【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钢铁冶炼领域，具体涉及一种深井及超深井钻具稳定器钢及其生产方法。
技术介绍
1、在石油天然气开采过程中，随着石油勘探领域的不断拓展，超深井复杂地质条件，如碳酸盐岩裂缝油气藏，井口钢要抗硫、抗挤、抗高压气流，钻具稳定器的服役条件越来越苛刻，而且还要适应地层中h2s气体对钢材的腐蚀。
2、随着钻采不断发展，耐超高压、耐腐蚀指标（ssc）制约，耐低温韧性指标不理想，难以适应苛刻条件下的使用要求。本专利技术通过控制原料配方以及优化转炉冶炼、精炼炉冶炼、连铸冶炼，以及轧制工艺，开发一种超高压耐腐蚀钻具稳定器钢，钢中各类夹杂物更少，更小，形态更合理，有害元素含量更低，气体含量更少，钢水更洁净，钢的性能得到明显提高。通过大压下量开坯轧制，改善了钢材心部致密性和均匀性；采用优化的热处理工艺，获得合适的显微组织，保证钢全截面强度的同时，提高了钢的低温韧性、耐腐蚀性，钢的使用寿命也得到提高，可适应深井钻井的需要。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种深井及超深井钻具稳定器钢及其生产方法，钻具稳定器钢强度提高的同时，低温冲击和耐腐蚀性也得到明显提高。。
2、为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
3、一种深井及超深井钻具稳定器钢，其化学成分及质量百分含量为：c 0.43%～0.53%，si 0.10%～0.40%，mn 1.25%～1.45%，cr 1.30%～1.60%，mo 0.45%～0.65%，ni0.75%～1.25%，v 0.0
4、本专利技术所述深井及超深井钻具稳定器钢各化学成分的作用如下：c 0.43%～0.53%，可弥散碳化物，控制钢的强度；mn 1.250%～1.45%，cr1.30%～1.60%，mo 0.45%～0.65%，ni 0.75-1.25%，v0.05%～0.12%，可保证钢具有足够的淬透性、抗腐蚀性以及低温韧性；ti≤0.0030%，b≤0.0004%，可确保钢低温韧性及性能稳定。
5、本专利技术所述深井及超深井钻具稳定器钢的生产方法包括转炉冶炼、lf精炼、vd真空处理、连铸，轧钢，以及淬火＋回火热处理工序。
6、进一步地，本专利技术所述转炉冶炼工序，进行炉料配方设计，其中pb、sn、as、sb、bi五种元素的含量的总和≤0.035%，sn、sb、as均≤0.010%；加入白灰20～50kg/t,白云石20-40kg/t钢，钼铁2-5kg/t吨钢，镍铁110-170kg/t吨钢，转炉出钢[p]≤0.007%，[s]≤0.005%，转炉留钢量3～6吨，转炉出钢温度1600～1650℃；出钢过程中加入硅钡钙4～6kg/t钢，精炼白灰5～8kg/t，预熔顶渣3～7kg/t钢；高碳低钛铬铁2～5kg/t钢，高碳低钛锰铁3.5～7.5kg/t钢，钼铁4～7 kg/t钢,镍板3～12 kg/t钢；其中所述预熔顶渣成分为：cao 45%～55%，sio2≤5.0%，al2o335%～45%，caf2≤5.0，mgo 3.0～8.0，s≤0.03%，b≤0.005%，ti≤0.03%。
7、转炉出钢控制白灰及预熔渣加入量，足够渣量，可以使渣的理化性能更利于脱除钢中的硫；同时控制白灰、精炼渣硫含量，尽可能减少外来硫进入钢中，增大钢水脱硫负担。转炉随炉加入镍铁，减轻转炉炉后加入镍铁或镍板导致精炼冶炼困难，提高效率。
8、进一步地，本专利技术所述lf炉精炼工序，lf炉到位加入精炼白灰9～14kg/t钢，铝矾土3～9 kg/t钢，给电10～15分钟，喂入硅钡线0.12～0.16 kg/t钢；精炼过程中加入电石2～4 kg/t钢，碳粉2-3kg/t钢，硅钙粉0.3～0.7kg/t钢，铌铁0.6～0.8 kg/t钢，钒铁2～6kg/t钢，低碳锰铁3.2～5.3 kg/t钢，低碳铬铁3～6kg/t钢，钼铁2.5～5.5kg/t钢，镍板1.5～3kg/t钢，铜板4～8kg/吨钢；钢包氩气搅拌流量300～1000 nl/min；保持炉内还原气氛，炉内气压≥1标准大气压，白渣保持时间15-35分钟。
9、lf炉精炼到位喂入适当硅钡线，可尽快脱除钢中氧，促进脱硫，促进钢中铝氧化物向复合夹杂物方向转变，复合夹杂物聚集长达，随着精炼的进程，从钢中移到炉渣中。
10、精炼过程中加入电石，硅钙粉，强化扩散脱氧，促进脱氧脱硫反应的进行；加入铝矾土，改善炉渣流动性；大氩气搅拌，强化脱硫反应动力学条件，促进钢中硫的传质过程，加速硫的去除。
