[發明專利]一種低碳錳合金化實體膨脹管管材及其制造方法

在審

• 申請號: 202010478900.2
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111733369A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 李德君;陳剛;李杰;馮耀榮;郭建華;何飛;白強;曹峰
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所;中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: C22C38/58
• 分類號: C22C38/58;C22C38/38;C22C38/02;C21D8/10;C21D1/26;C21D1/18;E21B7/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發明公開了一種低碳錳合金化實體膨脹管管材及其制造方法，制造過程中將配比好的合金成份依次經熔煉、擴散退火、熱軋、冷軋或冷拔、熱處理，制成低碳錳合金化實體膨脹管管材，熱處理中雙相區亞溫淬火處理，以及高溫回火處理的控制是保證管材性能的關鍵部分，在臨界淬火處理與高溫回火過程中，因為限制了Mn和Ni的組成成分配比，添加一定量的Cr元素，使得在雙相區亞溫淬火處理過程中能夠獲得足夠的殘余奧氏體，使得碳元素和其他的合金元素在鐵素體和奧氏體中重新配分，從而使奧氏體的穩定性不斷提高，最終在室溫下被保留下來，獲得了鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體組織。

【技術領域】

本發明屬于實體膨脹管領域，具體涉及一種低碳錳合金化實體膨脹管管材及其制造方法。

【背景技術】

實體膨脹套管SET(Solid Expandable Tubular)技術是以“節省”井眼尺寸為目的，在井眼中將一種特殊套管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。

實體膨脹管技術已經成功地實現了商業化應用，其核心技術主要包括：膨脹管管材、膨脹管螺紋、作業工具以及其他配套技術，但其核心內容目前仍由少數幾個國際化大公司所掌握，其技術轉讓費用及產品售價較高。

常規套管在服役過程中應處于彈性變形狀態，不允許產生宏觀塑性變形，當材料發生宏觀塑性變形時就意味著結構件開始失效。所以對于常規套管而言，在滿足強度要求的前提下，希望材料有著高的屈服強度，以及一定的塑性以滿足材料能夠安全服役。因此普通套管材料的屈強比控制一般在0.85～0.90。

與常規套管不同，膨脹管是在發生一定量塑性變形之后才進入服役狀態的，因此希望膨脹前管材應具有低的屈服強度以便減小膨脹作業時的膨脹力，同時要有較大的均勻塑性延伸率使得膨脹過程始終處于管材的均勻塑性變形范圍內；膨脹完成后膨脹管則應具有高的屈服強度，以滿足膨脹管對承壓及連接強度的要求，以及一定的塑性余量，以保證材料的安全服役。

綜合分析可知，膨脹管應具有低屈服強度、低屈強比、優良的塑性(特別是均勻塑性變形能力)、足夠的應變硬化能力以保證管材變形均勻，并且在膨脹之后具有高強度和滿意的塑韌性，特別是在膨脹前后，膨脹管對管材強度具有幾乎完全相反的要求。因此，現有普通套管不適合用作實體膨脹管。另外由于膨脹管特殊的使用方法，其對管材尺寸精度的要求高于普通套管，因此，迫切需要設計一種新型膨脹管以適用鉆井、完井和修井技術中的應用。

【發明內容】

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種低碳錳合金化實體膨脹管管材及其制造方法，以克服現有的套管不適合用作實體膨脹管，沒有辦法滿足高均勻延伸率、高塑性、低屈服強度、低屈強比、尺寸精度高要求的技術問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種低碳錳合金化實體膨脹管管材的制造方法，包括以下步驟：

步驟1，將配比好的混合合金經熔煉制成鑄錠；

所述混合合金按質量百分比的組成為：C：0.06～0.15％；Cr：0.20～0.50％；Mn：1.6～3.0％；Si：0.15～0.55％；Ni：0～1.0％；P≤0.01％；S≤0.01％，余量為Fe；其中，Mn和Ni的質量百分比之和≥2.5％；

步驟2，將鑄錠進行擴散退火處理，得到退火處理后的鑄錠；

步驟3，將退火處理的鑄錠通過熱軋制成無縫管管坯；

步驟4，將無縫管管坯經冷軋或冷拔加工至目標尺寸，得到管材；

步驟5，將管材經過兩次淬火處理后進行回火處理，回火后的管坯冷卻至室溫后，經校直制得低碳錳合金化實體膨脹管管材；

其中第二次淬火為雙相區亞溫淬火處理，亞溫淬火處理的溫度為700～810℃，亞溫淬火處理的時間為30～90min。