[發明專利]一種鉆鋌鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201010186900.1
• 申請日: 2010-05-26
• 公開（公告）號: CN102260827A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 代華云;郭華;劉建華;張彥恒;冷元平;柯曉濤;韓振宇;雷秀華;陳小龍
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團鋼鐵釩鈦股份有限公司;攀鋼集團研究院有限公司;攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司;攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司
• 主分類號: C22C38/50
• 分類號: C22C38/50;C21C7/04;C21C7/072;C21C7/06
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 陳小蓮;王鳳桐

技術領域

本發明涉及一種鉆鋌鋼及其制備方法。

背景技術

鉆鋌是石油、天然氣鉆塔開采過程中使用的主要工具，是鉆柱的最重要組成部分之一，它接在方形鉆桿的下方，與鉆頭連接，在鉆井過程中具有向鉆頭提供鉆進的壓力及提高鉆柱剛性、同時起加壓和防止井偏的作用。鉆鋌服役環境惡劣，不僅要受到拉壓、彎曲、扭轉等應力作用，而且還要受到井壁的摩擦以及油、氣、泥漿等介質的磨損和腐蝕。因此，要求鉆鋌自身具有重量大、管壁厚、剛性好和良好的綜合性能。

目前，世界各國多采用具有一定淬透性的合金結構鋼制造鉆鋌。以美國為代表，ASTM?A304-2005標準規定的代表性鋼種主要是AISI4145H，中國及其他國家均仿照美國標準生產鉆鋌用鋼，我國開發的替代進口的鋼種是45CrMnMo，鋼的成分和性能與AISI4145H接近，主要用于制造Φ121，Φ146，Φ159，Φ165，Φ178，Φ203等大規格鉆鋌。生產工藝方面，國內外基本上采用電爐或轉爐冶煉+爐外精煉(主要是RH、VD等)+模鑄或連鑄+開坯+軋制(或鍛造)圓鋼+退火、矯直的工藝生產石油鉆鋌鋼，也有采用無縫鋼管制造鉆鋌的，但是因管壁太厚(60mm左右)，軋制鋼管時壁厚不均勻的問題沒有得到解決，加之成本高，未能得到推廣。

美國ASTM?A304-2005標準規定AISI4145H鉆鋌鋼的化學成分：C0.42％-0.49％、Si?0.15％-0.30％、Mn?0.75％-1.20％、Cr?0.75％-1.20％、Mo0.15％-0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％、Cu≤0.20％。而我國45CrMnMo鋼的成分為：C?0.41％-0.49％、Si?0.15％-0.35％、Mn?1.00％-1.30％、Cr1.00％-1.30％、Mo?0.25％-0.35％、P≤0.035％、S≤0.035％、Cu≤0.20％、Ni≤0.25％。

目前，隨著石油工業和天然氣開采業的快速發展，在不增加生產成本的前提下，要求大幅度提高鉆鋌的使用壽命，必然對鉆鋌鋼的強度和塑韌性提出了更高的要求，即抗拉強度大于1000兆帕，屈服強度大于880兆帕，伸長率大于17％，沖擊功Akv大于80焦耳。實際生產中采用美國標準生產的AISI4145H鉆鋌鋼，鋼的抗拉強度為980兆帕-1100兆帕，屈服強度為820兆帕-980兆帕，伸長率為13％-19％，沖擊功Akv為55焦耳-80焦耳。可見，其抗拉強度和屈服強度勉強滿足要求，但是伸長率和沖擊功仍有較大的差距。而采用我國標準生產的45CrMnMo鉆鋌鋼，強度較高，但是塑韌性(指鋼的塑性和韌性，包括延伸率、斷面收縮率及沖擊韌性等)波動大，控制不好就不能滿足要求，其鋼的抗拉強度為980兆帕-1200兆帕，屈服強度為870兆帕-1050兆帕，伸長率為15％-20％，沖擊功AkV為55焦耳-100焦耳。

要提高鉆鋌鋼的強度，最簡單的方法是提高鋼中C、Si、Mn、Cr、Mo等元素的含量，但這不僅增加生產成本，而且將使鋼的塑韌性降低，更難滿足高強韌性的要求。目前，生產的鉆鋌鋼強度與塑韌性的匹配不好，表現在鋼的強度高，延伸率和沖擊韌性偏低，例如，《特殊鋼》雜志(2002年8月，第23卷第4期，第47-48頁)報道了4145H石油鉆鋌管的生產，將C含量控制在0.44％-0.46％，Si?0.21％-0.34％，Mn?0.93％-1.11％、Cr?0.92％-1.14％、Mo0.17％-0.24％，經過軋制鋼管較大的變形后，調質處理鋼的強度高達1000兆帕以上，但是塑韌性難于滿足新要求，其平均伸長率為16％，平均沖擊功AkV為70焦耳。

《上海鋼研》雜志(2004年第4期，第34-38頁)報道了AISI4145H鉆鋌用鋼的研制情況，按照美國標準規定的成分，采用電爐、VD真空脫氣及模鑄工藝生產鉆鋌鋼，調質處理后鋼的抗拉強度為990兆帕-1210兆帕，屈服強度為855兆帕-1080兆帕，伸長率為16％-22％，沖擊功AkV為72焦耳-110焦耳，也不能全部滿足鉆鋌鋼新的使用要求。

《大型鑄鍛件》雜志(2008年1月，第1期，第36-37頁)報道了石油鉆桿用ASTM4145H的生產試制，將C含量控制在0.44％-0.47％，Si?0.22％-0.26％，Mn?0.94％-0.98％、Cr?0.80％-0.83％、Mo?0.15％-0.16％，采用電爐、VD真空脫氣、模鑄、鍛造工藝生產，調質處理后鋼的抗拉強度僅為925兆帕-1010兆帕，屈服強度為710兆帕-845兆帕。