一种屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管及其制造方法，先按下述成分进行冶炼成钢坯，其成分按质量百分比计组成为C：0.22～0.28％、Si：0.15～0.20％、Mn：0.4～0.7％、Cr：1.3～1.6％、Mo：0.7～1.0％、Ni：1.5～1.9％、Nb:0.07～0.15％、S≤0.004％和P≤0.01％，其余为铁和不可避免的杂质；将钢坯加热均匀，进行轧制穿孔，得到钢管；对钢管进行热处理，水冷至室温，得到屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管。本发明专利技术通过合理控制C、Si、Cr、Mn、Mo、Ni、Nb、S和P元素含量，采用水冷的方式保证组织的均匀细小，同时将变形和残余应力控制在极低的范围，保证钻杆的高强韧性匹配。

Steel pipe for drill pipe with yield strength greater than 1138MPa and manufacturing method thereof

The invention relates to a steel pipe used for drilling rod with yield strength greater than 1138MPa and its manufacturing method. The steel is made into billet according to the following components. The composition is composed of C:0.22 to 0.28%, Si:0.15 to 0.20%, Mn:0.4 to 0.7%, Cr:1.3 to 1.6%, Mo:0.7 ~ 1%, Ni:1.5 to 1.9%, Nb:0.07 by mass percentage. 0.15%, S < 0.004% and P less than 0.01%, the rest are iron and unavoidable impurities; the steel billet is heated evenly, and the steel pipe is obtained. The steel pipe is heat treated, water cooling to room temperature, and the steel pipe of drill rod with yield strength greater than 1138MPa is obtained. Through reasonable control of the content of C, Si, Cr, Mn, Mo, Ni, Nb, S and P elements, the invention ensures the uniform and fine structure of the tissue by water cooling. At the same time, the deformation and residual stress are controlled in a very low range, so that the high strength and toughness of the drill pipe can be matched.

