專利名稱:抗硫化氫油氣田鉆材新鋼種的制作方法
Pu-1抗硫化氫油氣田鉆材新鋼種是一種金屬材料，主要通過成份設(shè)計、冶煉及熱處理工藝而得。
在現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中，金屬材料在使用中呈現(xiàn)環(huán)境脆化的現(xiàn)象日益增多，鋼材在潮濕的硫化氫介質(zhì)中發(fā)生的應(yīng)力腐蝕破壞是一個明顯例子。在我國迅速發(fā)展的石油和天然氣開采中，也遇到了硫化氫應(yīng)力腐蝕破壞問題，井中潮濕的硫化氫氣體與鋼材表面發(fā)生腐蝕反應(yīng)而生成活潑氫原子滲入鋼材內(nèi)部，使鋼材脆化而突然斷裂。研究抗硫化氫應(yīng)力腐蝕鉆材用鋼是我國石油開發(fā)中一項急待解決的問題。
七十年代世界各國油氣井開發(fā)條件開始改變，鉆采6000至7000米或更深的井所占比例越來越大。在酸性油氣田中，深井和超深井的主要障礙是壓力、硫化氫介質(zhì)腐蝕和溫度。而油管是固定在井口懸掛在井中的主要設(shè)備，井越深其長度越長，自重隨之增加，扭力越大，加上高壓、腐蝕及溫度，因此研究超深油管自然要從強度、塑性、韌性和抗硫化氫腐蝕幾個方面去綜合考慮。
本發(fā)明的目的是研究一種性能是瞄準美國共和鋼鐵公司和加拿大曼13斯曼鋼鐵廠所研究的高強度抗硫化氫鋼種的性能指標，通過成份設(shè)計、冶煉及熱處理工藝而得的新鋼種，以填補我國在這方面的空白。
本發(fā)明主要通過成份設(shè)計、冶煉、澆注與頂管及熱處理工序而得。
一、要得到高強度、高韌性的綜合力學(xué)性能和良好的抗硫化氫腐蝕性能必須從選擇合金原素入手，對合金元素的選擇和量的控制的目的是有意識的去改變鋼的基本相組織-鐵素體和碳化物的性質(zhì)。即讓合金碳化物彌散分布在鐵素體基體上，使鐵素體強度增加，加入上封閉型元素，選用一定的熱處理規(guī)范獲得高溫回火索氏體。這種組織熱力學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定;從而達到抗硫化氫性能最佳的效果。
在一定的合金范圍內(nèi)和調(diào)質(zhì)熱處理條件下，當前已被多數(shù)人公認的抗硫化氫應(yīng)力腐蝕破裂性能的原素有鉻、鉬、釩、鈦、鈮、硼、鋁。鉻、鉬能提高鋼的淬透性、增加鋼的強度、鉻量在1.0%左右對抑制硫化氫滯后破壞起很大作用，鉬量在0.5%以內(nèi)對調(diào)質(zhì)鋼的抗硫化氫腐蝕也是有益的。加入適量的釩、鈦、鈮、硼，鋁利用這些元素的沉淀強化、晶粒細化強化和增加鋼淬火后的回火穩(wěn)定性等作用，來保證高強度鋼的抗硫化氫應(yīng)力腐蝕能力。若本鋼種要推廣為結(jié)構(gòu)鋼使用可以將鋁量控制在小于或等于0.5%，碳量控制在小于或等于0.25%。本發(fā)明的成份設(shè)計如下碳(C)0.27～0.35%，硅(Si)0.2～0.35%，錳(Mn)0.45～0.65%，鉻(Cr)0.9～1.2%，鉬(MO)0.3～0.7%，釩(V)0.05～0.15%，鈦(Ti)0.06～0.12%，鋁(Al)0.4～0.75%，硫，磷(S，P)小于或等于0.035%，其余為廢鋼。
二、Pu-1鉆材是采用與普通低合金無縫鋼管生產(chǎn)相同的工藝和設(shè)備進行。主要有扒補爐，裝料、熔化，精煉、澆注與頂管及熱處理工藝工序。
三、在頂管工藝中按所提供的管壞頂出相應(yīng)尺寸的無縫鋼管，然后在連續(xù)調(diào)質(zhì)機上進行熱處理。熱處理規(guī)范如下式表示
89℃～920℃×30
+680℃～720℃×120
上式的意思是把無縫鋼管加熱到890℃～920℃保溫30分鐘立即進行水淬，之后再加熱到680℃～720℃保溫2小時后空冷。
熱處理工藝之后即得本發(fā)明指的鉆材新鋼種，稱之為30Cr MOVTiAl。
本新鋼種性能與國內(nèi)外一些廠家相比的指標列如下表
在2300～3000百分之一濃度(PPM)溶液里恒應(yīng)力(屈服強度бs×80%)作用，斷裂時間大于720小時(試樣尺寸為直徑5毫米)實施例一
化學(xué)成份設(shè)計為碳(C)0.34%，硅(Si)0.28%、錳(Mn)0.53%，磷(P)0.021%，硫(S)0.033%，鉻(Cr)1.11%，鉬(MO)0.23%，釩(V)0.105%，鈦(Ti)0.098%，鋁(Al)0.775%。
采用工頻堿性爐冶煉。
熱處理規(guī)范為900℃×30′水+690℃×120′回，即把鋼管加熱到900℃，保溫30分鐘，立即進行水淬，隨后加熱到690℃保溫120分鐘后空冷。
達到的技術(shù)指標屈服強度бs＝79公斤/毫米2，抗拉強度бb＝93.25公斤/毫米2，延伸率δs＝17%，面收率ψ＝59.5%，沖擊韌性αk＝14.5公斤-米/厘米2。在2300至3000百萬分之一濃度(PPM)硫化氫溶液里在恒應(yīng)力бs×0.8作用下斷裂時間遠大于720小時。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本新鋼種具有的優(yōu)點是強度高，抗硫化氫腐蝕性能強，屈服強度(бs)和沖擊韌性(αk)都超過美國共和鋼鐵公司和加拿大曼13斯曼鋼廠的指標。若在我國生產(chǎn)不但填補了我國在這方面的空白，且每年可為國家節(jié)約大量外匯。
權(quán)利要求
1.一種抗硫化氫油氣田鉆材新鋼件，其是通過化學(xué)成份設(shè)計，冶煉，澆注與頂管，熱處理工藝而得的新鋼種，其特征在于(1)所說的化學(xué)成份設(shè)計是碳0.27～0.35%，硅0.2～0.35%，錳0.45～0.65%，鉻0.9～1.2%，鉬0.3～0.7%，釩0.05～0.15%，鈦，0.06～0.12%鋁0.4～0.75%磷，硫小于或等于0.035%，其余為廢鋼，(2)熱處理規(guī)范是把頂管工藝以后得到的鋼管加然到890℃至920℃保溫30分鐘，立即進行水淬，然后再加熱到680℃至720℃保溫2小時后空冷。
2.如權(quán)利要求
1所述的鉆材新鋼種，其特征是碳含量控制在小于或等于0.25%，鋁量控制在小于或等于0.5%，可作結(jié)構(gòu)鋼用。
專利摘要
Pu-1抗硫化氫油氣田鉆材新鋼種是一種高強度，抗腐蝕的新材料，其主要是通過成份設(shè)計，加入鉻、鉬、釩、鈦、鋁等進行冶煉，控制一定的熱處理工藝條件而得，稱之為30CrM
文檔編號C22C38/28GK87107966SQ87107966
公開日1988年9月14日 申請日期1987年11月20日
發(fā)明者蒲海山 申請人:昆明工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan