含稀土射孔枪管体材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种含稀土射孔枪管体材料，其化学成分的质量百分含量包括：C0.25%～0.30%、Si0.20%～0.35%、Mn1.0%～1.20%、P≤0.020%、S≤0.010%、Cr0.80%～1.05%、Mo0.15%～0.25%、Al0.015%～0.04%和稀土La0.01%～0.03%，其余为Fe和杂质，质量分数共计100%。本发明还公开了一种含稀土射孔枪管体的制备方法。本发明通过采用低含氧钢冶炼技术，在钢水氧含量低的情况下加入稀土元素，防止稀土被氧化，避免生成有害的稀土夹杂，增加钢中稀土元素的变质作用和微合金化作用，使钢在高强的同时还有高韧性。
【专利说明】含稀土射孔枪管体材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属材料领域，具体地说，涉及一种含稀土射孔枪管体材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]射孔是油田油气井的主要完井方式，在石油勘探和开发中发挥着重要的作用，射孔的目的是沟通井眼和地层之间的流体通道，保证油气井获得应有的产能。而射孔枪管体作为射孔枪的主体材料，在射孔过程中承受着火药爆炸产生的巨大冲击波，要求射孔枪管不仅强度要满足要求，还要求有高的韧性匹配，以使射孔枪在射孔作业中不发生爆裂。而通过稀土元素在钢种变质及合金化作用可以极大的提高钢的韧性，但稀土元素极易氧化，因此在冶炼过程中需要低氧条件来保证稀土发挥其作用。所以，开发低含氧量的含稀土射孔枪管具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种含稀土射孔枪管体材料，具有高韧性。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]—种含稀土射孔枪管体材料，其化学成分的质量百分含量包括:C0.25%~0.30%、Si0.20% ~0.35%、Mnl.0% ~1.20%,P ( 0.020%,S ( 0.010%,Cr0.80% ~1.05%、Mo0.15% ~
0.25%、A10.015%~0.04%和稀土 La0.01%~0.03%,其余为Fe和杂质，质量分数共计100%。
[0006]进一步，所述含稀土射孔枪管体材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.25%、Si0.22%, Mn 1.0%、Cr0.80%、A10.015%, P0.02%, S0.010%、Mo0.15% 和 La0.01% ;或者，C0.27%、Si0.27%、Mnl.10%、Cr0.90%、A10.03%、P0.010%、S0.008%、Mo0.21% 和 La0.015% ；或者，C0.28%、Si0.29%, Mn 1.12%、Cr0.95%、A10.035%, P0.013%, S0.007%、Mo0.23% 和 La0.020% ;或者,C0.29%、Si0.30%, Mn 1.15%, Crl.0%、A10.037%, P0.013%、S0.006%、Mo0.20% 和 La0.025% ；或者，C0.30%、Si0.35%, Mn 1.20%、Crl.05%、A10.04%, P0.02%、S0.010%、Mo0.25% 和 La0.03%。
[0007]本发明所要解决的另一技术问题是提供一种含稀土射孔枪管体的制备方法，可以制备具有高韧性的含稀土射孔枪管体。
[0008]本发明的另一技术方案如下:
[0009]一种含稀土射孔枪管体的制备方法，包括:炼钢生产、钢的轧制、轧态钢热处理和矫直，生产得到的含稀土射孔枪管体的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.25%~
