專(zhuān)利名稱(chēng)：一種120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆桿及其制造方法，尤其涉及一種抗硫鉆桿及其制造方法。
背景技術(shù)：
用于石油天然氣鉆探的鉆桿是按API標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造的。根據(jù)API SPEC 5DP標(biāo)準(zhǔn)， 鉆桿僅有E、X、G、S四種鋼級(jí)，分別對(duì)應(yīng)75ksi、95ksi、105ksi、135ksi四種強(qiáng)度。但是，API 標(biāo)準(zhǔn)的Ε、X、G、S四種鋼級(jí)的鉆桿不適用于含H2S的油氣井鉆探。對(duì)于含的油氣井，油田一般采用抗硫鉆桿進(jìn)行鉆探作業(yè)。所謂抗硫鉆桿是指鉆桿應(yīng)在規(guī)定的拉伸載荷下，通過(guò)NACE 0177標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的抗硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的鉆桿產(chǎn)品?？沽蜚@桿一般采用加拿大IRP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定抗硫鉆桿有75SS、95SS、105SS 三種鋼級(jí)，分別對(duì)應(yīng)75ksi、95ksi、l(^ksi三種強(qiáng)度。公開(kāi)號(hào)為CN101581200，
公開(kāi)日為2009年11月18日，名稱(chēng)為“一種120鋼級(jí)鉆桿及其制造工藝方法”的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種120ksi鋼級(jí)鉆桿。該鉆桿采用27CrMnM0 材質(zhì)，其強(qiáng)度介于A(yíng)PI標(biāo)準(zhǔn)G級(jí)與S級(jí)之間。但是該鉆桿是普通的120ksi鉆桿，不具備抗硫能力。公開(kāi)號(hào)為CN101117683，
公開(kāi)日為2008年2月6日，名稱(chēng)為“一種高性能抗硫化氫腐蝕用石油鉆桿及其熱處理工藝”的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種抗硫鉆桿，其成分重量百分比為C :0. 20 0. 32% ；Si 0. 1 0. 5% ；Mn 1. 0 1. 5% ；Cr 0. 5 1. 5% ；Mo 0. 8 1. 2% ；Ca 0. 002 0. 02% ；P 彡0. 015% ；S 彡0. 010% ；其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。該抗硫鉆桿符合IRP標(biāo)準(zhǔn)，其強(qiáng)度為10證8士。公開(kāi)號(hào)為CN101^8889A，
公開(kāi)日為2010年12月29日，名稱(chēng)為“一種抗硫化物腐蝕用鋼及其制造方法”的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種抗硫鉆桿，其成分重量百分比為C 0. 20 0. 35 % ；Si :0. 1 0. 5 % ；Mn :0. 8 1. 5 % ；Cr :0. 5 1. 5 % ；Mo :0. 5 1. 5 % ； V :0 0. 25 % ；Ti 0 0. 05 % ；Nb 0 0. 05 % ；Ca :0. 008 0. 02 % ;P 彡 0. 015 % ；S ^ 0. 010% ；0 ^ 30ppm ；N ^ 60ppm ；Al :0. 01 0. 03%，其余為！^e 和不可避免雜質(zhì)。該抗硫鉆桿符合IRP標(biāo)準(zhǔn)，其強(qiáng)度為10證8士。由于抗硫鉆桿生產(chǎn)難度大，因此價(jià)格非常之高。而實(shí)際上相當(dāng)一部分含的油氣井中的含量非常低，油氣的產(chǎn)量也非常低，如果采用抗硫鉆桿，生產(chǎn)成本將會(huì)相當(dāng)高， 但若采用API鋼級(jí)鉆桿，又不能滿(mǎn)足抗硫性能。特別對(duì)于一些低含硫的超深井，采用105SS 的抗硫鉆桿強(qiáng)度太低容易發(fā)生過(guò)載斷裂；采用普通120ksi鉆桿的話(huà)，因其不能抗硫，從而容易發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿及其制造方法，該 120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿能夠達(dá)到120ksi的強(qiáng)度，并同時(shí)具有一定的抗硫能力，從而滿(mǎn)足低含硫超深井的鉆探要求，此外本發(fā)明所述的120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿還應(yīng)當(dāng)符合制造成本低的要求。 根據(jù)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了-素的重量百分比為
-種120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿，其各化學(xué)元C 0. 24 030% ；
Si0. 1 05% ；
Mn0. 8 14% ；
Cr0. 8 14% ；
Mo0. 5 08% ；
V 0. 05 010% ；
Nb0. 01 --0. 05% ；
Ca0. 002 0. 007%
P (0. 015% ；
S 彡 0. 005% ；
余量為!^e和其他不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，在上述的120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿中，Ca/S彡1。 優(yōu)選地，上述120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿各化學(xué)元素的重量百分比為C 0. 25 --0.29%
