(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 107604258 A(43)申请公布日 2018.01.19
(21)申请号 201710673405.5(22)申请日 2017.08.09
(71)申请人 包头钢铁（集团）有限责任公司
地址 014010 内蒙古自治区包头市昆区河
西工业区(72)发明人 董珍 姜海龙 姚晓乐 刘莉
米永峰 (74)专利代理机构 北京律远专利代理事务所
(普通合伙) 11574
代理人 丁清鹏(51)Int.Cl.
C22C 38/22(2006.01)C22C 38/02(2006.01)C22C 38/04(2006.01)C22C 38/06(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页
C22C 33/04(2006.01)C21D 8/10(2006.01)
(54)发明名称
钻杆管体用无缝钢管及其生产方法(57)摘要
本发明涉及一种钻杆管体用无缝钢管及其生产方法。该钢管的化学成分按质量百分比计包括：C 0.24～0.30；Si 0.15～0.35；Mn 0.55～0.85；P≤0.015；S≤0.005；Cr 1.00～1.40；Mo 0.40～0.70；Al≤0.040；其余为Fe和不可去除的痕量元素。本发明提供一种材质优良、性能优越、生产工艺合理的超高强度钻杆管体用无缝钢管，满足石油钻井行业对V150钢级超高强度钻杆管体的需求。
CN 107604258 ACN 107604258 A
权 利 要 求 书
1/1页
1.一种钻杆管体用无缝钢管，其特征在于，其化学成分按质量百分比计包括：C 0.24～0.30；Si 0.15～0.35；Mn 0.55～0.85；P≤0.015；S≤0.005；Cr 1.00～1.40；Mo 0.40～0.70；Al≤0.040；其余为Fe和不可去除的痕量元素。
2.根据权利要求1所述的钻杆管体用无缝钢管，其特征在于，其化学成分按质量百分比计包括：C 0.24～0.30；Si 0.20～0.30；Mn 0.60～0.75；P≤0.015；S≤0.005；Cr 1.10～1.25；Mo 0.45～0.65；Al≤0.040；其余为Fe和不可去除的痕量元素。
3.权利要求1或2所述的钻杆管体用无缝钢管的生产方法，其特征在于，包括：采用铁水和废钢做原料，依次经铁水预处理，顶底复吹转炉冶炼，LF炉外精炼，VD真空脱气，圆坯连铸，得到圆管坯；圆管坯再依次经加热，穿孔，轧管，张减径或定径，冷床冷却，锯切，矫直，探伤，人工检查，测长、称重、喷标，将圆坯热轧成无缝钢管，并对无缝钢管进行热处理。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述热处理包括：对无缝钢管全长进行0℃～920℃淬火和550℃～580℃回火。
2
CN 107604258 A
说 明 书
钻杆管体用无缝钢管及其生产方法
1/4页
技术领域
[0001]本发明涉及冶金材料技术领域，特别涉及一种钻杆管体用无缝钢管及其生产方法。
背景技术
[0002]钻杆是钻孔工具中连接钻头、用以传递动力的杆件，是石油钻采工业中使用的一种重要工具，其性能的好坏直接关系到钻井作业的成功与否。在实际使用过程中，钻杆的工作条件较为最恶劣，它既要承受扭矩、管柱本身重量产生的拉应力，还要受到管子和井壁的摩擦力、高压泥浆的冲刷和腐蚀作用。近年来，随着石油勘探技术的迅速发展，陆地深层和深海油气资源相继进入勘探开发阶段，大量出现深井、超深井及特超深井。目前，API Spec 5DP《钻杆规范》中规定的最高强度级别的钻杆是S135级，其已远不能满足超深井、大位移井、深水井等恶劣环境钻探作业中对钻杆强度的要求，因此，迫切需要超高强度的钻杆来提供更大的动力以满足所需。V150超高强度钻杆比S135钻杆的强度可至少提高103MPa，这不仅提高了钻井深度，而且适当增大了水眼尺寸，可提高钻井排量、降低循环压耗，钻井效率可提高50％以上，对超深井钻井及海洋勘探具有十分重要的意义。[0003]随着钻井深度的增加、海洋油气田开采力度的加大，选择使用材质优良、性能优越、生产工艺合理的超高强度钻杆是开采超深井、大位移井和深水钻井经济效益最大化的关键，将具有广阔的市场发展前景。发明内容
