[發明專利]一種超高強度高韌性鉆桿管體及其熱處理工藝

無效

• 申請號: 201110227886.X
• 申請日: 2011-08-10
• 公開（公告）號: CN102268609A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 袁鵬斌;歐陽志英;舒志強;余世杰
• 申請（專利權）人: 上海海隆石油管材研究所
• 主分類號: C22C38/46
• 分類號: C22C38/46;C21D9/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 胡紅芳

技術領域

本發明涉及一種用于鉆井特別是深井及超深井中的超高強度高韌性鉆桿管體及其熱處理工藝，特別適用于一種165鋼級超高強度石油鉆桿管體，屬于石油天然氣鉆采技術領域。

背景技術

隨著鉆井技術發展和淺層易開采油氣層的逐漸減少，鉆井深度在不斷增加，我國近幾年要鉆大量7000～8000m的超深井，我國海洋鉆井也逐步走向深海開發。井的深度增加，就要求材料有更高的屈服強度和與之匹配的高韌性，目前常用的符合美國石油學會（API）規定的最高鋼級S-135鉆桿無法滿足其要求，V-150鋼級及165鋼級等超高強度鉆桿是有效的解決方案之一。

試驗結果表明，常用鉆桿管體如27CrMo如按常規熱處理成超高強度時，存在一些問題，首先是沖擊韌性低，當其屈服強度為150～180Ksi（1033～1240MPa），沖擊功（縱向，-20℃，3/4尺寸）往往只有30～55J左右；二是回火溫度低，不利后續的焊縫熱處理及內涂層噴涂工序，第三是淬透性略差，在管體整體熱處理時難以保證加厚端（30mm左右）的淬透性，從而導致加厚端沖擊性能顯著下降。

發明內容

本發明目的在于提供一種超高強度高韌性鉆桿管體及其熱處理工藝，能克服現有普通鉆桿材料上訴不足之處，熱處理后，其機械性能如下：屈服強度為150～180Ksi（1033～1240MPa），延伸率≥15%，沖擊功（縱向，-20℃，3/4尺寸）≥80J。韌脆轉變溫度-45≤℃。

所述目的是通過如下方案實現的：

一種超高強度高韌性鉆桿管體，所述鉆桿管體是由下述重量百分比的成分組成：C?0.20～0.28%，Mn?0.50～0.6%，P≤0.01%，S≤0.005%，V?0.1～0.30%，Al≤0.03%，1.5%≤Cr+Mo+Ni≤3%，余量為Fe和不可去除的痕量元素。

上述超高強度高韌性鉆桿管體的熱處理工藝包括兩次淬火和一次回火，按如下工藝和步驟進行：

（1）首先，進行第一次淬火：

將鉆桿管體加熱到880～920℃，保溫30～60min后出爐，用10～40℃的水噴淋，淬火后管體溫度不高于100℃；

（2）然后，進行第二次淬火：

將鉆桿管體加熱到800～870℃，保溫15～30min后出爐，用10～40℃的水噴淋，噴淋時間不少于10s；

（3）最后，回火：

將鉆桿管體加熱到560～650℃，保溫50～80min后出爐，空冷至200～300℃矯直，空冷至室溫。

在所述第一次淬火和所述第二次淬火時，根據不同規格，可以分別調整所述鉆桿管體的加厚端和管體處的噴淋量，以使加厚端和管體處的冷卻速度基本一致，從而保證加厚端和管體處具有基本一致的淬火組織。

所述第二次淬火后的組織由板條馬氏體和鐵素體兩相組成，其中，板條馬氏體含量為70%以上。

所述步驟（3）回火處理后，所述鉆桿管體的晶粒度≥9.0級。

本發明的有益效果：通過合理控制元素含量及其熱處理參數，使得鉆桿管體具有高強度的同時還具有高的低溫韌性，且加厚端的組織和管體組織基本一致，回火溫度高于550℃，保證了焊后熱處理及噴涂內涂層等后續工序的正常開展。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明進行具體描述。有必要在此指出的是，以下實施例只用于對本發明作進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的專業技術人員根據本發明的內容作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。

按本發明對鉆桿管體的化學成分要求，冶煉、連鑄連軋后，軋制成5’×9.19mm，長9.2m的管坯，并加厚到API要求尺寸，并按如下步驟進行熱處理：①第一次淬火，將鉆桿管體加熱到880～920℃，保溫30～60min后出爐，用10～40℃的水噴淋，淬火后管體溫度不高于100℃。②第二次淬火：將鉆桿管體加熱到800～870℃，保溫15～30min后出爐，用10～40℃的水噴淋，噴淋時間不少于10s。③回火：將鉆桿管體加熱到560～650℃，保溫50～80min后出爐，空冷至200～300℃矯直，空冷至室溫。熱處理后，取樣進行化學分析、拉伸及沖擊試驗。

下面就常用的管體材料27CrMo和本發明的管體處理成高鋼級（屈服強度為150～180Ksi）的力學性能進行對比，其化學成分（均為重量百分含量，余量為鐵）見表1，其力學性能見表2。

從表2可以看出，本發明管體強度可以處理到150～180Ksi的水平，而且其沖擊功均大于80J，約為普通鉆桿的2倍。采用本發明所述材質和熱處理工藝，可批量生產150和165鋼級鉆桿管體。