石油套管用金属基体材料的制备工艺.pdf

本发明公开了石油套管用金属基体材料的制备工艺，解决了现有合金材料不能同时满足成本和强度的问题。本发明包括步骤一、将生铁投入炉中熔化作为铁基质，经过脱硫、脱氧、脱磷处理，处理后使生铁中硫含量低于0.02％、磷含量低于0.03％；步骤二、将Mn、Cu、N加入到铁基质中混合均匀后，加热至熔融状态，保持1～2h后，再加入Si、Cr、C，混合均匀，在800～1100℃条件下保温至少2h后，以5～10℃/min的升温速度增加到1200～1250℃，再次保温至少2h，再在800～850℃条件下恒温浇铸；步骤三、浇铸完成后降温并快速冷却到200℃以下；步骤四，冷却后保温，最后经过淬火、回火后制成成品。本发明在保证低成本的情况下，保证高强度、高硬度，能有效增加耐酸性蚀的效果。

1.石油套管用金属基体材料的制备工艺，其特征在于，包括：
步骤一、将生铁投入炉中熔化作为铁基质，经过脱硫、脱氧、脱磷处理，处理后使生铁中
硫含量低于0.02％、磷含量低于0.03％；
步骤二、将Mn、Cu、N加入到铁基质中混合均匀后，加热至熔融状态，保持1～2h后，再加
入Si、Cr、C，混合均匀，在800～1100℃条件下保温至少2h后，以5～10℃/min的升温速度增
加到1200～1250℃，再次保温至少2h，再在800～850℃条件下恒温浇铸；
步骤三、浇铸完成后以5～10℃/min的降温速度降低到400～450℃，然后快速冷却到
200℃以下；
步骤四，冷却后放入800～850℃的炉火中保温1～2h，最后经过淬火、回火后制成成品；
其中各物质占总物质的重量百分比为：C 0.15％～0.20％，Mn 0.7％～0.9％，Si
0.3％～0.5％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,Cr 0.1％～0.2％，微量元素之和≤
1％。
2.根据权利要求1所述的石油套管用金属基体材料的制备工艺，其特征在于，各物质占
总物质的重量百分比为：C 0.19％～0.20％，Mn 0.8％～0.9％，Si 0.3％～0.4％，Cu
0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,Cr 0.1％。
3.根据权利要求1所述的石油套管用金属基体材料的制备工艺，其特征在于，各物质占
总物质的重量百分比为：C 0.15％～0.16％，Mn 0.8％～0.9％，Si 0.4％～0.5％，Cu
0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,Cr 0.1％～0.2％。
4.根据权利要求1所述的石油套管用金属基体材料的制备工艺，其特征在于，各物质占
总物质的重量百分比为：C 0.18％，Mn 0.7％～0.8％，Si 0.5％，Cu 0.1％，N 0.05％,Cr
0.2％。

石油套管用金属基体材料的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种金属材料制备工艺，具体涉及石油套管用金属基体材料的制备工
艺。

背景技术

石油套管是用于支撑油、气井井壁的钢管，以保证钻井过程进行和完井后整个油
井的正常运行。每一口井根据不同的钻井深度和地质情况，要使用几层套管。套管下井后要
采用水泥固井，它与油管、钻杆不同，不可以重复使用，属于一次性消耗材料。所以，套管的
消耗量占全部油井管的70%以上。套管按使用情况可分为：导管、表层套管、技术套管和油层
套管。

石油套管是维持油井运行的生命线。由于地质条件不同，井下受力状态复杂，拉、
压、弯、扭应力综合作用于管体，这对套管本身的质量提出了较高的要求。一旦套管本身由
于某种原因而损坏，可能导致整口井的减产，甚至报废。

由于其消耗量极大，因而急需一种成本低廉，且强度较高的套管用钢材。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有合金材料不能同时满足成本和强度的问题，
提供解决上述问题的石油套管用金属基体材料的制备工艺。

本发明通过下述技术方案实现：

石油套管用金属基体材料的制备工艺，步骤一、将生铁投入炉中熔化作为铁基质，经过
脱硫、脱氧、脱磷处理，处理后使生铁中硫含量低于0.02％、磷含量低于0.03％；

步骤二、将Mn、Cu、N加入到铁基质中混合均匀后，加热至熔融状态，保持1～2h后，再加
入Si、Cr、C，混合均匀，在800～1100℃条件下保温至少2h后，以5～10℃/min的升温速度增
加到1200～1250℃，再次保温至少2h，再在800～850℃条件下恒温浇铸；

步骤三、浇铸完成后以5～10℃/min的降温速度降低到400～450℃，然后快速冷却到
200℃以下；

步骤四，冷却后放入800～850℃的炉火中保温1～2h，最后经过淬火、回火后制成成品；

其中，各物质占总物质的重量百分比为：C 0.15％～0.20％，Mn 0.7％～0.9％，Si
0.3％～0.5％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,Cr 0.1％～0.2％，微量元素之和≤
1％。

作为一种优选，各物质占总物质的重量百分比为：C 0.19％～0.20％，Mn 0.8％～
0.9％，Si 0.3％～0.4％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,Cr 0.1％。

作为另一种优选，各物质占总物质的重量百分比为：C 0.15％～0.16％，Mn 0.8％
～0.9％，Si 0.4％～0.5％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,Cr 0.1％～0.2％。

作为最优地实施方式，各物质占总物质的重量百分比为：C 0.18％，Mn 0.7％～
0.8％，Si 0.5％，Cu 0.1％，N 0.05％,Cr 0.2％。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明在保证较低碳当量的情况下保证高强度，有效满足石油套管用要求；

2、本发明的原料成本和生产成本均低廉，非常适用于套管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作
进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本
发明的限定。

实施例

石油套管用金属基体材料的制备工艺，包括：

步骤一、将生铁投入炉中熔化作为铁基质，经过脱硫、脱氧、脱磷处理，处理后使生铁中
硫含量低于0.02％、磷含量低于0.03％；

步骤二、将Mn、Cu、N加入到铁基质中混合均匀后，加热至熔融状态，保持1～2h后，再加
入Si、Cr、C，混合均匀，在800～1100℃条件下保温至少2h后，以5～10℃/min的升温速度增
加到1200～1250℃，再次保温至少2h，再在800～850℃条件下恒温浇铸；

步骤三、浇铸完成后以5～10℃/min的降温速度降低到400～450℃，然后快速冷却到
200℃以下；该快速冷却的降温速度大于100℃/min；

步骤四，冷却后放入800～850℃的炉火中保温1～2h，最后经过淬火、回火后制成成品。

其中，各物质占总物质的重量百分比为：C 0.15％～0.20％，Mn 0.7％～0.9％，Si
0.3％～0.5％，Cu 0.1％～0.2％，N 0.05％～0.1％,Cr 0.1％～0.2％，S≤0.02％，P≤
0.03％，微量元素之和≤1％，余量为Fe。

本实施例中的各物质的具体组成比例如表1所示。

表1

本实施例中脱硫、脱氧、脱磷处理，以及淬火、回火处理工序均为现有技术，因此不再赘
述。

对上述组成成份比例的物质组成的基体材料进行性能测试，测试结果如表2所示。

表2

通过上述表2的试验数据可知，本发明实例1-实例3中的数据表明：本发明不仅仅能有
效保证抗压强度、抗拉强度，而且还具有较高的冲击韧性和耐酸性，且本发明的成本更加低
廉，效果十分显著。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步
详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明
的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含
在本发明的保护范围之内。