155ksi钢级高强韧性套管钢、套管及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高强韧性套管钢、套管及其制备方法，具体涉及一种155ksi钢级 高强韧性套管钢、套管及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着石油资源日益匮乏，而油气需求量日益旺盛，为了获得更多的石油资源，对地 质条件复杂、开采难度大的油田的开发加大；随着油井深度增加，井内温度和压力相应提 高，固井完井用套管服役的地质环境发生了显著变化，对套管的综合力学性能、使用性能和 寿命提出了更高要求，为了确保油井的运行安全，必须采用V155钢级的套管，还要兼具高 韧性，对强韧性匹配提出了极高的要求，现有美国API标准的高钢级套管难以胜任；因此对 非API标准的高强韧性套管V155的需求越来越旺盛。
[0003]-般情况下，金属材料难以兼顾高强度和高韧性，高强韧性套管，特别是155ksi及以上钢级套管的强度很高，韧性要求相应提高，因此，生产高强韧性套管极富挑战性，技 术含量和附加值最高，同时又有高风险。全世界生产石油钢管的企业大都是技术最先进、最 富盛誉的钢铁企业，其中只有少数企业能生产出性能稳定、强韧度匹配良好的高钢级套管。 目前，国内只有几家企业能生产V150套管，但韧性不稳定，未见生产高强韧性套管V155的 相关报道，仍需大量进口来满足石油开釆的需要。如何通过微合金化结合冶炼、乳制工艺及 适当的调质工艺，开发出高强韧性的V155套管，满足国内外超深油气井及地质复杂油气田 的需要，对保证油气开釆的稳定性和安全性，促进钢铁和石油2个领域又好又快发展有重 要的现实意义。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种155ksi钢级高强韧性套管钢。
[0005] 155ksi钢级高强韧性套管钢，其化学成分按重量百分比：C0. 23~0. 27%、Si 0. 20 ~0.35%、Mn0.45 ~0.60%、Cr0.95 ~1.10%、Mo0.75 ~0.85%、Nb0.03 ~ 0. 05%、V0. 07~0. 12%、A10. 015~0. 045%，其余为Fe、残余元素、杂质和五害元素；
[0006] 其中，残余元素中：Cu彡0.20%、Ni彡0.20%、Ti彡0.04%;杂质中：P彡0.010%、 S彡 0? 003%、0 彡 0? 0020%、N彡 0? 0080% ;五害元素中：As彡 0? 020%，Sn彡 0? 010%，且 As+Sn+Pb+Sb+Bi彡 0. 025%。
[0007] 进一步的，为了得到更优的技术方案，上述所述155ksi钢级高强韧性套管钢的化 学成分按重量百分比：C0.24%、Si0.20%、Mn0.5%、Crl.03%、Mo0.81%、Nb0.036%、 V0.084%、A1 0.022%，其余为Fe、残余元素、杂质和五害元素；其中，残余元素中：Cu 0? 06%、Ni0? 04%、Ti0? 016% ;杂质中：P0? 006%、S0? 002%、0 0? 0014%、N0? 0057% ; 五害元素中：As0.007%，Sn0.002%，且As+Sn+Pb+Sb+Bi0.014% ;
[0008]或其化学成分按重量百分比：C0.24%、Si0.24%、Mn0.48%、CrO.97%、 MoO. 78%、Nb0. 040%、V0. 078%、A1 0. 028%，其余为Fe、残余元素、杂质和五害元素； 其中，残余元素中：Cu0.05%、Ni0.04%、Ti0.021%;杂质中：P0? 007%、S0.003%、 0 0.0015%、N0.0060 %;五害元素中：As0.007%，Sn0.003%，且As+Sn+Pb+Sb+Bi 0. 015% ；
[0009]或其化学成分按重量百分比：C 0? 26%、Si 0? 25%、Mn 0? 56%、Crl. 08%、 MoO.84%、Nb 0. 046%、V 0. 091%、A1 0. 025%，其余为Fe、残余元素、杂质和五害元素； 其中，残余元素中：Cu 0.05%、Ni 0.08%、Ti 0.018% ;杂质中：P 0? 008%、S 0.002%、 0 0.0018 %、N 0.0066%;五害元素中：As 0.008 %，Sn 0.004 %，且As+Sn+Pb+Sb+Bi 0? 017%〇
[0010] 上述所述套管钢的屈服强度：l〇69~1275MPa;抗拉强度彡1138MPa;0°C横向 10X10mm"V"型冲击功彡60J;0°C纵向10X10mm"V"型冲击功彡80J;横纵向冲击韧度比 彡0. 75 ;延伸率彡16% ;允许硬度变化HRC彡3. 0。
[0011] 本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种155ksi钢级高强韧性套管钢的制 备方法。
[0012] 上述所述的155ksi钢级高强韧性套管钢的制备方法，包括以下步骤：
[0013]a、炼钢：以低五害元素的铁水、生铁和管头为原料，在电弧炉上进行冶炼，得到初 炼钢水；
[0014]b、LF精炼和VD真空脱气处理：将初炼钢水进行LF精炼，精炼结束后进行钙处 理；钙处理后进行VD真空脱气处理，在真空度< 67Pa下脱气处理15min，之后在真空度 < 200Pa下脱气处理至少5min，再进行钙处理，钙处理后进行静吹处理，静吹时间彡15min， 出钢，出钢温度1570~1585°C;
