一种压裂用超高压直管材料及热处理工艺的制作方法

1.本发明涉及热处理技术领域，具体是一种压裂用超高压直管材料及热处理工艺。


背景技术：

2.直管是油气田压裂施工时进行压裂介质导流的产品，由于压裂介质具有较强的腐蚀性和超高压特性，直管产品内壁经常出现腐蚀和冲蚀，部分产品甚至出现刺漏或爆裂，对压裂施工形成较大安全隐患；目前，国内外主要通过改变材质，提高产品的安全性和使用寿命，例如：将原来直管产品普遍使用的n80钢全面替换成耐应力腐蚀性能更好的30crmo钢；截止目前，国内外生产的直管产品均能很好的满足105mpa及以下压裂工况，但对于施工接近于140mpa的超高压压裂工况，现用材料性能无法满足要求，为了解决上述现有材料处在的问题，现提出一种一种压裂用超高压直管材料及热处理工艺。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对压裂直管的特殊性能要求，在提高合金组元改进现用直管材料淬透性的基础上，提供了一种压裂用超高压直管材料及热处理工艺。
4.本发明的具体方案是：一种压裂用超高压直管材料，包括如下重量百分比的化学成分：c0.22~0.3%、cr0.8~1.3%、ni≤0.5%、mn0.91%、mo0.17%、si0.16%、cu0.013%、p0.01%、s0.004%、al0.023%，其余为fe和不可避免的杂质。
5.一种压裂用超高压直管材料的热处理工艺，包括如下步骤：s1，对直管进行正火处理；正火处理工艺参数为：在300℃一下装炉，以≤150℃/h的加热速度加热至910~930℃，保温1~3h,出炉冷却，采用空冷、风流或者雾冷的方式冷却至200℃以下；s2,回火；将正火后的直管在300℃一下装炉，加热至600~650℃，保温4~6h，出炉冷却，采用空冷、风流或者雾冷的方式冷却至室温；s3,抛丸；将完成正火 回火的直管进行抛丸处理，彻底去除表面氧化皮；s4,高温加热淬火；将直管在300℃一下装炉，以≤120℃/h的加热速度加热至890~910℃，保温2~3h，随后在淬火液中快速冷却至200℃一下；s5,第一次回火；将直管在200℃以下装炉，以≤100℃/h的加热速度加热至590~630℃，保温3~5h，出炉后水冷至400℃以下，再空冷至室温；s6,第二次回火；将直管在200℃以下装炉，以≤100℃/h的加热速度加热至585~615℃，保温3~5h，出炉后空冷至室温。
6.本发明具有以下有益效果：1、本发明所得的合金具有高的强度和韧性，相对于现用直管材料，其芯部屈服强度提高15%以上，冲击韧性提高50%以上，耐应力腐蚀性能强，能很好的满足140mpa压裂施工作业需求；2、同等工况下，本发明工艺所制备的直管相对于现用直管产品，其平均使用寿命能提升30%以上；
3、提高材料的机械性能：抗拉强度≥1020mpa，屈服强度≥896 mpa，延伸率≥15%，端面收缩率≥50%，-29℃下冲击吸收功≥100j。
具体实施方式
7.本发明的具体步骤包括：第一实施方式一种压裂用超高压直管材料，包括如下重量百分比的化学成分：c0.29%、cr0.85%、ni0.14%、mn0.91%、mo0.17%、si0.16%、cu0.013%、p0.01%、s0.004%、al0.023%，其余为fe和不可避免的杂质；其热处理工艺包括如下步骤：s1.正火；工艺参数为：炉温180℃装炉，以130℃/h的加热速度升温至910℃，保温3h,出炉冷却，采用空冷至室温；s2.回火；炉温230℃装炉，以130℃/h的加热速度升温至600℃，保温6h,出炉空冷至室温；s3.进行抛丸处理，彻底去除表面氧化皮；s4.加热淬火；炉温220℃装炉，以110℃/h的加热速度加热至加热890℃，保温3h,随后在淬火液中快速冷却至室温；s5.第一次回火；炉温80℃装炉，以90℃/h的加热速度加热至590℃，保温5h,出炉后水冷至370℃左右，再空冷至室温；s6.第二次回火；炉温80℃装炉，以90℃/h的加热速度加热至585℃，保温5h,出炉后空冷至室温。
8.第二实施方式一种压裂用超高压直管材料，包括如下重量百分比的化学成分：c0.25%、cr1.02%、ni0.22%、mn0.98%、mo0.21%、si0.19%、cu0.01%、p0.008%、s0.003%、al0.02%，其余为fe和不可避免的杂质；其热处理工艺包括如下步骤：s1.正火；工艺参数为：炉温200℃装炉，以120℃/h的加热速度升温至930℃，保温1h,出炉冷却，采用雾冷至室温；s2.回火；炉温230℃装炉，以130℃/h的加热速度升温至600℃，保温6h,出炉雾冷至室温；s3.进行抛丸处理，彻底去除表面氧化皮；s4.加热淬火；炉温160℃装炉，以100℃/h的加热速度加热至加热910℃，保温2h,随后在淬火液中快速冷却至室温；s5.第一次回火；炉温120℃装炉，以80℃/h的加热速度加热至630℃，保温3h,出炉后水冷至380℃左右，再空冷至室温；s6.第二次回火；炉温100℃装炉，以80℃/h的加热速度加热至615℃，保温3h,出炉后空冷至室温。
9.第三实施方式一种压裂用超高压直管材料，包括如下重量百分比的化学成分：c0.23%、cr1.25%、ni0.43%、mn1.12%、mo0.25%、si0.23%、cu0.008%、p0.011%、s0.006%、al0.018%，其余为fe和不可避免的杂质；其热处理工艺包括如下步骤：
1、正火；工艺参数为：炉温200℃装炉，以120℃/h的加热速度升温至920℃，保温2h,出炉冷却，采用空冷至室温；2、回火；炉温210℃装炉，以120℃/h的加热速度升温至620℃，保温5h,出炉空冷至室温；3、进行抛丸处理，彻底去除表面氧化皮；4、加热淬火；炉温240℃装炉，以100℃/h的加热速度加热至加热900℃，保温2.5h,随后在淬火液中快速冷却至室温；5、第一次回火；炉温130℃装炉，以80℃/h的加热速度加热至610℃，保温4h,出炉后水冷至350℃左右，出炉后空冷至室温；6、第二次回火；炉温120℃装炉，以80℃/h的加热速度加热至600℃，保温4h,出炉后空冷至室温。
10.对于实施例1-3的超高压直管材料进行屈服强度、-29℃下冲击吸收功（芯部）及使用寿命测试，试验结果如表1所示，表1同时列出了常用直管材料30crmo合金的力学性能数据作为对比；各项力学性能按照a370标准进行；使用寿命测试是在实验室完成力学性能检测全面合格后，采用直管产品试件在油田压裂实际生产现场完成的。
11.表1实施例1-3的材料性能试验结果


