专利名称：：一种耐热套管用钢及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及一种耐热套管用钢及其制造方法，尤其涉及一种适合在温度30040(TC之间、气压在20Mpa左右并长期使用的稠油热采用耐热套管用钢及其制造方法。
背景技术：
：随着石油开采工业的不断发展和石油消耗量的不断增加，开采稠油已成为国内外许多石油公司的主要产量来源。目前，我国的稠油年产量已达30000万吨以上，其中辽河油田、新疆克拉玛依油田的稠油产量已分别占到其原油总产量的1/2和1/3。此外，国外的加拿大、美国和委内瑞拉的稠油产量也都较高。国内外的稠油开采都采用单井吞吐注热蒸汽，使稠油的粘度大大下降以便于开采，因此每年需注蒸汽2-4个轮次。由于注蒸汽操作使得石油套管受热膨胀，受固并被水泥约束，所以套管将受到很大的压应力(热应力)。另外，在回采过程中，由于温度下降，使得套管又会受到较大的拉应力的作用。套管受到上述周期性的拉-压应力的交替作用，在情形严重部位的压应力会达到700MPa以上，同时由于稠油的地层胶结疏松，在采油过程中易出砂，在地层移动的情况下，套管还经常会发生挤毁变形、错断等损毁现象。据统计，辽河油田稠油井的套损率平均为14%，个别区块达到30%。为此，该油田也试用过国外N80、Pl10型号的套管产品，但实际套损率均难以降低。原有的耐热套管产品主要以25Mn2、25CrMo4等C-Mn、Cr-Mo钢种为主，这对于在井底温度不高的环境下基本可以满足用户的使用要求。但是，随着稠油开采方式由蒸汽吞吐井向汽驱井的转变，这对于耐热套管用管材也提出了更高、更苛刻的要求，特别是在35(TC、25Mpa蒸汽压力和长时间工作下更要求其应具备良好的耐高温性能。下表1是现有耐热套管钢种的化学成分。表1现有耐热套管用钢的化学成分<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>通过专利检索，没有检索到有关的耐热套管钢种及制造方法的发明专利，仅检索到电站锅炉、热交换器等耐高温低合金钢管的钢种成分及其制造方法。但是，由于上述领域用材的使用环境与稠油开采存在很大区别，因此它们在钢种的具体成分、性能要求以及制造方法等方面均与本发明有较大区别，并不具备可比性。此外，采用Cr-Mo-V-W复合添加制成的耐高温隔热油管，其中的Mo属于价格较贵的合金，致使生产成本较高，而且该钢种主要是用于制造隔热油管，这与本发明钢种的用途也并不相同。
发明内容本发明的目的是通过合理的成分设计和工艺设计，提供一种耐热用套管用钢及其制造方法，以解决现有的25Mn2、25CrMo4等常规隔热套管钢在350°C、25Mpa气压下长期使用时存在的高温性能差、容易发生变形、不符合油气田汽驱井开采使用要求的问题，同时能有效地降低制造成本。本发明的目的是这样实现的一种耐热套管用钢，其重量百分比组分为C:0.2-0.30%Si:O.10-0.3%Mn:0.4-1.0%Cr:0.5-1.5%W:0.1-0.5%其它为Fe和不可避免的杂质。优选地，所述耐热套管用钢的重量百分比组分为C:0.22-0.28%Si:0.25-0.30%Mn:0.42-0.92%Cr:0.56-1.4%W:0.12-0.25%其它为Fe和不可避免杂质。优选地，所述的耐热套管用钢还包括重量百分比为0.010.35%的A1、V元素中的至少一种。优选地，所述杂质的总量以重量百分比计低于0.05%。—种耐热套管用钢的制造方法，包括下列步骤步骤1，按权利要求1-5中任一项所述的耐热套管用钢的成分配比冶炼、浇铸和热轧形成无缝钢管；步骤2，在820°C92(TC温度区均温后保温30_60分钟进行奥氏体化充分处理；步骤3，进行淬火处理；步骤4，淬火管在580°C72(TC温度区间均温后保温30-90分钟进行回火处理。优选地，所述步骤3中的淬火介质为水。本发明化学成分范围的选择原理如下C是保证钢管室温强度和淬透性所必需的成分，但当碳含量低于0.05%时淬透性和强度不够，高于0.25%则韧性变坏。Si加入钢中起到了脱氧的作用。低于0.01%含量效果不明显。当含量超过1.0%后，加工性和韧性恶化。Cr为碳化物形成元素，可以提高钢的室温、高温强度和淬透性，但是，Cr含量小于0.5%时，效果不明显，超过2.0%时会大大降低钢的韧性。Mn为奥氏体形成元素，可以提高钢的淬透性，含量小于O.1%时作用不明显，含量大于1.0时，组织偏析倾向加重，影响热轧组织的均匀性。4W为碳化物形成元素，可以提高明显提高钢在高温下的瞬时和持久强度和淬透性，但是，W含量小于O.1%时，效果不明显，超过1.0%时会大大降低钢的韧性。Al在钢中起到了脱氧作用和细化晶粒的作用，当加入量低于0.01%时，效果不明显，加入量超过O.10%，力学性能变差。V为碳化物形成元素，可以提高明显提高钢在高温下的瞬时和持久强度和淬透性，但是，W含量小于0.01%时，效果不明显，超过0.05%时会大大降低钢的韧性。