具有碳当量要求的石油套管及制备方法与流程

1.本发明属于石油化工管材技术领域，尤其涉及具有碳当量要求的石油套管及制备方法。


背景技术：

2.api spec 5ct目录中常用的套管，参考该套管的化学成分要求可知，该套管的化学成分是典型的碳锰钢，按照该成分控制要求只考虑了强度、韧性及硬度等性能指标，没有考虑碳当量要求，若按碳当量公式计算，api spec 5ct目录中常用的套管对应不同钢级的化学成分无法满足碳当量要求。因此，需要设计一种新的化学成分，使其满足碳当量的要求，同时在炼钢、轧制、热处理后，套管的各项性能指标满足该钢级力学性能的要求。


技术实现要素：

3.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
4.具有碳当量要求的石油套管，所述石油套管包括如下重量百分比的各组分：
5.c：0.24～0.28；
6.si：0.17～0.32；
7.mn：1.17～1.32；
8.p≤0.015；
9.s≤0.01；
10.cr：0.16～0.25；
11.mo＜0.1；
12.cu≤0.15；
13.al：0.01～0.04；
14.v：0.06～0.09；
15.ni≤0.15；
16.n≤0.009；
17.o≤0.004；
18.b：0.0005～0.002；
19.v：0.06～0.09；
20.ti：0.008～0.02；
21.余量为fe。
22.所述的具有碳当量要求的石油套管的制备方法，包括如下步骤：
23.获取炼钢原料，经处理获得符合各组分质量含量要求的钢水，经连铸工序，浇铸成连铸坯；
24.将获得的铸坯进行斜轧热穿孔、pqf三辊限动芯棒热连轧、热定径；
25.采用淬火加回火的热处理工艺进行热处理：淬火温度为900℃
±
5℃，淬火介质为
水，回火温度为(560～700)℃
±
5℃，表面除磷，空气冷却；热处理后，进行热矫直处理，冷却，探伤。
26.进一步的，对铸坯进行轧制时：将冷却后的铸坯在环形加热炉内加热，环形炉炉温为1280℃～1330℃；热穿孔时温度为1200℃～1250℃；pqf三辊连轧时的温度为1020℃～1130℃。
27.进一步的，所述石油套管的尺寸特征为：
28.外径：0.3％～1.0％d；d代表公称外径；
29.壁厚公差带控制：-10％t；t代表公称壁厚；
30.外径不圆度≤0.5％；
31.壁厚不均度≤14％。
32.进一步的，所述石油套管为80ksi钢级、90ksi钢级、95ksi钢级、110ksi钢级或125ksi钢级石油套管。
33.进一步的，
34.当石油套管为80ksi钢级石油套管时，具备的材料力学性能指标及组织特征为：屈服强度552～655mpa，抗拉强度≥655mpa；横向全尺寸夏比v型缺口冲击值≥130j，纵向全尺寸夏比v型缺口冲击值≥160j，洛氏硬度值≤23.0hrc，晶粒度≥9.0级，管组织为回火索氏体；
35.当石油套管为90ksi钢级石油套管时，具备的材料力学性能指标及组织特征为：屈服强度621～724mpa，抗拉强度≥689mpa；横向全尺寸夏比v型缺口冲击值≥120j，纵向全尺寸夏比v型缺口冲击值≥150j，洛氏硬度值≤25.4hrc，晶粒度≥9.0级，管组织为回火索氏体；
36.当石油套管为95ksi钢级石油套管时，具备的材料力学性能指标及组织特征为：屈服强度655～758mpa，抗拉强度≥724mpa；横向全尺寸夏比v型缺口冲击值≥110j，纵向全尺寸夏比v型缺口冲击值≥140j，洛氏硬度值≤25.4hrc，晶粒度≥9.0级，管组织为回火索氏体；
37.当石油套管为110ksi钢级石油套管时，具备的材料力学性能指标及组织特征为：屈服强度758～965mpa，抗拉强度≥862mpa；横向全尺寸夏比v型缺口冲击值≥100j，纵向全尺寸夏比v型缺口冲击值≥130j，晶粒度≥9.0级，管组织为回火索氏体；
38.当石油套管为125ksi钢级石油套管时，具备的材料力学性能指标及组织特征为：屈服强度862～1034mpa，抗拉强度≥931mpa；横向全尺寸夏比v型缺口冲击值≥80j，纵向全尺寸夏比v型缺口冲击值≥100j，晶粒度≥9.0级，管组织为回火索氏体。