Si0. 2 --0.40%
Mn1. 0 --1.2%
Cr1. 0 --1.2%
Mo0. 6 --0.75%
V 0. 05 --0.09%
Nb 0. 01 0. 05% ； Ca 0. 003 0. 007% ； P 彡 0. 015% ； S 彡 0. 005% ；
余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明所述的120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿的成分設(shè)計(jì)原理如下 C :C為碳化物形成元素，可以提高鋼的強(qiáng)度，太低時(shí)效果不明顯，太高時(shí)會(huì)大大降低鋼的韌性，并有可能產(chǎn)生淬火裂紋。發(fā)明人通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于本技術(shù)方案需要將C控制在0. 24 0. 30%范圍內(nèi)。Mn =Mn為奧氏體形成元素，通過(guò)穩(wěn)定奧氏體組織，推遲高溫冷卻過(guò)程中奧氏體向鐵素體和貝氏體的轉(zhuǎn)變，從而得到更多的淬火馬氏體，提高鋼的淬透性。對(duì)于本技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，若Mn含量小于0. 8%時(shí)，提高淬透性的作用不明顯；若Mn含量過(guò)高，則奧氏體過(guò)于穩(wěn)定，會(huì)增加淬火后的殘余奧氏體量，從而影響抗硫性能。因此，需要控制在0. 8 1. 4%范圍內(nèi)。Cr :Cr為碳化物形成元素，可以提高鋼的強(qiáng)度和淬透性，太低時(shí)效果不明顯；太高時(shí)會(huì)大大提高鋼的硬度，從而影響抗硫性能。因此，在本技術(shù)方案中需要控制其含量在 0. 8 1. 4%范圍內(nèi)。
Mo 在本技術(shù)方案中，Mo主要是通過(guò)碳化物析出強(qiáng)化及固溶強(qiáng)化形式來(lái)提高鋼的強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性。Mo的碳化物顆粒細(xì)小，不會(huì)造成微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中，從而有利于提高抗硫性能。較高的Mo含量在形成Mo的碳化物同時(shí)，還會(huì)有一部分多余的Mo固溶在基體中，以固溶強(qiáng)化的形式提高鋼的回火穩(wěn)定性?；鼗鸱€(wěn)定性的提高有利于提高回火溫度，從而降低熱處理后的殘余應(yīng)力，提高抗硫性能；但是Mo含量過(guò)高則會(huì)大大提高成本。因此將 Mo的含量控制在0.5 0.8%范圍內(nèi)。V 本技術(shù)方案通過(guò)加入V來(lái)細(xì)化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強(qiáng)度和韌性；但V 含量達(dá)到一定量時(shí)，其效果增加便不明顯，同時(shí)兼顧到成本因素，本技術(shù)方案將其控制在 0. 05 0. 10%的范圍內(nèi)。Nb 本技術(shù)方案通過(guò)加入Nb來(lái)細(xì)化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強(qiáng)度和韌性；但含量達(dá)到一定量時(shí)，其效果增加便不明顯，同時(shí)兼顧到成本因素，本技術(shù)方案中將其控制在 0. 01 0. 05%的范圍內(nèi)。Si 本技術(shù)方案中為了提高鉆桿的澆鑄性能必須加入Si元素，但其含量過(guò)高會(huì)增加鋼的脆性，因此本技術(shù)方案中將其含量控制在0. 1 0. 5%的范圍內(nèi)。Ca :Ca可以使夾雜物球化，從而提高抗硫性能。通常MnS聚集在鋼的晶間成條狀?yuàn)A雜，使鋼的延展性變差。通過(guò)加入Ca可以使鋼中的MnS夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙畹膹?fù)合夾雜， 從而提高抗硫化物應(yīng)力破壞性。因此，在本技術(shù)方案中，Ca的含量控制在0. 002 0. 007% 范圍內(nèi)；尤其是當(dāng)Ca/S ^ 1時(shí)，會(huì)得到更好的抗硫性能。S =S為雜質(zhì)元素，所以其含量越低越好，當(dāng)S含量超過(guò)0. 005%時(shí)，會(huì)增加硫化物含量，從而影響鋼的抗硫能力。因此本技術(shù)方案中將其含量控制在0. 005%以下。P =P為雜質(zhì)元素，所以其含量越低越好，當(dāng)P元素超過(guò)0. 015%時(shí)，會(huì)增加微觀(guān)偏析，從而影響鋼的抗硫能力。因此本技術(shù)方案中將其含量控制在0. 015%以下。與滿(mǎn)足IRP標(biāo)準(zhǔn)的l(^ksi抗硫鉆桿相比，本技術(shù)方案所加入的Mo含量較低，并且不含Ti元素，也不必嚴(yán)格控制0、N、Al元素的含量，從而降低了鉆桿制造成本。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了該120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿的制造方法在淬火步驟中，將鉆桿整體加熱到900 950°C后，進(jìn)行鉆桿內(nèi)表面軸流噴水冷卻和鉆桿外表面層流噴水冷卻，同時(shí)控制鉆桿加厚管端的噴水量與管體的噴水量不同以使不同壁厚的管體和加厚管端具有相同的冷卻速度，以保證管體和加厚端具有相同的淬火組織；在回火步驟中，控制回火溫度為680 720°C。本技術(shù)方案中的回火溫度遠(yuǎn)高于普通120ksi鋼級(jí)鉆桿的回火溫度，從而使本發(fā)明專(zhuān)利的鉆桿的沖擊韌性遠(yuǎn)高于普通120ksi 鋼級(jí)鉆桿的水平，具有一定的抗硫能力。優(yōu)選地，在上述的120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿的制造方法中，所述淬火步驟中， 將鉆桿整體加熱到920°C。優(yōu)選地，在上述的120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿的制造方法中，所述回火步驟中， 控制回火溫度為690 710°C。本發(fā)明所述的120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿由于采用了上述技術(shù)方案，使得其具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明所述的120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿達(dá)到了 120ksi鋼級(jí)的強(qiáng)度；
