一种高强高韧射孔枪管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高强高韧射孔枪管，其化学元素质量百分配比为：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％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。相应地，本发明专利技术还公开了一种上述的高强高韧射孔枪管的制造方法。本发明专利技术所述的高强高韧射孔枪管的强度高，韧性好，周向强度均匀，适用于石油勘探与开采领域的应用。

A high strength and high toughness perforated barrel and its manufacturing method

The invention discloses a high strength and high toughened perforated barrel with 100% chemical element mass ratio: 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 less than 0.008%, the allowance is Fe and other unavoidable impurities. Accordingly, the invention also discloses a manufacturing method of the above high strength and high toughness perforating gun barrel. The perforated barrel with high strength and high toughness has high strength, good toughness and uniform circumferential strength, and is suitable for oil exploration and mining.

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧射孔枪管及其制造方法
本专利技术涉及一种射孔枪管及其制造方法，尤其涉及一种用于石油开采领域的射孔枪管及其制造方法。
技术介绍
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，因此对射孔枪管的质量、强度和韧性尤其是横向冲击韧性要求非常严格。对于射孔枪管的要求不仅只是抗压能力强，而且还需要射孔枪管可抵御深井和射孔弹发射时产生的高压环境，而且抗膨胀变形能力强，有效防止卡井现象发生。此外，除了对射孔枪管的强度有所要求以外，也期望能够降低枪体壁厚，提高射孔质量。因此，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。另外射孔枪管出于射孔质量的考虑，还对枪管的周向强度均匀性要求较高。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，通过该专利文献所公开的技术方案所制备得到的射孔枪管管体用无缝钢管的强度达到150钢级，但是其工艺复杂，采用两次调质热处理，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，其采用加入稀土元素以改善夹杂物形态，提高韧性指标。但是此专利文献所公开的射孔枪管屈服强度在863～882MPa，抗拉强度在951～965MPa。公开号为JP11131189A，公开日为1999年5月18日，名称为：“钢管及其制造方法”的日本专利文献公开了一种钢管，其采用在400-750℃范围内加热，然后在20％或60％变形量以上的范围内进行轧制，生产出屈服强度950Mpa以上、具有良好韧性的钢管产品。然而该专利文献所公开的工艺由于加热温度较低，轧制难度较大，难以大批量工业化生产，同时由于轧制温度较低，易产生马氏体组织。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种高强高韧射孔枪管，其强度高，韧性佳，且射孔枪管周向强度均匀。基于上述专利技术目的，本专利技术提供了一种高强高韧射孔枪管，其化学元素质量百分比为：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％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本专利技术所述的高强高韧射孔枪管的各化学元素的设计原理为：C：在本专利技术所述的技术方案中，C为析出物形成元素，可以提高钢的强度，当C的质量百分比低于0.15％时，会使淬透性降低，从而降低韧性，使得本专利技术所述的高强高韧射孔枪管的强度难以达到高强度要求；当C的质量百分比高于0.22％时，C与Cr、Mo形成大量粗化的析出物，并显著加重钢的偏析，造成所述的高强高韧射孔枪管的韧性显著降低，难以达到高强度高韧性的要求。因此，在本专利技术所述的高强高韧射孔枪管中，C的质量百分比控制在0.15-0.22％。Si：Si固溶于铁素体以提高钢的屈服强度，然而，当Si的质量百分比高于0.4％时，会使加工和韧性恶化；当Si的质量百分比低于0.1％，会使钢容易氧化。