技术摘要：
本发明公开了一种930MPa级超高强度钛合金钻杆用管材及其制造方法，属于石油天然气工业油井管制造技术领域。以质量百分比计，该钛合金管材的组成为Al：5.8～6.5％，V：2.0～3.0％，Zr：1.0～1.7％，Mo：0.5～1.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。其制造方法是：冶炼、浇铸 全部
背景技术：
当前全球油气勘探开发正从常规油气藏向低压低渗透、非常规方向发展，从陆地 开采向海洋开采发展，从浅层开采向深层、超深层开采发展。待开发油气资源，主要集中于 低渗透、深层油气藏、海洋油气藏、非常规油气藏等。目前世界上最深的井垂直方向可达 12289m，水平方向可达11739m，深水井可达3400m，非常规油气田的增加导致钻采越来越困 难，如当前所面临的高温和高压、高Cl-含量、高CO2和H2S含量、高冲蚀等工况，受这些苛刻工 况、环境因素及二者共同作用的影响，使得石油管材失效事故时有发生。国内外为满足这些 特殊工况井的钻井需求，开发了一系列的轻合金钻井工具及设备，其中铝合金钻杆已经在 石油勘探开发工业中使用，而钛合金钻杆作为一种新型轻质钻杆也开始崭露头角。由于钛 合金钻杆具有比强度高、耐腐蚀、无磁等优良特性，在深井、超深井以及深海钻井作业中的 钻井应用中具有良好的适应性。 钛合金钻杆材料设计及制备技术方面，现有的系统理论研究较少，另一方面，在钛 合金钻杆材料的研发中还存在超高钢级以上钛合金钻杆材料缺失、材料强韧性较低等问 题。 综上所述，亟需研发一种成本较低且屈服强度较高的钛合金管材，使得该管材能 够用于苛刻工况的深井中，避免石油管材失效事故的发生。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种930MPa级超高强度钛 合金钻杆用管材及其制造方法，解决现有的钛合金管材因屈服强度过小而导致深井作业时 石油管材失效的问题。 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现： 一种930MPa级超高强度钛合金钻杆用管材，以质量百分比计，制备该钛合金管材 的组成为：Al：5.8％～6.5％，V：2.0％～3.0％，Zr：1.0％～1.7％，Mo：0.5％～1.0％，余量 为Ti和不可避免的杂质。 优选地，该管材的拉伸性能为：屈服强度R0 .2≧933MPa，抗拉强度Rm≧1051MPa，延 伸率δ≧10％，冲击功AKV≧60J。 一种制造930MPa级超高强度钛合金钻杆用管材的方法，包括如下步骤： 1)按所述质量百分比称取原料，将原料混合，之后经过冶炼、浇铸及锻造制成锭 坯； 2)将步骤1)制得的锭坯进行加热，之后进行挤压和轧制，形成管材； 3)将步骤2)轧制后的管材进行退火处理，之后进行多级固溶处理，即在930～940 3 CN 111593230 A 说 明 书 2/5 页 ℃条件下保温2～3h，之后再在910～920℃条件下保温1.8～2.5h，空冷之后首先进行拉伸 变形量为1％～2％的预拉伸处理，再进行人工时效处理，最后进行空冷，得到钛合金钻杆用 管材。 优选地，步骤2)中所述的加热是将步骤1)中的锭坯置于980～1050℃的条件下加 热0.8～1.2h。 优选地，步骤2)中所述的挤压过程中，设置的挤压参数为：挤压比为15～30，挤压 速度为85～110mm/s。 优选地，步骤2)中所述的轧制温度为450～500℃。 优选地，步骤3)所述的退火温度为850～950℃，退火时间为1～1.5h。 优选地，步骤3)所述的人工时效处理是将管材置于450～550℃条件下保温2～ 2.5h，空冷。 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 本发明公开了一种930MPa级超高强度钛合金钻杆用管材，本发明在管体材料配方 上控制了Al和V的含量，从而能够增加管材的成材率。