專(zhuān)利名稱(chēng)：耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕的c110鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕的CllO鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著全球?qū)κ图疤烊粴庑枨蟮难该驮黾樱瑴\層優(yōu)質(zhì)油氣資源開(kāi)發(fā)日益匱乏，許多石油公司轉(zhuǎn)入在惡劣環(huán)境中進(jìn)行油氣勘探與開(kāi)發(fā)，超深含硫化物等油氣井越來(lái)越多。石油專(zhuān)用管具發(fā)生應(yīng)力斷裂腐蝕事故除造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失之外，產(chǎn)生的硫化氫氣體有劇毒性，會(huì)嚴(yán)重威脅人員生命安全，并對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，造成嚴(yán)重的社會(huì)影響。很多油田含有硫化氫，而且含量很高，如四川油田、長(zhǎng)慶油田、塔里木油田等，必須使用具有抗硫化物應(yīng)力開(kāi)裂性能的石油專(zhuān)用管具。因此開(kāi)發(fā)抗硫化物應(yīng)力開(kāi)裂的石油專(zhuān)用管具具有重要意義。隨著油、氣田鉆井深度的不斷增加，耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂的C90、T95鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具已不能滿(mǎn)足油氣田開(kāi)發(fā)的需求，開(kāi)發(fā)更高強(qiáng)度耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂的CllO鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具已變得尤為迫切和重要。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外不斷出現(xiàn)研究耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕材料的相關(guān)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1公開(kāi)(公告)號(hào):CN10114692專(zhuān)利文獻(xiàn)2公開(kāi)(公告)號(hào):CN183739專(zhuān)利文獻(xiàn)3公開(kāi)(公告)號(hào):CN19143專(zhuān)利文獻(xiàn)4公開(kāi)(公告)號(hào)=CNl969OM專(zhuān)利文獻(xiàn)5公開(kāi)(公告)號(hào):CN10154200專(zhuān)利文獻(xiàn)6公開(kāi)(公告)號(hào):CN10154200專(zhuān)利文獻(xiàn)7公開(kāi)(公告)號(hào):CN136130專(zhuān)利文獻(xiàn)8公開(kāi)(公告)號(hào):CN183739專(zhuān)利文獻(xiàn)9公開(kāi)(公告)號(hào):CN1888119專(zhuān)利文獻(xiàn)10公開(kāi)(公告)號(hào):CN1924068專(zhuān)利文獻(xiàn)11公開(kāi)(公告)號(hào):CN1948538專(zhuān)利文獻(xiàn)12公開(kāi)(公告)號(hào):CN101413088專(zhuān)利文獻(xiàn)13公開(kāi)(公告)號(hào):CN101418419專(zhuān)利文獻(xiàn)14公開(kāi)(公告)號(hào):CN101418專(zhuān)利文獻(xiàn)15公開(kāi)(公告)號(hào):CN101440460專(zhuān)利文獻(xiàn)I6公開(kāi)(公告)號(hào)=CNlOl7M785A上面這些專(zhuān)利文獻(xiàn)報(bào)道的情況，一些是通過(guò)嚴(yán)格限制化學(xué)成分的范圍或增加過(guò)多的合金元素來(lái)達(dá)到耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂的目的，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)難度大，不經(jīng)濟(jì)，不利于節(jié)約貴金屬資源，還加大環(huán)境污染，給生態(tài)造成嚴(yán)重破壞。