技术特征：
1.一种压裂用超高压直管材料，其特征在于，包括如下重量百分比的化学成分：c0.22~0.3%、cr0.8~1.3%、ni≤0.5%、mn0.91%、mo0.17%、si0.16%、cu0.013%、p0.01%、s0.004%、al0.023%，其余为fe和不可避免的杂质。2.一种压裂用超高压直管材料的热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：s1，对直管进行正火处理；正火处理工艺参数为：在300℃一下装炉，以≤150℃/h的加热速度加热至910~930℃，保温1~3h,出炉冷却，采用空冷、风流或者雾冷的方式冷却至200℃以下；s2,回火；将正火后的直管在300℃一下装炉，加热至600~650℃，保温4~6h，出炉冷却，采用空冷、风流或者雾冷的方式冷却至室温；s3,抛丸；将完成正火 回火的直管进行抛丸处理，彻底去除表面氧化皮；s4,高温加热淬火；将直管在300℃一下装炉，以≤120℃/h的加热速度加热至890~910℃，保温2~3h，随后在淬火液中快速冷却至200℃一下；s5,第一次回火；将直管在200℃以下装炉，以≤100℃/h的加热速度加热至590~630℃，保温3~5h，出炉后水冷至400℃以下，再空冷至室温；s6,第二次回火；将直管在200℃以下装炉，以≤100℃/h的加热速度加热至585~615℃，保温3~5h，出炉后空冷至室温。

技术总结
本发明是一种压裂用超高压直管材料及热处理工艺，包括如下重量百分比的化学成分：C0.22~0.3%、Cr0.8~1.3%、Ni≤0.5%、Mn0.91%、Mo0.17%、Si0.16%、Cu0.013%、P0.01%、S0.004%、Al0.023%，其余为Fe和不可避免的杂质，该材料先后经过正火、回火、抛丸、高温加热淬火、第一次回火、第二次回火获得，本发明解决了现有材料使用寿命短；机械性能不佳的问题，达到了提高使用寿命，提高材料的机械性能，进而有效的降低经济成本的效果。降低经济成本的效果。


技术研发人员：卢清华
受保护的技术使用者：湖北世尔德石油机械有限公司
技术研发日：2021.10.21
技术公布日：2022/7/9