110ksi級(jí)鈦合金油管及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種110ksi級(jí)鈦合金油管及其生產(chǎn)方法。所述方法包括：冶煉成分為Al：3.5～7%、V：2.5～6.5%、Mo：1.5～2.5%、Si：0.15～0.35%及余量Ti的合金液，制成圓管坯；加熱圓管坯至950～995℃；斜軋穿孔以得毛管，延伸系數(shù)為2.3～3.5，擴(kuò)徑率為10～18%；向毛管吹硼砂，隨后進(jìn)行除鱗；連軋形成荒管，延伸系數(shù)為2.3～2.8，減徑率為16～20%；將荒管經(jīng)中間冷床冷卻到400℃以下，然后用再加熱爐加熱至890～960℃，用張減機(jī)減徑，張減機(jī)變形量≥50%。本發(fā)明能夠得到具有良好力學(xué)性能和良好的抗H2S和CO2腐蝕性能的110ksi級(jí)鈦合金油管。
【專利說明】11 Oksi級(jí)鈦合金油管及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鈦合金油管【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來講，涉及一種IlOksi級(jí)鈦合金油井管及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著油井開采深度的不斷增加，流體的溫度和壓力升高，含硫量增加，因此，對(duì)于油井管的材料和技術(shù)要求更為嚴(yán)格。隨著埋藏很深的高酸性油氣田的逐漸發(fā)現(xiàn)和開采，開采環(huán)境中H2s、CO2, S、Cl-含量很高，常用的不銹鋼管材已無法滿足開采需求。因此，高合金化的鎳基耐蝕合金(028、825、G-3、2550、050、625、C276)等鎳基合金己經(jīng)在石油勘探和工作條件苛刻的油井上得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]然而，在深井中使用上述鎳基合金，重量亦顯太重。鑒于鈦合金管具有低密度、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，其比強(qiáng)度(強(qiáng)度/重量比)高，并且具有更加優(yōu)良的抗疲勞性能和抗腐蝕特性，因此，開發(fā)鈦合金油管及其生產(chǎn)工藝就成了急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足中的至少一項(xiàng)。
[0005]例如，本發(fā)明的目的之一在于提供一種適合在高溫、硫化氫和高二氧化碳環(huán)境下使用的IlOksi級(jí)鈦合金油管及其生產(chǎn)方法。
[0006]本發(fā)明的一方面提供了一種IlOksi級(jí)鈦合金油管的生產(chǎn)方法。所述生產(chǎn)方法包括依次進(jìn)行的以下步驟:冶煉形成成分按重量百分比計(jì)為Al:3.5~7%、V:2.5~6.5%、Mo:
1.5~2.5%、Si:0.15~0.35%以及余量Ti的鈦合金液，將鈦合金液制成圓管坯；加熱圓管
以使圓管坯溫度為950~995°C ;對(duì)圓管坯進(jìn)行斜軋穿孔以得到毛管，其中，控制延伸系數(shù)為2.3~3.5，擴(kuò)徑率為10~18% ;向毛管吹硼砂，對(duì)毛管進(jìn)行除鱗；對(duì)毛管進(jìn)行連軋以形成荒管，其中，控制延伸系數(shù)為2.3~2.8,減徑率為16~20% ;將荒管經(jīng)再加熱爐前的中間冷床冷卻到400°C以下，然后用再加熱爐加熱至890~960°C，接著用張減機(jī)減徑，控制張減機(jī)變形量≥50%，得到IlOksi級(jí)鈦合金油管。
[0007]本發(fā)明的另一方面提供了一種IlOksi級(jí)鈦合金油管。所述IlOksi級(jí)鈦合金油管采用如上所述的生產(chǎn)方法制得。其成分按重量百分比計(jì)為Al:3.5~7%、V:2.5~6.5%、Mo:1.5~2.5%、S1:0.15~0.35%以及余量Ti，并且其具有α + β等軸組織。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果包括:能夠得到具有良好力學(xué)性能(例如，屈服強(qiáng)度Rpq.2:758~965Mpa、抗拉強(qiáng)度.) 862Mpa、延伸.) 12.0%、0°C的全尺寸縱向夏比沖擊功不小于41J)并具有良好的抗H2S和CO2腐蝕性能的IlOksi級(jí)鈦合金油管。本發(fā)明的鈦合金油管適合在高溫、硫化氫和高二氧化碳環(huán)境的油井下使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1示出了本發(fā)明IlOksi級(jí)鈦合金油管的一個(gè)示例性實(shí)施例的金相組織結(jié)構(gòu)圖；
