[发明专利]一种720MPa级高强度钛合金钻杆用管材及制造方法有效

专利信息
申请号: 202010364645.9 申请日: 2020-04-30
公开(公告)号: CN111621669B 公开(公告)日: 2021-08-03
发明(设计)人: 冯春;蒋龙;李睿哲;李宁;韩礼红;刘永刚;刘洪涛 申请(专利权)人: 中国石油天然气集团有限公司;中国石油天然气集团公司管材研究所
主分类号: C22C14/00 分类号: C22C14/00;C22C1/03;C22F1/18;E21B17/00
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 李晓晓
地址: 100007 北京市*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 720 mpa 强度 钛合金 钻杆 管材 制造 方法
【说明书】:

发明一种720MPa级高强度钛合金钻杆用管材及制造方法,所述的管材以质量百分比计,包括Al 5.5%~6%、V 1.5%~2.0%、C≤0.05%、N≤0.03%、H≤0.0125%和O≤0.1%,余量为Ti;所述方法先将原料依次进行冶炼、铸造和锻造,得到圆锭坯,之后经加热保温、挤压得到管材,再对管材轧制后,进行初步退火处理,再采用两级固溶处理、预拉伸处理和人工时效热处理工艺,最终不仅使加工制造难度变小,成本降低,而且达到了石油行业720MPa级的钻杆用管材要求的抗拉强度和屈服强度、延伸率和冲击功。

技术领域

本发明属于石油天然气工业油井管制造技术领域,具体为一种720MPa级高强度钛合金钻杆用管材及制造方法。

背景技术

石油工业的勘探开发逐渐向深井超深井、低压低渗井、海洋油气井和非常规油气井四个方向发展,钻采环境以及油气井类型变得越来越复杂和苛刻,由于传统钢钻杆比强度低,设备重量大,高温力学性能差等问题,当面对这些苛刻的钻采环境油气井,其优越性大大降低。而钛合金钻杆比强度高、耐高温、耐腐蚀等优异特性,对于超深井、大位移井、含硫井、短半径井、高温高压井等复杂工况油气井钻井问题具有广泛的应用前景。

我国钛合金石油钻杆正在处于研发阶段,制约钛合金在石油领域的应用主要是由于其昂贵的合金化,例如V、Mo和Zr等合金化元素,以及其加工制造难度大,导致成本增加,并且对于石油行业要求的抗拉强度和屈服强度、延伸率和冲击功,达到720MPa级的钻杆用管材的加工制造工艺尚不明确。

发明内容

针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种720MPa级高强度钛合金钻杆用管材及制造方法,合金成分设计简单且成本低,塑韧性好、抗疲劳性能好、性能稳定。

本发明是通过以下技术方案来实现:

一种720MPa级高强度钛合金钻杆用管材,所述的管材以质量百分比计,包括Al5.5%~6%、V 1.5%~2.0%、C≤0.05%、N≤0.03%、H≤0.0125%和O≤0.1%,余量为Ti。

一种720MPa级高强度钛合金钻杆用管材的制造方法,包括如下步骤,

步骤1,依照所述管材的组分配制原料,依次冶炼、铸造和锻造,得到圆锭坯,管材的组分按质量百分比计包括,Al 5.5%~6%,V 1.5%~2.0%,C≤0.05%,N≤0.03%,H≤0.0125%,O≤0.1%,余量为Ti;

步骤2,将圆锭坯加热到980~1050℃后保温,之后进行挤压得到管材,将管材轧制后进行退火处理,得到退火处理后的管材;

步骤3,将退火处理后的管材在950~970℃下保温0.8~1.2h,之后在930~940℃下保温后自然冷却至室温;

步骤4,将步骤3得到的管材预拉伸处理后进行时效处理,得到720MPa级高强度钛合金钻杆用管材。

进一步,步骤2将圆锭坯在所述温度保温0.8~1.5h。

进一步,步骤2中,得到管材时的挤压比大于15,挤压速度为85~110mm/s。

进一步,步骤2将管材在450~500℃下进行轧制。

进一步,步骤2将管材轧制后在770~830℃下保温0.8~1.2h,得到退火处理后的管材。

进一步,步骤3将退火处理后的管材在950~970℃下保温后,在930~940℃下保温0.8~1.2h。

进一步,步骤4中,所述的管材在预拉伸处理时的变形量为0.5%~2%。

进一步,步骤4中将所述的管材预拉伸处理后,先在480~530℃下保温1.5h~2h,之后自然冷却到室温。

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