2.本發(fā)明所述的一種120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿具有一定的抗硫性能；3.本發(fā)明所述的一種120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿大幅地降低了抗硫鉆桿的成本。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1-6采用下述步驟制備120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿(本案實(shí)施例1-6以及對(duì)比例各鋼種成分見(jiàn)表1，其中對(duì)比例為現(xiàn)有技術(shù)常用的CrMnMo鋼鉆桿)(1)對(duì)管端進(jìn)行加厚處理，制成加厚鉆桿的管體；(2)淬火將鉆桿整體加熱到900 950°C后，放置于一個(gè)旋轉(zhuǎn)淬火臺(tái)架上，在鉆桿旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，進(jìn)行鉆桿內(nèi)表面軸流噴水冷卻和鉆桿外表面層流噴水冷卻，同時(shí)控制鉆桿加厚管端的噴水量與管體的噴水量不同以使不同壁厚的管體和加厚管端具有相同的冷卻速度；(3)回火在溫度為680 720°C的范圍內(nèi)對(duì)鉆桿進(jìn)行回火。表1.(余量為!^e以及除P、S以外其他不可避免的雜質(zhì)))
權(quán)利要求
1.一種120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿，其特征在于，其各化學(xué)元素的重量百分比為C 0. 24 0. 30 %，Si :0. 1 0. 5 %，Mn :0. 8 1. 4 %，Cr :0. 8 1. 4 %，Mo :0. 5 0. 8 %，V :0. 05 0. 10 %，Nb :0. 01 0. 05 %，Ca :0. 002 0. 007 %，P 彡 0. 015 %，S ^ 0. 005 %，余量為！^和其他不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿，其特征在于，Ca/S^ 1。
3.如權(quán)利要求2所述的120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿，其特征在于，其各化學(xué)元素的重量百分比為C 0. 25 0. 29%, Si :0. 2 0. 4%，Mn :1. 0 1. 2%，Cr :1. 0 1. 2%，Mo :0. 6 0. 75%, V 0. 05 0. 09%, Nb :0. 01 0. 05%, Ca :0. 003 0. 007%，P 彡 0. 015%, S ^ 0. 005 %，余量為！^和其他不可避免的雜質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿的制造方法，其特征在于在淬火步驟中，將鉆桿整體加熱到900 950°C后，進(jìn)行鉆桿內(nèi)表面軸流噴水冷卻和鉆桿外表面層流噴水冷卻，同時(shí)控制鉆桿加厚管端的噴水量與管體的噴水量不同以使不同壁厚的管體和加厚管端具有相同的冷卻速度；在回火步驟中，控制回火溫度為680 720°C。
5.如權(quán)利要求4所述的120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿的制造方法，其特征在于，所述淬火步驟中，將鉆桿整體加熱到920°C。
6.如權(quán)利要求4所述的120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿的制造方法，其特征在于，所述回火步驟中，控制回火溫度為690 710°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿，其各化學(xué)元素的重量百分比為C0.24～0.30％；Si0.1～0.5％；Mn0.8～1.4％；Cr0.8～1.4％；Mo0.5～0.8％；V0.05～0.10％；Nb0.01～0.05％；Ca0.002～0.007％；P≤0.015％；S≤0.005％；余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了該120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿的制造工藝，該制造工藝通過(guò)對(duì)淬火步驟以及回火步驟的控制，使得該120ksi鋼級(jí)的初級(jí)抗硫鉆桿能夠保持120ksi鋼級(jí)強(qiáng)度的同時(shí)，并具有一定的抗硫能力；此外，該初級(jí)抗硫鉆桿還具有成本較低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C21D1/18GK102330027SQ20111031054
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者王超峰, 王鳴華, 耿鴻明, 董長(zhǎng)富, 趙鵬 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司