一種含稀土低成本高抗擠毀石油套管及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及黑色金屬冶煉及金屬壓力加工領(lǐng)域，具體涉及一種含稀±低成本高抗 擠毀石油套管及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 處于巖鹽層、泥巖層、膏巖層等高地層壓力狀況下的油井，經(jīng)常會(huì)發(fā)生套管被擠毀 的失效事故，給油田生產(chǎn)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，為適應(yīng)該種特殊地質(zhì)工況條件對(duì)石油套管 的苛刻要求，特開(kāi)發(fā)一種含稀±低成本高抗擠毀石油套管。
[0003] 專利申請(qǐng)?zhí)枺?01010216630. 4 " -種高強(qiáng)度抗擠毀石油套管管柱及其制造方法"， 其存在W下問(wèn)題和缺點(diǎn)：鋼中含有貴重元素V、佩和Zr，因此生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜、生產(chǎn)難度 相對(duì)較大、生產(chǎn)成本也相對(duì)較高；
[0004] 專利申請(qǐng)?zhí)?00510038472. 7"高抗擠石油套管及其生產(chǎn)方法"，其存在W下問(wèn)題和 缺點(diǎn)；該鋼中雖不含有貴重元素V、Nb和Zr，但所生產(chǎn)的石油套管鋼級(jí)相對(duì)較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)成本相對(duì)較低、強(qiáng)初性能匹配相對(duì)較高、組織均勻 細(xì)小、殘余應(yīng)力相對(duì)較低、受擠壓而不易毀損的含稀±低成本高抗擠毀石油套管及其生產(chǎn) 方法。
[0006] 為達(dá)W上目的，本發(fā)明一種含稀±低成本高抗擠毀石油套管，所述石油套管化 學(xué)成分按重量百分比含量分別為；C 0.15-0. 23 % ;Si 0.15-0. 35 % ;Mnl. 50-1. 80 %; P《0. 020% ;S《0. 010% ;Cr 1. 00-1. 30% ;Mo 0. 10-0. 20% ;A1 0. 01-0. 03% ;稀±元素 RE 0.0005-0. 0100%;Cu《0. 10%;余量為基體化；其中稀±元素RE組分為；67%的Ce和 33 %的La制成。
[0007] 其中所述含稀±低成本高抗擠毀石油套管，其包括W下重量份的組分制備而成：
[000引 高爐鐵水；90份；
[000引廢鋼；10份；
[0010] 預(yù)脫氧合金；3. 6-4. 6份；
[0011] 鉛鐵合金；0. 03-0. 10 份；
[001引 白灰塊；0.2份；
[0013] 鋼鐵合金；0. 18-0. 36 份；
[0014] 稀±絲；0. 02 份；
[00巧]娃巧線；0.05份；
[0016] 其中所述稀±絲由稀±元素RE組分為67%的Ce和33%的La制成。
[0017] 其中所述預(yù)脫氧合金選自娃猛合金、猛鐵合金和鉛鐵合金兩種或兩種W上任意比 例的混合物。
[0018] 一種生產(chǎn)所述含稀±低成本高抗擠毀石油套管的方法，包括如下步驟：
[0019] (1)高爐鐵水預(yù)處理；將所述高爐鐵水中S含量降低到重量百分比0.010% w下；
[0020] (2)頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉；將所述處理后的高爐鐵水和所述廢鋼加入頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐 冶煉，出鋼過(guò)程中采用所述預(yù)脫氧合金進(jìn)行預(yù)脫氧合金化，終脫氧采用鉛鐵合金進(jìn)行有鉛 脫氧工藝，出鋼過(guò)程進(jìn)行擋渣或趴渣，出鋼過(guò)程中合金加完W后加入所述白灰塊；