本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果(1)本发明钢种属低合金钢范畴，与现有钢种相比，在降低碳含量的基础上复合加入少量Cr-W-V等元素，采用这种成分和制造方法生产的耐热套管，一方面能改善钢的高温性能，有利于油田现场进行操作控制，另一方面也能显著提高钢的抗腐蚀性能以及室温和高温条件下的屈服强度，尤其能提升钢在长时间高温工作环境下的持久性能，其高温强度相比常规产品能提高30%，抗腐蚀性能提高2倍以上，在40(TC以下(尤其是250400°C温度下)的高温强度、抗蠕变性能提升明显，并最终在上述温度范围的强度超过600Mpa，因此完全适用于油气田的汽驱稠油开采。(2)本发明钢化学成分中的合金量相对较低，与现有电站锅炉、热交换器等高温耐热钢相比，可以大幅度降低生产成本，因此成本优势明显。具体实施例方式表2表示试验钢的化学成分，Al-A6为本发明的合金钢，Bl-B5为对照钢。表2本发明钢和现有热采套管钢的化学成分(wt%)项巨钢号CSiCrMoWAlV实施例Al0.250.300.801.00.230.02A20.280.270.921.020.250.27A30.210.300.421.40.50.300.300.250.820.560.120.055<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上述试验钢经冶炼、浇铸和热轧的无缝钢管，首先在820°C92(TC温度区进行奥氏体化充分处理后进行水淬火处理，钢管在上述温度下经30-60分钟保温后水淬可以得到95%以上的马氏体组织。淬火管随后在580°C720°C温度区间进行回火处理并保温30-90分钟，得到均匀细小的索氏体组织。该类组织在长时间高温下组织和性能稳定，高温持久性能良好。其管体室温屈服强度最终大于650Mpa，强度级别分别达到美国石油协会API5CT规范中所要求的80和90、95、110、125等钢级的强度和性能水平。表3是本发明专利钢和对比钢的力学性能对比表。表3本发明钢和对比钢的力学性能对比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>从表3的试验结果可以看出本发明的合金钢的高温强度和抗高温变形能力明显比对照钢要好，尤其是高温屈服强度全部达到了API5CT规范规定的最小屈服强度应大于552Mpa的要求，而对比钢种的高温屈服强度最低只有440Mpa。本
技术领域：
中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。权利要求一种耐热套管用钢，其特征在于其重量百分比组分为C0.2-0.30％Si0.10-0.3％Mn0.4-1.0％Cr0.5-1.5％W0.1-0.5％其它为Fe和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的耐热套管用钢，其重量百分比组分为C:0.22-0.28%Si:0.25-0.30%Mn:0.42-0.92%Cr:0.56-1.4%W:0.12-0.25%其它为Fe和不可避免杂质。3.如权利要求l所述的耐热套管用钢，其特征在于还包括重量百分比为0.010.35%的Al、V元素中的至少一种。4.如权利要求1所述的耐热套管用钢，其特征在于，所述杂质的总量以重量百分比计低于0.05%。5.如权利要求3所述的耐热套管用钢，其特征在于，所述杂质的总量以重量百分比计低于0.05%。6.—种耐热套管用钢的制造方法，其特征在于包括下列步骤步骤l，按权利要求1-5中任一项所述的耐热套管用钢的成分配比冶炼、浇铸和热轧形成无缝钢管；步骤2，在820°C92(TC温度区均温后保温30-60分钟进行奥氏体化充分处理；步骤3，进行淬火处理；步骤4，淬火管在580°C72(TC温度区间均温后保温30-90分钟进行回火处理。7.如权利要求6所述的耐热套管用钢的制造方法，所述步骤3中的淬火介质为水。全文摘要本发明公开了一种耐热套管用钢，其重量百分比组分为C0.2-0.30％，Si0.10-0.3％，Mn0.4-1.0％，Cr0.5-1.5％，W0.1-0.5％，其它为Fe和不可避免的杂质。其制造方法包括步骤按上述成分配比冶炼、浇铸和热轧形成无缝钢管；在820℃～920℃温度区均温后保温30-60分钟进行奥氏体化充分处理；进行淬火处理；淬火管在580℃～720℃温度区间均温后保温30-90分钟进行回火处理。采用上述成分和制造方法生产的耐热套管，能显著改善其高温性能、抗腐蚀及抗蠕变性能，尤其能提升其在长时间高温工作环境下的持久性能，并可以大幅度降低生产成本。文档编号C22C38/24GK101748330SQ20081020472公开日2010年6月23日申请日期2008年12月17日优先权日2008年12月17日发明者孙元宁,蔡海燕申请人:宝山钢铁股份有限公司