專利名稱：X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
石油、天然氣是交 通、航空、冶金、化工等工業(yè)的重要原料和燃料，是人民生活息息相關(guān)的能源物質(zhì)之一，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。而鉆桿是油氣田勘探開(kāi)發(fā)中必不可少的重要工件，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年消耗鉆桿約7 10萬(wàn)噸。鉆桿連接在方鉆桿的下端，起到傳遞動(dòng)力輸送泥漿的作用。隨著鉆井不斷加深，鉆桿一根接一根地不斷加長(zhǎng)鉆柱，同時(shí)高壓的洗井液通過(guò)鉆桿內(nèi)孔流向井底。在鉆井時(shí)鉆桿承受著拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲以及沖擊等各種交變應(yīng)力的作用，其內(nèi)孔還受到高壓泥漿的沖刷和腐蝕，工況極為復(fù)雜，工作條件極為惡劣。美國(guó)石油學(xué)會(huì)鉆桿規(guī)范API Spec5DP中，將鉆桿分為E、X、G、S四個(gè)鋼級(jí)，其中X、G、S級(jí)鉆桿屬于高強(qiáng)度級(jí)鉆桿。隨著油氣田勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，在滿足不同的鉆探工況條件下，以降低開(kāi)發(fā)成本為原則，選擇使用材質(zhì)優(yōu)良、性能優(yōu)越、生產(chǎn)技術(shù)工藝合理的經(jīng)濟(jì)型鉆桿是油氣田開(kāi)采經(jīng)濟(jì)效益最大化的關(guān)鍵，將具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料，滿足石油鉆井行業(yè)對(duì)X級(jí)鉆桿管體的需求。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料，所述X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.24 0.29、Si0.20 0.35、Mn0.70 1.00、P彡0.015、S彡0.010、Crl.00 1.20、Mo0.15 0.30和Al ( 0.040 ;其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總計(jì)為100%。進(jìn)一步，所述X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.27、Si0.24、Mn0.83、P0.013、S0.008、Crl.07、Mo0.23 和 Al ( 0.040，其余為 Fe 和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.25、Si0.22、Mn0.85、P0.014、S0.005、Crl.04、Mo0.20和Al ( 0.040，其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.24、Si0.24、Mn0.80、P0.012、S0.007、Crl.05、Mo0.22 和 Al ( 0.040，其余為 Fe 和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.29、Si0.20、Mnl.00、P0.010、S0.003、Crl.00、Mo0.15和Al ( 0.040，其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.26、Si0.35、Mn0.70、P0.015、S0.010、Crl.20、Mo0.30 和 Al ( 0.040，其余為 Fe 和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100%。本發(fā)明解決的另一技術(shù)問(wèn)題是提供一種X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管的制備方法，可以生產(chǎn)滿足石油鉆井行業(yè)對(duì)X級(jí)鉆桿管體的需求的無(wú)縫鋼管。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管的制備方法，包括:煉鋼生產(chǎn)過(guò)程、鋼的軋制過(guò)程和軋態(tài)鋼熱處理過(guò)程；得到的X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.24 0.29、Si0.20 0.35、Mn0.70 1.00、P≤ 0.015、S ≤ 0.010、Crl.00 1.20、Mo0.15 0.30和Al≤0.040 ;其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總計(jì)為100%。進(jìn)一步，所述煉鋼生產(chǎn)過(guò)程包括:鐵水預(yù)處理、頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉、LF爐外精煉、VD真空脫氣和圓坯連鑄。進(jìn)一步:所述頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉包括頂吹氧氣和底吹氬氣，終點(diǎn)控制目標(biāo)為C的質(zhì)量百分含量> 0.06%，P的質(zhì)量百分含量< 0.010%，終脫氧采用有鋁脫氧；所述LF爐外精煉全程底吹氬氣；所述VD真空脫氣的真空度< 0.06KPa，深真空時(shí)間> 13分鐘，全程底吹氬氣攪拌，所述VD真空脫氣后喂入硅鈣線I 2米/噸鋼，喂絲后，軟吹時(shí)間彡15分鐘；所述圓坯連鑄采用結(jié)晶器電磁攪拌，過(guò)熱度< 30°C。