[0004]有鉴于此，本发明提供一种钻杆管体用无缝钢管及其生产方法。[0005]本发明提供一种钻杆管体用无缝钢管，其化学成分按质量百分比计包括：C 0.24～0.30；Si 0.15～0.35；Mn 0.55～0.85；P≤0.015；S≤0.005；Cr 1.00～1.40；Mo 0.40～0.70；Al≤0.040；其余为Fe和不可去除的痕量元素。[0006]进一步地，其化学成分按质量百分比计包括：C 0.24～0.30；Si 0.20～0.30；Mn 0.60～0.75；P≤0.015；S≤0.005；Cr 1.10～1.25；Mo 0.45～0.65；Al≤0.040；其余为Fe和不可去除的痕量元素。
[0007]本发明还提供一种上述钻杆管体用无缝钢管的生产方法，其包括：[0008]采用铁水和废钢做原料，依次经铁水预处理，顶底复吹转炉冶炼，LF炉外精炼，VD真空脱气，圆坯连铸，得到圆管坯；圆管坯再依次经加热，穿孔，轧管，张减径或定径，冷床冷却，锯切，矫直，探伤，人工检查，测长、称重、喷标，将圆坯热轧成无缝钢管，并对无缝钢管进行热处理。
[0009]进一步地，所述热处理包括：
[0010]对无缝钢管全长进行0℃～920℃淬火和550℃～580℃回火。[0011]本发明提供一种钻杆管体用无缝钢管及其生产方法，相对于现有技术，该方法以经济的优越方式提供一种V150钢级超高强度钻杆管体用无缝钢管，为油气田超深井、大位
3
CN 107604258 A
说 明 书
2/4页
移井和海洋深水井的钻探开采取得经济效益最大化，提供一种材质优良、性能优越、生产工艺合理的超高强度钻杆管体用无缝钢管，满足石油钻井行业对V150钢级超高强度钻杆管体的需求。
具体实施方式
[0012]本发明公开了一种钻杆管体用无缝钢管及其生产方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
[0013]本发明的目的是以经济的优越方式提供一种钻杆管体用无缝钢管及其生产方法，该钻杆管体用无缝钢管为V150钢级超高强度钻杆管体用无缝钢管。[0014]本发明提供一种钻杆管体用无缝钢管，其化学成分按质量百分比计包括：C 0.24～0.30；Si 0.15～0.35；Mn 0.55～0.85；P≤0.015；S≤0.005；Cr 1.00～1.40；Mo 0.40～0.70；Al≤0.040；其余为Fe和不可去除的痕量元素。[0015]进一步地，其化学成分按质量百分比计包括：C 0.24～0.30；Si 0.20～0.30；Mn 0.60～0.75；P≤0.015；S≤0.005；Cr 1.10～1.25；Mo 0.45～0.65；Al≤0.040；其余为Fe和不可去除的痕量元素。
[0016]上述化学成分中主要元素含量范围的设计依据是：[0017]C可溶解在钢中形成间隙固溶体起固溶强化作用，与强碳化物元素形成碳化物析出，起沉淀强化作用，对钢的组织及性能有很大的影响。随着钢中碳含量的增加，钢的屈服强度、抗拉强度、硬度增大，但钢中的碳含量过高会使钢的塑性、冲击韧性降低，焊接性能变差。因此，为保证钻杆管体既具有高的强度，又具有良好的冲击韧性，本发明中C的含量为0.24％～0.30％。
[0018]Mn作为脱氧、脱硫及合金元素加入钢中时，可起到良好的积极作用，同时可提高钢的淬透性，但Mn是一种易偏析的元素，且随着钢中C含量的增加，Mn的偏析程度会增大。因此，本发明中Mn的含量为0.55％～0.85％。[0019]Cr的主要作用是提高钢的淬透性，使钢经淬火、回火后具有较好的综合力学性能。它既能提高钢的强度、硬度和耐磨性，又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。但铬含量过高会促进钢的回火脆性，对钢的冲击韧性产生不利的影响。因此，本发明中Cr的含量为1.00％～1.40％。