39.本发明的优点和积极效果是：
40.本发明通过采用新的化学成分，使石油套管满足碳当量的要求，同时在炼钢、轧制、热处理后，套管的各项性能指标满足该钢级力学性能的要求，且经过化学成分的调控，石油套管的碳当量在0.49～0.63之间，符合碳当量的要求。
具体实施方式
41.首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此
外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。
42.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
43.实施例1
44.具有碳当量要求的石油套管，所述石油套管包括如下重量百分比的各组分：
45.c：0.24～0.28；
46.si：0.17～0.32；
47.mn：1.17～1.32；
48.p≤0.015；
49.s≤0.01；
50.cr：0.16～0.25；
51.mo＜0.1；
52.cu≤0.15；
53.al：0.01～0.04；
54.v：0.06～0.09；
55.ni≤0.15；
56.n≤0.009；
57.o≤0.004；
58.b：0.0005～0.002；
59.v：0.06～0.09；
60.ti：0.008～0.02；
61.余量为fe。
62.所述的具有碳当量要求的石油套管的制备方法，包括如下步骤：
63.获取炼钢原料，可以采用铁水 优质废钢原料或全冷料 优质废钢原料，用电弧炉熔化成钢水，经炉外精炼和真空脱气获得如上所述的化学成分，经连铸工序，浇铸成连铸坯；
64.将获得的铸坯进行斜轧热穿孔、pqf三辊限动芯棒热连轧、热定径；具体的，对铸坯进行轧制时：将冷却后的铸坯在环形加热炉内加热，环形炉炉温为1280℃～1330℃；热穿孔时温度为1200℃～1250℃；pqf三辊连轧时的温度为1020℃～1130℃；
65.采用淬火加回火的热处理工艺进行热处理：淬火温度为900℃
±
5℃，淬火介质为水，回火温度为(560～700)℃
±
5℃，表面除磷，空气冷却；热处理后，进行热矫直处理，冷却，探伤。
66.所述石油套管的尺寸特征为：
67.外径：0.3％～1.0％d，d代表公称外径；
68.壁厚公差带控制：-10％t，t代表公称壁厚；
69.外径不圆度≤0.5％；
70.壁厚不均度≤14％。
1，其尺寸为其化学成分及各项性能指标如下：
86.所述套管的化学成分(重量百分比)如下表2所示，余量为fe：
87.表2 l80-1化学成分
88.项目csimnpsnicrmocualvtibon检测值0.250.261.230.0090.0020.040.190.030.060.0280.070.0160.00130.00180.0062
89.采用铁水 优质废钢作为炼钢原料，用电弧炉将炼钢原料熔化为钢水，经炉外精炼和vd/rh高真空脱气，获得上述化学成分，经连铸工序浇铸成连铸坯；环形加热炉加热后，经热定心、热穿孔、pqf三辊热连轧，热定径，冷却，锯切，矫直，探伤；热处理炉内900℃
±
5℃温度下奥氏体化，然后水淬冷却，710℃
±
5℃温度下回火，空气冷却，热矫直后，冷却，探伤。
90.计算获得的碳当量为0.54，其中计算公式如下：
[0091][0092]
其中，c、si、mn、cu、ni、cr、mo、v分别代表各自的质量百分比。
[0093]
轧制后，钢管的几何尺寸为：外径不圆度≤0.2％，壁厚不均度≤5％；
[0094]
热处理后，所述套管的力学性能指标如下：
[0095]
屈服强度：590-655mpa；抗拉强度：705-767mpa；断后伸长率：≥30％；冲击值及剪切比：夏比v型缺口冲击值横向10
×
7.5尺寸≥150j，剪切比为100％；夏比v型缺口冲击值横向全尺寸≥187j，剪切比为100％；洛氏硬度值：16.9～22.9hrc；淬透性：≥47.0hrc。
[0096]
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。