0.30%、Si0.20% ~0.35%、Mnl.0% ~1.20%、P ≤ 0.020%、S ≤ 0.010%、Cr0.80% ~1.05%、Mo0.15% ~0.25%、A10.015% ~0.04% 和稀土 La0.01% ~0.03%,其余为 Fe 和杂质，质量分数共计100%。
[0010]进一步，所述炼钢生产包括:铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气和圆坯连铸。
[0011]进一步，所述转炉冶炼采用单渣冶炼工艺，终渣碱度控制在3.0，转炉终点的碳的质量百分含量≥ 0.06% ;所述1^精炼的时间> 40min，所述LF精炼的就位温度≥1500°C，所述LF精炼的离位温度≥ 1650°C;所述LF精炼离位时钢水中Al的质量百分含量为0.015%~
0.035%，S的质量百分含量≤0.010%，所述LF精炼结束后每100吨钢水喂入150m稀土丝；所述VD真空脱气的真空度≤0.1KPa,采用底部吹氩气，所述VD真空脱气后的软吹时间≥15min ;所述圆还连铸米用1.4~1.6m/min的恒定拉速。
[0012]进一步:所述钢的轧制主要包括:圆坯加热、穿孔、轧管和张力减径。
[0013]进一步:所述圆坯加热的温度为1250~1300°C，所述穿孔的温度为1230~1260°C，所述轧管的开轧温度为1150~1220°C，终轧的温度≥890°C。
[0014]进一步:所述轧态钢热处理包括淬火和回火，所述淬火的温度为890±10°C，在890± 10°C保温70~80分钟；所述回火的温度为630± 10°C，在630± 10°C保温80~90分钟。
[0015]进一步:所述矫直的温度≥480 0C。
[0016]进一步，制备得到的所述含稀土射孔枪管体材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.25%, Si0.22%, Mn 1.0%、Cr0.80%、A10.015%, P0.02%, S0.010%、Mo0.15% 和 La0.01% ;或者,C0.27%、Si0.27%, Mn 1.10%、Cr0.90%、A10.03%, P0.010%、S0.008%、Mo0.21% 和 La0.015% ；或者，C0.28%、Si0.29%、Mnl.12%、Cr0.95%、A10.035%、P0.013%、S0.007%、Mo0.23% 和La0.020% ;或者，C0.29%、Si0.30%、Mnl.15%、Crl.0%、A10.037%、P0.013%、S0.006%、Mo0.20%和 La0.025% ；或者，C0.30%、Si0.35%、Mnl.20%、Crl.05%、A10.04%、P0.02%、S0.010%、Mo0.25%和 La0.03%。
[0017]本发明的技术效果如下:
[0018]本发明的含稀土射孔枪管体材料通过采用低含氧钢冶炼技术，在钢水氧含量低的情况下加入稀土元素，防止稀土被氧化，避免生成有害的稀土夹杂，增加钢中稀土元素的变质作用和微合金化作用，使钢在高强的同时还有高韧性。
【具体实施方式】
[0019]本发明的含稀土射孔枪管体的制备方法的具体步骤如下:
[0020]步骤S1:炼钢生产
[0021]炼钢生产包括:铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气和圆坯连铸。
[0022]按照如下配比配料得到铁水:C0.25%~0.30%、Si0.20%~0.35%、Mnl.0%~
1.20%、P≤ 0.020%、S ≤ 0.010%、Cr0.80% ~1.05%、Mo0.15% ~0.25%、A10.015% ~0.04%和La0.01%~0.03%,其余为Fe和杂质，质量分数共计100%。然后通过铁水预处理对铁水进行预脱硫。
[0023]转炉冶炼采用脱硫铁水，硅锰、锰铁和铬铁脱氧合金化，通过转炉进行冶炼；采用单渣冶炼工艺，终渣碱度控制在3.0 ;转炉终点的碳的质量百分含量≥ 0.06%,以降低钢中氧的活度。
[0024]LF精炼中对成分进行微调，将LF离位钢水中铝的质量百分含量控制在0.015%~
