一种高强度石油套管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度石油套管，其含有Fe和不可避免的杂质元素，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.1

【技术实现步骤摘要】
一种高强度石油套管及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种钢管及其制造方法，尤其涉及一种石油套管及其制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，无缝钢管已经广泛应用于油气、能源等领域中，并起到十分重要的作用，其被誉为“工业的血管”，是不可替代的重要钢材门类。
[0003]在现有技术中，常用的油气井用无缝管钢级有API标准的N80
‑
Q、P110等牌号，其生产过程具有两个典型特征：一是管坯穿孔轧制过程变形阻力大，通常需要在比其它热轧钢材更高的变形温度下完成成形过程；二是热轧后钢管在空气中冷却，无法实现有效的冷却路径控制。
[0004]无缝钢管不同于一般的热轧钢管，由于其自身特殊的环形断面特点，无缝钢管相较于板材具有更为复杂的内应力状态，在利用余热的在线淬火工艺时，很容易造成钢管开裂。
[0005]例如：公开号为CN103774063A，公开日为2014年5月7日，名称为“一种大口径石油套管及其TMCP生产方法”的中国专利文献公开了一种低碳当量微合金钢管及其在线常化工艺，其具备稳定的机械性能和良好的抗挤毁性能。该技术方案采用的是TMCP生产方法，其工艺简单，生产效率高，但是该专利采用中碳CrMo钢材质，与常规油井管材质类似，在线淬火时仍然存在着开裂风险。
[0006]又例如：公开号为CN103757561A，公开号为2014年4月30日，名称为“一种大口径厚壁海洋用无缝钢管及其TMCP生产方法”的中国专利文献，公开了一种大口径厚壁海洋用无缝钢管及其TMCP生产方法，其具备稳定的机械性能和良好的低温冲击性能，但是其较高的合金含量导致在线淬火存在着开裂风险。
[0007]因此，目前在制备N80
‑
Q、P110等牌号的无缝钢管时，均是在热轧后进行室温冷却，而后经过淬火加热炉重新加热进行淬火热处理。但这种针对无缝钢管的处理工艺不仅造成了钢管轧后余热的浪费(通常轧后钢管温度在900℃以上)，同时也多了一道次的热处理工序，并且会带来成本的增加，其资源消耗大，给高品质管材的开发及高效生产带来诸多限制。
[0008]由此，为了解决现有技术中所存在的这种问题，本专利技术期望开发并获得一种新的高强度石油套管及其制造方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的之一在于提供一种高强度石油套管，该高强度石油套管通过合理的成分匹配及工艺设计，可以获得优异的力学性能，其兼具有高强度和高韧性，且屈服强度为550
‑
965MPa，抗拉强度≥689MPa，延伸率≥18％，0℃横向夏比冲击功不小于60J，可以满足油气田对高强度套管性能的使用要求。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高强度石油套管，其含有Fe和不可避免的
杂质元素，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
[0011]C：0.1
‑
0.2％；Si：0.1
‑
0.4％；Mn：1.2
‑
2％；Mg：0.0015
‑
0.005％；Ti：0.02
‑
0.05％；Al：0.01
‑
0.03％；0＜N≤0.008％；
[0012]各化学元素含量还满足：910
‑
310
×
C
‑
80
×
Mn≤770，其中各化学元素代入其质量百分号之前的数值；
[0013]所述高强度石油套管具有细小的、随机弥散分布的尖晶石型(MgO
·
Al2O3)夹杂物。
[0014]进一步地，在本专利技术所述的高强度石油套管中，其各化学元素质量百分比为：
[0015]C：0.1
‑
0.2％；Si：0.1
‑
0.4％；Mn：1.2
‑
2％；Mg：0.0015
‑
0.005％；Ti：0.02
‑
0.05％；Al：0.01
‑
0.03％；0＜N≤0.008％；余量为Fe和不可避免的杂质。
[0016]在本专利技术所述的高强度石油套管中，各化学元素的设计原理如下所述：