[0010]圖2示出了本發(fā)明IlOksi級(jí)鈦合金油管的另一個(gè)示例性實(shí)施例的金相組織結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖3示出了本發(fā)明IlOksi級(jí)鈦合金油管的又一個(gè)示例性實(shí)施例的金相組織結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]在下文中，將結(jié)合示例性實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的IlOksi級(jí)鈦合金油管及其生產(chǎn)方法。
[0013]根據(jù)本發(fā)明一方面的IlOksi級(jí)鈦合金油管(也可稱為油井管)生產(chǎn)方法包括依次進(jìn)行的以下步驟:冶煉形成成分按重量百分比計(jì)為Al:3.5~7%、V:2.5~6.5%、Mo:1.5~
2.5%、S1:0.15~0.35%以及余量Ti的鈦合金液，將鈦合金液制成圓管坯；加熱圓管坯，以使圓管坯溫度為950~995°C ;對(duì)圓管坯進(jìn)行斜軋穿孔以得到毛管，其中，控制延伸系數(shù)為
2.3~3.5，擴(kuò)徑率為10~18% ;向毛管吹硼砂，對(duì)毛管進(jìn)行除鱗；對(duì)毛管進(jìn)行連軋以形成荒管，其中，控制延伸系數(shù)為2.3~2.8,減徑率為16~20% ;將荒管經(jīng)再加熱爐前的中間冷床冷卻到400°C以下，然后用再加熱爐加熱至890~960°C，接著用張減機(jī)減徑，控制張減機(jī)變形量≥50%，得到IlOksi級(jí)鈦合金油管。
[0014]在本發(fā)明的生產(chǎn)方法的一個(gè)示例性實(shí)施例中，鈦合金液的成分優(yōu)選為Al:5.5~6.5%、V:3.2 ~5.7%、Mo:1.9 ~2.3%、Si:0.20 ~0.30% 以及余量 Ti。
[0015]在本發(fā)明的生產(chǎn)方法的一個(gè)示例性實(shí)施例中，加熱圓管坯的步驟可通過使圓管坯依次經(jīng)歷溫度不高于800°C的預(yù)熱段、溫度為860~998°C的加熱段和溫度為950~995°C的均熱段，以將圓管還的溫度控制為950~995°C。例如,加熱圓管還的步驟可通過使圓管坯依次經(jīng)歷溫度為550~790°C的預(yù)熱段、溫度為溫度為800~860°C的加熱一段、溫度為880~930°C的加熱二段、溫度為950~980°C的加熱三段和溫度為980~995°C的均熱段，以將圓管坯的溫度控制為965~985°C。
[0016]在本發(fā)明的生產(chǎn)方法的一個(gè)示例性實(shí)施例中，優(yōu)選地，斜軋穿孔以得到毛管的步驟控制軋棍速度為0.35~0.5mm/s
[0017]根據(jù)本發(fā)明另一方面的IlOksi級(jí)鈦合金油管采用如上所述的生產(chǎn)方法制得。該IlOksi級(jí)鈦合金油管的成分按重量百分比計(jì)為Al:3.5~7%、V:2.5~6.5%、Mo:1.5~
2.5%、S1:0.15~0.35%以及余量Ti，并且其具有α + β等軸組織。
[0018]在本發(fā)明的IlOksi級(jí)鈦合金油管中，合金元素的主要作用如下:
[0019]將鋁的含量控制為3.5~7%，能夠改善抗氧化性，減小合金密度，顯著提高再結(jié)晶溫度，提高合金的熱強(qiáng)性，防止由亞穩(wěn)定β相分解產(chǎn)生的ω相而引起的脆性，提高氫在α-Ti中的溶解度，減少由氫化物引起氫脆的敏感性。優(yōu)選地，將鋁的含量控制為5.5~6.5%。如果鋁含量超過7%，則可能對(duì)合金的塑性、韌性及應(yīng)力腐蝕不利。
