一种耐热套管用钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种耐热套管用钢，其重量百分比组分为：Ｃ？０．２－０．３０％，Ｓｉ？０．１０－０．３％，Ｍｎ？０．４－１．０％，Ｃｒ？０．５－１．５％，Ｗ？０．１－０．５％，其它为Ｆｅ和不可避免的杂质。其制造方法包括步骤：按上述成分配比冶炼、浇铸和热轧形成无缝钢管；在８２０℃～９２０℃温度区均温后保温３０－６０分钟进行奥氏体化充分处理；进行淬火处理；淬火管在５８０℃～７２０℃温度区间均温后保温３０－９０分钟进行回火处理。采用上述成分和制造方法生产的耐热套管，能显著改善其高温性能、抗腐蚀及抗蠕变性能，尤其能提升其在长时间高温工作环境下的持久性能，并可以大幅度降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其涉及一种适合在温度300 40(TC之间、气压在20Mpa左右并长期使用的稠油热采用耐热套管用钢及其制造方法。
技术介绍
随着石油开采工业的不断发展和石油消耗量的不断增加，开采稠油已成为国内外 许多石油公司的主要产量来源。目前，我国的稠油年产量已达30000万吨以上，其中辽河油 田、新疆克拉玛依油田的稠油产量已分别占到其原油总产量的1/2和1/3。此外，国外的加 拿大、美国和委内瑞拉的稠油产量也都较高。国内外的稠油开采都采用单井吞吐注热蒸汽， 使稠油的粘度大大下降以便于开采，因此每年需注蒸汽2-4个轮次。由于注蒸汽操作使得 石油套管受热膨胀，受固并被水泥约束，所以套管将受到很大的压应力(热应力)。另外，在 回采过程中，由于温度下降，使得套管又会受到较大的拉应力的作用。套管受到上述周期性 的拉-压应力的交替作用，在情形严重部位的压应力会达到700MPa以上，同时由于稠油的 地层胶结疏松，在采油过程中易出砂，在地层移动的情况下，套管还经常会发生挤毁变形、 错断等损毁现象。据统计，辽河油田稠油井的套损率平均为14%，个别区块达到30%。为 此，该油田也试用过国外N80、 Pl 10型号的套管产品，但实际套损率均难以降低。 原有的耐热套管产品主要以25Mn2、25CrMo4等C-Mn、Cr-Mo钢种为主，这对于在井 底温度不高的环境下基本可以满足用户的使用要求。但是，随着稠油开采方式由蒸汽吞吐 井向汽驱井的转变，这对于耐热套管用管材也提出了更高、更苛刻的要求，特别是在35(TC、 25Mpa蒸汽压力和长时间工作下更要求其应具备良好的耐高温性能。下表1是现有耐热套 管钢种的化学成分。 表1现有耐热套管用钢的化学成分<table>table see original document page 3</column></row><table> 通过专利检索，没有检索到有关的耐热套管钢种及制造方法的专利技术专利，仅检索 到电站锅炉、热交换器等耐高温低合金钢管的钢种成分及其制造方法。但是，由于上述领域 用材的使用环境与稠油开采存在很大区别，因此它们在钢种的具体成分、性能要求以及制 造方法等方面均与本专利技术有较大区别，并不具备可比性。此外，采用Cr-Mo-V-W复合添加制 成的耐高温隔热油管，其中的Mo属于价格较贵的合金，致使生产成本较高，而且该钢种主 要是用于制造隔热油管，这与本专利技术钢种的用途也并不相同。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过合理的成分设计和工艺设计，提供一种耐热用套管用钢及其 制造方法，以解决现有的25Mn2、25CrMo4等常规隔热套管钢在350°C 、25Mpa气压下长期使 用时存在的高温性能差、容易发生变形、不符合油气田汽驱井开采使用要求的问题，同时能 有效地降低制造成本。 本专利技术的目的是这样实现的一种耐热套管用钢，其重量百分比组分为 C :0.2-0. 30% Si:O. 10-0. 3% Mn :0.4-1.0% Cr :0.5-1. 5% W :0.1-0. 5% 其它为Fe和不可避免的杂质。 优选地，所述耐热套管用钢的重量百分比组分为 C :0.22-0. 28% Si :0. 25-0. 30% Mn :0. 42-0. 92% Cr :0.56-1. 4% W :0.12-0. 25% 其它为Fe和不可避免杂质。 优选地，所述的耐热套管用钢还包括重量百分比为0. 01 0. 35%的A1、V元素中的至少一种。 优选地，所述杂质的总量以重量百分比计低于0. 05%。 —种耐热套管用钢的制造方法，包括下列步骤 步骤1，按权利要求1-5中任一项所述的耐热套管用钢的成分配比冶炼、浇铸和热 轧形成无缝钢管； 步骤2，在820°C 92(TC温度区均温后保温30_60分钟进行奥氏体化充分处理； 步骤3，进行淬火处理； 步骤4，淬火管在580°C 72(TC温度区间均温后保温30-90分钟进行回火处理。 