[0021] (3) LF爐精煉；將步驟（2)冶煉后的鋼水加入LF爐精煉，精煉時(shí)吹氮?dú)猓捎脧牡?級(jí)數(shù)到高級(jí)數(shù)逐漸提高升溫速度的方式將溫度從153CTC升至162(TC;采用造白渣操作并加 入所述鋼鐵合金；最后保持底部軟吹氮?dú)猓尤胨鱿　澜z；
[0022] (4) VD真空處理；真空處理的真空度《0. lOKPa，深真空時(shí)間> 13分鐘后，喂入所 述娃巧絲，喂絲后進(jìn)行8-12分鐘軟吹氮?dú)猓?br>[0023] (5)圓逐連鑄康用低拉速的恒速控制和電磁攬拌工藝并控制鋼水過(guò)熱度《3(TC 進(jìn)行圓逐連鑄；鑄逐出二次冷卻區(qū)域后進(jìn)行矯直，然后切割為圓管逐；
[0024] (6)之后進(jìn)行管逐加熱、穿孔、連社、定徑、冷卻、銀切、熱處理、矯直、探傷、車絲扣， 其中熱處理工藝為；890± 10°C保溫30~50min進(jìn)行水渾，600±20°C保溫60~80min進(jìn)行 空冷；回火后執(zhí)行帶溫矯直，矯直溫度> 50(TC;然后對(duì)鋼管逐支進(jìn)行探傷檢測(cè)，合格者在兩 端進(jìn)行車絲扣加工。
[00巧]鋼種成分設(shè)計(jì)依據(jù)如下：
[0026] C是提高強(qiáng)度和渾透性最有效的元素之一，但為防止渾火變形及開(kāi)裂，考慮套管沖 擊性能的要求，盡量提高M(jìn)n/C比，C含量控制在0. 15~0.23%之間；
[0027] Si有脫氧的作用，同時(shí)能提高強(qiáng)度，但考慮套管沖擊性能的要求，將Si含量控制 在0. 15~0.35%之間；
[002引 Mn有固溶強(qiáng)化的作化可擴(kuò)大奧氏體區(qū)、降低奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變溫度，進(jìn)而細(xì) 化鐵素體晶粒、提高鋼的強(qiáng)初性，并可補(bǔ)償?shù)吞妓斐傻膹?qiáng)度損失，但Mn含量過(guò)高會(huì)產(chǎn)生 偏析，因此，將Mn含量控制在1. 50~1. 80 %之間；
[0029] 化能提高鋼的強(qiáng)度和渾透性，并能在鋼表面形成一層純化膜，具有抗硫化氨腐蝕 和抗氧化能力，因此添加1. 00~1. 30%的化；
[0030] Mo能增加渾透性、并能提高回火穩(wěn)定性，因此加入0. 10~0. 20%的Mo ;
[0031] P會(huì)造成微觀偏析，容易導(dǎo)致渾火馬氏體形成顯微裂紋，因此，將P含量控制在 0. 020% W下；
[003引 S含量的增加會(huì)顯著增加鋼的熱脆性，為了保證套管具有良好的初性，鋼中S含量 應(yīng)控制在0.010% W下；
[0033] A1具有良好的脫氧能力，并可細(xì)化奧氏體晶粒，將A1含量控制在0. 01~0. 03% 之間。
[0034] 加入RE元素能夠起到凈化鋼液、改善非金屬夾雜物形態(tài)、減少點(diǎn)腐蝕和強(qiáng)化晶界 等作用，從而取得提高鋼材沖擊初性的效果。
[0035] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明取得了如下技術(shù)效果：
[0036] ①由于本產(chǎn)品中基本不含有貴重元素V、Nb和Zr，因此生產(chǎn)成本相對(duì)較低、生產(chǎn)難 度相對(duì)較??；
[0037] ②由于在50(TC W上進(jìn)行帶溫矯直，鋼管的殘余應(yīng)力較低，殘余應(yīng)力；《60MPa (采 用環(huán)切法）；
[0038] ③由于"含稀±元素的獨(dú)特成分設(shè)計(jì)"結(jié)合成熟生產(chǎn)工藝，使得鋼管的各項(xiàng)性能優(yōu) 異，具體性能指標(biāo)如下：
[0039] 屈服強(qiáng)度860~9601口3;抗拉強(qiáng)度980~11001口3;屈強(qiáng)比《0.93;延伸率>18%; (TC時(shí)的橫向沖擊值aKv> 60J/cm2;晶粒度> 8. 0級(jí)。
