BT110T高抗挤毁石油套管热处理工艺研究

第３７卷第１期　２０１１年２月　包钢科技　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｂａｏｔｏｕ　Ｓｔｅｅｌ　Ｖｏ１．３７，Ｎｏ．１　Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１　１　ＢＴ１　１０Ｔ高抗挤毁石油套管热处理工艺研究　王彩兰　，贺景春　，丰小冬　（１．内蒙古包钢钢联股份有限公司无缝钢管厂，内蒙古包头０１４０１０；　２．内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心，内蒙古包头０１４０１０）　摘要：在开发ＢＴ１１０Ｔ高抗挤毁石油套管过程中，在实验室研究了不同热处理工艺对性能的影响规律，据此提出　的推荐热处理工艺制度，在工业试制中应用，各项性能指标均达到设计要求。　关键词：ＢＴ１１０Ｔ；高抗挤毁石油套管；热处理工艺　中图分类号：ＴＧ１６１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—５４３８（２０１１）０１—００２０—０３　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ＢＴ１　１０Ｔ　Ｈｉｇｈ　Ａｎｔｉ——ｃｏｌｌａｐｓｅ　Ｏｉｌ　Ｃａｓｉｎｇ　ＷＡＮＧ　Ｃａｉ—ｌａｎ　，ＨＥ　Ｊｉｎｇ—ｃｈｕｎ　，ＦＥＮＧ　Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ２　（１．Ｓｅａｍｌｅｓｓ　Ｔｕｂｅ　Ｐｌａｎｔ　ｏｆＳｔｅｅｌ　Ｕｎｉｏｎ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．ｏｆＢａｏｔｏｕ　Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏｒｐ．，Ｂａｏｔｏｕ　０１４０１０，Ｎｅｉ　Ｍｏｎｇｇｏｌ，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆＳｔｅｅｌ　Ｕｎｉｏｎ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．ｏｆＢａｏｔｏｕ　Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏｒｐ．，Ｂａｏｔｏｕ　０１４０１０，Ｎｅｉ　Ｍｏｎｇｇｏｌ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ＢＴ１　ｌＯＴ　ｈｉｇｈ　ａｎｔｉ—ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｏｉｌ　ｃａｓｉｎｇ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｒｅｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ａｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｉｓ，ｔｈｅ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｔｒｉａｌ—ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｎｄｉｃｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｓｉｎｇｓ　ｃｏｕｌｄ　ａｌｌ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＢＴ１　１０Ｔ；ｈｉｇｈ　ａｎｔｉ—ｃｏｌｌａｐｓｅ　ｏｉｌ　ｃａｓｉｎｇ；ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　深井和超深井中如存在盐岩、盐膏岩和软泥岩　等塑性流动地层，对套管的抗挤毁性能要求很高，这　种情况下，普通ＡＰＩ钢级石油套管经常发生挤毁失　效，给油田生产带来很大困扰，需选用特殊钢级的高　抗挤毁石油套管…。套管的挤毁失效形式一般为　弹塑性挤毁，因而管体材料的屈服强度、几何尺寸精　度、残余应力等将显著影响管体的抗挤毁强度　Ｊ。　在开发ＢＴ１　１０Ｔ高抗挤毁石油套管过程中，在实验　室研究了不同热处理工艺对性能的影响规律，据此　提出的推荐热处理工艺制度，在工业试制中应用，各　项性能指标均达到设计要求。　１　试验方法　１．１试验材料　试验材料取自包钢无缝钢管厂中１８０　ｍｍ　ＭＰＭ　连轧管机组生产的热轧态无缝钢管，实验材料为　３０ＣｒＭｎＭｏＲＥ，其化学成分列于表１。　表１　３０ＣｒＭｎＭｏＲＥ的化学成分（质量分数。最大值）％　Ｃ　Ｓｉ　Ｍｎ　Ｐ　Ｓ　Ｃｒ　Ｍｏ　Ａｌ　ＲＥ　０．２９　０．３５　１．１０　０．０２５　０．０２０　１．１０　０．５０　０．０３　适量　收稿日期：２０１０—１０—２Ｏ　作者简介：王彩兰（１９７１一），女，内蒙古通辽市人，工程师，现从事热处理技术工作。