一些是拉伸強(qiáng)度低的管具用鋼，力學(xué)性能達(dá)不到CllO鋼級(jí)石油專(zhuān)用管材的要求。還有一些拉伸強(qiáng)度已達(dá)到CllO鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具的要求，但耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂性能仍不能完全滿(mǎn)足CllO鋼級(jí)加載85% *S. Μ. Y. S新版API 5CT對(duì)石油專(zhuān)用管具的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供一種耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕的CllO鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具鋼及其制造方法，以利于確保石油專(zhuān)用管具鋼優(yōu)異的力學(xué)性能及油井使用性能，降低成本， 工藝簡(jiǎn)單易操作。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕的 CllO鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具鋼，其成份按質(zhì)量百分比為C 0. 15 0. 30%，Si 0. 15 0. 35%， Mn 0. 20 0. 50%, P ^ 0. 015%, S 彡 0. 005%, Cr 0. 80 1. 50%,Mo 0. 60 1. 00%, Nb 0. 01 0. 05%, V 0 0. 05%, Ni彡0. 20%, Ca彡0. 0015%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。同時(shí)提供一種耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕的CllO鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具鋼的制造方法。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的特點(diǎn)1、合金含量少、生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單易操作，本發(fā)明基于煉潔凈鋼的基礎(chǔ)上，加入微量合金成分，提高了鋼的淬透性能，經(jīng)熱處理后形成細(xì)小碳化物顆粒均勻分布的回火索氏體組織，具有良好的抗SSC性能。2、沖擊韌性高，硬度低，殘余應(yīng)力小。采用低碳鋼，提高了材料的沖擊韌性，降低了材料的硬度，降低了鋼管熱處理后組織應(yīng)力，減少了高強(qiáng)鋼導(dǎo)致的位錯(cuò)密度增大等問(wèn)題，降低了氫原子向材料內(nèi)部擴(kuò)散的速度，降低了 SSC腐蝕的敏感性。3、優(yōu)異的耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂性能，在NACE的TM0177-2005A法試驗(yàn)，在25°C，通入分壓為Iatm H2S的飽和A溶液，實(shí)際載荷為85% SMYS的恒定負(fù)荷應(yīng)力下的SSC試驗(yàn)，720h 不發(fā)生斷裂，表明完全滿(mǎn)足CllO鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具抗SSC性能的要求。SSC試驗(yàn)720h后， 試樣抗拉、沖擊性能沒(méi)有明顯變化。
具體實(shí)施例方式結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕的CllO鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具鋼及其制造方法加以說(shuō)明。本發(fā)明的耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕的CllO鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具鋼采用Cr-Mo-Nb系合金元素，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的抗SSC性能。其成份的質(zhì)量百分比為C 0. 15 0. 30%, Si 0. 15
0.35%, Mn 0. 20 0. 50%, P 彡 0. 015%, S 彡 0. 005%, Cr 0. 80 1. 50%, Mo 0. 60
