抗硫化物應(yīng)力裂紋性優(yōu)異的油井用鋼管的制作方法
【專利摘要】提供具有優(yōu)異的抗SSC性的油井用鋼管。本發(fā)明提供的油井用鋼管，其按質(zhì)量%計(jì)含有C：0.15～0.35%、Si：0.1～0.75%、Mn：0.1～1.0%、Cr：0.1～1.7%、Mo：0.1～1.2%、Ti：0.01～0.05%、Nb：0.010～0.030%、和Al：0.01～0.1%，P：0.03%以下、S：0.01%以下、N：0.007%以下、和O：0.01%以下，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，通過溴-甲醇萃取得到的殘?jiān)械腡i含量和Nb含量滿足式(1)。100×[Nb]/([Ti]+[Nb])≤27.5(1)，在此，在[Ti]、[Nb]代入前述殘?jiān)械腡i含量(質(zhì)量%)、Nb含量(質(zhì)量%)。
【專利說明】抗硫化物應(yīng)力裂紋性優(yōu)異的油井用鋼管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼管，具體而言，涉及油井用鋼管。
【背景技術(shù)】
[0002]油井用鋼管用作油井和氣井用的套管或管道。以下將油井和氣井統(tǒng)稱為“油井”。隨著油井的深井化，對油井管要求高的強(qiáng)度。以往，主要使用具有SOksi級(屈服強(qiáng)度為80~95ks1、也就是說屈服強(qiáng)度 為551~654MPa)或95ksi級(屈服強(qiáng)度為95~IIOks1、也就是說屈服強(qiáng)度為654~758MPa)的強(qiáng)度等級的油井管。但是，最近使用具有IlOksi級(屈服強(qiáng)度為110~125ks1、也就是說屈服強(qiáng)度為758~861MPa)的強(qiáng)度等級的油井管的情況增加。
[0003]最近開發(fā)的深油井含有具有腐蝕性的硫化氫。這種環(huán)境下，若提高鋼的強(qiáng)度則鋼對于硫化物應(yīng)力裂紋(Sulfide Stress Cracking、以下稱為SSC)的敏感性提高。因此,提高含有硫化氫的環(huán)境下使用的油井管的強(qiáng)度時(shí)，優(yōu)選提高抗硫化物應(yīng)力裂紋性(抗SSC性)。
[0004]用于提高鋼的抗SSC性的現(xiàn)有技術(shù)例如如下所述提案。
[0005].使鋼的組織內(nèi)的馬氏體的比率為80%以上。
[0006].對于鋼在高溫下實(shí)施回火處理、使鋼中的碳化物球狀化。
[0007]?提高鋼的純凈度。
[0008].使鋼的組織微細(xì)化。
[0009].抑制鋼中的氫的擴(kuò)散系數(shù)和位錯(cuò)密度
[0010]進(jìn)而，鋼的抗SSC性可以通過控制非金屬夾雜物來提高。日本特開2001-131698號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)、日本特開2004-332059號公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)和日本特開2001-73086號公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)提出了控制非金屬夾雜物來提高抗SSC性的技術(shù)。
[0011]專利文獻(xiàn)I公開了以下的事項(xiàng)。即使是低合金鋼，在形成粗大的Ti氮化物的情況下，粗大的Ti氮化物也會(huì)成為點(diǎn)腐蝕的產(chǎn)生起點(diǎn)。點(diǎn)腐蝕的產(chǎn)生誘發(fā)SSC。因此，使Ti氮化物微細(xì)化。此時(shí)，鋼的抗SSC性提高。
[0012]專利文獻(xiàn)2公開了以下的事項(xiàng)。低合金鋼中，含有滿足下式的Nb系夾雜物每Imm2斷面積10個(gè)以上。
[0013]aNBXbNB ≤ 150
[0014]在此，式中的aNB是Nb系夾雜物的長徑(μ m)。bm是Nb系夾雜物中的Nb含量(質(zhì)量％)。但是，aNB不足I μ m的Nb系夾雜物為對象外。這種情況下，低合金中點(diǎn)腐蝕的產(chǎn)生受到抑制、抗SSC性提高。
[0015]專利文獻(xiàn)3公開了以下的事項(xiàng)。鋼的化學(xué)組成滿足下式。
