纯净度；(4)喂入铝丝并吹氩弱搅拌五分钟以后再适当喂入CaSi丝，使得夹杂物充分变性球化，并快速上浮；(5)喂入CaSi丝深度脱氧后，再保持镇定时间10～15分钟，然后上连铸平台；(6)连铸圆坯采用结晶器电磁搅拌来减少成分偏析。(7)热轧完成后采用先进的热处理水冷系统，保证钢管的淬透性，提高材料的强度和韧性。

具体实施方式

结合实施例详细说明本发明的屈服强度170～180ksi钢级的高强高韧性石油套管及其制造方法。

本发明的屈服强度170～180ksi钢级的高强高韧性石油套管，该套管组分以质量％计，含有C：0.18～0.35％，Si：0.20～0.50％，Mn：0.45～1.25％，Cr：0.95～1.45％，Mo：0.65～1.25％，Ni：0.30～0.85％，V：0.01～0.20％，Nb：0.01～0.08％，Ca：0.0015～0.0050％，Al：0.010～0.060％，Ti≤0.02％，B≤0.0005％，0≤0.003％，N≤0.012％，H≤0.0003％，P≤0.010％，S≤0.002％，包括As、Sn、Pb、Sb、Bi的五害元素的总含量≤0.02％，其余为铁。