[發明專利]一種含Mn13～19%的合金管材及其制備方法

有效

• 申請號: 201010146741.2
• 申請日: 2010-04-12
• 公開（公告）號: CN101812575A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 馮耀榮;上官豐收;李德君;楊龍;劉永剛;宋生印
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: C21D9/08
• 分類號: C21D9/08;C22C38/38
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 謝小延

技術領域

本發明涉及一種石油天然氣工業實體膨脹管用含Mn13～19％的合金管材及其制備方法。?

背景技術

實體膨脹套管SET(Solid?Expandable?Tubular)技術是以實現“節省”井眼尺寸為目的，在井眼中將套管柱徑向膨脹至所要求的直徑尺寸的一種鉆井、完井和修井新技術。應用該技術可以使得下入的套管層數增加，給深井、復雜地質條件的鉆井和井身結構帶來“革命性”的影響和重大技術經濟效益。它可以將井眼變“瘦”顯著降級開發成本。它將“單一井徑”成為可能。?

實體膨脹套管技術目前由少數幾個公司所壟斷，主要包括威德福公司、貝克石油工具公司、TIW公司、億萬奇公司、哈里伯頓公司等，其中應用該技術最成熟的是億萬奇公司。許多關鍵技術，如：實體膨脹管用鋼、膨脹套管連接技術、作業工具以及其他配套技術等屬于商業保密，將該技術引進國內成本較高。實體膨脹管用鋼是影響實體膨脹套管技術推廣應用的幾個關鍵技術之一。?

為了保證膨脹施工的順利實施，膨脹管應具有優良的膨脹性能并且要求材料在膨脹之后仍具有良好的塑性和強度。傳統的鐵素體珠光體材料在發生一定量的冷變形之后，塑性會顯著降低，使用不安全性較大。為了保證膨脹施工的順利實施，可膨脹管應具有較低的屈服強度、低屈?強比、優良的塑性(特別是均勻塑性變形能力)、較大的形變強化性能以保證經過較大的膨脹變形過程中變形均勻、不發生開裂等良好的膨脹性能并且要求材料在膨脹之后具有高的強度和良好的塑性。?

發明內容

本發明的目的是提供一種具有低屈服強度、高均勻延伸率、高塑性、高抗拉強度特性的含Mn13～19％的合金管材及其制備方法，用該合金管材制備實體膨脹管，使制得的膨脹管在膨脹擴徑過程中具有良好的膨脹性能，優良的均勻變形能力，同時保證擴徑后管體兼備高的強度和足夠的塑性。?

本發明所述的一種含Mn13～19％的合金管材及其制備方法，如下：?

(1)按質量百分比由如下成分組成：?

C：0.01～0.3％、Mn：13～19％、Si：1～5％、Al：0～5％、P≤0.015％、S≤0.01％，N≤0.008％，余量為Fe；或在以上成分基礎上再添加Cr：1～6％；Cu：0.1～0.5％；Nb：0.01～0.15％、Ti：0.01～0.1％、V：0.01～0.15％中的一種或兩種以上的合金元素。?

(2)將上述材料在真空條件下熔煉鑄造，鑄錠在1200℃進行3～4小時的均勻化退火，以改善合金元素的偏析，鋼錠經熱軋或冷軋后制成鋼板；通過直縫電阻焊制管或熱軋制成無縫管管坯。?

(3)經(2)工藝所得管坯經1000～1150℃固溶處理后得到完全奧氏體組織，隨后在150～450℃條件下進行200～800s的時效處理，獲得組織性能更加穩定的可膨脹管材。?

本發明主要是利用了相變誘發塑性(Transformation?Induced?Plasticity)機制來提高材料的強度和塑性。TRIP效應常出現于奧氏體合金中。發生TRIP效應的奧氏體鋼的均勻延伸率超過30％，抗拉強度超過900MPa，?這是一般的鐵素體珠光體合金或馬氏體合金所無法比擬的。根據可膨脹管的工作特點，本發明合金具有高均勻延伸率、高塑性、低屈服強度、低屈強比，高加工硬化能力等特點：總延伸率≥45％，均勻延伸率≥30％，屈服強度350～500MPa，抗拉強度900～1100MPa，屈強比(屈服強度與抗拉強度之比)0.48～0.58。低的屈服強度保證了膨脹過程的平穩啟動，高的均勻延伸率保證了膨脹管在膨脹過程中具有良好的膨脹性能，高的加工硬化能力保證了膨脹管有著良好的均勻變形能力并且保證了膨脹施工完成之后管體強度大幅度增加。該材料在經過20～30％的塑性變形后，總延伸率≥20％，均勻延伸率≥15％，屈服強度達到710～850MPa，抗拉強度達到900～1100MPa，屈強比0.65～0.88。管體力學性能達到API標準對95ksi～120ksi鋼級套管力學性能的要求。?