[发明专利]一种高强高韧射孔枪管及其制造方法

说明书

本发明公开了一种高强高韧射孔枪管，其化学元素质量百分比为：C：0.05‑0.11％、Si：0.1‑0.4％、Mn：1‑1.8％、Cr：0.1‑1％、Mo：0.31‑0.8％、Nb：0.01‑0.04％、V：0.01‑0.15％、Ti：0.02‑0.05％、B：0.0015‑0.005％、Al：0.01‑0.05％、Ca：0.001‑0.004％、余量为Fe和不可避免的杂质。此外，本发明还公开了一种上述高强高韧射孔枪管的制造方法，包括步骤：(1)冶炼；(2)浇铸成圆坯：结晶器采用电磁搅拌工艺；(3)将圆坯制成钢管；(4)热处理。本发明所述的高强高韧射孔枪管强度高韧性好，能具有良好的经济效益。

技术领域

本发明涉及一种钢产品及其制造方法，尤其涉及一种射孔枪管及其制造方法。

背景技术

射孔是石油勘探与开发系统工程中极其重要的一项技术，是提高油气井采收率的重要手段之一。射孔作业中射孔枪管作为弹架对射孔方向进行定位，保护射孔火工器件不受井内流体浸泡、承受压力和减轻射孔作业时对井下套管的损害，并在爆炸过程中保护油层套管。由于其工作条件恶劣，枪管除了受介质腐蚀、井温及压力的影响外，主要威胁来自射孔弹发射时产生的高压及巨大冲击波，因此对其质量、强度和韧性尤其是横向冲击韧性要求非常严格。

高强度射孔枪管不仅抗压能力强，可抵御深井和射孔弹发射时产生的高压环境，而且其抗膨胀变形能力强，有效防止卡井，此外，射孔枪管的强度提高也可以降低枪体壁厚，提高射孔质量。射孔枪管在要求高强度的同时也需具有高的韧性匹配，因为高强度射孔枪管韧性不足，尤其是横向冲击韧性低时会导致射孔孔眼毛刺高甚至枪体开裂，造成卡井等事故。所以射孔枪管的设计需要兼顾强度和韧性，在满足高强度的同时尽可能提高韧性指标，提高射孔作业质量和使用安全性。

评价射孔枪管抗射孔开裂性能重要的指标为Akv/Ys即为横向冲击韧性与屈服强度的比值大小，保证良好的射孔质量需要Akv/Ys≥0.12J/MPa。

公开号为CN103352169A，公开日为2013年10月16日，名称为“射孔枪管管体用无缝钢管材料及其热处理方法”的中国专利文献公开了一种射孔枪管管体用无缝钢管材料，该专利文献所公开的技术方案所涉及的射孔枪管强度达到150钢级，但是其工艺复杂，需要采用两次调质热处理，生产成本较高。

公开号为CN103614631A，公开日为2014年3月5日，名称为“含稀土射孔枪管体材料及其制备方法”的中国专利文献公开了一种含稀土射孔枪管体材料，该专利文献所公开的技术方案采用加入稀土元素以改善夹杂物形态，提高韧性指标。但是此专利文献所涉及的枪管强度和韧性均较低，无法满足高强度枪管的性能要求。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高强高韧射孔枪管，为保证射孔具有良好的射孔性能，需要综合考虑材料的横向冲击韧性高和强度，强度越高，需要的横向冲击韧性越高，因此在材料设计上需要同时提高强度和韧性。

为了实现上述目的，本发明提出了一种高强高韧射孔枪管，其化学元素质量百分比为：

C：0.05-0.11％、Si：0.1-0.4％、Mn：1-1.8％、Cr：0.1-1％、Mo：0.31-0.8％、Nb：0.01-0.04％、V：0.01-0.15％、Ti：0.02-0.05％、B：0.0015-0.005％、Al：0.01-0.05％、Ca：0.001-0.004％、余量为Fe和不可避免的杂质。

在本发明所述的技术方案中，在钢种设计上通过微合金化的成分设计，降低碳的质量百分比，以减少脆性的Cr、Mo以及Fe的碳化物的形成，利用在回火过程中形成的V、Nb和Ti细小的析出物获得良好的析出强化效果以及Cr、Mo元素的固溶强化效果，同时提高射孔枪管的强度和韧性，显著的提高射孔质量。

因此，本案发明人对本发明所述的高强高韧射孔枪管的各化学元素进行设计，设计原理如下所述：