《高壓地下儲氣井套管及其生產方法》是天津鋼管有限責任公司於2003年9月28日申請的發明專利，該專利申請號為03144475，公布號為CN1600887，專利公布日為2005年3月30日，發明人是付繼成、張傳友、王惠彬、宗衛兵、蘇英群、孫宇。該發明涉及一種天然氣及其他非腐蝕性氣體儲氣井用套管儲氣井用套管領域，特別是一種具有較高的抗疲勞性能和良好強韌性的高壓地下儲氣井套管的使用及其生產方法。
《高壓地下儲氣井套管及其生產方法》採用直接還原鐵和優質廢鋼作為煉鋼原料，其中：該套管的主要成分（重量％）為：C：0.21～0.28％、Si：0.20～0.35％、Mn：0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo：0.08～0.12％；Cu≤0.20％，餘量為Fe。其生產方法包括以下步驟：選料、熔煉、軋制、熱處理、最後探傷和加工螺紋。其有益效果是該套管材料的強韌性配合好，具有較高的抗疲勞性能和氣密性。該套管的使用方式特點如下：套管兩端加工有外螺紋，通過帶內螺紋的接箍進行控制扭矩的機緊（添加螺紋脂），以這種方式來任意組合儲氣井的長度，從而調整儲氣井的儲氣容積。這不僅降低了儲氣井的建設成本，且維護也更加方便。
2010年11月15日，《高壓地下儲氣井套管及其生產方法》獲得第十二屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《高壓地下儲氣井套管及其生產方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：高壓地下儲氣井套管及其生產方法
- 公布號：CN1600887
- 公布日：2005年3月30日
- 申請號：03144475
- 申請日：2003年9月28日
- 申請人：天津鋼管有限責任公司
- 地址：天津市東麗區津塘公路
- 發明人：付繼成、張傳友、王惠彬、宗衛兵、蘇英群、孫宇
- 代理機構：天津才智專利商標代理有限公司
- 代理人：呂志英
- Int.Cl.：C22C38/12
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
儲氣井是天然氣加氣站或天然氣管網中用於存儲壓縮天然氣的立井。由於傳統儲氣罐的安全性較差，因而帶來對儲氣罐的維護困難，使採用套管作為儲氣容器的地下儲氣井成為汽車加氣站或天然氣管網中調峰井的首選。額定工作壓力：25兆帕；公稱容積1～10立方米；設計井深在150米左右；其結構形式如圖1所示。由於井筒長期工作在反覆的充氣和排氣之間，受到較強的疲勞應力，容易產生疲勞破壞導致井筒泄露。2003年9月之前主要使用普通的N80套管，不能保證井筒的抗疲勞性能和較好的強韌性配合，成為儲氣井的隱患。
發明內容
專利目的
為解決上述技術中存在的問題，該發明的目的是提供一種具有較高的抗疲勞性能和良好強韌性的高壓地下儲氣井套管及其生產方法；同時也達到提高儲氣井的安全性和維護方便的目的。
技術方案
《高壓地下儲氣井套管及其生產方法》採用直接還原鐵和優質廢鋼作為煉鋼原料，其中：該套管的主要成分（重量％）為：C：0.21～0.28％、Si：0.20～0.35％、Mn：0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo：0.08～0.12％；Cu≤0.20％，餘量為Fe。
還提供一種高壓地下儲氣井套管的生產方法，其主要包括以下步驟：
（1）選料。採用直接還原鐵和優質廢鋼作為煉鋼原料，即採用海綿鐵和廢鋼做煉鋼原料；