0.035%之间，可以防止钢中氧含量的上升，采用从低级数到高级数逐渐提高升温速度的方式加热提温，根据转炉钢水成分及温度进行造渣脱硫、成分微调。LF精炼的时间要保证≥40min,以保证LF离位钢水中S的质量百分含量≤0.010%，LF精炼的就位温度≤1500°C,以免精炼加热时间过长增加成本，LF精炼的离位温度> 16500C，LF精炼全过程采用正常吹氩。LF精炼结束后按每100吨钢水喂入150m稀土丝，此时氧含量低，可以保证喂入稀土丝最大限度发挥其变质和微合金化作用。
[0025]VD真空脱气的真空度< 0.lKPa，采用底部吹氩气模式，VD真空后软吹时间保持^ 15min。
[0026]圆坯连铸过程采用全程保护浇注，具体为:钢水包到中间包采用长水口，并进行吹氩气保护，中间包到结晶器采用侵入式水口，中间包和结晶器分别采用中包覆盖剂和结晶器保护渣，减少连铸过程的二次氧化，同时要加强中间包烘烤，防止钢液吸气。采用恒定拉速控制工艺，速度控制在1.4~1.6m/min。
[0027]步骤S2:钢的轧制
[0028]钢的轧制主要包括:圆坯加热、穿孔、轧管和张力减径，具体过程为:圆坯一锯切—圆还加热一穿孔一轧管一张力减径一取样一冷却一切头尾一矫直一检查一包装一过磅—入库。圆坯加热既要保证圆坯加热均匀控制晶粒度大小又要防止脱碳，圆坯加热的温度为1250~1300°C。其圆坯穿孔的温度为1230~1260°C，可以保证穿孔时管坯有良好的变形能力。轧管的开轧温度为1150~1220°C，该钢在此温度下塑性最好，轧制时变形抗力小，能够有效的保证荒管内外表面的质量。保证终轧温度>890°C，终轧温度高相当于钢管进行一次正火，可以细化晶粒，消除应力，减轻带状组织为最终热处理提供合适的组织状态。
[0029]步骤S3:轧态钢热处理
[0030]轧态钢热处理包括淬火和回火。淬火的温度为890± 10°C，在890± 10°C保温70~80分钟，该温度可以保证钢管加热均匀且合金元素全溶于奥氏体中，又不会使晶粒粗大。回火的温度为630±10°C，在630±10°C保温80~90分钟，通过高温回火得到的回火索氏体可以使材料具有良好的综合力学性能。
[0031]步骤S4:矫直
[0032]保证矫直温度≥4800C以避免钢管产生较大的应力而产生裂纹。
[0033]经过上述过程生产的含稀土射孔枪管材料化学成分的质量百分含量为:C0.25% ~0.30%,Si0.20% ~0.35%、Mnl.0% ~1.20%,P ( 0.020%,S ( 0.010%,Cr0.80% ~
1.05%、Mo0.15% ~0.25%、A10.015% ~0.04% 和稀土 La0.01% ~0.03%,其余为 Fe 和杂质，质量分数共计100%。对各实施例的化学成分进行检测，各实施例的含稀土射孔枪管材料化学成分的质量百分含量如表1所示。对各实施例的含稀土射孔枪管的力学性能进行测试，结果如表2所示。
[0034]表1各实施例的化学成分(％)
[0035]
【权利要求】
1.一种含稀土射孔枪管体材料，其特征在于，其化学成分的质量百分含量包括:C0.25% ~0.30%,Si0.20% ~0.35%、Mnl.0% ~1.20%,P ( 0.020%,S ( 0.010%,Cr0.80% ~1.05%、Mo0.15% ~0.25%、A10.015% ~0.04% 和稀土 La0.01% ~0.03%,其余为 Fe 和杂质，质量分数共计100%。
2.如权利要求1所述的含稀土射孔枪管体材料，其特征在于，其化学成分的质量百分含量包括:C0.25%、Si0.22%、Mnl.0%、Cr0.80%、A10.015%、P0.02%、S0.010%、Mo0.15% 和La0.01% ;或者，C0.27%、Si0.27%、Mnl.10%、Cr0.90%、A10.03%、P0.010%、S0.008%、Mo0.21%和 La0.015% ；或者，C0.28%、Si0.29%、Mnl.12%、Cr0.95%、A10.035%、P0.013%、S0.007%、Mo0.23% 和 La0.020% ；或者，C0.29%、Si0.30%、Mnl.15%、Crl.0%、A10.037%、P0.013%、S0.006%、Mo0.20% 和 La0.025% ；或者，C0.30%、Si0.35%、Mnl.20%、Crl.05%、A10.04%、P0.02%、S0.010%、Mo0.25% 和 La0.03%。
