[发明专利]V150钢级高强韧性套管钢的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁行业的无缝石油套管钢冶炼工艺，特别涉及V150钢级高强韧性套管钢的制备方法。

背景技术

随着石油资源日益匮乏，而油气需求量日益旺盛，为了获得更多的石油资源，对地质条件复杂、开采难度大的油田的开发加大；随着油井深度增加，井内温度和压力相应提高，固井完井用套管服役的地质环境发生了显著变化，现有美国API标准的高钢级套管难以胜任，必须采用非API标准的高强韧性套管，如V150高强韧性套管。为了确保油井的运行安全，因此对V150高强韧性套管的综合力学性能、使用性能和寿命提出了更高要求，特别是需要兼具高强韧性，对强韧性匹配提出了极高的要求。

生产高强韧性套管是极富挑战性，技术含量和附加值最高，同时又有高风险的产品。全世界生产石油钢管的企业大都是技术最先进、最富盛誉的钢铁企业，其中只有少数企业能生产出性能稳定、强韧度匹配良好的高钢级套管，其生产技术在世界范围内被视为顶尖技术而严格保密。目前国内外主要油井管生产企业都在开发具有自主知识产权的非API标准的高强韧性套管。如全球钢管行业的4大巨头法国的瓦卢瑞克(Vallourec)、卢森堡的特纳瑞斯(Tenaris)、日本的住友金属以及中国的天津钢管等公司报道了一些高强韧性套管的生产技术，大都为具有自主知识产权的专利技术，内容主要涉及钢的成分设计和工艺措施，而对具体的冶炼操作鲜有报道。

V150高强韧性套管，主要用于在高压气井、高压深井、超深井、高温高压井中，有的井底压力高达130MPa以上，井口压力也超过70MPa；由于井深，、使得井底温度一般在130～180℃，有的超过200℃。为了确保油井的运行安全，其突出特点是要求强韧性匹配高、综合力学性能优良和长使用寿命，因此，就材料本身而言，主要影响因素是钢的有害元素P、S，五害元素(As、Sn、Pb、Sb、Bi)，钢质纯净(气体、夹杂)和偏析等。这些影响因素主要在冶炼和浇铸过程进行控制，因此做好高强韧性套管V150的冶炼过程控制非常关键。

申请号为200910069758.X，发明名称为“150ksi钢级高强韧油气井井下作业用钢管及其生产方法”的中国专利，公开了一种150ksi钢级高强韧油气井井下作业用钢管，其化学成分按重量％为C：0.22～0.26％、Si 0.15～0.35％、Mn 0.40～0.60％、P≤0.010％、S≤0.005％、Cr 0.90～1.10％、Mo 0.70～0.80％，V 0.10～0.15％，其余为Fe和不可去除的痕量元素。还公开了该钢级钢管的制备方法，主要包括炼钢、轧管和热处理等步骤。虽然该发明涉及钢的成分设计和制备工艺，其最终成品150ksi钢级高强韧钢管，不涉及具体的钢坯的浇铸过程的控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种V150钢级高强韧性套管钢的制备方法。

V150钢级高强韧性套管钢的制备方法，包括以下步骤：

a、冶炼：以铁水和废钢为原料，在电弧炉中进行冶炼，得到温度为1620～1640℃的初炼钢水；

b、LF精炼：将a步骤冶炼好的钢水加入合成渣进行LF精炼，待合成渣基本熔化后，分批加入精炼剂、Al粉加强炉渣脱氧，造白渣，保证白渣时间≥20min；控制炉渣(FeO+MnO)≤0.5％，升高钢水温度，进行合金化和脱硫操作，调整合金成分满足标准要求且S≤0.003％；同时LF精炼结束后进行第一次钙处理；

c、VD真空处理：将b步骤中精炼后的钢水真空度在常压～67pa下，控制吹Ar流量80～150NL/Min，在破空前5min以内控制吹Ar流量40～80NL/min，在真空度≤67Pa下脱气处理12～18min，之后在真空度≤200Pa下脱气处理至少5min；破真空后在VD真空处理工序进行第二次钙处理；钙处理后对钢水进行静吹处理，控制底吹氩强度保证钢液面微动，静吹时间≥15min，再静置10～20min；得到温度为1570～1585℃的钢水；

d、浇铸成连铸圆坯：将c步骤处理好的钢水进行浇铸，控制中间包浇注过热度，浇铸温度1525～1545℃；二冷曲线采用弱冷，比水量0.42～0.48Kg/t；采用结晶器电搅和末端电搅，结晶器电磁搅拌参数：电流200A、频率2.5Hz，末端电磁搅拌参数：电流150A、频率8.0Hz。