利用Al元素的固溶强化及其在时效过 程中会引起次生α相析出的特点，控制钛合金中Al的含量，充分提高了合金强度，Zr、Mo元素 的添加，有细化晶粒的作用，进一步提高了合金的屈服强度。 本发明还公开了一种930MPa级超高强度钛合金钻杆用管材的制造方法，本发明在 工艺上采用多级固溶处理 预拉伸处理 人工时效的热处理工艺，通过挤压轧制、多级固溶 处理后进行空冷，获得粗晶组织，即较大尺寸原始β晶粒和层片α相，从而保证较高的冲击 功；通过施加1％～2％拉伸变形量的预拉伸处理，产生较高的位错密度，通过时效处理能够 获得细小弥散的次生α相，且次生α相首先在位错处形核长大，生成极大相界面，产生界面强 化效果，以保证足够的屈服强度；原始β晶粒内的位错滑移能够保证足够的伸长率从而在保 持钛合金管材高强度的同时提高了韧性。现有的钛合金管材制造方法的热处理阶段是直接 采用固溶处理 时效处理，而本工艺与现有技术的区别就在于：固溶处理采取双重阶段二次 固溶，同时在固溶处理之后辅以适当的预拉伸处理，从而显著提高了管材的屈服强度。 通过以上工艺路线得到的钛合金钻杆屈服强度大于930MPa，延伸率大于10％，满 足API-5DP中135Ksi强度级别钻杆力学性能标准要求。 按照本发明的技术方案生产出的钛合金钻杆的性能能够达到以下要求： (1)管体拉伸性能：屈服强度R0 .2≧933MPa，抗拉强度Rm≧1051MPa，延伸率δ≧ 10％，冲击功AKV≧60J，满足API-5DP中135Ksi强度级别钻杆力学性能标准要求； (2)管体的微观组织为大晶粒等轴β组织 细小片层次生α相 高位错密度。 附图说明 图1为本发明实施例1制备的钛合金管材的透射电镜图； 图2为本发明实施例2制备的钛合金管材的透射电镜图； 图3为本发明实施例3制备的钛合金管材的透射电镜图； 图4为本发明3个实施例制备的钛合金管材的强度图； 图5为本发明3个实施例制备的钛合金管材的延伸率和冲击功。 4 CN 111593230 A 说 明 书 3/5 页
本发明公开了一种930MPa级超高强度钛合金钻杆用管材及其制造方法，属于石油天然气工业油井管制造技术领域。以质量百分比计，该钛合金管材的组成为Al：5.8～6.5％，V：2.0～3.0％，Zr：1.0～1.7％，Mo：0.5～1.0％，余量为Ti和不可避免的杂质。其制造方法是：冶炼、浇铸 全部
背景技术：
当前全球油气勘探开发正从常规油气藏向低压低渗透、非常规方向发展，从陆地 开采向海洋开采发展，从浅层开采向深层、超深层开采发展。待开发油气资源，主要集中于 低渗透、深层油气藏、海洋油气藏、非常规油气藏等。目前世界上最深的井垂直方向可达 12289m，水平方向可达11739m，深水井可达3400m，非常规油气田的增加导致钻采越来越困 难，如当前所面临的高温和高压、高Cl-含量、高CO2和H2S含量、高冲蚀等工况，受这些苛刻工 况、环境因素及二者共同作用的影响，使得石油管材失效事故时有发生。国内外为满足这些 特殊工况井的钻井需求，开发了一系列的轻合金钻井工具及设备，其中铝合金钻杆已经在 石油勘探开发工业中使用，而钛合金钻杆作为一种新型轻质钻杆也开始崭露头角。由于钛 合金钻杆具有比强度高、耐腐蚀、无磁等优良特性，在深井、超深井以及深海钻井作业中的 钻井应用中具有良好的适应性。 钛合金钻杆材料设计及制备技术方面，现有的系统理论研究较少，另一方面，在钛 合金钻杆材料的研发中还存在超高钢级以上钛合金钻杆材料缺失、材料强韧性较低等问 题。 综上所述，亟需研发一种成本较低且屈服强度较高的钛合金管材，使得该管材能 够用于苛刻工况的深井中，避免石油管材失效事故的发生。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种930MPa级超高强度钛 合金钻杆用管材及其制造方法，解决现有的钛合金管材因屈服强度过小而导致深井作业时 石油管材失效的问题。 