11、进一步地，本专利技术所述vd真空处理工序：真空度67pa以下保持22～30分钟，真空保持期间要能观察到钢液面有明显裸露，以保证真空脱气效果；真空处理结束后测温取样，按0.015%～0.030%喂铝线，按2.0～4kg/t钢加入大包覆盖剂，均匀覆盖整个渣面；软吹时间22～28分钟，确保不裸露钢水；钢水吊包温度1560～1600℃。
12、进一步地，本专利技术所述连铸工序，连铸坯规格ф500-600mm，连铸拉速0.20～0.70m/min；结晶器电磁搅拌电流100a～300a，频率1.5～3.5hz，末端电磁搅拌电流200a～500a，频率2～4hz；连铸二冷流量700～1500nl/min。
13、优化连铸电磁搅拌参数，进一步降低钢偏析和疏松、缩孔冶金缺陷，提高了钢的均匀性和致密性。
14、进一步地，本专利技术所述轧钢工序：高温加热温度1150～1270℃，加热时间320-680分钟，1350开坯机开坯，单道次压下量≥120mm，除磷喷水压力300～400bar，入坑收集温度600～750℃；轧材规格ф250～305mm。
15、设计合理的加热温度与时间，确保坯料透烧。设计高压水喷淋，保证表面氧化铁皮清除干净，轧材表面质量得到保证。为了保证轧材心部压实，保证致密度，采用1350开坯机，大压下量轧制，充分打碎铸态组织，芯部充分压实。
16、进一步低，本专利技术所述淬火+回火热处理工序：淬火温度870～890℃，保温时间4～6小时，回火温度640～660℃，保温时间3～5小时。
17、采用淬火及高温回火工艺，获得足够的强度和屈强比，获得最高断裂韧性kic值，高的疲劳强度和冲击韧性。
18、本专利技术技术方案的专利技术原理及有益技术效果在于：
19、本专利技术通过优化合金元素成分设计，提供的深井及超深井钻具稳定器钢强度提高的同时，低温冲击和耐腐蚀性也得到明显提高。
20、有害元素通常低熔点，含量超过一定限度时，会明显的降低钢的高温性能，增加钢的高温脆性，降低钢的强度和韧性，使钢变脆。有害元素往往共生于一体，造成严重偏本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种深井及超深井钻具稳定器钢，其特征在于，所述钻具稳定器钢的化学成分及质量百分含量为：C 0.43%～0.53%，Si 0.10%～0.40%，Mn 1.250%～1.45%，Cr 1.30%～1.60%，Mo 0.45%～0.65%，Ni 0.75%～1.25%，V 0.05%～0.12%，Ti≤0.0030%，Cu 0.30～0.50%，Nb0.010%～0.030%，P≤0.010%，S≤0.001%，Sn、Sb、As均≤0.0080%，V+Nb+Ti≤0.12%，B≤0.0004%，Ca≤0.005%； Co-60≤0.1 Bq/g，其余为铁和不可避免杂质。
2. 根据权利要求1所述的一种深井及超深井钻具稳定器钢，其特征在于，所述钻具稳定器钢的屈服强度≥799MPa，抗拉强度≥981MPa，延伸率≥40%，硬度285-340HB，纵向冲击AKV≥52J，横向冲击 AKV≥38J，带状组织≤2，SSC腐蚀无裂纹。
3. 根据权利要求1所述的一种深井及超深井钻具稳定器钢，其特征在于，所述钻具稳定器钢的非金属夹杂物评级：A细≤1.5，A粗≤0.5，B
4.根据权利要求1-3任一项所述深井及超深井钻具稳定器钢的生产方法，其特征在于，包括转炉冶炼、LF精炼、VD真空处理、连铸，轧钢，以及淬火＋回火热处理工序。
5. 根据权利要求4所述深井及超深井钻具稳定器钢的生产方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序，进行炉料配方设计，其中Pb、Sn、As、Sb、Bi五种元素的含量的总和≤0.035%，Sn、Sb、As均≤0.010%；加入白灰20～50kg/t,白云石20-40kg/t钢，钼铁2-5kg/t吨钢，镍铁110-170kg/t吨钢，转炉出钢[P]≤0.007%，[S]≤0.005%，转炉留钢量3～6吨，转炉出钢温度1600～1650℃；出钢过程中加入硅钡钙4～6kg/t钢，精炼白灰5～8kg/t，预熔顶渣3～7kg/t钢；高碳低钛铬铁2～5kg/t钢，高碳低钛锰铁3.5～7.5kg/t钢，钼铁4～7 kg/t钢,镍板3～12 kg/t钢；其中所述预熔顶渣成分为：CaO 45%～55%，SiO2≤5.0%，Al2O3 35%～45%，CaF2≤5.0，MgO 3.0～8.0，S≤0.03%，B≤0.005%，Ti≤0.03%。
