125ksi钢级套管钢及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于套管钢的制造技术领域，特别涉及一种125ksi钢级套管钢及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 随着世界能源消费的不断攀升，包括页岩气在内的非常规能源越来越受到重视。 由于页岩气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征，气流阻力比常规天然气大，所有的 井都需要实施储层压裂改造才能开采出来。
[0003] 目前的页岩气开采技术主要包括水平钻井技术和多层压裂技术、清水压裂技术、 重复压裂技术及同步压裂技术，各种开采技术均对开采用套管的管体材料提出了更高的要 求。
[0004] 具体地，页岩气开采具有以下特点：在下油层套管阶段油层套管水平段长达1000 ~2000米，水平段下入遇阻，另外大弯曲狗腿度的情况产生弯曲应力和摩阻;在完井压裂阶 段由采用多级分层高压裂，每口井分为15~25段，井口压力60~95MPa，内外压力变化和活 塞效应产生轴向力，另外压裂下温度反复变化，产生热应力。为保证页岩气开采的运行安 全，对页岩气用125ksi钢级套管要求包括高抗压缩、高抗弯曲、高抗外挤、高内屈服强度以 及高冲击韧性，如何在冶炼上通过精确控制化学成分元素波动范围、钢的有害元素及纯净 度，使得产品性能满足页岩气开采的需要，对保证页岩气开釆的稳定性和安全性具有重大 的意义。
【发明内容】
[0005] 【要解决的技术问题】
[0006] 本发明的目的是提供一种125ksi钢级套管钢及其制备方法，以解决目前用于页岩 气开釆的套管的稳定性和安全性不足的问题。
[0007] 【技术方案】
[0008] 本发明是通过以下技术方案实现的。
[0009] 本发明首先涉及一种125ksi钢级套管钢，其成分按重量百分比计为：C0.25~ 0.35%、Si 0.15~0·35%、Μη 0.45~0.85%、Cr 0.80~1·20%、Μ〇 0.25~0·35%、Ρ< 0.018%、S< 0.003%，余量为Fe、残余元素及不可避免的杂质。
[0010]本发明还涉及一种125ksi钢级套管钢的制备方法，包括步骤：
[0011] A、电炉冶炼：以生铁和废钢为原料进行冶炼得到初炼钢水；
[0012] B、LF精炼:将步骤A冶炼好的钢水加入精炼渣料进行LF精炼，分批加入精炼剂、A1 粉加强炉渣脱氧，造白渣，控制炉渣(FeO+Mn〇H 1.0%，升高钢水温度至1620~1640 °C，进 行合金化、脱硫和去除夹杂物操作，精炼过程精确调整化学成分，控制化学成分在以下范围 内：C 0.25~0.35%、Si 0.15~0·35%、Μη 0.45~0.85%、Cr 0.80~1·20%、Μ〇 0.25~ 0.35%、P< 0.018%、S< 0.003%，余量为Fe、残余元素及不可避免的杂质；同时精确控制多 次制备时的主要化学成分最大值与最小值之差：C波动范围在Ο . Ο 3 %内、Μ η波动范围在 0.10%内、Cr波动范围在0.05%内、Mo波动范围在0.04%内，均匀稳定且波动范围小的化学 成分利于提高产品性能的稳定性，LF精炼结束后进行静吹处理，温度达到1580~1595 °C进 行出钢；
[0013] C、连铸:将步骤B处理得到的钢水浇铸成连铸圆坯。
[0014]作为一种优选的实施方式，所述步骤A在出钢过程中加入脱氧剂CaBaAlSil.5~ 2.5kg/t、A1块2.0~3.5kg/t，保证脱氧良好，所述步骤A出钢前在钢包内加入石灰3~ 4.5kg/t，提高脱硫效率，减轻LF精炼脱硫负担。
[0015] 作为另一种优选的实施方式，所述步骤A的原料中的生铁比例40~43%、废钢比例 为57~60 %，通过控制原料中生铁和废钢比例，使电炉冶炼获得低S含量的初炼钢水，钢水 终点C含量高，氧含量低，利于减少脱氧剂用量和钢水中夹杂物含量，减轻LF精炼脱硫负荷。
[0016] 作为另一种优选的实施方式，所述精炼渣料包括合成渣和石灰，所述合成渣加入 量为14kg/t，石灰加入量6~8.5kg/t，加入精炼渔料的目的是为了进彳丁深脱硫提尚炉渔喊 度，保证能够将产品S脱除到S < 0.003%。