【技术实现步骤摘要】
一种屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管及其制造方法
本专利技术涉及一种钻杆用钢管及其制造方法，尤其涉及一种屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管及其制造方法。
技术介绍
钻杆是石油天然气钻井作业的一种重要工具。为了满足深层油气钻井开发的需求，钻杆制造商相继设计开发了强度达1138MPa(165ksi)的高强度钻杆。专利CN103938095B提出一种165ksi钢级高强度高韧钻杆及其制造方法，其成分质量百分比为C：0.20-0.40％，Mn：0.50-1.40％，Cr：0.50-1.40％，Mo：0.60-2.10％，Ti：0.005～0.025％，Nb：0.03～0.10％，V：0.02～0.15％，Si：0.20～0.40％，Al≤0.05％，N≤0.10％，P≤0.015％，S≤0.008％，其余为铁和不可避免的杂质。且Mn减小值＝(3～6)×C增加值，[Nb]+[V]+[Ti]≤0.25％，5≤[Nb]/[Ti]≤10，1％≤[Cr]+[Mo]≤3％，钻杆屈服强度可达1138MPa(165ksi)。专利CN102268609A提出了一种超高强度高韧性钻杆管体及其热处理工艺，采用低Mn元素含量，通过添加V元素(0.1～0.3％)进行微合金化，钻杆管体的化学成分为C：0.20～0.28％，Mn：0.50～0.6％，P≤0.010％，S≤0.005％，V：0.1～0.3％，Al≤0.03％，1.5％≤Cr+Mo+Ni≤3.0％，其余为Fe及痕量元素，其热处理工艺包括两次淬火和一次回火，其屈服强度可达150～180ksi(1033～1240MPa)。采用V元素进行增强，但V含量过高时，容易导致V元素的晶界偏析，采用两次淬火和一次回火的工艺，钻杆产品的生产效率相应降低。专利CN104651741B公布了一种160钢级高强韧钻杆材料，采用添加稀土元素Ce的方法制造160钢级钻杆材料，但Ce元素在生产上存在不稳定的问题，而且生产成本较高。目前设计的屈服强度达到1138MPa的高强度钻杆主要是在普通钻杆材料的基础上调整材料中Mn及Mo等合金元素的含量，或添加V等强化元素，通过调制热处理获得，调制热处理过程中的高温回火均采用空冷的方式进行冷却，钻杆的制造周期较长、生产效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管及其制造方法，制得的钢管屈服强度大于1138MPa，韧性好。为了达到上述目的，本专利技术钢管采用如下技术方案：按质量百分比计，其成分组成为：C：0.22～0.28％、Si：0.15～0.20％、Mn：0.4～0.7％、Cr：1.3～1.6％、Mo：0.7～1.0％、Ni：1.5～1.9％、Nb：0.07～0.15％、S≤0.004％和P≤0.01％，其余为铁和不可避免的杂质。进一步地，该钢管的屈服强度大于1138MPa，抗拉强度大于1206MPa，伸长率大于13％，-20℃条件下的冲击吸收能大于100J。进一步地，该钢管的屈服强度在1208～1255MPa，抗拉强度在1290～1315MPa，伸长率在19～20％，-20℃条件下的冲击吸收能在110～117J。进一步地，按质量百分比计，其成分组成为：C：0.25～0.28％、Si：0.16～0.18％、Mn：0.49～0.61％、Cr：1.20～1.42％、Mo：0.79～0.86％、Ni：1.50～1.72％、Nb:0.07～0.10％、S≤0.004％和P≤0.01％，其余为铁和不可避免的杂质。进一步地，按质量百分比计，其成分组成为：C：0.25～0.28％、Si：0.18％、Mn：0.49～0.55％、Cr：1.26～1.42％、Mo：0.82～0.86％、Ni：1.52～1.72％、Nb:0.07～0.10％、S≤0.004％和P≤0.01％，其余为铁和不可避免的杂质。本专利技术制造方法的技术方案是：包括以下步骤：(1)按下述成分进行冶炼成钢坯，其成分按质量百分比计组成为C：0.22～0.28％、Si：0.15～0.20％、Mn：0.4～0.7％、Cr：1.3～1.6％、Mo：0.7～1.0％、Ni：1.5～1.9％、Nb：0.07～0.15％、S≤0.004％和P≤0.01％，其余为铁和不可避免的杂质；(2)将钢坯加热均匀，进行轧制穿孔，得到钢管；(3)对钢管进行热处理，水冷至室温，得到屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管。进一步地，步骤(2)中钢坯在1000℃～1100℃温度范围加热均匀，进行轧制穿孔，终轧温度控制在900℃～1050℃。进一步地，步骤(3)中热处理的工艺为：淬火温度为900℃～950℃，保温30min以上，以水作为冷却介质，回火温度为580℃～620℃，保温时间为30min～60min，水冷至室温。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术的钢管材料中通过采用0.22～0.28％的C，是决定钢强度的主要元素，可以提高钢强度，促进淬火过程中板条马氏体的形成，过高或过低则会显著影响马氏体的含量，降低钢的韧性；采用0.15～0.20％的Si作为脱氧剂，与钢液中的氧化物形成硅酸盐，使钢体致密，控制Si含量，既保证充分脱氧，又控制夹杂物的形成，提高组织均匀性，保证钢管的高韧性，Si含量过高会显著降低钢的韧性；采用0.4～0.7％的Mn，可以提高钢的淬透性，与C、Cr和Nb协同配合，大幅度提高淬火组织中板条马氏体的含量，提高钢的强度和冲击吸收能，含量过高时会影响钢的组织均匀性；加入1.3～1.6％的Cr，是碳化物形成元素，与C、Mn和Nb元素配合，提高钢的强度，促进淬火过程中细小均匀马氏体组织的形成，过高时会降低钢的韧性；加入0.7～1.0％的Mo，可以提高钢的强度和回火稳定性，与C、Mn、Cr和Ni元素协同配合，降低水冷过程中的残余应力，控制水冷过程中的变形，降低钢韧脆转变温度；加入1.5～1.9％的Ni，改善钢的强韧性，与C、Mn、Cr和Mo元素协同配合，降低水冷过程中的变形和残余应力；加入0.07％～0.15％Nb，与C、Cr和Ni元素协同配合，大幅度细化晶粒，形成强化相，提高钢的强韧性匹配，过高则易导致偏析降低钢的韧性；通过控制有害元素S≤0.004％，控制MnS夹杂的形成，保证钢的韧性；通过控制有害元素P≤0.010％，避免使钢产生偏析，提高热处理过程中的组织转变率，保证钢的微观组织和性能的均匀性。本专利技术通过控制钢管材料的化学成分，各成分协同配合，所得钢管的屈服强度大于1138MPa，抗拉强度大于1206MPa，伸长率大于13％，-20℃条件下的冲击吸收能大于100J，提高钻杆的强韧性。本专利技术制造方法简单，制造周期短。通过控制钢管化学成分的协同配合，热处理过程中的高温淬火采用水作为冷却介质，形成板条马氏体的含量明显高于目前使用材料，为保证钢管的高强韧性提供条件，而且水作为冷却介质的成本显著低于目前使用的各类专用冷却液，高温回火过程中采用水作为冷却介质，冷却速度明显高于目前使用的空气冷却速度，大幅度降低钻杆的制造周期和制造成本。目前的高强度钢管的高温淬火过程中多采用专用的冷却液，如果用水冷却易导致钢管的性能降低甚至出现开裂；目前的高强度钢管的高温回火本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管，其特征在于：按质量百分比计，其成分组成为：C：0.22～0.28％、Si：0.15～0.20％、Mn：0.4～0.7％、Cr：1.3～1.6％、Mo：0.7～1.0％、Ni：1.5～1.9％、Nb：0.07～0.15％、S≤0.004％和P≤0.01％，其余为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管，其特征在于：按质量百分比计，其成分组成为：C：0.22～0.28％、Si：0.15～0.20％、Mn：0.4～0.7％、Cr：1.3～1.6％、Mo：0.7～1.0％、Ni：1.5～1.9％、Nb：0.07～0.15％、S≤0.004％和P≤0.01％，其余为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管，其特征在于：该钢管的屈服强度大于1138MPa，抗拉强度大于1206MPa，伸长率大于13％，-20℃条件下的冲击吸收能大于100J。3.根据权利要求1或2所述的一种屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管，其特征在于：该钢管的屈服强度在1208～1255MPa，抗拉强度在1290～1315MPa，伸长率在19～20％，-20℃条件下的冲击吸收能在110～117J。4.根据权利要求1所述的一种屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管，其特征在于：按质量百分比计，其成分组成为：C：0.25～0.28％、Si：0.16～0.18％、Mn：0.49～0.61％、Cr：1.20～1.42％、Mo：0.79～0.86％、Ni：1.50～1.72％、Nb:0.07～0.10％、S≤0.004％和P≤0.01％，其余为铁和不可避免的杂质。5.根据权利要求1所述的一种屈服强度大于1138MPa的钻杆用钢管，其特征在于：按质量百分比计，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李方坡，王建军，冯耀荣，韩礼红，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11