因此，在本专利技术所输的高强高韧射孔枪管中，Si的质量百分比控制在0.1％-0.4％。Mn：Mn为奥氏体形成元素，可以提高钢的淬透性，在本专利技术所述的技术方案中，当Mn的质量百分比小于0.5％时，会显著降低钢的淬透性，降低马氏体比例从而降低韧性；当Mn的质量百分比大于1％时，则显著增加钢中的组织偏析，影响热轧组织的均匀性和冲击性能。因此，在本专利技术所述的高强高韧射孔枪管中对Mn的质量百分比限定在0.5-1.0％。Cr：在本专利技术所述的高强高韧射孔枪管中，Cr是强烈提高淬透性元素，强析出物形成元素，回火时析出析出物提高钢的强度。但当Cr的质量百分比高于0.7％时，容易在晶界析出粗大M23C6析出物，降低所述的高强高韧射孔枪管的韧性；当Cr的质量百分比低于0.3％时，则所述的高强高韧射孔枪管的钢的淬透性不足。因此，在本专利技术所述的高强高韧射孔枪管Cr的质量百分比在0.3-0.7％。Mo：在本专利技术所述的技术方案中，通过控制析出物及固溶强化形式来提高钢的强度及回火稳定性，由于本专利技术所述的高强高韧射孔枪管的碳含量较低，因此添加Mo的质量百分比高于0.7％时，容易产生偏析组织；当Mo的质量百分比低于0.3％时，则强度无法达高强度的要求。因此，在本专利技术所述的高强高韧射孔枪管的Mo质量百分比在0.3-0.7％。Nb：Nb是细晶和析出强化元素，可弥补因碳降低而引起的强度的下降，此外，V具有良好的抗回火稳定性，有利于提高所述的高强高韧射孔枪管的不同位置的强度均匀性。当Nb的质量百分比小于0.01％时，其作用效果不明显；当Nb的质量百分比高于0.04％时，则容易形成粗大的Nb(CN)，从而降低所述的高强高韧射孔枪管的韧性。因此，在本专利技术所述的高强高韧射孔枪管的Nb的质量百分比在0.01％-0.04％。V：V是典型的析出强化元素，可弥补因碳降低而引起的强度的下降。此外，V具有良好的抗回火稳定性，有利于提高所述的高强高韧射孔枪管的不同位置的强度均匀性。当V的质量百分比小于0.1％时，则强化效果难以使本专利技术所述的高强高韧射孔枪管的强度达到高强度要求；当V的质量百分比高于0.2％时，则容易形成粗大的V(CN)，从而降低所述的高强高韧射孔枪管的韧性。因此，在本专利技术所述的高强高韧射孔枪管的V的质量百分比限定在0.1％-0.2％。Ti：Ti是强碳氮化物形成元素，显著细化奥氏体晶粒，可弥补因碳降低而引起的强度的下降，当Ti的质量百分比高于0.05％时，易形成粗大的TiN，降低本专利技术所述的高强高韧射孔枪管的韧性。B：B也可以显著提高淬透性，在本专利技术所述的技术方案中，B用于解决因C的含量较低所带来的淬透性差的问题。由于B的质量百分比低于0.0015％时，提高淬透性作用不显著；当B的质量百分比高于0.005％时，易形成BN脆性相，降低所述的高强高韧射孔枪管的韧性。因此，在本专利技术所述的高强高韧射孔枪管中B的质量百分比控制在0.0015％-0.005％。Al：Al是良好的脱氧固氮元素，可细化晶粒，因此，本专利技术所述的技术方案中控制Al的质量百分比为0.01～0.05％。Ca：在本专利技术所述的技术方案中，Ca可以净化钢液，促使MnS球化，提高本专利技术所述的高强高韧射孔枪管的冲击韧性，但Ca的质量百分比高于0.004％时，易形成粗大的非金属夹杂物。N：N是钢中的有害杂质元素，含量过高会钢的韧性，因此控制N的质量百分比为N≤0.008％在本专利技术所述的技术方案中，不可避免的杂质主要包括P和S，不利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强高韧射孔枪管，其特征在于，其化学元素质量百分配比为：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％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强高韧射孔枪管，其特征在于，其化学元素质量百分配比为：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％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的高强高韧射孔枪管，其特征在于，其还满足0<(Ti-3.4N)<0.025％。3.如权利要求1或2所述的高强高韧射孔枪管，其特征在于，其还满足Ca/S≥1.5。4.如权利要求1所述的高强高韧射孔枪管，其特征在于，其微观组织为回火索氏体。5.如权利要求1所述的高强高韧射孔枪管，其特征在于，其晶粒级别在9级以上，所述高强高韧射孔枪管中的MnS夹杂物的级别在0.5级以下。6.如权利要求1所述的高强高韧射孔枪管，其特征在于，其屈服强度为896-1103MPa，抗拉强度≥965MPa，0度横向夏比冲击功≥130J，所述高强高韧射孔枪管的屈服强度的极差在60MPa以内，所述高强高韧射孔枪管的抗拉强度的极差也在60MPa以内。7.如权利要求1所述的高强高韧射孔枪管，其特征在于，其屈服强度为965-1173MPa，抗拉强度≥1034MPa，0度横向夏比...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晓明，张忠铧，赵存耀，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31