[发明专利]石油套管连接件用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种石油套管连接件用钢及其制造方法。

背景技术

石油工作作为“工业血液”在保证经济发展中具有无可替代的重要作用，随着石油工作的迅速发展，油井开发向深井、超深井、大位移等方向发展。石油套管是一种广泛应用于石油开采领域的关键设备，其主要作用是固定油井壁。由于石油开采工艺的特殊性，石油套管的质量直接影响到油井的生产安全，套管的外部要承受各类底层地层地压和地下水压力，套管的内部则要承受泥浆，内压及水蒸气压力，有时还要承受腐蚀性液体以及气体的侵蚀，因此要求石油套管应具有优良的综合力学性能，即要有高的抗挤压破坏强度，又有耐内压的屈服强度。石油套管连接件（套管接头、套管四通等）是将石油套管相互连接起来,下入井中的部件，从井口到几千米深的管柱被悬挂着。每个套管连接件都必须支持下面悬挂管柱的重量，还要承受使用条件下的拉、压、扭、弯等各种载荷的综合作用，因此，高强度是最重要性能要求之一；同时，钻杆与套管径向、轴向摩擦使钻杆外壁及套管内壁严重磨损,这种磨损多发生于钻杆及套管的连接部位，因此，又要求有较强的耐磨性；油井地矿复杂，要求耐侵蚀性强。总之，石油套管连接件用钢要求钢材的强度高，钢质均匀，耐侵蚀性强，耐磨性好。

中碳Cr-Mo系调质合金结构钢，具有高比强、高硬、高韧、良好淬透性、易加工等优良的使用性能和加工性能，成为石油套管连接件用钢常用钢种。由于石油套管连接件用钢的质量要求苛刻，其锻件要求保证满足高等级探伤。当前，用户主要采用钢锭来作为锻件原料，但由于钢锭存在成材率低，组织致密性、成分均匀性差等问题，导致锻件的质量稳定性低、废品率高、原料成本增加。因此，用户迫切希望用连铸圆坯取代钢锭作为锻件原料，来提高锻造质量、降低生产成本，但对连铸圆坯钢水的洁净度、组织的致密性、均匀性均提出极高要求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种石油套管连接件用钢，该石油套管连接件用钢洁净度高、成分稳定；

本发明还提供一种石油套管连接件用连铸圆坯，上述石油套管连接件用钢以连铸圆坯的形式存在，用于制造石油套管连接件，该连铸圆坯表面质量、组织致密性、均匀性高；

本发明还提供一种石油套管连接件用连铸圆坯的制备方法。通过该方法得到的石油套管连接件用连铸圆坯的洁净度、组织致密性、均匀性均有很大提高，满足石油套管连接件用钢要求。

上述石油套管连接件用钢的化学成分按质量百分比为：C：0.28%～0.33%，Si:0.20%～0.35%，Mn：0.45%～0.60%，P≤0.025%，S≤0.025%，Cr：0.90%～1.10%，Mo：0.18%～0.25%，Al_t：0.020%～0.050%，Cu≤0.25%，H≤2.0×10^-4%，N：40×10^-4%～70×10^-4%，T.O≤15×10^-4%，余量为Fe及不可避免的杂质。

其中，Al_t是指全铝；T.O是指全氧。

以下将对本发明主要成分的设计机理进行详细说明：

C：提高钢的强度和硬度，降低塑、韧性。碳含量低于0.28%，不易达到强、硬度要求，增加合金用量；高于0.33%难以满足塑、韧性要求，且易造成连铸坯成分偏析和加热时过热。

Si:提高钢的强度、淬透性，最低含量在0.20%时才能起有效作用；含量较高时，回火易产生石墨化，并易使钢中形成带状组织，增加钢的各向异性，降低综合力学性能。

Mn：明显提高钢的淬透性，细化珠光体组织，改善力学性能，含量低于0.45%不能满足钢种性能要求；含量过高时，增加晶粒粗化和回火脆性及连铸坯成分偏析倾向，设计最高含量为0.60%。

P、S：改善钢的切削性能，显著降低钢的塑性和韧性，增加钢产生裂纹的倾向，恶化钢的综合力学性能，含量超过0.025%时更加明显，应尽量降低其含量。

Cr：明显提高钢的强度和淬透性，同时提高耐磨性和抗腐蚀能力，但含量过高，易增加钢的回火脆性；依据钢种使用性能要求，设计铬含量为0.90%～1.10%。

Mo：显著提高钢的淬透性、冲击韧性及耐腐蚀性能，提高回火稳定性。含量低于0.18%作用不明显，含量过高时将增加生产成本。

Al_t：主要细化晶粒、脱氧、固氮，提高钢的韧性，改善钢的综合力学性能，含量低于0.020%不能起到有效作用；含量高于0.050%时，易造成二次氧化，降低钢液流动性，恶化钢的质量。