進(jìn)一步，所述鋼的軋制過(guò)程包括:圓坯加熱、穿孔、軋管、張減徑或定徑、冷床冷卻、鋸切、矯直、探傷、人工檢查、測(cè)長(zhǎng)、稱重、噴標(biāo)和入庫(kù)。進(jìn)一步:所述圓坯加熱的溫度為1250°C 1300°C，所述軋管的軋制溫度為1050 1100°C。進(jìn)一步，所述軋態(tài)鋼熱處理過(guò)程包括:淬火和回火；所述淬火的溫度為880°C 920 V，保溫時(shí)間彡40分鐘，淬火介質(zhì)為水，所述回火的溫度為680 V 720 V，保溫時(shí)間^ 70分鐘。進(jìn)一步，所述含X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.27、Si0.24、Mn0.83、P0.013、S0.008、Crl.07、Mo0.23 和 Al ( 0.040，其余為 Fe 和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.25、Si0.22、Mn0.85、P0.014、S0.005、Crl.04、Mo0.20和Al ( 0.040，其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.24、Si0.24、Mn0.80、P0.012、S0.007、Crl.05、Mo0.22 和 Al ( 0.040，其余為 Fe 和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.29、Si0.20、Mnl.00、P0.010、S0.003、Crl.00、Mo0.15和Al ( 0.040，其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.26、Si0.35、Mn0.70、P0.015、S0.010、Crl.20、Mo0.30 和 Al ( 0.040，其余為 Fe 和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100%。本發(fā)明的技術(shù)效果如下:1、本發(fā)明的X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料滿足美國(guó)石油學(xué)會(huì)鉆桿規(guī)范APISpec5DP中對(duì)X級(jí)鉆桿管體的性能要求。2、本發(fā)明的X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管的制備方法降低了開(kāi)發(fā)成本，以經(jīng)濟(jì)的優(yōu)越方式提供一種X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管，為油氣田開(kāi)采取得經(jīng)濟(jì)效益最大化提供一種材質(zhì)優(yōu)良、性能優(yōu)越、生產(chǎn)技術(shù)工藝合理的鉆桿管體用無(wú)縫鋼管。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的化學(xué)成分中主要元素含量范圍的設(shè)計(jì)依據(jù)是:C是鋼的主要強(qiáng)化元素，可溶解在鋼中形成間隙固溶體起固溶強(qiáng)化作用，與強(qiáng)碳化物元素形成碳化物析出，起沉淀強(qiáng)化作用。當(dāng)C含量在一定范圍內(nèi)時(shí)，可提高鋼的強(qiáng)度、硬度、淬透性和耐磨性，但C含量過(guò)高，會(huì)降低鋼的塑性、韌性。綜合考慮鉆桿管體的強(qiáng)度和沖擊功要求，本發(fā)明中C的含量為0.24% 0.29%。Mn可提高鋼的回火穩(wěn)定性有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬透性，可與鋼中的S形成較高熔點(diǎn)的MnS，避免FeS在結(jié)晶時(shí)在初生晶界上析出，形成包圍鐵素體晶粒的連續(xù)的或不連續(xù)的網(wǎng)狀組織，消除鋼的熱脆性，改善鋼的熱加工性能。Mn含量較高時(shí)，有使鋼晶粒粗化的傾向，并增加鋼的過(guò)熱敏感性和回火脆性。因此，本發(fā)明中Mn的含量為0.70% 1.00%。Cr具有提高鋼的強(qiáng)度、硬度、高溫機(jī)械性能、淬透性、使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性等作用，但由于Cr是促進(jìn)回火脆性的元素，可顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，促進(jìn)鋼的回火脆性，對(duì)鋼的性能產(chǎn)生不利的影響。因此，本發(fā)明中Cr的含量為1.00% 1.20%。Mo對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化的作用，可提高鋼的淬透性和熱強(qiáng)性，提高鋼在某些介質(zhì)中的抗蝕性、防止點(diǎn)蝕傾向，和其它導(dǎo)致回火脆性的元素并存時(shí)，Mo能降低或抑制這些元素導(dǎo)致的回火脆性。但由于Mo的價(jià)格較高，且有使鋼產(chǎn)生石墨化傾向的不良作用。因此，本發(fā)明中Mo的含量為0.15% 0.30%ο本發(fā)明中P、S是鋼中的有害元素，鋼中P含量高會(huì)引起鋼的“冷脆”，S含量高會(huì)造成鋼的“熱脆”，從而降低鋼的塑性、韌性和焊接性能，但降低鋼中的P、S含量會(huì)增加生產(chǎn)成本。