（2）熔煉。將原料通過電弧爐熔化成鋼水，經過爐外精煉和真空脫氣後獲得C：0.21～0.28％、Si：0.20～0.35％、Mn：0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo：0.08～0.12％；Cu≤0.20％，餘量為Fe的化學成分；
（3）軋制。連鑄成圓坯，將冷卻後的連鑄坯在環行爐內加熱，爐溫為1250～1290℃，熱定心溫度為1200～1220℃，熱穿孔溫度為1220～1250℃，連軋，定徑，冷卻，鋸切，矯直，探傷；
（4）熱處理。在850～890℃淬火（水淬），在550～650℃回火；在500～600℃熱定徑，在450～550℃熱矯直，最後探傷。
改善效果
《高壓地下儲氣井套管及其生產方法》的有益效果是用所述方法生產的高壓地下儲氣井套管材料的強韌性配合較好，屈強比≤0.9，有較高的抗疲勞性能。採用特殊螺紋密封脂，保證了螺紋連線在反覆拉、壓狀態下的良好密封性能。通過嚴格控制S元素的含量及保持較高的熱矯直溫度，降低了鋼種S的含量和鋼管的殘餘應力，提高了該套管的耐腐蝕性，並具有良好的強韌性配合，同時也具有更好的淬透性及更高的回火抗力。提高了儲氣井的安全性，對儲氣井的維護也更加方便。
權利要求
1、《高壓地下儲氣井套管及其生產方法》採用直接還原鐵和優質廢鋼作為煉鋼原料，其特徵是：該套管的主要成分（重量％）為：C：0.21～0.28％、Si：0.20～0.35％、Mn：0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo：0.08～0.12％；Cu≤0.20％，餘量為Fe。
2、一種高壓地下儲氣井套管的生產方法，主要包括以下步驟：
（1）選料。採用直接還原鐵和優質廢鋼作為煉鋼原料，即採用海綿鐵和廢鋼做煉鋼原料；
（2）熔煉。將原料通過電弧爐熔化成鋼水，經過爐外精煉和真空脫氣後獲得C：0.21～0.28％、Si：0.20～0.35％、Mn：0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo：0.08～0.12％；Cu≤0.20％，餘量為Fe的化學成分；
（3）軋制。連鑄成圓坯，將冷卻後的連鑄坯在環行爐內加熱，爐溫為1250～1290℃，熱定心溫度為1200～1220℃，熱穿孔溫度為1220～1250℃，連軋，定徑，冷卻，鋸切，矯直，探傷；
（4）熱處理。在850～890℃淬火（水淬），在550～650℃回火；在500～600℃熱定徑，在450～550℃熱矯直，最後探傷。
（5）使用：套管兩端加工有外螺紋，通過帶內螺紋的接箍進行控制扭矩的機緊（添加螺紋脂），以這種方式來任意組合儲氣井的長度，從而調整儲氣井的儲氣容積，改變儲氣井的儲氣量。
實施方式
操作內容
為了使儲氣井套管獲得高的抗疲勞性能，在鋼種設計時對C、Mn、Mo等合金元素的含量進行了最佳化組合，使其具有更好的淬透性及更高的回火抗力，使其在調質處理後在保持強度指標的同時材料任性也有了較大提高；通過採用直接還原鐵+優質廢鋼作為煉鋼原料，經過爐外精煉和真空脫氣等工藝控制S、P等有害元素的含量，降低鋼中的非金屬夾雜物，獲得優質純 淨的鋼水，進一步減少了夾雜物及有害元素對材料抗疲勞強度的影響。鋼水連鑄成圓坯，將冷卻後的連鑄坯在環行爐內加熱，經熱定心，熱穿孔，連軋，定徑，冷卻，鋸切，矯直，探傷等工藝；再通過調質處理保證套管的強度和韌性；經熱定徑，熱矯直，探傷後獲得了顯微組織為回火索氏體的具有較高抗疲勞性能和優良的綜合機械性能的管材。
儲氣井套管疲勞循環次數保證在0-25兆帕的循環應力下不少於2.5×10；其好的強韌性配合可達到：成品套管材料的屈強比≤0.9。