优选地，所述步骤3中的淬火介质为水。 本专利技术化学成分范围的选择原理如下 C是保证钢管室温强度和淬透性所必需的成分，但当碳含量低于0. 05%时淬透性 和强度不够，高于0. 25%则韧性变坏。 Si加入钢中起到了脱氧的作用。低于0.01%含量效果不明显。当含量超过1.0% 后，加工性和韧性恶化。 Cr为碳化物形成元素，可以提高钢的室温、高温强度和淬透性，但是，Cr含量小于 0. 5%时，效果不明显，超过2. 0%时会大大降低钢的韧性。 Mn为奥氏体形成元素，可以提高钢的淬透性，含量小于O. 1%时作用不明显，含量 大于1. 0时，组织偏析倾向加重，影响热轧组织的均匀性。4 W为碳化物形成元素，可以提高明显提高钢在高温下的瞬时和持久强度和淬透性， 但是，W含量小于O. 1%时，效果不明显，超过1.0%时会大大降低钢的韧性。 Al在钢中起到了脱氧作用和细化晶粒的作用，当加入量低于0. 01%时，效果不明 显，加入量超过O. 10%，力学性能变差。 V为碳化物形成元素，可以提高明显提高钢在高温下的瞬时和持久强度和淬透性，但是，W含量小于0. 01%时，效果不明显，超过0. 05%时会大大降低钢的韧性。 本专利技术由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果 (1)本专利技术钢种属低合金钢范畴，与现有钢种相比，在降低碳含量的基础上复合加 入少量Cr-W-V等元素，采用这种成分和制造方法生产的耐热套管，一方面能改善钢的高温 性能，有利于油田现场进行操作控制，另一方面也能显著提高钢的抗腐蚀性能以及室温和 高温条件下的屈服强度，尤其能提升钢在长时间高温工作环境下的持久性能，其高温强度 相比常规产品能提高30%，抗腐蚀性能提高2倍以上，在40(TC以下(尤其是250 400°C 温度下)的高温强度、抗蠕变性能提升明显，并最终在上述温度范围的强度超过600Mpa，因 此完全适用于油气田的汽驱稠油开采。 (2)本专利技术钢化学成分中的合金量相对较低，与现有电站锅炉、热交换器等高温耐 热钢相比，可以大幅度降低生产成本，因此成本优势明显。具体实施例方式表2表示试验钢的化学成分，Al-A6为本专利技术的合金钢，Bl-B5为对照钢。 表2本专利技术钢和现有热采套管钢的化学成分(wt% )项 巨钢 号CSiCrMoWAlV实 施 例Al0. 250. 300. 801.00. 230. 02A20.280.270.921.020. 250. 27A30. 210. 300.421.40.50. 300. 300. 250. 820. 560. 120. 055<table>table see original document page 6</column></row><table> 上述试验钢经冶炼、浇铸和热轧的无缝钢管，首先在820°C 92(TC温度区进行奥 氏体化充分处理后进行水淬火处理，钢管在上述温度下经30-60分钟保温后水淬可以得到 95 %以上的马氏体组织。淬火管随后在580°C 720°C温度区间进行回火处理并保温30-90 分钟，得到均匀细小的索氏体组织。该类组织在长时间高温下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐热套管用钢，其特征在于：其重量百分比组分为：　　Ｃ：０．２－０．３０％　　Ｓｉ：０．１０－０．３％　　Ｍｎ：０．４－１．０％　　Ｃｒ：０．５－１．５％　　Ｗ：０．１－０．５％　　其它为Ｆｅ和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
一种耐热套管用钢，其特征在于其重量百分比组分为C0.2-0.30％Si0.10-0.3％Mn0.4-1.0％Cr0.5-1.5％W0.1-0.5％其它为Fe和不可避免的杂质。2. 如权利要求1所述的耐热套管用钢，其重量百分比组分为 C :0. 22-0. 28%Si :0. 25-0. 30%Mn :0. 42-0. 92%Cr :0. 56-1. 4%W :0. 12-0. 25%其它为Fe和不可避免杂质。3. 如权利要求l所述的耐热套管用钢，其特征在于还包括重量百分比为0.01 0. 35 %的Al 、 V元素中的至少一种。4. 如权利要求1所述的耐热套管用钢，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙元宁，蔡海燕，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]