[发明专利]一种油套管钢的制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种油套管用钢，即高强度高韧性的油套管钢，尤其涉及一种在井深

超过5000米或者抗挤性能要求高条件下，屈服强度在1000Mpa以上且横向冲击功大于75J、冲击功大于90J以上的油套管用钢的化学成分及其制造工艺。

背景技术

就油套管常用钢种而言，API标准的最高强度是Q125钢级，纵向冲击功大于60J。

随着油田开采条件的变化，开采油气的深井越来越深，Q125钢级普通油套管已经满足不了需要，需要强度更高韧性更好的油套管。随着油套管的强度不断提高，韧性会不断下降，由于油气田钻采条件日益苛刻，深井的开发日益增多，井下岩层变化也越来越复杂，因此需要采用具有强度高、韧性好的材料。目前，在国际上已经开发150Ksi油套管材料，主要是通过水淬加较低的温度回火，来达到所要求的性能。但是，由于高强度高韧性油套管属油井管产品中生产难度大、附加值高的产品，国内基本不能生产。因此许多油田仍然采用P110或者Q125钢级增加臂厚的办法来维持使用，普遍存在超深井不能开发问题。

高强度高韧性管的生产难度在于其对强度要求高而且韧性要求并且具有对综合

性能有很高的要求。

影响材料高强韧性性能的主要因素合金含量、夹杂物数量和形态及热处理工艺，

材料的合金含量高，强度越高，同时材料的韧性差；材料的合金含量低，强度越低，同时材料的韧性越高。钢的纯净度会提高材料的韧性，夹杂物数量越多且形态越不规则、偏析越严重、韧性越差。

夹杂物的数量和形态可以通过冶炼和钙处理来控制。合金含量主要通过控制C、

Mn、Cr、Mo、V等元素，C含量高，可以保证提高强度，同时会造成韧性下降，而且也会提高材料的开裂敏感性。但是随着碳含量的降低，材料的强度也会降低。为保证在低碳含量的条件下得到足够的强度。通过Mn、Cr、Mo、V元素和C元素的合理配合，通过调质热处理的方法来保证材料的强度。调质热处理采用淬火加高温回火的方法，保持在一定的温度以上进行回火，来保证材料的高强度和高韧性。在钢管的生产过程中，为解决高强度和高韧性这一问题，许多厂家都选用了低C、高Cr、Ni通过调质热处理的方式生产高强度油套管。低C可

以保证材料的韧性，通过高合金的加入保证材料足够的强度，再通过调质热处理来达到材料的高强度和高韧性。有的厂家采用低合金钢材料生产高强度油套管，最终因材料的冲击韧性低或者强度低而放弃生产。

采用高Cr、Ni合金再进行调质热处理，材料的各项性能保证能够达到高强韧性，

但对生产油套管而言相对于低合金钢管，大大增加了生产成本，会降低产品的市场竞争力。

发明内容

本发明提出一种油井用低合金高强度无缝油套管新钢种及其制造工艺，在钢管轧

制后进行调质热处理。在调质状态下就可以保证油井用油套管在达到1000～1200MPa屈__服强度的同时又能满足横向冲击功大于70J、冲击功大于90J以上的要求。

本发明所述的油套管钢，其成分如下：

C：0.28～0.35wt％

Si：0.1～0.4wt％

Mn：0.8～1.6wt％

Mo：0.4～0.6wt％

Cr：0.8～1.2wt％

V：0.05～0.10wt％

S：≤0.005wt％

Al：0.01～0.04％

其余为Fe和不可避免的杂质。

下面分别介绍各个合金元素的作用：

C：0.28～0.35％(wt％，以下各元素相同)，C为碳化物形成元素，可以提高钢的强度和衰透性，太低时钢的强度明显降低，太高时会大大降低钢的韧性，同时也会增加钢的开裂敏感性。

Mn：1.0～1.6，Mn为奥氏体形成元素，可以提高钢的强度，含量小于1.0时作用不明显，含量大于1.6时，组织偏析倾向加重，影响组织的均匀性。

Mo：0.4～0.6％：主要是通过碳化物及固溶强化形式来提高钢的强度和提高钢的回火稳定性，含量过高会降低钢的韧性。

V：0.05～0.10，能够细化晶粒，形成碳化物，提高钢的强度和韧性。但含量达到一定量时，其效果增加便不明显了。

Si：0.1～0.4，能够强化基体，低于0.1，效果不明显。但含量达到超过0.4后，效果增加便不明显。