[發明專利]一種高強高韌N80Q石油套管及其制造方法

有效

• 申請號: 201610362074.9
• 申請日: 2016-05-27
• 公開（公告）號: CN105925883B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 畢宗岳;何石磊;韋奉;李遠征;張峰;白鶴;李周波;梁航;王濤;周新義;王亮;徐凱;楊曉龍
• 申請（專利權）人: 寶雞石油鋼管有限責任公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/18;C22C38/12;C22C38/06;C22C38/14;C21D8/10
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域：

本發明涉及一種石油套管，具體涉及一種高強高韌N80Q石油套管及其制造方法。

背景技術：

目前，油氣資源的開采對套管強度的要求顯著提高，但材料的韌性也逐步下降，并且材料對表面缺陷的敏感程度會進一步地增大。大量失效分析發現：組織韌性較差和沖擊韌性過低等是造成石油套管斷裂的主要因素之一。同時，研究也表明：鋼的強度和韌性、塑性通常表現為互為消長的關系，而細化晶粒是唯一可提高強度和韌性的手段。

石油套管生產工藝主要有無縫軋制鋼管和直縫電阻焊鋼管兩種。無縫套管因采用穿孔成型，管坯的軋制變形量較小，而直縫焊管采用熱軋卷板作原料，該原料的原始厚鑄坯經過控扎控冷工藝(TMCP)，在大的軋制變形量和控制冷卻下，微觀組織得到有效控制，晶粒細化效果遠優于無縫管坯，因此管材強韌性也優于無縫管。同時，無縫管為了提高強度，一般加入較高的碳，但是帶來的問題是韌性損失。N80鋼級以上高強度直縫電阻焊套管在生產中，為了提高強度，一般需要采用離線調質處理，主要帶來兩方面問題：一是高溫和較長時間保溫容易使管坯組織粗化，使得原始卷板晶粒細小優勢不能得到發揮；二是管坯在電阻爐或燃氣爐進行900℃以上長時間高溫加熱，造成能源大量浪費，環境污染，制造成本增加等。

2013年6月12日公布的公布號為CN 103147009 A的中國發明專利，該專利公開了一種N80Q鋼級石油套管及其制造方法，涉及一種經濟型高強韌N80Q鋼級套管及其制造方法，其鋼成分設計中降低了Cr、Ti等元素含量，但未使用Mo、Nb等元素，熱處理工藝仍然采用淬火+回火這種傳統的熱處理方式，其成本降低有限，限制了套管性能提升，因而該套管的強度偏API標準要求的下限，同時其韌性的增幅也有限。

2015年2月18日公布的公布號為CN 104357756 A的中國發明專利，該專利公開了一種抗硫化氫應力腐蝕直縫焊接石油套管及其制造方法，涉及一種在硫化氫環境下使用的高頻電阻石油套管用鋼，化學成分采用了Nb、V、Mo等微合金化，該專利在制造方法中雖采用熱張力減徑余熱后在線管材控制冷卻，但是管材晶粒度≥9，焊縫橫向沖擊功≥108J，說明在高溫熱軋過程中未充分發揮出熱張減工藝下微合金元素細化作用，而且還有提升管材性能和降低成本的空間。

發明內容：

為了克服上述缺點，本發明目的在于提供一種高強高韌N80Q石油套管及其制造方法，本發明的石油套管的屈服強度為650～758MPa，抗拉強度為≥740MPa，延伸率≥25％，橫向沖擊功≥150J，縱向沖擊功≥180J，組織晶粒尺寸≤5μm，產品強韌性匹配高、晶粒細小，簡化了生產工序，提高了生產效率，降低了能耗和成本。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種高強高韌N80Q石油套管，其化學成分的重量百分配比為C：0.08～0.22％；Si：0.15～0.30％；Mn：0.8～1.5％；P：≤0.010％；S：≤0.005％；Cr：0.5～1.0％；Mo：0.10～0.30％；Al：0.005～0.01％；Nb：0.03～0.15％；Ti：0.02～0.1％；Ca：0.001～0.003％；B：0.001～0.005％；RE：0.0002～0.001％；余量為Fe和不可避免的雜質。

上述石油套管的屈服強度為650～758MPa，抗拉強度為≥740MPa，延伸率≥25％，橫向沖擊功≥150J，縱向沖擊功≥180J。

上述石油套管的組織晶粒尺寸≤5μm。

本發明合金成分的選取說明：

C：碳是主要固溶強化元素，可與多種合金形成強化相，可提高鋼的強度；但當含量提高時惡化卷板的焊接性能，應嚴格限制碳含量。因本發明采用熱軋卷板要充分考慮焊接性能和焊縫質量，同時也要有利于后續熱處理工藝。為實現本發明的目的將C含量控制在0.08％～0.22％。

Si：硅主要起脫氧作用，含量多時對韌性和抗腐蝕性能不利，故含量越低越好，將其限定在0.15～0.30％。

Mn：錳可顯著提高鋼的淬透性，提高鋼的強度。但當含量多時容易形成帶狀組織，降低鋼的韌性性能。為達到發明的目的，設計范圍為0.8～1.5％。

P、S：硫、磷含量越低對鋼的焊接性能、腐蝕和韌性越有利，因此，限定P：≤0.010，S：≤0.005，以保證鋼的焊縫質量和韌性性能指標。

Cr：鉻提高淬透性，改善鋼的強韌性。但含量多時容易在未加保護氣體HFW焊接中產生夾雜物、灰斑等缺陷，顯著降低焊縫性能。因此控制鉻含量在0.5％～1.0％之間。