1.00%, Nb 0. 01 0. 05%, V 0 0. 05%, Ni 彡 0. 20%, Ca 彡 0. 0015%，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。化學(xué)成分組成詳述C :0.15 0.30%C是低合金鋼的重要組成元素，是經(jīng)熱處理后形成細(xì)小碳化物顆粒均勻分布的回火索氏體組織的重要元素。C含量彡0.20%時(shí)，Ms及Mf點(diǎn)較高，引起滑移所需的臨界切應(yīng)力較低，淬火后，幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l狀馬氏體，也同時(shí)降低了材料的硬度，提高了材料的韌性，均有利于提高抗SSC性能。為保證鋼管的必要強(qiáng)度，C元素含量下限為0.15%。C元素優(yōu)選含量為0. 15 0.25%。Si :0· 15 0. 35%Si是鋼材脫氧所必需的元素。但添加過(guò)多會(huì)使得鋼的耐腐蝕性及沖擊韌性降低。 所以將其含量控制在0. 15 0.35%。Mn :0· 20 0. 50%Mn是在煉鋼中作為脫氧所需的元素，一定含量的Mn元素也可提高鋼材的淬透性及韌性。另一方面，Mn的添加過(guò)量，也會(huì)降低鋼的韌性，在凝固過(guò)程中促進(jìn)有害元素P、S、 Sn、Sb等向晶界偏析，從而使晶界鍵合力大幅度下降，降低抗H2S性能。因此，Mn元素優(yōu)選含量為0. 20 0. 50%。P ^ 0. 015%P是鋼中的雜質(zhì)元素，使得鋼的耐腐蝕性、韌性降低。為了得到足夠的耐腐蝕性、韌性，將P的含量控制在0.015%以下。S:彡 0.005%S是鋼中的雜質(zhì)元素，使得鋼的熱加工性、耐腐蝕性、韌性降低。為了得到足夠的耐腐蝕性，將S的含量控制在0. 005%以下。Cr :0· 80 1. 50%Cr元素在淬火過(guò)程中，是強(qiáng)烈的阻止貝氏體轉(zhuǎn)變的元素，能有效的提高鋼材的淬透性。具有抗回火軟化性，能提高鋼材的機(jī)械強(qiáng)度，并降低鋼材的腐蝕速率。另一方面，Cr 元素含量過(guò)多，可導(dǎo)致晶界形成粗大的鉻的碳化物析出，降低抗SSC性能及韌性。因此，Cr 元素優(yōu)選含量為0. 80 1. 20 %。Mo :0· 60 1. 00%Mo元素比Cr元素具有更好的抗氫性能，它還能減少氫在鋼中的吸收量及滲透量， 提高鋼的淬透性。另一方面，Mo元素在晶界易產(chǎn)生偏析，使低合金鋼發(fā)生石墨化傾向。因此，Mo元素優(yōu)選含量為0. 60 0. 80 %。Nb :0. 01 0. 05%Nb元素是在高溫形變時(shí)，產(chǎn)生應(yīng)變誘導(dǎo)碳氮化物析出相，細(xì)化奧氏體晶粒，同時(shí)也是有效的增強(qiáng)鋼材機(jī)械強(qiáng)度的元素。Nb元素優(yōu)選含量為0. 01 0. 05%。V :0 0.05%少量的V元素，使鋼材的晶粒細(xì)化，沖擊韌性增大，提高鋼的回火強(qiáng)度。另一方面， 含量過(guò)高，導(dǎo)致聚集的碳化物析出時(shí)，會(huì)降低強(qiáng)度，降低室溫沖擊韌性，引起機(jī)械性能波動(dòng)較大。因此其含量控制在0 0.05%較佳。Ca:≤ 0.0015%爐外精煉，真空脫氣后，喂入鈣絲，鈣熔化后在熔液中向上移動(dòng)，與鋼液反應(yīng)，進(jìn)行鈣化處理，鈣含量> 0. 0015%時(shí)，使夾雜物變性為球狀?yuàn)A雜物，改善鋼的質(zhì)量。本發(fā)明耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕的CllO鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具鋼具體制造過(guò)程如下1、原料采用按上述成份質(zhì)量百分比配制廢鋼、海綿鐵、高爐鐵水，經(jīng)電弧爐熔融冶煉，造渣除磷后，進(jìn)行鋼包爐外精煉、脫氧、脫硫、去除夾雜物，真空脫氣，確保高真空度 ≤ 66. 7Pa、時(shí)間10-15min，喂鈣絲進(jìn)行夾雜物變性處理，經(jīng)連鑄成圓坯；2、環(huán)形爐加熱步驟(1)的圓坯，加熱溫度為1250_1290°C，穿孔后，進(jìn)行連軋，制成無(wú)縫鋼管；3、對(duì)步驟O)的無(wú)縫鋼管調(diào)質(zhì)熱處理，經(jīng)高溫爐加熱到900 960°C并保溫，使無(wú)縫鋼管組織完全奧氏體化，對(duì)無(wú)縫鋼管整管進(jìn)行淬火，再進(jìn)行> 649°C的低溫爐回火處理， 在溫度> 500°C時(shí)進(jìn)行熱矯直，冷卻到室溫后進(jìn)行探傷，然后進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)及SSC試驗(yàn)。以下結(jié)合實(shí)施例加以詳述原料采用廢鋼加上海綿鐵加上高爐鐵水，經(jīng)電弧爐熔融冶煉，造渣除磷后，經(jīng)鋼包爐外精煉，按表一要求調(diào)整化學(xué)成分，真空脫氣在真空度< 66. 7Pa下，真空脫氣10-15min， 喂Ca-Si絲夾雜物變性處理，成分合格后，經(jīng)連鑄成Φ210-270πιπι圓坯。環(huán)形爐高溫加熱圓坯1250°C保溫，進(jìn)行穿孔、精控連軋，制成無(wú)縫鋼管。經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理，達(dá)到CllO鋼級(jí)力學(xué)性能(見(jiàn)表二 )，并進(jìn)行抗SSC性能試驗(yàn)。表一化學(xué)組分(Wt % )