因此，要求鋼中的P彡0.015%、S彡0.010%OAl是鋼中常用的脫氧劑，鋼中加入少量的鋁，可起到細(xì)化晶粒、提高鋼的沖擊韌性、降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度、改善鋼的低溫沖擊韌性等作用。但當(dāng)鋁含量較高時(shí)，將促進(jìn)鋼的石墨化傾向，降低鋼的高溫強(qiáng)度和韌性。因此其含量控制在彡0.040%為宜。本發(fā)明采用 鐵水和廢鋼做原料，具體生產(chǎn)過(guò)程如下:煉鋼生產(chǎn)過(guò)程為:鐵水預(yù)處理一頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉一LF爐外精煉一VD真空脫氣—圓坯連鑄，得到圓管坯。將雜質(zhì)元素含量低的優(yōu)質(zhì)廢鋼和脫硫處理后的鐵水兌入轉(zhuǎn)爐中，采用頂吹氧氣和底吹氬氣的復(fù)合吹煉技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制目標(biāo)為:C的質(zhì)量百分含量> 0.06% ；P的質(zhì)量百分含量< 0.010%。出鋼時(shí)進(jìn)行脫氧合金化操作，終脫氧采用有鋁脫氧工藝，出鋼過(guò)程中進(jìn)行擋渣。然后根據(jù)轉(zhuǎn)爐出鋼后鋼水的化學(xué)成分和溫度，在LF(Ladle Furnace)即鋼包爐中進(jìn)行造渣脫硫、成分調(diào)整及升溫操作，底吹氬氣攪拌貫穿于整個(gè)精煉過(guò)程。隨后將鋼包移至VD (Vacuum Degassing)即真空吹氬脫氣法處理工位，在真空度< 0.06KPa，深真空時(shí)間> 13分鐘，VD真空脫氣全程底吹氬氣攪拌的條件下，達(dá)到脫氣、去夾雜、均勻成分和溫度的目的。真空脫氣后喂入硅鈣線I 2米/噸鋼，喂絲后，軟吹時(shí)間>15分鐘。需要注意弱攪拌效果，不能裸露鋼水。將化學(xué)成分和溫度滿足要求的鋼水吊至圓坯連鑄機(jī)進(jìn)行澆鑄，得到所需規(guī)格的連鑄圓管坯。連鑄過(guò)程中采用結(jié)晶器電磁攪拌；全程保護(hù)澆鑄，即在中間包和結(jié)晶器鋼水液面上采用固體保護(hù)渣保護(hù)、鋼包到中間包采用長(zhǎng)水口保護(hù)、中間包到結(jié)晶器采用浸入式水口保護(hù)，控制過(guò)熱度< 30°C，以保證鑄坯具有良好的內(nèi)外部質(zhì)量。經(jīng)檢測(cè)，各實(shí)施例的化學(xué)成分如表I所示。表I各實(shí)施例成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)/ %)
權(quán)利要求
1.一種X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料，其特征在于，所述X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.24 0.29,Si0.20 0.35,Mn0.70 1.00,P ( 0.015、S彡0.010、Crl.00 1.20、Mo0.15 0.30和Al ( 0.040 ;其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總計(jì)為100%。
2.如權(quán)利要求1所述的X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料，其特征在于，所述X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.27,Si0.24,Mn0.83,P0.013,S0.008、Crl.07、Mo0.23和Al ( 0.040，其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.25、Si0.22、Mn0.85、P0.014、S0.005、Crl.04、Mo0.20 和 Al ( 0.040，其余為 Fe 和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.24、Si0.24、Mn0.80、P0.012、S0.007、Crl.05、Mo0.22和Al ( 0.040，其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.29、Si0.20、Mnl.00、P0.010、S0.003、Crl.00、Mo0.15 和 Al ( 0.040，其余為 Fe 和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.26、Si0.35、Mn0.70、P0.015、S0.010、Crl.20、Mo0.30和Al ( 0.040，其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100%。
3.—種X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于，包括:煉鋼生產(chǎn)過(guò)程、鋼的軋制過(guò)程和軋態(tài)鋼熱處理過(guò)程；得到的X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.24 0.29,Si0.20 0.35,Mn0.70 1.00,P ( 0.015,S ( 0.0lOXrl.00 1.20、Mo0.15 0.30和Al ( 0.040 ;其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總計(jì)為100% ο