[0017]C：在本专利技术所述的高强度石油套管中，C为碳化物形成元素，其可以提高钢的强度。当钢中C元素含量低于0.1％时，会使得钢材的淬透性降低，从而降低钢的韧性，然而，当钢中C元素含量高于0.2％时，则又会显著地恶化钢的偏析，易产生淬火裂纹。因此，考虑到C元素含量对钢材性能的影响，为了达到石油套管的高强度的要求，在本专利技术所述的高强度石油套管中，将C元素的质量百分含量控制在0.1
‑
0.2％之间。
[0018]当然，在一些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，可以优选地将C元素的质量百分含量控制在0.12
‑
0.2％之间。
[0019]Si：在本专利技术所述的高强度石油套管中，Si元素能够固溶于铁素体，其可以提高钢材的屈服强度。需要注意的是，钢中Si元素含量不宜过低，当Si元素含量低于0.1％时，会使得石油套管容易氧化；同时钢中Si元素的添加量也不宜过高，过高含量的Si元素会恶化钢材的加工性能和韧性。因此，为了发挥Si元素的有益效果，必须严格控制钢中Si元素含量，在本专利技术所述的高强度石油套管中，将Si元素的质量百分含量控制在0.1
‑
0.4％之间。
[0020]当然，在一些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，可以优选地将Si元素的质量百分含量控制在0.1
‑
0.3％之间。
[0021]Mn：在本专利技术所述的高强度石油套管中，Mn为奥氏体的形成元素，其可以提高钢材的淬透性。在本专利技术所设计的这种钢材体系中，当Mn元素含量小于1.2％时，钢材的淬透性会显著降低，从而降低钢中马氏体的比例，进而降低钢的韧性；而当钢中Mn含量大于2％时，则易产生成分偏析产生淬火裂纹。因此，考虑到Mn元素含量对于钢材性能的影响，在本专利技术所述的高强度石油套管中，将Mn元素的质量百分含量控制在1.2
‑
2％之间。
[0022]当然，在一些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，可以优选地将Mn元素的质量百分含量控制在1.2
‑
1.8％之间。
[0023]Mg：在本专利技术所述的高强度石油套管中，Mg是一种脱氧剂，其在钢中可以形成弥散分布的MgO，或者与氧化铝结合形成弥散的尖晶石型(MgO
·
Al2O3)夹杂物，以促进钢中针状铁素体组织的转变，细化钢的组织，提高材料的强韧性并改善淬火开裂问题。当钢中Mg元素的含量大于0.005％时，容易形成粗大的MgO夹杂物，这样会降低材料的韧性；而若钢中Mg元素的含量小于0.0015％时，则Mg元素所形成的脱氧产物细化晶粒效果不显著。因此，为了发挥Mg元素的有益效果，在本专利技术所述的高强度石油套管中，将Mg元素的质量百分含量控制在0.0015
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度石油套管，其含有Fe和不可避免的杂质元素，其特征在于，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.1
‑
0.2％；Si：0.1
‑
0.4％；Mn：1.2
‑
2％；Mg：0.0015
‑
0.005％；Ti：0.02
‑
0.05％；Al：0.01
‑
0.03％；0＜N≤0.008％；各化学元素含量还满足：910
‑
310
×
C
‑
80
×
Mn≤770，其中各化学元素代入其质量百分号之前的数值；所述高强度石油套管具有细小的、随机弥散分布的尖晶石型(MgO
·
Al2O3)夹杂物。2.如权利要求1所述的高强度石油套管，其特征在于，其各化学元素质量百分比为：C：0.1
‑
0.2％；Si：0.1
‑
0.4％；Mn：1.2
‑
2％；Mg：0.0015
‑
0.005％；Ti：0.02
‑
0.05％；Al：0.01
‑
0.03％；0＜N≤0.008％；余量为Fe和不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的高强度石油套管，其特征在于，在不可避免的杂质中，P≤0.015％，S≤0.008％。4.如权利要求3所述的高强度石油套管，其特征在于，在不可避免的杂质中，P≤0.013％，S≤0.0025％。5.如权利要求1或2所述的高强度石油套管，其特征在于，其各化学元素质量百分含量进一步满足下述各项的至少其中之一：C：0.12
‑
0.2％；Si：0.1
‑
0.3％；Mn：1.2
‑
1.8...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晓明，高展，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：