[0040] 本發(fā)明針對(duì)【背景技術(shù)】中存在的問(wèn)題，通過(guò)"獨(dú)特的化學(xué)成分設(shè)計(jì)和W高爐鐵水為 原料的獨(dú)特生產(chǎn)工藝"等技術(shù)措施，很好地解決了上述問(wèn)題，取得了顯著的進(jìn)步。
【具體實(shí)施方式】
[0041] W下結(jié)合實(shí)施例1~實(shí)施例3和對(duì)比例，對(duì)本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu) 點(diǎn)作更詳細(xì)的說(shuō)明。
[0042] 實(shí)施例1~實(shí)施例3和對(duì)比例的整個(gè)冶煉工藝、社制工藝及熱處理工藝完全相同， 所不同的只是合金加入量及化學(xué)成分，實(shí)施例1~實(shí)施例3的具體實(shí)施過(guò)程如下：
[0043] 將90噸高爐鐵水用0. 03噸"金屬鎮(zhèn)粉"作脫硫預(yù)處理，使鐵水中的含S量降低到 (重量百分比）0.010%W下；
[0044] 將所述的90噸預(yù)處理鐵水兌入100噸級(jí)的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐中，再加入10噸優(yōu)質(zhì)廢 鋼，然后采用單渣工藝進(jìn)行冶煉，終渣中氧化巧與二氧化娃的重量百分比按3. 0控制，采用 娃猛、猛鐵和鉛鐵進(jìn)行脫氧合金化，在出鋼時(shí)采用鉛鐵合金進(jìn)行終脫氧，出鋼過(guò)程必須擋 渣，擋渣失敗必須趴渣，出鋼過(guò)程中合金加完W后加入0. 2噸白灰塊；
[0045] 將冶煉好的鋼水裝入鋼水包進(jìn)入LF爐工位進(jìn)行精煉；精煉時(shí)按要吹氮?dú)猓ǖ獨(dú)饬?量為每分鐘100標(biāo)升），采用從低級(jí)數(shù)到高級(jí)數(shù)逐漸提高升溫速度的方式將溫度從153(TC 升至162(TC;根據(jù)轉(zhuǎn)爐鋼水成分及溫度進(jìn)行造渣脫硫、成分調(diào)整及升溫操作；采用造白渣操 作，加入鋼鐵合金；
[0046] 當(dāng)LF爐精煉結(jié)束后要保持底部軟吹氮?dú)猓髁繛槊糠昼?0標(biāo)升），同時(shí)加入0. 02 噸稀±絲；
[0047] 然后對(duì)精煉好的鋼水再進(jìn)行VD真空處理：深真空度《0. lOKPa，深真空時(shí)間> 13 分鐘；再喂入200米長(zhǎng)（質(zhì)量為0. 05噸）的娃巧線，喂絲后保持10分鐘軟吹氮?dú)猓髁繛?每分鐘40標(biāo)升）。
[004引將經(jīng)過(guò)VD真空處理后的鋼水大包吊上鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行5機(jī)5流圓逐連鑄，鋼水過(guò) 熱度AT《3(TC ;鑄逐出二次冷卻區(qū)域后進(jìn)行矯直，然后用火焰切割為圓管逐。
[0049] 實(shí)施例1~實(shí)施例3的具體合金加入量見(jiàn)表1。
[0050] 表1實(shí)施例1~實(shí)施例3中的合金加入量（公斤）
[0051]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含稀土低成本高抗擠毀石油套管，其特征在于：所述石油套管化學(xué)成分按重 量百分比含量分別為：C 0.15-0. 23% ;Si 0.15-0. 35% ;Mn L 50-1. 80% ;P< 0.020%; S 彡 0· 010 % ;Cr I. 00-1. 30 % ;Mo 0· 10-0. 20 % ;A1 0· 01-0. 03 % ;稀 土元素 RE 0. 0005-0. 0100% ;Cu < 0. 10% ;余量為基體Fe ;其中稀土元素 RE組分為：67%的Ce和 33 %的La制成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述含稀土低成本高抗擠毀石油套管，其特征在于其包括以下重量 份的組分制備而成： 高爐鐵水：90份； 廢鋼：10份； 預(yù)脫氧合金：3. 6-4. 6份； 鋁鐵合金：〇. 03-0. 10份； 白灰塊：0.2份； 鑰鐵合金：〇. 18-0. 36份； 稀土絲：0. 02份； 硅鈣線：0. 05份； 其中所述稀土絲由稀土元素 RE組分為67%的Ce和33%的La制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述含稀土低成本高抗擠毀石油套管，其特征在于所述預(yù)脫氧合金 選自硅錳合金、錳鐵合金和鉻鐵合金兩種或兩種以上任意比例的混合物。
