[发明专利]一种高强韧性钛合金油井管及其制造方法

说明书

本发明涉及一种高强韧性钛合金油井管的制造方法，属于金属材料加工领域，其成分质量百分比为：Al：5.8～6.5，V：3.5～4.5，Ni：0.16～0.8，Nb：0.16～0.8，Fe≤0.20，O≤0.16,H≤0.01,N≤0.05,C≤0.08,其余为Ti和不可避免的杂质。本发明通过将上述成分冶炼制成圆坯，经坯料加热、穿孔、轧制、定减径、热矫直和热处理等主要工序后获得。本发明通过在TC4钛合金成分的基础上，添加适量β稳定合金元素Ni和Nb，并采用上述加工工艺，制造的不同规格钛合金油井管可满足API P110级和Q125级高强度、高韧性油井管的性能要求，而且具有良好的耐蚀性、焊接性和热加工性。

技术领域

本发明涉及一种高强韧性钛合金油井管及其制造方法。

背景技术

石油工业在我国国民经济中一直占有重要的地位，而且随着石油工业的发展，油井管作为石油天然气开发工程中所必须的重要材料，需求与日俱增。石油工业中每年由于石油用管服役工况恶劣导致其磨损、腐蚀、断裂、开裂等问题，其所带来的破坏和损失对国家造成重大经济损失。据国际钻井承包商协会统计，每起钻柱断裂事故平均直接损失为10.6万美元。尤其近年来随着石油资源的不断开采，石油天然气勘探开发向极地和海洋拓展，高压高温井的不断涌现使得开采难度越来越大，深井、超深井的井下高温、高压环境对油井管的强度、韧性等使用性能有着极高要求，所处条件超出大多数低碳微合金钢管和耐蚀合金管(如镍基合金)长期服役的能力范围。

钛合金由于具有密度小、比强度高、无磁性、耐蚀性好和良好的耐高温性能等特点，其应用领域迅速扩展。其中钛合金油井管作为现有油井管的补充和替代产品，优势和需求越来越明显，国内外很多机构都在进行钛合金油井管的研制，使得钛合金油井管的研究和应用成为目前高温高压及高腐蚀恶劣环境油气井选材和腐蚀控制最热门的方向。

钛合金油井管采用钛合金无缝管制造。当前钛合金无缝管的生产工艺主要包括热挤压/斜轧穿孔+冷轧、热挤压+减定径、斜轧穿孔+连轧/斜轧几种类型。其中热挤压/斜轧穿孔+冷轧一般生产孔径较小的薄壁钛合金管，而且冷轧后需要真空退火增加成本，而且中高强度钛合金的冷变形能力不佳，加工难度大。中国专利CN 105618508A提供了一种穿孔+冷轧生产薄壁钛合金无缝管的生产方法，虽然利用高温中频推制减少了冷轧前热处理工序，但是需重复推制、酸洗、冷轧工艺，导致工序较多、能耗高。热挤压钛合金管工艺存在成材率较低问题，不仅要求具有大型挤压设备，制定合理的挤压温度、挤压速度、挤压比，其中关键在于选择合理的润滑工艺。当前常见的润滑剂包括铜包覆和润滑脂：其中铜包覆挤压工序复杂，酸洗过程污染严重，且高温下钛铜易形成硬脆金属间化合物；使用润滑脂易造成管材末端出现粘结的质量问题影响后续加工，最终成品的尺寸精度和表面质量难以保证。此外中国专利CN102371288A提供了一种高精度高强钛合金无缝管材的制备方法，其采用棒材机加通孔+多道次冷轧的制备工艺，虽然工艺简单、尺寸精度高，但是其材料利用率太低，严重制约钛合金油井管大规模工业生产及应用。

因此，在穿孔+轧制工艺基础上，提供一种生产效率高、更经济、全流程热加工方法以实现高强韧钛合金油井管的生产，性能达到API P110或Q125级标准油井管力学性能要求，替代传统热挤压工艺和冷加工工艺，对于实现高强韧性钛合金油井管的关键工艺生产及应用前景具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有钛合金油井管综合性能的不足，提供一种高强韧性钛合金油井管及其制造方法，在TC4合金成分基础上设计成分，通过添加微量合金元素Ni和Nb，采用穿孔、轧制工艺制造出高强度、高韧性、高延伸率、高耐蚀性的钛合金油井管，本方法具有产品质量优异、成本低、连续性好、产品规格丰富等特点。