[0015]c、浇铸：将b步骤处理好后的钢浇铸成连铸圆坯。
[0016] 上述步骤a中采用低五害元素的铁水、生铁和管头作为原料，是为了保证终点时 As彡 0? 020%、Sn彡 0? 010%，且As+Sn+Pb+Sb+Bi彡 0? 025%。
[0017] 上述所述155ksi钢级高强韧性套管钢的制备方法中，出钢过程加入复合脱氧剂 CaBaAlSil. 5~2. 5kg/t，Al块2~3kg/t进行强化脱氧；出钢前在钢包中加入石灰2. 5~ 4. 5kg/t，加入石灰由于初炼钢水初始温度高有利于渣料熔化，同时石灰可以提高炉渣碱 度，利用出钢过程钢水的冲击搅拌和底吹Ar搅拌，钢包内进行脱硫，提高产品的脱硫率，缩 短冶炼时间。
[0018] 其中，通过精炼渣进行深脱硫、脱氧及吸附夹杂物的同时进行适量的钙处理，可以 使钢中簇状夹杂物变成较大的复合非金属夹杂物，随后在VD真空处理过程中上浮去除；VD 真空处理后进行适量的钙处理，可以使钢中未去除的细小非金属夹杂物变成低熔点球形夹 杂物，使钢中的夹杂物改变性质。所以对上述所述b步骤中LF精炼结束后和VD真空处理 结束后分别进行的钙处理为：用总Ca含量为50 %的纯钙线进行钙处理，加入纯钙线量为 0.08 ~0. 10kg/t。
[0019] 上述所述c步骤中浇铸成连铸圆坯，控制中间包浇注过热度，浇铸温度1525~ 1545°C;其中，浇铸过程中二冷曲线采用弱冷，比水量0. 42~0. 48Kg/t;搅拌采用结晶器 电搅和末端电搅，结晶器电磁搅拌参数：电流200A、频率2. 5Hz，末端电磁搅拌参数：电流 150A、频率 8. 0Hz。
[0020] 本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种155ksi钢级高强韧性套管钢制备 的套管。
[0021] 本发明所要解决的第四个技术问题是提供一种155ksi钢级高强韧性套管钢制备 的套管的制备方法。
[0022] 其中，上述所述的一种155ksi钢级高强韧性套管钢制备的套管的制备方法：包括 以下步骤：
[0023] ①、圆坯制造：采用上述所述155ksi钢级高强韧性套管钢的制备方法制备连铸圆 坯；
[0024] ②、制管：将浇铸好的连铸圆坯经环形加热炉加热；
[0025] ③、热处理：将a步骤制成的管采用喷淋+内轴流水冷淬火，空冷回火热处理工艺， 得到高强韧性套管。
[0026] 其中，上述套管的制备方法中，合格连铸坯经环型加热炉加热，加热段温度： 1210~1270°C，均热段温度：1240~1260°C，加热保温时间彡2.8h，出料节奏55s/支。
[0027] 热处理采用喷淋+内轴流水冷淬火，空冷回火热处理工艺，其中淬火和回火的工 艺参数如下：
[0028] 淬火：装入方式按1支/齿装入，步进周期65秒，淬火炉温度：945~965°C，出炉 管温：890~910°C，喷淋水量：彡2500m3/h，时间30秒，内轴流水量：彡1200m3/h，时间30 秒。
[0029] 回火：装入方式按1支/齿装入，步进周期65秒，回火温度：665~685°C，出炉管 温：615~625°C，空冷。
[0030] 本发明制备的一种155ksi钢级高强韧性套管钢及用该高强度钢制备的套管，主 要用于超深油气井及地质复杂油气田使用，根据相关套管的性能要求，选择合理微合金化 成分实现良好强韧性匹配，保证该高强韧性套管钢性能稳定、强韧度匹配良好，满足国内外 超深油气井及地质复杂油气田的需要。
【具体实施方式】
[0031] 155ksi钢级高强韧性套管钢，其化学成分按重量百分比：C0. 23~0. 27%、Si 0. 20 ~0.35%、Mn0.45 ~0.60%、Cr0.95 ~1.10%、Mo0.75 ~0.85%、Nb0.03 ~ 0. 05%、V0. 07~0. 12%、A10. 015~0. 045%，其余为Fe、残余元素、杂质和五害元素；
[0032] 其中，残余元素中：(：11彡0.20%、附彡0.20%、11彡0.04% ;杂质中屮彡0.010%、 S彡 0? 003%、0 彡 0? 0020%、N彡 0? 0080% ;五害元素中：As彡 0? 020%，Sn彡 0? 010%，且 As+Sn+Pb+Sb+Bi彡 0. 025%。
[0033] 上述所述套管钢的屈服强度：1069~1275MPa;抗拉强度彡1138MPa;0°C横向 10X10mm"V"型冲击功彡60J;0°C纵向10X10mm"V"型冲击功彡80J;横纵向冲击韧度比 彡0. 75;延伸率彡16%;允许硬度变化HRC彡3. 0。
[0034] 上述所述的155ksi钢级高强韧性套管钢的制备方法，包括以下步骤：
[0035]a、炼钢：以低五害元素的铁水、生铁和管头为原料，在电弧炉上进行冶炼，得到初 炼钢水；
[0036]b、LF精炼和VD真空脱气处理：将初炼钢水进行LF精炼，精炼结束后进行钙处 理；钙处理后进行VD真空脱气处理，在真空度< 67Pa下脱气处理15min，之后在真空度 < 200Pa下脱气处理至少5min，再进行钙处理，钙处理后进行静吹处理，静吹时间彡15min， 出钢，出钢温度1570~1585°C;
[0037] c、浇铸：将b步骤处理好后的钢浇铸成连铸圆坯。
[0038] 上述步骤a中采用低五害元素的铁水、生铁和管头作为原料，是为了保证终点时 As彡 0? 020%、Sn彡 0? 010%，且As