　第１期　ＢＴ１　１０Ｔ高抗挤毁石油套管热处理工艺研究　２ｌ　１．２试验方法　淬透性试验：将材料经过正火处理后加工制成　直径为２５　ｍｍ，长为１００　ｍｍ的圆棒，不淬火端带有　凸缘，试样表面不能有脱碳痕迹，加热设备为ＲＴ２—　７０—９型台车式电阻炉，最高工作温度为９５０℃，淬　火装置由支架和喷水管组成。把试样放入装有铸铁　铁屑（以防其脱碳或氧化）的金属容器中，用粘土封　口，当炉温到达选取的温度后将其放人炉内保温　４０　ｍｉｎ，立即从容器中取出试样，并将其放在支架上　进行端面喷水，时间为１５　ｍｉｎ，此后将试样浸入水中　完全冷却，水温在１０～３Ｏ℃之间。每个温度下取　３个试样，分别在不同的７个温度点保温４０　ｒａｉｎ进　行端淬，测量其硬度值，来验证钢种淬透性是否满足　生产需要。　热处理工艺试验：试样加工为２５．４　ｍｍ宽条形　拉伸试样进行热处理。实验设备采用ＲＴ２—７０—９　型台车式电阻炉、ＷＡＷ—Ｙ５００型微机控制电液伺　服万能试验机、Ａｍｓｌｅｒ　ＲＫＰ４５０型冲击试验机、ＬＥＩ—　ＣＡ　ＤＭＩＲＭ型光学显微镜、水淬槽尺寸为８００　ｍｍ×　８００　ｍｍ×８００　ｍｍ。分别研究回火温度、回火保温时　间、淬火温度、淬火保温时间对性能的影响，提出推　荐热处理工艺。然后在工业批量化生产中加以验　证。　２试验结果及分析　２．１淬透性试验　淬火温度对淬透性指数影响规律见表２、图１。　随着淬火温度的提高，溶人铁素体中碳化物的量就　不断增加，这对提高淬透性很有利，但当淬火温度升　高到一定温度时（８８０～９００℃时），碳化物大部分固　溶后，钢的淬透性指数也随之增加缓慢，这时晶粒会　有所长大。综合考虑钢的淬透性和晶粒度，淬火温　度定为８９０℃。根据ＡＰＩ标准要求，计算出淬火态　最低洛氏硬度为５２×Ｗ［Ｃ］＋２１＝３６（Ｉ＞５０％马氏　体），当在８９０　ｃＣ淬火后获得此硬度，淬透层深度为　１２．８　ｍｍ，而工业生产热处理为钢管“内喷外淋”式　双向淬火，因此，完全淬透的壁厚可达２５．６　ｍｍ，大　于该类产品壁厚上限，说明该钢种淬透性能满足工　、【　生产。　表２淬火温度对淬透层深度的影响（硬度ＨＲＣ）　淬火温度／℃　２．０　４．０　６．０　９．０　１２．Ｏ　淬透层深度／ｍｍ　

８４Ｏ　８６０　８８Ｏ　９００　９２０　９４０　淬火潞　ｉ度／℃　图１　淬火温度对淬透性指数的影响　２．２热处理工艺试验　不同调制热处理工艺对性能影响规律试验结果　列于表３、表４、表５、表６。通过上述实验，确定的最　佳水淬调质工艺为：（８９０±１０）℃保温，３０　ｍｉｎ水淬　（淬后水温小于３０　ｃ【＝），（６１０±２０）℃保温４０　ｍｉｎ，　空冷回火。按该工艺进行了实验验证，性能列于表　７，各项性能指标均达到设计值要求。组织均为回火　索氏体，晶粒度为９．５级。　２．３工业批量化生产结果　按照实验室研究得出的最佳水淬调制工艺，工　业批量化生产了ｑｂ１７７．８　ｍｍ×１２．６５　ｍｍ规格　３　５　ｌ　３　９　６　１　１　２　２２　２３　３　３　３　３　３　１　９　２　８　４　２　２　２　２３　３　３　３　３　３　４　ｌ　４　３　７　６　２　３　３　３　３　３　３　３　３　３　３　３　２　７　８　２　６　４　３　４　４　４　３　３　３　３　３　３　８　２　８　６　２　２　４　４　４　５　５　３　３　３　３　３　３　４　７　９　２　４　５　５　５　５　６　６　６　３　３　３　３　３　３　２　４　７　９　８　１　７　７　７　７　７　８　３　３　３　３　３　３　８　１　３　１　５　７　∞　∞　∞　∞　∞　４　１　１　４　６　８　钙　∞　３　６　８　５　８　３　卯　钉　卯　钾　卯　鹌　８　２　８　６　２　８　铝　∞　如　舳　∞　∞　ｍ　∞　８　８　８　９　９　９　２２　包钢科技　第３７卷　ＢＴ１１０Ｔ高抗挤毁套管５００　ｔ，试制结果见表８。各项　性能指标全部满足设计值要求，具有强韧性匹配良　好、组织均匀细小的特点。　表３　回火温度对性能的影响　

注：８９０℃保温３０　ｍｉｎ，水淬，在表中温度保温５０　ｍｉｎ空冷回火。　表４　回火保温时间对性能的影响　注：８９０　ｏＣ保温３０　ｒａｉｎ水淬，６１０℃保温表中时间空冷回火。　表５淬火温度对性能的影响　注：在表中温度保温３０　ｍｉｎ水淬，６１０℃保温６０　ｒａｉｎ空冷回火。　表６淬火保温时间对性能的影响　注：８９０℃保温表中时间水淬，６１０℃保温６Ｏ　ｍｉｎ空冷回火。　表７最佳水淬调质试验结果　表８工业批量化生产检验数据分布　３　结论　（１）淬透性实验结果表明：３０ＣｒＭｎＭｏＲＥ钢种　的淬透性能够满足工业生产需要。　（２）在实验室研究了不同热处理工艺对性能的　影响规律，据此提出的推荐热处理工艺制度，在工业　试制中应用，各项性能指标均达到设计要求。　［２］　参考文献　李克向．实用完井工程［Ｍ］．北京：石油工业　出版社，２００２．　钟倩霞，王玉砚．国内外油井管生产技术的进　展［Ｃ］．北京：冶金部钢铁研究总院，１９９３．