[0020]將釩和鑰的含量分別控制為V:2.5~6.5%、Mo:1.5~2.5%，能夠固溶強(qiáng)化β相，并顯著降低相變點(diǎn)、增 加淬透性，從而增強(qiáng)熱處理強(qiáng)化效果；并且加入上述含量的釩和鑰后的鈦合金油管不發(fā)生共析反應(yīng)，在高溫下組織穩(wěn)定性好，有利于提高蠕變抗力和耐蝕性，尤其是提高合金在氯化物溶液中抗縫隙腐蝕能力。優(yōu)選地，將釩和鑰的含量分別控制為V:3.2 ~5.7%、Mo:1.9 ~2.3%。
[0021]將硅的含量控制為0.15~0.35%，能夠改善合金的耐熱性能。如果硅含量過高，則會(huì)造成硅在α相析出，從而劣化性能。優(yōu)選地，將硅的含量控制為0.2~0.30%。
[0022]在本發(fā)的一個(gè)示例性實(shí)施例中，IlOksi級(jí)鈦合金油管生產(chǎn)方法可以通過以下步驟來實(shí)現(xiàn):
[0023](I)冶煉:選用海綿塊，按照成分按重量百分比為:Ti余量，Al:3.5~7%，V:2.5~
6.5%, Mo:1.5~2.5%, S1:0.15~0.35%的配比配料，采用二次真空自耗電弧爐熔煉(例如，進(jìn)行2~3次熔煉)，經(jīng)快鍛機(jī)鍛造成毛坯，扒皮制得圓管坯。
[0024](2)環(huán)形爐加熱:將所述管坯在環(huán)形爐中加熱，爐內(nèi)氣氛為弱氧化氣氛，爐溫設(shè)定預(yù)熱段≤8000C ;加熱段為860~998°C均熱段為950~995°C，均熱段保溫I~1.7小時(shí)以保證加熱溫度均勻。
[0025](3)斜軋穿孔:鈦合金坯料出環(huán)形爐經(jīng)二輥斜軋穿孔機(jī)穿孔得到毛管，軋輥速度
0.35~0.5mm/s,控制延伸系數(shù)為2.3~3.5，穿孔后毛管擴(kuò)徑率為10~18%，斜軋穿孔采用普通穿碳鋼的頂頭，穿孔毛管經(jīng)吹硼砂后，送連軋機(jī)。
[0026](4)連軋:毛管經(jīng)高壓風(fēng)除鱗后進(jìn)入五機(jī)架三輥連軋機(jī)，軋制為荒管，出口速度為
3.2~4m/s，延伸系數(shù)為2.3~2.8，減徑率為16~20%。
[0027](5)張力減徑:將所述荒管經(jīng)再加熱爐前中間冷床冷卻到400°C以下，然后用再加熱爐加熱至890~960°C，經(jīng)張減機(jī)減徑，控制張減機(jī)變形量≥50%,優(yōu)選地，可以為100%以上，得到最終的油管。
[0028] 對(duì)于本發(fā)明的鈦合金荒管來講，在960°C以下的較低溫度變形時(shí)應(yīng)力軟化現(xiàn)象非常明顯，變形機(jī)制和熱變形激活能不同于960°C以上的較高溫度變形機(jī)制，這主要是因?yàn)樽冃芜^程中同時(shí)發(fā)生了相變。鈦合金在960°C以上高溫度變形時(shí)，低應(yīng)變速率(如ε =0.01s-1)促進(jìn)了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為的發(fā)生，而在較高的應(yīng)變速率(如ε =IOs-1)時(shí)，一般只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)現(xiàn)象，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為受抑制。因此，再加熱爐加熱溫度為890~960°C，并要求張減機(jī)變形量≥ 50%。
[0029]示例 I
[0030]選用海綿塊，按照成分按重量百分比為=Ti余量，Al:5.7%，V:3.8%，Mo:2.0%，Si:
0.22%的配比配料，采用二次真空自耗電弧爐熔煉，進(jìn)行2次熔煉，經(jīng)快鍛機(jī)鍛造成毛坯，扒皮制得圓管還。圓管還的規(guī)格為195_。
[0031]將管坯在環(huán)形爐中加熱，爐內(nèi)氣氛為弱氧化氣氛，爐溫設(shè)定預(yù)熱段630±10°C ;加熱一段為830 ± 15 °C，加熱二段為900 ± 15 °C，加熱三段為965 ± 15 °C，均熱段為985 ± 5°C，均熱段保溫1.5小時(shí)以保證加熱溫度均勻。
[0032]管坯出環(huán)形爐經(jīng)二輥斜軋穿孔機(jī)穿孔得到225X 16規(guī)格的毛管，軋輥速度
