[发明专利]一种105ksi钛合金石油钻杆用管材及制造方法

说明书

本发明公开了一种105ksi钛合金石油钻杆用管材及制造方法，发明的管体成分主要包括Al、Mo、V、Zr和Ti，对本发明的管材进行实物力学性能评价，测试其抗拉强度Rm、屈服强度R0.2、延伸率A，做夏比冲击试验(V型缺口，纵向，室温)测试其冲击功，用金相显微镜观察金相组织。所测数值均能满足105ksi级钻杆力学性能要求，本发明填补国内外关于105ksi级钛合金石油钻杆管体的制造工艺空白，操作步骤简单。

技术领域

本发明属于石油天然气工业钻采领域，具体涉及一种105ksi钛合金石油钻杆用管材及制造方法。

背景技术

随着现代石油工业的发展以及国内外对油气资源需求的逐渐增长，促使石油天然气勘探开发不断深入，所遇开采环境和地层条件也越来越复杂，超过7000m的深井越来越常见；海洋钻井也已不满足于浅海，逐渐向深水进军；陆地上，以往难以开采的三高(高温、高压、高腐蚀)油气井也开始攻克。传统的钢制钻杆管体材料如27CrMo、30CrMo等虽然仍在油田大量应用，但随着钻采环境变得越来越苛刻，已经逐渐不能满足高温高压高腐蚀井材料需求，发生很多失效问题。钛合金石油钻杆具有密度小、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。

钛合金石油钻杆正在处于研发阶段，制约钛合金管材在石油领域的广泛应用主要是由于昂贵的合金化元素V、Mo、Zr等，加工制造难度大，成本高，对于达到石油行业要求的105ksi级钻杆管体力学性能其热处理工艺尚不明确。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种105ksi钛合金石油钻杆用管材及制造方法，可满足105ksi级石油钻杆管体力学性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种105ksi钛合金石油钻杆用管材，所述的管材以质量百分比计，包括Al 4.9～5.3％、Mo 0.7～0.9％、V 3.0～3.3％、Zr 1.5～2％，余量为Ti。

一种105ksi钛合金石油钻杆用管材的制造方法，包括以下步骤：

步骤1，依照所述管材的组分配置原料，依次冶炼、铸造，得到锭坯，管材的组分按质量百分比计，包括Al 4.9～5.3％、Mo 0.7～0.9％、V 3.0～3.3％、Zr 1.5～2％，余量为Ti；

步骤2，对锭坯升温后进行挤压；

步骤3，对挤压后的锭坯进行轧制；

步骤4，在轧制后的管材表面涂覆保护性涂料；

步骤5，对涂覆保护性涂料后的管材进行固溶处理；

步骤6，对固溶处理后的管材进行时效处理，得到105ksi钛合金石油钻杆用管材。

进一步，步骤2中，锭坯升温温度为980℃～1050℃，保温1h后进行挤压。

进一步，步骤2中，挤压时，挤压比大于9，挤压速度为17mm/s。

进一步，步骤3中，轧制温度为450℃～550℃。

进一步，步骤4中，保护性涂料为Cr₂O₃。

进一步，步骤5中，固溶处理是将管材升温到980℃～1050℃保温45～60min后，空冷至室温，得到固溶处理后的管材。

步骤六中，时效处理是将固溶处理后的管材升温到550℃～650℃，保温5～7h，空冷至室温。

一种105ksi钛合金石油钻杆用管材的制造方法得到的105ksi钛合金石油钻杆用管材。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：