[发明专利]一种高强韧150钢级钻杆材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻杆材料领域，特别涉及一种高强韧150钢级钻杆材料及其制备方法。

背景技术

钻柱是石油工业中不可替代的高科技含量的工具，被广泛用于石油开采、地质勘探和深井开挖等地下深层作业。钻柱通常包括：钻头、钻铤、钻杆、稳定器、专用接头及方钻杆。其中，钻杆是钻柱的基本组成部分，主要用于传递扭矩、输送钻井液以及在钻井过程中通过钻杆的不断连接来达到不断加深井眼的目的。因此，在油井开发中，要求钻杆必须能够承受巨大的内外压、扭曲力和弯曲力等。目前，在油气勘探开发过程中，为了提高钻杆材料的强度，高强度的150钢级钻杆材料正在被逐步开发使用。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

钻杆在使用过程中，由于受到各种外力的反复作用，会产生疲劳，从而带来钻杆甚至钻柱的疲劳破坏，即钻杆或钻柱失效。目前在日益严酷的石油开发环境中，石油钻杆材料的疲劳寿命低，钻杆失效事故发生率高，严重影响了材料在石油钻杆生产中的广泛应用。

发明内容

为了解决现有技术中150钢级钻杆材料疲劳寿命低的问题，本发明实施例提供了一种高强韧150钢级钻杆材料及其制备方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种高强韧150钢级钻杆材料，所述材料的化学成分及质量百分比含量为：C（碳）:0.23%～0.30%，Cr（铬）:0.5%～1.5%，Ni（镍）:0.6%～1.0%，Mn（锰）:0.9%～1.5%，Mo（钼）:0.8%～1.4%，Si（硅）:0.1%～0.5%，Ce（铈）:0.6%～1.0%，Nb（铌）:0.01～0.08%，V（钒）：0.01%～0.08%，余量为Fe（铁）和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中S（硫）、P（磷）、Al（铝）的质量百分比为：S：≤0.008%，P：≤0.08%，Al：≤0.07%。

本发明的一个优选的技术方案是：所述材料的化学成分及质量百分比含量为：C:0.26%～0.29%，Cr:1.1%～1.3%，Ni:0.7%～0.9%，Mn:1.0%～1.2%，Mo:1.0%～1.2%，Si:0.2%～0.3%，Ce:0.7%～0.9%，Nb:0.03～0.06%，V：0.03%～0.07%，余量为Fe和不可避免的杂质，所述可避免的杂质中，S、P、Al的质量百分比为：S：≤0.008%，P：≤0.08%，Al：≤0.07%。。

更优选的一个技术方案是：所述材料的化学成分及质量百分比含量为：C：0.29%，Cr：0.9%，Ni：0.75%，Mn：1.2%，Mo：0.9%，Si：0.30%，Ce：0.7%，Nb：0.06%，V：0.04%，余量为Fe和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中，S、P、Al的质量百分比为：S：≤0.005%，P：≤0.008%Al：≤0.03%。。

另一个更优选的技术方案是：所述材料的化学成分及质量百分比含量为：C：0.26%，Cr：0.8%，Ni：0.9%，Mn：1.0%，Mo：1.0%，Si：0.25%，Ce：0.9%，Nb：0.07%，V：0.06%，余量为Fe和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中S、P、Al的质量百分比为：S：≤0.003%，P：≤0.008%，Al：≤0.06%。

还有一个更优选的技术方案是：所述材料的化学成分及质量百分比含量为：C：0.30%，Cr：0.75%，Ni：0.6%，Mn：1.35%，Mo：1.1%，Si：0.35%，Ce：0.71%，Nb：0.03%，V：0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质中S、P、Al的质量百分比为：S：≤0.003%，P：≤0.008%，Al：≤0.02%。

本发明中所述材料的化学成分及其质量百分比的设计原理如下。

在深井施工过程中，钻杆承受的应力非常复杂，包括拉、压、弯、扭、剪切及其复合和交变载荷等，容易引起钻杆的疲劳破坏；同时，深井施工中，对钻柱的转速要求很高，而钻速过快会增大应力交变频率，从而减少钻杆的疲劳寿命；另外，根据机械振动理论，当转速与钻柱固有频率重合时，钻柱便发生共振，当共振发生时无论钻杆新旧都会很快疲劳。因此，目前在深井施工过程中，钻杆失效的事故越来越多。根据资料统计，每年钻柱失效的事故有1000例左右，其中由于钻杆失效引起钻柱失效的事故占钻柱失效事故的50%～60%。