0.36mm/s,控制延伸系數(shù)為2.84,穿孔后毛管擴(kuò)徑率為15.4%,斜軋穿孔采用普通穿碳鋼的頂頭，穿孔毛管經(jīng)吹硼砂后，送連軋機(jī)。
[0033]毛管經(jīng)高壓風(fēng)除鱗后進(jìn)入五機(jī)架三輥連軋機(jī)，軋制為荒管，出口速度為3.2m/s,延伸系數(shù)為2.43，減徑率為19.1%?；墓芤?guī)格為182X7.9_。
[0034]張力減徑:將所述荒管經(jīng)再加熱爐前中間冷床冷卻到350~370°C，然后用再加熱爐加熱至910±5°C，經(jīng)張減機(jī)減徑，張減機(jī)變形量259%，得到規(guī)格為88.90 X 6.45mm的鈦合金油管。經(jīng)檢測(cè)，本示例的鈦合金油管具有α+β等軸組織，其金相組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0035]示例2
[0036]選用海綿塊，按照成分按重量百分比為=Ti余量，Al:5.98%，V:3.98%，Mo:2.15%，S1:0.24%的配比配料，采用二次真空自耗電弧爐熔煉，進(jìn)行2次熔煉，經(jīng)快鍛機(jī)鍛造成毛還，扒皮制得圓管還。圓管還的規(guī)格為195mm。
[0037]將管坯在環(huán)形爐中加熱，爐內(nèi)氣氛為弱氧化氣氛，爐溫設(shè)定預(yù)熱段650±10°C ;力口熱一段為830± 15°C，加熱二段為900± 15°C，加熱三段為965± 15°C，均熱段為985± 10°C，均熱段保溫1.6小時(shí)以保證加熱溫度均勻。
[0038]管坯出環(huán)形爐經(jīng)二輥斜軋穿孔機(jī)穿孔得到2 2 2 X 16.5規(guī)格的毛管，軋輥速度
0.40mm/s,控制延伸系數(shù)為2.80,穿孔后毛管擴(kuò)徑率為13.8%,斜軋穿孔采用普通穿碳鋼的頂頭，穿孔毛管經(jīng)吹硼砂后，送連軋機(jī)。
[0039]毛管經(jīng)高壓風(fēng)除鱗后進(jìn)入五機(jī)架三輥連軋機(jī)，軋制為荒管，出口速度為3.5m/s,延伸系數(shù)為2.44,減徑率為18%?；墓芤?guī)格為182X8.0mm。
[0040]張力減徑:將所述荒管經(jīng)再加熱爐前中間冷床冷卻到185?205°C，然后用再加熱爐加熱至900 ± 5°C，經(jīng)張減機(jī)減徑，張減機(jī)變形量259%，得到規(guī)格為88.90 X 6.45mm的鈦合金油管。經(jīng)檢測(cè)，本示例的鈦合金油管具有α+β等軸組織，其金相組織結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0041]示例3
[0042]選用海綿塊，按照成分按重量百分比為=Ti余量，Al:6.23%，V:4.04%, Mo:2.11%，S1:0.24%的配比配料，采用二次真空自耗電弧爐熔煉，進(jìn)行2次熔煉，經(jīng)快鍛機(jī)鍛造成毛還，扒皮制得圓管還。圓管還的規(guī)格為160mm。
[0043]將管坯在環(huán)形爐中加熱，爐內(nèi)氣氛為弱氧化氣氛，爐溫設(shè)定預(yù)熱段600±10°C ;力口熱一段為830± 15°C，加熱二段為900± 15°C，加熱三段為965± 15°C，均熱段為985± 10°C，均熱段保溫1.2小時(shí)以保證加熱溫度均勻。
[0044]管坯出環(huán)形爐經(jīng)二輥斜軋穿孔機(jī)穿孔得到181X14規(guī)格的毛管，軋輥速度
0.45mm/s，控制延伸系數(shù)為2.74，穿孔后毛管擴(kuò)徑率為13.1%，斜軋穿孔采用普通穿碳鋼的頂頭，穿孔毛管經(jīng)吹硼砂后，送連軋機(jī)。
[0045]毛管經(jīng)高壓風(fēng)除鱗后進(jìn)入五機(jī)架三輥連軋機(jī)，軋制為荒管，出口速度為3.5m/s,延伸系數(shù)為2.35,減徑率為18%。荒管規(guī)格為140X7.5mm。