該套管為非API鋼級套管TP80CQJ（其中TP是Tianjin Pipe的英文縮寫，80是其鋼級強度的縮寫，CQJ是儲氣井漢語拼音Chu QI Jing的縮寫）
該發明的高壓地下儲氣井套管及其生產方法是這樣實現的：
高壓地下儲氣井套管，採用直接還原鐵和優質廢鋼作為煉鋼原料，其中：該套管的主要成分（重量％）為：C：0.21～0.28％、Si：0.20～0.35％、Mn：0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo：0.08～0.12％；Cu≤0.20％，餘量為Fe。
高壓地下儲氣井套管的生產方法，主要包括以下步驟：
（1）選料。採用直接還原鐵和優質廢鋼作為煉鋼原料，即採用海綿鐵和廢鋼做煉鋼原料；
（2）熔煉。將原料通過電弧爐熔化成鋼水，經過爐外精煉和真空脫氣後獲得C：0.21～0.28％、Si：0.20～0.35％、Mn：0.145～1.55％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo：0.08～0.12％；Cu≤0.20％，餘量為Fe的化學成分；
（3）軋制。連鑄成圓坯，將冷卻後的連鑄坯在環行爐內加熱，爐溫為1250～1290℃，熱定心溫度為1200～1220℃，熱穿孔溫度為1220～1250℃，連軋，定徑，冷卻，鋸切，矯直，探傷；
（4）熱處理。在850～890℃淬火（水淬），在550～650℃回火；在500～600 ℃熱定徑，在450～550℃熱矯直，最後探傷。
經熱處理後，該套管的力學性能達到的指標如下：
屈服強度R（t0.5）：552～758兆帕
抗拉強度Rm：689～862兆帕
該成品套管材料的屈強比≤0.9
以一種Φ177.8×9.19毫米LC規格和扣型的套管為例，其套管的整體使用性能指標如下：
管體抗擠毀強度：≥37.3兆帕，內屈服強度：≥49.92兆帕，螺紋連線強度：≥235.00（1000千克力），成品套管疲勞循環次數保證在0-25兆帕循環應力下不少於2.5×10。
高壓地下儲氣井套管材料的強韌性配合較好，屈強比≤0.9，有較高的抗疲勞性能。通過控制管體的幾何尺寸保證公端有效螺紋的長度，合理最佳化螺紋參數，嚴格控制接箍螺紋的磷化層厚度及逐支修磨公、母端螺紋的起始扣和黑皮扣毛刺，以及採用特殊螺紋密封脂來保證螺紋連線在反覆拉、壓狀態下的良好密封性能。通過嚴格控制S元素的含量及保持較高的熱矯直溫度降低了鋼種S的含量和鋼管的殘餘應力，使其具有一定的耐腐蝕能力。
實施案例
按所述成分和方法生產出儲氣井用套管TP80CQJ（Φ177.8×9.19毫米LC），其化學成分和加工工藝參數如下：
所述套管的化學成分（重量％）為：C＝0.21～0.28％；Si＝0.20～0.35％；Mn＝0.1.45～1.55％；P≤0.015％；S≤0.010％；Ni≤0.20％；Cr≤0.20％；Mo＝0.08～0.12％；Cu≤0.20％。餘量為Fe。
採用海綿鐵和廢鋼做煉鋼原料，用電弧爐融化成鋼水，經過爐外精煉和真空脫氣後獲得如上所述化學成分，連鑄成圓坯，將冷卻後的連鑄坯在 環行爐內加熱，爐溫為1275℃，熱定心溫度1210℃，熱穿孔溫度1230℃，連軋，定徑，冷卻，鋸切，矯直，探傷；在890℃淬火（水淬），在610℃回火；在580℃熱定徑，在520℃熱矯直，最後探傷。經熱處理後，該套管的力學性能達到的指標如下：
屈服強度R（t0.5）：620～758兆帕
抗拉強度Rm：≥750兆帕
成品套管材料的屈強比≤0.9
其套管的整體使用性能指標如下：
成品套管疲勞循環次數保證在0-25兆帕循環應力下不少於2.5×10。
榮譽表彰
2010年11月15日，《高壓地下儲氣井套管及其生產方法》獲得第十二屆中國專利獎優秀獎。