3.一种含稀土射孔枪管体的制备方法，其特征在于，包括:炼钢生产、钢的轧制、轧态钢热处理和矫直，生产得到的含稀土射孔枪管体的材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.25% ~0.30%,Si0.20% ~0.35%、Mnl.0% ~1.20%,P ( 0.020%,S ( 0.010%,Cr0.80% ~1.05%、Mo0.15% ~0.25%、A10.015% ~0.04% 和稀土 La0.01% ~0.03%,其余为 Fe 和杂质，质量分数共计100%。
4.如权利要求3所述的含稀土射孔枪管体的制备方法，其特征在于，所述炼钢生产包括:铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、VD真空脱气和圆坯连铸。
5.如权利要求4所述的含稀土射孔枪管体的制备方法，其特征在于， 所述转炉冶炼采用单渣冶炼工艺，终渣碱度控制在3.0，转炉终点的碳的质量百分含量≥ 0.06% ； 所述LF精炼的时间> 40min，所述LF精炼的就位温度> 1500°C，所述LF精炼的离位温度≥16500C ;所述LF精炼离位时钢水中Al的质量百分含量为0.015%~0.035%，S的质量百分含量≤0.010%，所述LF精炼结束后每100吨钢水喂入150m稀土丝； 所述VD真空脱气的真空度<0.lKPa，采用底部吹氩气，所述VD真空脱气后的软吹时间^ 15min ； 所述圆还连铸米用1.4~1.6m/min的恒定拉速。
6.如权利要求3所述的含稀土射孔枪管体的制备方法，其特征在于:所述钢的轧制主要包括:圆坯加热、穿孔、轧管和张力减径。
7.如权利要求6所述的含稀土射孔枪管体的制备方法，其特征在于:所述圆坯加热的温度为1250~1300°C，所述穿孔的温度为1230~1260°C，所述轧管的开轧温度为1150~1220°C，终轧的温度≥890°C。
8.如权利要求3所述的含稀土射孔枪管体的制备方法，其特征在于:所述轧态钢热处理包括淬火和回火，所述淬火的温度为890 ± I (TC，在890 ± I (TC保温70~80分钟；所述回火的温度为630± 10°C，在630± 10°C保温80~90分钟。
9.如权利要求3所述的含稀土射孔枪管体的制备方法，其特征在于:所述矫直的温度≥ 480℃。
10.如权利要求3~9任一项所述的含稀土射孔枪管体的制备方法，其特征在于，制备得到的所述含稀土射孔枪管体材料的化学成分的质量百分含量包括:C0.25%、Si0.22%、Mnl.0%、Cr0.80%、A10.015%,P0.02%,S0.010%、Mo0.15% 和 La0.01% ;或者，C0.27%、Si0.27%、Mnl.10%、Cr0.90%、A10.03%、P0.010%、S0.008%、Mo0.21% 和 La0.015% ；或者，C0.28%、Si0.29%、Mnl.12%、Cr0.95%、Al0.035%、P0.013%、S0.007%、Mo0.23% 和 La0.020% ；或者，C0.29%、Si0.30%、Mnl.15%、Crl.0%、A10.037%、P0.013%、S0.006%、Mo0.20% 和 La0.025% ;或者，C0.30%、Si0.35%、 Mnl.20%、Crl.05%、A10.04%、P0.02%、S0.010%、Mo0.25% 和 La0.03%。
【文档编号】E21B43/119GK103614631SQ201310641736
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】张行刚, 王金龙, 刘金, 石晓霞, 马爱清, 郭智韬, 宋江波, 董珍, 丰小东 申请人:内蒙古包钢钢联股份有限公司