4.如權(quán)利要求3所述的X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于，所述煉鋼生產(chǎn)過(guò)程包括:鐵水預(yù)處理、頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉、LF爐外精煉、VD真空脫氣和圓坯連鑄。
5.如權(quán)利要求4所述的X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于，所述頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉包括頂吹氧氣和 底吹気氣，終點(diǎn)控制目標(biāo)為C的質(zhì)量百分含量> 0.06%, P的質(zhì)量百分含量< 0.010%，終脫氧采用有鋁脫氧；所述LF爐外精煉全程底吹氬氣；所述VD真空脫氣的真空度< 0.06KPa，深真空時(shí)間> 13分鐘，全程底吹氬氣攪拌，所述VD真空脫氣后喂入硅鈣線I 2米/噸鋼，喂絲后，軟吹時(shí)間彡15分鐘；所述圓坯連鑄采用結(jié)晶器電磁攪拌，過(guò)熱度< 30°C。
6.如權(quán)利要求3所述的X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于，所述鋼的軋制過(guò)程包括:圓坯加熱、穿孔、軋管、張減徑或定徑、冷床冷卻、鋸切、矯直、探傷、人工檢查、測(cè)長(zhǎng)、稱重、噴標(biāo)和入庫(kù)。
7.如權(quán)利要求6所述的X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于:所述圓坯加熱的溫度為1250°C 1300°C，所述軋管的軋制溫度為1050°C 1100°C。
8.如權(quán)利要求3所述的X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于，所述軋態(tài)鋼熱處理過(guò)程包括:淬火和回火；所述淬火的溫度為880°C 920°C，保溫時(shí)間> 40分鐘，淬火介質(zhì)為水，所述回火的溫度為680°C 720°C，保溫時(shí)間彡70分鐘。
9.如權(quán)利要求3 8任一所述的X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管的制備方法，其特征在于，所述含X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為:C0.27、Si0.24、Mn0.83、P0.013、S0.008、Crl.07、Mo0.23 和 Al ( 0.040，其余為 Fe 和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì) 100% ;或者，C0.25、Si0.22、Mn0.85、P0.014、S0.005、Crl.04、Mo0.20 和Al ( 0.040，其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.24、Si0.24、Mn0.80、P0.012、S0.007、Crl.05、Mo0.22 和 Al ( 0.040，其余為 Fe 和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì) 100% ;或者，C0.29、Si0.20、Mnl.00、P0.010、S0.003、Crl.00、Mo0.15 和Al ( 0.040，其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)共計(jì)100% ;或者，C0.26、Si0.35、Mn0.70,P0.015,S0.0lOXrl.20,Mo0.30 和 Al ( 0.040，其余為 Fe 和不可避免的痕量元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù) 共計(jì)100%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料，所述X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管材料的化學(xué)成分的質(zhì)量百分含量為C0.24～0.29、Si0.20～0.35、Mn0.70～1.00、P≤0.015、S≤0.010、Cr1.00～1.20、Mo0.15～0.30和Al≤0.040；其余為Fe和不可避免的痕量元素，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)總計(jì)為100%。本發(fā)明還公開(kāi)了一種X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管的制備方法。通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)方案可以得到滿足美國(guó)石油學(xué)會(huì)鉆桿規(guī)范API Spec5DP中對(duì)X級(jí)鉆桿管體的性能要求的X級(jí)鉆桿管體用無(wú)縫鋼管。
文檔編號(hào)C22C38/22GK103194680SQ20131014659
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者董珍, 何建中, 劉金, 喬愛(ài)云, 王金龍, 姜海龍 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司