[0046]張力減徑:將所述荒管經(jīng)再加熱爐前中間冷床冷卻到45?65°C，然后用再加熱爐加熱至930±5，經(jīng)張減機(jī)減徑，張減機(jī)變形量187%，得到規(guī)格為88.90X6.45mm的鈦合金油管。經(jīng)檢測(cè)，本示例的鈦合金油管具有α+β等軸組織，其金相組織結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0047]表I示例I至3得到的鈦合金油管的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種IlOksi級(jí)鈦合金油管的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述生產(chǎn)方法包括依次進(jìn)行的以下步驟: 冶煉形成成分按重量百分比計(jì)為Al:3.5?7%、V:2.5?6.5%、Mo:1.5?2.5%、Si:0.15?0.35%以及余量Ti的鈦合金液，將鈦合金液制成圓管坯； 加熱圓管坯，以使圓管坯溫度為950?995°C ； 對(duì)圓管坯進(jìn)行斜軋穿孔以得到毛管，其中，控制延伸系數(shù)為2.3?3.5，擴(kuò)徑率為10?18% ； 向毛管吹硼砂，對(duì)毛管進(jìn)行除鱗； 對(duì)毛管進(jìn)行連軋以形成荒管，其中，控制延伸系數(shù)為2.3?2.8,減徑率為16?20% ； 將荒管經(jīng)再加熱爐前的中間冷床冷卻到400°C以下，然后用再加熱爐加熱至890?960°C，接著用張減機(jī)減徑，控制張減機(jī)變形量> 50%，得到IlOksi級(jí)鈦合金油管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IlOksi級(jí)鈦合金油管的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述鈦合金液的成分為 Al:4.0 ?5.5%、V:3.2 ?5.7%、Mo:1.9 ?2.3%、Si:0.20 ?0.30% 以及余量Ti。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IlOksi級(jí)鈦合金油管的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述加熱圓管坯的步驟將圓管坯依次經(jīng)歷溫度不高于800°C的預(yù)熱段、溫度為860?998°C的加熱段和溫度為950?995°C的均熱段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IlOksi級(jí)鈦合金油管的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述斜軋穿孔以得到毛管的步驟控制軋輥速度為0.35?0.5mm/s。
5.一種IlOksi級(jí)鈦合金油管，其特征在于，所述IlOksi級(jí)鈦合金油管采用如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的生產(chǎn)方法制得。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的IlOksi級(jí)鈦合金油管，其特征在于，所述IlOksi級(jí)鈦合金油管的成分按重量百分比計(jì)為Al:3.5?7%、V:2.5?6.5%、Mo:1.5?2.5%、S1:0.15?0.35%以及余量Ti，并且其具有α + β等軸組織。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的IlOksi級(jí)鈦合金油管，其特征在于，所述IlOksi級(jí)鈦合金油管的成分為 Al:4.2 ?5.7%、V:3.5 ?5.5%、Mo:1.8 ?2.0%、Si:0.18 ?0.24% 以及余量Ti。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的IlOksi級(jí)鈦合金油管，其特征在于，所述IlOksi級(jí)鈦合金油管的屈服Rpa2為758?965Mpa、抗拉強(qiáng)度不小于862Mpa、延伸率不小于12.0%、0°C的全尺寸縱向夏比沖擊功不小于41J。
【文檔編號(hào)】C22C14/00GK103909112SQ201410126903
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】曾理, 郭元蓉, 黃英, 江健, 鄒友富, 李銀 申請(qǐng)人:攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司