6. 根据权利要求4所述深井及超深井钻具稳定器钢的生产方法，其特征在于，所述LF炉精炼工序，LF炉到位加入精炼白灰9～14kg/t钢，铝矾土3～9 kg/t钢，给电10～15分钟，喂入硅钡线0.12～0.16 kg/t钢；精炼过程中加入电石2～4 kg/t钢，碳粉2～3kg/t钢，硅钙粉0.3～0.7kg/t钢，铌铁0.6～0.8 kg/t钢，钒铁2～6kg/t钢，低碳锰铁3.2～5.3 kg/t钢，低碳铬铁3～6kg/t钢，钼铁2.5～5.5kg/t钢，镍板1.5～3kg/t钢，铜板4-8kg/吨钢；钢包氩气搅拌流量300～1000 NL/min；保持炉内还原气氛，炉内气压≥1标准大气压，白渣保持时间15-35分钟。
7.根据权利要求4所述深井及超深井钻具稳定器钢的生产方法，其特征在于，所述VD真空处理工序，真空度67Pa以下保持22～30分钟；真空处理结束后测温取样，按0.015%～0.030%喂铝线，按2.0～4kg/t钢加入大包覆盖剂，均匀覆盖整个渣面；软吹时间22～28分钟，确保不裸露钢水；钢水吊包温度1560～1600℃。
8.根据权利要求4所述深井及超深井钻具稳定器钢的生产方法，其特征在于，所述连铸工序，连铸坯规格Ф500-600mm，连铸拉速0.20～0.70m/min；结晶器电磁搅拌电流100A～300A，频率1.5～3.5HZ，末端电磁搅拌电流200A～500A，频率2～4HZ；连铸二冷流量700～1500NL/min。
9.根据权利要求4所述深井及超深井钻具稳定器钢的生产方法，其特征在于，所述轧钢工序：高温加热温度1150～1270℃，加热时间320～680分钟，1350开坯机开坯，单道次压下量≥120mm，除磷喷水压力300～400bar，入坑收集温度600～750℃；轧材规格Ф250-305mm。
10.根据权利要求4所述深井及超深井钻具稳定器钢的生产方法，其特征在于，所述淬火＋回火热处理工序，淬火温度870～890℃，保温时间4～6小时，回火温度640～660℃，保温时间3～5小时。
...【技术特征摘要】
1.一种深井及超深井钻具稳定器钢，其特征在于，所述钻具稳定器钢的化学成分及质量百分含量为：c 0.43%～0.53%，si 0.10%～0.40%，mn 1.250%～1.45%，cr 1.30%～1.60%，mo 0.45%～0.65%，ni 0.75%～1.25%，v 0.05%～0.12%，ti≤0.0030%，cu 0.30～0.50%，nb0.010%～0.030%，p≤0.010%，s≤0.001%，sn、sb、as均≤0.0080%，v+nb+ti≤0.12%，b≤0.0004%，ca≤0.005%； co-60≤0.1 bq/g，其余为铁和不可避免杂质。
2. 根据权利要求1所述的一种深井及超深井钻具稳定器钢，其特征在于，所述钻具稳定器钢的屈服强度≥799mpa，抗拉强度≥981mpa，延伸率≥40%，硬度285-340hb，纵向冲击akv≥52j，横向冲击 akv≥38j，带状组织≤2，ssc腐蚀无裂纹。
3. 根据权利要求1所述的一种深井及超深井钻具稳定器钢，其特征在于，所述钻具稳定器钢的非金属夹杂物评级：a细≤1.5，a粗≤0.5，b细≤1，b粗≤1.5，c细≤1.0,c粗≤0.5，d细≤1.5, d粗≤1.0，ut≤1.6mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述深井及超深井钻具稳定器钢的生产方法，其特征在于，包括转炉冶炼、lf精炼、vd真空处理、连铸，轧钢，以及淬火＋回火热处理工序。
5. 根据权利要求4所述深井及超深井钻具稳定器钢的生产方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序，进行炉料配方设计，其中pb、sn、as、sb、bi五种元素的含量的总和≤0.035%，sn、sb、as均≤0.010%；加入白灰20～50kg/t,白云石20-40kg/t钢，钼铁2-5kg/t吨钢，镍铁110-170kg/t吨钢，转炉出钢[p]≤0.007%，[s]≤0.005%，转炉留钢量3～6吨，转炉出钢温度1600～1650℃；出钢过程中加入硅钡钙4～6kg/t钢，精炼白灰5～8kg/t，预熔顶渣3～7kg/t钢；高碳低钛铬铁2～5kg/t钢，高碳低钛锰铁3.5～7.5kg/t钢，钼铁4～7 kg/t钢,镍板3～12 kg/t钢；其中所述预熔顶渣成分为：cao 45%～5...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉亭，黄凤泽，李林，刘继红，刘宪民，
申请(专利权)人：石钢京诚装备技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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