[0020]Mo能细化晶粒，提高钢的淬透性和热强性，在高温时能使钢保持足够的强度和抗蠕变能力，能提高钢的机械性能，抑制合金钢的回火脆性，但由于Mo的价格较高，因此，综合考虑钢的性能和经济成本，本发明中Mo的含量为0.40％～0.70％。[0021]本发明中P、S是钢中的有害元素，钢中P含量高会引起钢的“冷脆”，降低钢的塑性和冲击韧性，使钢的焊接性能和冷弯性能变差。钢中S含量高会造成钢的“热脆”，降低钢的延展性、冲击韧性、焊接性能和耐腐蚀性，在钢的锻造和轧制时易产生裂纹。因此，为了提高钢的冲击韧性和可焊性，在兼顾炼钢工艺水平和成本的前提下，应尽可能降低钢中P、S含量，本发明中要求钢中的P≤0.015％、S≤0.005％。
4
CN 107604258 A[0022]
说 明 书
3/4页
本发明还提供一种上述钻杆管体用无缝钢管的生产方法，其包括：
[0023]采用铁水和废钢做原料，依次经铁水预处理，顶底复吹转炉冶炼，LF炉外精炼，VD真空脱气，圆坯连铸，得到圆管坯；圆管坯再依次经加热，穿孔，轧管，张减径或定径，冷床冷却，锯切，矫直，探伤，人工检查，测长、称重、喷标，将圆坯热轧成无缝钢管，并对无缝钢管进行热处理。
[0024]进一步地，所述热处理包括：对无缝钢管全长进行0℃～920℃淬火和550℃～580℃回火。由此制成V150钢级钻杆管体用无缝钢管。
[0025]本发明提供的钻杆管体用无缝钢管热处理后钢管的屈服强度为1034MPa～1138MPa，抗拉强度为≥1102MPa，伸长率≥12％，3/4尺寸试样在室温条件下的纵向平均冲击功≥85J、-20℃条件下的纵向平均冲击功≥80J，组织为回火索氏体，晶粒度为9.5级～10.5级，满足V150钢级钻杆管体的性能要求。
[0026]本发明提供一种钻杆管体用无缝钢管及其生产方法，相对于现有技术，该方法以经济的优越方式提供一种V150钢级超高强度钻杆管体用无缝钢管，为油气田超深井、大位移井和海洋深水井的钻探开采取得经济效益最大化，提供一种材质优良、性能优越、生产工艺合理的超高强度钻杆管体用无缝钢管，满足石油钻井行业对V150钢级超高强度钻杆管体的需求。
[0027]下面结合实施例，进一步阐述本发明：[0028]实施例1-3
[0029]各实例化学成分如表1所示。[0030]生产过程如下：
[0031]采用铁水和废钢做原料，依次经铁水预处理，顶底复吹转炉冶炼，LF炉外精炼，VD真空脱气，圆坯连铸，得到圆管坯；圆管坯再依次经加热，穿孔，轧管，张减径或定径，冷床冷却，锯切，矫直，探伤，人工检查，测长、称重、喷标，将圆坯热轧成无缝钢管，并对无缝钢管进行热处理。各实施例热处理工艺参数如表2所示。
[0032]对各实施例制备的钢管的力学性能进行测试，测试结果如表3所示。[0033]表1各实施例化学成分(质量百分数/％)
[0034]
实施例CSiMnPSCrMo实施例10.240.300.750.0100.0041.100.45实施例20.280.270.660.0080.0031.150.52实施例30.300.200.600.0090.0051.250.65[0035]注：表中各实施例Al≤0.040％；其余为Fe和不可去除的痕量元素，质量百分数总计100％。
[0036]表2各实施例热处理工艺参数
[0037]
实施例实施例1实施例2实施例3淬火温度0℃920℃910℃
5
回火温度580℃570℃550℃
CN 107604258 A[0038]
说 明 书
4/4页
表3各实施例热处理态钢管的力学性能
[0039]
由上述内容可知，本发明提供的钻杆管体用无缝钢管热处理后钢管的屈服强度为
1034MPa～1138MPa，抗拉强度为≥1102MPa，伸长率≥12％，3/4尺寸试样在室温条件下的纵向平均冲击功≥85J、-20℃条件下的纵向平均冲击功≥80J，组织为回火索氏体，晶粒度为9.5级～10.5级，满足V150钢级钻杆管体的性能要求。[0041]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
[0040]
6