[0017] 作为另一种优选的实施方式，所述步骤B中的静吹时间2 20min，其中静吹时间的0 ~lOmin时间段控制吹Ar流量10~40Nl/min，静吹时间的10~15min时间段控制吹Ar流量40 ~80Nl/min，静吹时间的15min~静吹结束时间段控制吹Ar流量10~40Nl/min。不同静吹时 间和氩气流量的合理匹配，可保证钢水中的夹杂物充分上浮去除，提高钢水纯净度。
[0018] 作为另一种优选的实施方式，所述步骤C控制浇注过程中间包液面2 750mm，连浇 中间包液面2 400_，防止钢水的二次氧化以及卷渣。
[0019] 【有益效果】
[0020] 本发明提出的技术方案具有以下有益效果：
[0021] 通过本发明提供的制备方法得到的圆管坯钢化学成分波动小(C波动范围0.03%、 皿11波动范围0.10%、(^波动范围0.05%、1〇波动范围0.04%)，有害元素含量低（3< 0.003% )、钢质纯净度高(夹杂物高倍A、B、C、D、DS分别不大于1.0级），圆管坯经乳制后制造 的125ksi钢级套管钢具有高抗压缩、高抗弯曲、高抗外挤、高内屈服强度以及高冲击韧性。
【具体实施方式】
[0022]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的【具体实施方式】 进行清楚、完整的描述。
[0023] 实施例一
[0024]实施例一提供一种125ksi钢级套管钢的制备方法，包括以下步骤：
[0025] (1)准备原料：以生铁和废钢为原料，其中生铁装入量为总装入量的40 %，废钢装 入量为总装入量的60 % (其中废钢中回收的管切头占废钢装入量的80 %，回收的社会废钢 占废钢装入量的20%)。
[0026] ( 2 )电炉冶炼：装入生铁和废钢后在电弧炉中进行冶炼，得到C : 0.09 %、S : 0.012 %、钢水温度：1635 °C的初炼钢水，并倒炉进行出钢。出钢过程脱氧剂加入量： CaBaAlSi 2. Okg/t，A1块加入量3. Okg/t;出钢前在钢包内加入石灰3kg/t，出钢过程中，调 整吹氩强度进行搅拌，并保证进行LF精炼前底吹畅通。
[0027] (3)LF精炼及静吹:将电炉冶炼好的钢水加入合成渣14kg/t，石灰加7.5kg/t进行 LF精炼，分批加入精炼剂、A1粉等材料加强炉渣脱氧，造白渣，控制炉渣(FeO+MnOH 1.0%， 升高钢水温度至1630Γ，进行合金化、脱硫和去除夹杂物操作，得到如表1所示成分的目标 钢水;精炼结束后进行静吹处理，控制静吹时间21min，其中静吹时间的0~lOmin时间段控 制吹Ar流量40N1 /mi η，静吹时间10~15mi η时间段控制吹Ar流量60N1 /mi η，静吹时间的15~ 2 lmin时间段控制吹Ar流量35Nl/min，温度达到1595 °C进行出钢。
[0028] (5)连铸：将精炼好的钢水浇铸成连铸圆坯。连铸浇注过程采用:Ar保护+加密封 垫，控制浇注过程中间包液面2 750mm，连浇中间包液面2 400mm。
[0029]制管后取样进行非金属夹杂物高倍分析，夹杂物高倍评级见表2，A、B、C、D、DS均不 大于1.0级。
[0030] 本发明实施例一得到的125ksi钢级套管圆管坯的有害元素含量低、钢质纯净度 高；圆管坯经乳制后制造的125ksi钢级套管钢成品套管的力学性能和整体使用性能指标如 下：屈服强度(Rt0.65)900~1030MPa，抗拉强度(Rm) 2 950MPa，延伸率2 13%，冲击韧性:横 向全尺寸2 60J，纵向全尺寸2 80J;管体抗挤毁强度2 142 · 4Mpa，内屈服压力2 137 · IMpa， 连接强度2 4368KN。制造的综合力学性能稳定、优良，可广泛应用于页岩气勘探开发，保证 油井的运行安全。
[0031] 实施例二
[0032] 实施例二提供一种125ks i钢级套管钢的制备方法，包括以下步骤：
[0033] (1)准备原料：以生铁和废钢为原料，其中生铁装入量为总装入量的42%，废钢装 入量为总装入量的58% (其中废钢中回收的管切头占废钢装入量的85%，回收的社会废钢 占废钢装入量的15%)。
[0034] ( 2 )电炉冶炼：装入生铁和废钢后在电弧炉中进行冶炼，得到C : 0 . 10 %、S : 0.009 %、钢水温度：1640 °C的初炼钢水，并倒炉进行出钢。出钢过程脱氧剂加入量： CaBaAlSi 2. Okg/t，A1块加入量2.5kg/t;出钢前在钢包内加入石灰3kg/t，出钢过程中，调 整吹氩强度进行搅拌，并保证进