專利名稱：一種耐硫化氫應力腐蝕性能優(yōu)良的無縫鋼管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于低合金鋼制造領域，尤其涉及ー種屈服強度為IlOksi (758MPa)級別的耐硫化氫應カ腐蝕用低合金無縫鋼管及其熱處理方法。
背景技術：
油井管的硫化氫應カ腐蝕問題是近些年來國內、外許多油田面臨的一大課題，從油井管材料的角度看，普通的API油井管顯然不能滿足實際使用要求，尤其是我國的四川油田和長慶、塔里木等油田的某些區(qū)域以及美國、加拿大ー些油田，都要求油井管管材具有較高的耐硫化氫應カ腐蝕性能。如今，每日巨大的石油、天然氣消耗量，迫使油田的鉆井深度不斷増加，油井管的 使用環(huán)境更加惡劣，近年來開發(fā)的深井的環(huán)境多含有具有腐蝕性的硫化氫，在這樣的環(huán)境下，高強度鋼容易產生硫化物應カ腐蝕裂紋(SSC)的氫脆化現象，以至油井管損壞，因此，迫切需要開發(fā)屈服強度高于758MPa(110ksi)并兼具耐硫化氫應カ腐蝕性能的油井管。耐硫化氫應カ腐蝕油井管與一般用途的油井管相比，在選材和生產エ藝上有更嚴格的要求，主要體現在化學成分和熱處理工藝的控制上。為保證油井管具有耐硫化氫應カ腐蝕性能，成分上一般選擇含有Cr、Mo的合金鋼，エ藝上一般選擇淬火后高溫回火即稱為“調質”的熱處理工藝，經過調質的鋼的組織為鐵素體基體彌散分布碳化物，組織均勻一致性好，平衡穩(wěn)定，是腐蝕碳鋼、合金鋼的理想組織。經過大量耐硫化氫試驗研究的結果得出，除材料的化學成分、顯微組織外，硬度和殘余應カ對鋼管的耐硫化氫應カ腐蝕性能影響很大，鋼管的硬度、殘余應カ越高，SSC敏感性越高，鋼管越容易發(fā)生硫化物應カ腐蝕脆斷，而鋼管強度級別升高的同時，又要限制硬度，這就是問題的難點所在。現有技術中均未報告硬度、鋼管殘余應カ值、組織晶粒尺寸，而且，只有申請?zhí)枮镃N200610016498. 6、CN200810238135. 6的兩個專利談及了鋼管硬度對耐SCC的影響，但其IOO-IlOksi級別鋼管的HRC硬度值均未能控制到27HRC以下，抗SSC性能穩(wěn)定性難以保證。

發(fā)明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供ー種屈服強度為IlOksi (758MPa)級別的耐硫化氫應カ腐蝕優(yōu)良的低合金無縫鋼管及其熱處理方法，本發(fā)明的油井管管材的耐硫化氫應カ腐蝕門檻值達到鋼管實際屈服強度的90%，可以大大提高管材在含硫化氫深井中的服役壽命。本發(fā)明通過如下技術方案實現本發(fā)明的耐硫化氫應カ腐蝕無縫鋼管的化學成分按重量百分比規(guī)定如下C:O. 19% O. 24%, Si O. 30%,Mn :0. 20% O. 50%，Cr :0. 90% I. 30%，Mo :0. 60%
O.80 %, V 0. 10 % O. 15 %，Ti :0. 01 % O. 03 %，P 彡 O. 012 %，S 彡 O. 005 %，H :く O. 00015%,N :彡 O. 0050%,O O. 0040%,As+Sn+Pb+Sb+Bi く O. 0080%,Ca 0. 0010 O.0030其余為Fe及微量雜質。各合金元素的取值范圍說明C :碳是碳化物形成元素，提高鋼的強度，當含碳量低于O. 19%吋，C與Cr、Mo、V等的交互作用促使鋼在獲得理想的硬度時的強度不夠，當碳含量高于O. 24%吋，C與Cr、Mo、V等的交互作用促使鋼在獲得預定的強度時硬度不理想。為達到本發(fā)明的目的，C優(yōu)選的范圍為 O. 19% O. 24%。Si :硅在這里主要起脫氧作用，但含量多時損害鋼的韌性，對耐SSC性能不利，故將其限定在O. 30%以下。Mn :錳可顯著提高鋼的淬透性，因此需要含量在O. 2%以上，但當含量超過O. 5%時，促使有害元素在晶界偏聚的作用開始明顯，降低鋼的耐硫化氫應カ腐蝕性能，因此，為達到本發(fā)明的目的，Mn的優(yōu)選范圍為O. 2 % O. 5 %。
Cr :鉻提高淬透性，改善鋼的強韌性，并具有蝕作用，低于O. 9%時韌性不足，于耐SSC性能不利，高于I. 3%時，與C、Mo、V的交互影響難以獲得理想的硬度值。為達到本發(fā)明的目的，Cr優(yōu)選的范圍為O. 9% I. 3%。Mo:鑰提高淬透性，提高鋼的回火耐力，抑制回火脆性，細化晶粒和耐點蝕作用明顯，是耐硫化氫應カ腐蝕用鋼不可缺少的元素，含量低于O. 60%時，回火耐カ不夠，強度達到要求時，耐SSC性能指標難以達到理想的水平。Mo含量高于O. 80%時，則與C、Cr、V交互作用，難以獲得理想的較低硬度值，也難以獲得耐SSC性能的優(yōu)異指標，且Mo的價格昂貴，多加則成本增加。為達到本發(fā)明的目的，Mo的優(yōu)選范圍為O. 60% O. 80%。V:釩形成C、N化物，具有細化晶粒、提高強度和韌性的作用，可以提高鋼的回火抗力，另外，V與Mo、Cr、C共同作用影響著鋼的硬度的取值，含量低于O. 10%時和高于O. 15%時效果均達不到最佳。為達到本發(fā)明的目的，V更優(yōu)選的范圍為O. 10% O. 15%。Ti :鈦ー方面可固定鋼中的游離氮，另一方面可細化晶粒，改善鋼的韌性，提高鋼的耐硫化氫應カ腐蝕性能。當鋼中鈦含量低于O. 01%時作用不足，高于O. 05%時作用已飽和。為達到本發(fā)明的目的，Ti優(yōu)選的范圍為O. 01% O. 05%。P、S、O、N、H及五害元素As、Sn、Pb、Sb、Bi的含量越低則對鋼的耐硫化氫應カ腐蝕性能越有利，因此，根據實際試驗結果，限定各有害元素的含量如下P く O. 012 %、S^O. 005%,N ^ O. 005%,O ^ O. 0040%,As+Sn+Pb+Sb+Bi く O. 0080%，以保證鋼的耐硫化氫應カ腐蝕性能指標的實現。Ca :鈣與鋼中的硫作用形成硫化物，改善硫化物夾雜的形態(tài)，提高鋼的耐硫化氫應カ腐蝕性能，當鈣含量達到O. 001%時，就有較明顯的作用，但當鈣含量超過O. 003%時，由于夾雜物增多，降低鋼的潔凈度，對耐硫化氫應カ腐蝕性能不利。。為達到本發(fā)明的目的，Ca優(yōu)選的范圍為O. 001% O. 003%。本發(fā)明產品的制造方法是，按上述成分冶煉、澆鑄、制造圓管坯、熱軋制管，鋼管冷卻，冷卻后分三步進行熱處理，第一歩，將熱軋鋼管進行950 970°C的奧氏體化處理，出爐淬火至200°C以下；第二歩，對一次淬火后的鋼管進行880 920°C二次保溫淬火至200°C以下，再690 730°C保溫60 150min的回火處理；第三歩，對調質后的鋼管進行溫度不低于300°C的帶溫矯直加650 680°C的去應カ處理。熱處理后的鋼管還需經過探傷檢驗。
本發(fā)明針對硬度對鋼管化學成分進行了優(yōu)化設計，充分考慮到C、Mo、Cr、V對鋼管硬度的交互影響，得到的產品化學成分范圍組合保證了 IlOksi鋼級鋼管可獲得不高于26. 5HRC的硬度，大大提升鋼管的抗硫化氫應カ腐蝕性能及穩(wěn)定性。鋼管采用二次淬火處理，充分細化組織晶粒，鋼管晶粒度可達9級以上，鋼管的抗硫化氫應カ腐蝕性能得到有效加強。鋼管在最終交庫前經過650 680°C的去應カ處理，使鋼管使用狀態(tài)的殘余應カ值為屈服強度的10%以下，保證了鋼管的抗硫化氫應カ腐蝕性能的穩(wěn)定性。本發(fā)明的耐硫化氫應カ腐蝕油井管具有如下性能特點屈服強度(RtO. 6) :758 810MPa;耐拉強度(Rm) :> 830MPa;延伸率(A) :> 22%;硬度21. 9 26. 5HRC ;殘余應力:低于屈服強度的10%;耐硫化氫應カ腐蝕門檻值90% RtO. 6(實際屈服強度)；晶粒度> 9級。本發(fā)明的有益效果體現在(I)本發(fā)明的油井管產品具有屈服強度達到IlOksi (758MPa)，而硬度僅為21. 9 26. 5HRC的特點。 (2)產品殘余應カ僅為屈服強度的10%以下，鋼管組織更細小，晶粒度達到9級以上。(3)產品具有優(yōu)良的耐硫化氫應カ腐蝕性能，按NACE TM0177A法測定的耐硫化氫應カ腐蝕門檻值達到鋼管實際屈服強度的90%。因此，與同強度級別的抗硫化氫應カ腐蝕油井管相比，使用本發(fā)明的油井管進行含硫化氫深井的鉆采作業(yè)，可以大大提高油、氣井的服役壽命。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發(fā)明進ー步說明本發(fā)明的具體實施例的化學成分見表I。表I各實施例化學成分Wt %
權利要求
1.ー種耐硫化氫應カ腐蝕性能優(yōu)良的無縫鋼管，其特征在于化學成分按重量百分比為 C :0· 19 % O. 24 %，Si ^ O. 30%, Mn 0. 20 % O. 50 %，Cr 0. 90 % I. 30 %，Mo :O. 60% O. 80%,V 0. 10% O. 15%，Ti :0.01% O. 03%，P ≤ O. 012%，S ≤ O. 005%，H:く O. 00015%,N :≤ O. 0050%,O O. 0040%,As+Sn+Pb+Sb+Bi く O. 0080%,Ca 0. 0010 O. 0030其余為Fe及微量雜質。
2.ー種根據權利要求I所述耐硫化氫應カ腐蝕性能優(yōu)良的無縫鋼管的制造方法，包括按上述成分冶煉、燒鑄、制造圓管坯、熱軋制管、鋼管冷卻、鋼管熱處理，其特征在干鋼管冷卻后分三步進行熱處理，第一歩，將熱軋鋼管進行950 970°C的奧氏體化處理，出爐淬火至200°C以下；第二歩，對一次淬火后的鋼管進行880 920°C二次保溫淬火200°C以下和690 730°C保溫60 150min的回火處理；第三歩，對調質后的鋼管進行溫度不低于300°C的帶溫矯直加650 680°C的去應カ處理。
3.根據權利要求2所述耐硫化氫應カ腐蝕性能優(yōu)良的無縫鋼管的制造方法，其特征在于所述的澆鑄溫度1540-1560°C、所述的制造圓管坯加熱溫度1240-1290°C、管坯軋制溫度1100-1150°C，所述的熱軋制管連軋溫度1100-1150°C、終軋溫度900-1050°C，所述的鋼管冷卻采用速度大于1°C /s的風冷冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐硫化氫應力腐蝕性能優(yōu)良的無縫鋼管及其制造方法?；瘜W成分按重量百分比規(guī)定如下C0.19％～0.24％，Si≤0.30％，Mn0.20％～0.50％，Cr0.90％～1.30％，Mo0.60％～0.80％，V0.10％～0.15％，Ti0.01％～0.03％，P≤0.012％，S≤0.005％，H≤0.00015％，N≤0.0050％，O≤0.0040％，As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.0080％，Ca0.0010～0.0030其余為Fe及微量雜質。無縫鋼管的制造方法，分三步進行熱處理，第一步，將熱軋鋼管進行950～970℃的奧氏體化處理，出爐淬火至200℃以下；第二步，對一次淬火后的鋼管進行880～920℃二次保溫淬火200℃以下和690～730℃保溫60～150min的回火處理；第三步，對調質后的鋼管進行溫度不低于300℃的帶溫矯直加650～680℃的去應力處理。
文檔編號C22C38/28GK102719752SQ201110077830
公開日2012年10月10日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權日2011年3月29日
發(fā)明者俞平, 李應雄, 王楓, 王長順, 解德剛, 趙波, 邸軍, 鄭云龍 申請人:鞍鋼股份有限公司