權(quán)利要求
1.一種耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕的Clio鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具鋼，其成份按質(zhì)量百分比為 C 0. 15 0. 30%，Si 0. 15 0. 35%, Mn 0. 20 0. 50%，P 彡 0. 015%，S 彡 0. 005%, Cr 0. 80 1. 50%, Mo 0. 60 1. 00%, Nb 0. 01 0. 05%, V 0 0. 05%, Ni 彡 0. 20%, Ca ^ 0. 0015%,其余為！^及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕的CllO鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具鋼的制造方法，該方法包括有以下步驟(1)、原料采用按上述成份質(zhì)量百分比配制廢鋼、海綿鐵、高爐鐵水，經(jīng)電弧爐熔融冶煉，造渣除磷后，進(jìn)行鋼包爐外精煉、脫氧、脫硫、去除夾雜物，真空脫氣，確保高真空度 ^ 66. 7Pa、時(shí)間10-15min，喂鈣絲進(jìn)行夾雜物變性處理，經(jīng)連鑄成圓坯；O)、環(huán)形爐加熱步驟(1)的圓坯，加熱溫度為1250-1290°C，穿孔后，進(jìn)行連軋，制成無(wú)縫鋼管；(3)、對(duì)步驟O)的無(wú)縫鋼管調(diào)質(zhì)熱處理，經(jīng)高溫爐加熱到900 960°C并保溫，使無(wú)縫鋼管組織完全奧氏體化，對(duì)無(wú)縫鋼管整管進(jìn)行淬火，再進(jìn)行> 649°C的低溫爐回火處理，在溫度> 500°C時(shí)進(jìn)行熱矯直，冷卻到室溫后進(jìn)行探傷，然后進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)及SSC試驗(yàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的抗硫化物應(yīng)力腐蝕高強(qiáng)度石油專(zhuān)用管具用鋼，其特征是 該石油專(zhuān)用管具用鋼具有758MPa以上的屈服強(qiáng)度、抗硫化物應(yīng)力腐蝕性能(SSC)彡85% SMYS的性能指標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕的C110鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具鋼，其成份按質(zhì)量百分比為C 0.15～0.30％，Si0.15～0.35％，Mn 0.20～0.50％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr 0.80～1.50％，Mo 0.60～1.00％，Nb 0.01～0.05％，V 0～0.05％，Ni≤0.20％，Ca≥0.0015％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。同時(shí)提供一種耐硫化物應(yīng)力開(kāi)裂腐蝕的C110鋼級(jí)石油專(zhuān)用管具鋼的制造方法。本發(fā)明效果是基于煉潔凈鋼的基礎(chǔ)上，加入微量合金成分，提高了鋼的淬透性能，經(jīng)熱處理后形成細(xì)小碳化物顆粒均勻分布的回火索氏體組織，提高了材料的沖擊韌性，降低了材料的硬度及鋼管熱處理后組織應(yīng)力，減少了高強(qiáng)鋼導(dǎo)致的位錯(cuò)密度增大等問(wèn)題，降低了氫原子向材料內(nèi)部擴(kuò)散的速度，降低了SSC腐蝕的敏感性，具有良好的抗SSC性能。
文檔編號(hào)C22C38/48GK102242321SQ20111018300
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者呂傳濤, 姚勇, 李毅, 李艷, 許文妍, 趙興亮, 趙春暉, 鄭飛 申請(qǐng)人:天津鋼管集團(tuán)股份有限公司