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现： 一种930MPa级超高强度钛合金钻杆用管材，以质量百分比计，制备该钛合金管材 的组成为：Al：5.8％～6.5％，V：2.0％～3.0％，Zr：1.0％～1.7％，Mo：0.5％～1.0％，余量 为Ti和不可避免的杂质。 优选地，该管材的拉伸性能为：屈服强度R0 .2≧933MPa，抗拉强度Rm≧1051MPa，延 伸率δ≧10％，冲击功AKV≧60J。 一种制造930MPa级超高强度钛合金钻杆用管材的方法，包括如下步骤： 1)按所述质量百分比称取原料，将原料混合，之后经过冶炼、浇铸及锻造制成锭 坯； 2)将步骤1)制得的锭坯进行加热，之后进行挤压和轧制，形成管材； 3)将步骤2)轧制后的管材进行退火处理，之后进行多级固溶处理，即在930～940 3 CN 111593230 A 说 明 书 2/5 页 ℃条件下保温2～3h，之后再在910～920℃条件下保温1.8～2.5h，空冷之后首先进行拉伸 变形量为1％～2％的预拉伸处理，再进行人工时效处理，最后进行空冷，得到钛合金钻杆用 管材。 优选地，步骤2)中所述的加热是将步骤1)中的锭坯置于980～1050℃的条件下加 热0.8～1.2h。 优选地，步骤2)中所述的挤压过程中，设置的挤压参数为：挤压比为15～30，挤压 速度为85～110mm/s。 优选地，步骤2)中所述的轧制温度为450～500℃。 优选地，步骤3)所述的退火温度为850～950℃，退火时间为1～1.5h。 优选地，步骤3)所述的人工时效处理是将管材置于450～550℃条件下保温2～ 2.5h，空冷。 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 本发明公开了一种930MPa级超高强度钛合金钻杆用管材，本发明在管体材料配方 上控制了Al和V的含量，从而能够增加管材的成材率。利用Al元素的固溶强化及其在时效过 程中会引起次生α相析出的特点，控制钛合金中Al的含量，充分提高了合金强度，Zr、Mo元素 的添加，有细化晶粒的作用，进一步提高了合金的屈服强度。 本发明还公开了一种930MPa级超高强度钛合金钻杆用管材的制造方法，本发明在 工艺上采用多级固溶处理 预拉伸处理 人工时效的热处理工艺，通过挤压轧制、多级固溶 处理后进行空冷，获得粗晶组织，即较大尺寸原始β晶粒和层片α相，从而保证较高的冲击 功；通过施加1％～2％拉伸变形量的预拉伸处理，产生较高的位错密度，通过时效处理能够 获得细小弥散的次生α相，且次生α相首先在位错处形核长大，生成极大相界面，产生界面强 化效果，以保证足够的屈服强度；原始β晶粒内的位错滑移能够保证足够的伸长率从而在保 持钛合金管材高强度的同时提高了韧性。现有的钛合金管材制造方法的热处理阶段是直接 采用固溶处理 时效处理，而本工艺与现有技术的区别就在于：固溶处理采取双重阶段二次 固溶，同时在固溶处理之后辅以适当的预拉伸处理，从而显著提高了管材的屈服强度。 通过以上工艺路线得到的钛合金钻杆屈服强度大于930MPa，延伸率大于10％，满 足API-5DP中135Ksi强度级别钻杆力学性能标准要求。 按照本发明的技术方案生产出的钛合金钻杆的性能能够达到以下要求： (1)管体拉伸性能：屈服强度R0 .2≧933MPa，抗拉强度Rm≧1051MPa，延伸率δ≧ 10％，冲击功AKV≧60J，满足API-5DP中135Ksi强度级别钻杆力学性能标准要求； (2)管体的微观组织为大晶粒等轴β组织 细小片层次生α相 高位错密度。 附图说明 图1为本发明实施例1制备的钛合金管材的透射电镜图； 图2为本发明实施例2制备的钛合金管材的透射电镜图； 图3为本发明实施例3制备的钛合金管材的透射电镜图； 图4为本发明3个实施例制备的钛合金管材的强度图； 图5为本发明3个实施例制备的钛合金管材的延伸率和冲击功。 4 CN 111593230 A 说 明 书 3/5 页