4. 一種生產(chǎn)如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述含稀土低成本高抗擠毀石油套管的方法，其 特征在于包括如下步驟： (1) 高爐鐵水預(yù)處理：將所述高爐鐵水中S含量降低到重量百分比0. 010%以下； (2) 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉：將所述處理后的高爐鐵水和所述廢鋼加入頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶 煉，出鋼過(guò)程中采用所述預(yù)脫氧合金進(jìn)行預(yù)脫氧合金化，終脫氧采用鋁鐵合金進(jìn)行有鋁脫 氧工藝，出鋼過(guò)程進(jìn)行擋渣或扒渣，出鋼過(guò)程中合金加完以后加入所述白灰塊； (3) LF爐精煉：將步驟（2)冶煉后的鋼水加入LF爐精煉，精煉時(shí)吹氬氣，采用從低級(jí)數(shù) 到高級(jí)數(shù)逐漸提高升溫速度的方式將溫度從1530°C升至1620°C;采用造白渣操作并加入所 述鑰鐵合金；最后保持底部軟吹氬氣，加入所述稀土絲； (4) VD真空處理：真空處理的真空度< 0. lOKPa，深真空時(shí)間彡13分鐘后，喂入所述硅 鈣絲，喂絲后進(jìn)行8-12分鐘軟吹氬氣； (5) 圓坯連鑄：采用低拉速的恒速控制和電磁攪拌工藝并控制鋼水過(guò)熱度< 30°C進(jìn)行 圓坯連鑄：鑄坯出二次冷卻區(qū)域后進(jìn)行矯直，然后切割為圓管坯； (6) 之后進(jìn)行管坯加熱、穿孔、連軋、定徑、冷卻、鋸切、熱處理、矯直、探傷、車絲扣，其中 熱處理工藝為：890±10°C保溫30~50min進(jìn)行水淬，600±20°C保溫60~80min進(jìn)行空 冷；回火后執(zhí)行帶溫矯直，矯直溫度> 50(TC;然后對(duì)鋼管逐支進(jìn)行探傷檢測(cè)，合格者在兩端 進(jìn)行車絲扣加工。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含稀土低成本高抗擠毀石油套管及其生產(chǎn)方法，屬于冶金及成型技術(shù)領(lǐng)域，管坯化學(xué)成分及含量(Wt％)為：C0.15-0.23；Si0.15-0.35；Mn1.50-1.80；P≤0.020；S≤0.010；Cr1.00-1.30；Mo0.10-0.20；Al0.01-0.03；稀土元素RE0.0005-0.0100；Cu≤0.10；其工藝流程為：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→精煉→真空處理→連鑄→切割→管坯加熱→穿孔→連軋→定徑→冷卻→鋸切→熱處理→矯直→探傷→車絲扣；屈服強(qiáng)度為860～960MPa、0℃時(shí)的橫向沖擊值≥60J/cm2。本發(fā)明的產(chǎn)品具有生產(chǎn)成本低、強(qiáng)韌性能匹配高、組織均勻細(xì)小、殘余應(yīng)力低、抗擠毀性能高的特點(diǎn)。
【IPC分類】C22C38-38, C21D8-10, C22C38-22
【公開(kāi)號(hào)】CN104630643
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510088968
【發(fā)明人】賀景春, 李春龍, 豐小冬
【申請(qǐng)人】?jī)?nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年2月27日