[0016](1+4.3 X [V] +3.4X [Nb]+2.5 X [Ti] )/(7.8 X [Cr] X [Μο])>1
[0017]在此，在[V]、[Nb]、[Ti]、[Cr]和[Mo]代入所對應(yīng)的元素的含量(wt%)。此時(shí)，M23C6型的碳化物的生成受到抑制。進(jìn)而，通過使碳化物球狀化，鋼的抗SSC性提高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]專利文獻(xiàn)I中，為了抑制粗大的Ti氮化物，在澆鑄時(shí)，通過中間包加熱器使夾雜物浮上而去除。但是，澆鑄時(shí)的Ti氮化物的浮上以及去除處理在實(shí)際操作中有些難以進(jìn)行，進(jìn)而，僅通過Ti氮化物的浮上以及去除處理，對于點(diǎn)腐蝕的產(chǎn)生抑制而言是不充分的。
[0019]專利文獻(xiàn)2中，只不過評價(jià)了軋制原樣的材料的耐點(diǎn)腐蝕性，關(guān)于與產(chǎn)品的強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)性高的抗SSC性，未必明確在實(shí)用上具有何種效果。
[0020]對于專利文獻(xiàn)3的鋼而言，形成盡量限制Cr或Mo中的任意一種元素的含量并且增加Nb和/或Ti含量的成分設(shè)計(jì)。因此，根據(jù)情況淬火性有可能不穩(wěn)定。進(jìn)而，對于由于Nb系夾雜物和/或Ti系夾雜物產(chǎn)生的點(diǎn)腐蝕起因的SSC的考慮不充分。
[0021]本發(fā)明的目的在于，提供具有優(yōu)異的抗SSC性的油井用鋼管。
[0022]本發(fā)明提供的油井用鋼管，其按質(zhì)量％計(jì)含有C:0.15~0.35%,S1:0.1~0.75%、Mn:0.1 ~1.0%、Cr:0.1 ~1.7%、Mo:0.1 ~1.2%,T1:0.01 ~0.05%,Nb:0.010 ~0.030%、和Al:0.01~0.1%，剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成，雜質(zhì)中的P、S、N和O分別為P:0.03%以下、S:0.01%以下、N:0.007%以下、和O:0.01%以下，通過溴-甲醇萃取得到的殘?jiān)械腡i含量和Nb含量滿足式(I)，
[0023]100X [Nb]/([Ti]+ [Nb]) ^ 27.5 (I)
[0024]在此，在[Ti]、[Nb]代入殘?jiān)械腡i含量(質(zhì)量％)、Nb含量(質(zhì)量％)。
[0025]本發(fā)明提供的油井用鋼管具有優(yōu)異的抗SSC性。
[0026]上述油井用鋼管還可以含有V:0.50%以下來替代Fe的一部分。
[0027]上述油井用鋼管還可以含有B:0.0050%以下來替代Fe的一部分。
[0028]上述油井用鋼管還可以含有Ca:0.0050%以下來替代Fe的一部分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為表示使用溴-甲醇溶液萃取得到的殘?jiān)械腡i含量和Nb含量、與鋼中的粗大的碳氮化物和氮化物(粗大夾雜物、也就是說夾雜物長度為20 μ m以上的夾雜物)的個(gè)數(shù)的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明人等對油井用鋼管的抗SSC性進(jìn)行了調(diào)查及研究。其結(jié)果，本發(fā)明人等得到以下的發(fā)現(xiàn)。
[0031](A)形成于具有上述化學(xué)組成的的低合金的油井用鋼管內(nèi)的夾雜物中，碳氮化物和氮化物，與碳化物相比，使抗SSC性降低。碳化物粗化、碳化物的晶體結(jié)構(gòu)形成M23C6型時(shí)，碳化物使鋼的抗SSC性降低。但是，具有上述化學(xué)組成的油井用鋼管的情況下，合金元素的含量少。因此，碳化物不易粗化、碳化物的晶體結(jié)構(gòu)不易形成M23C6型。因此碳化物不易對抗SSC性造成影響。
[0032](B)Ti和Nb形成碳氮化物或氮化物。含有Ti和Nb的微細(xì)的碳氮化物和氮化物使晶粒微細(xì)化。因此優(yōu)選含有某種程度的Ti和Nb。另一方面，若粗大的碳氮化物和氮化物的個(gè)數(shù)增加則鋼的抗SSC性降低。因此，鋼中的碳氮化物和氮化物雖然對于使晶粒微細(xì)化而言是必要的，但是為了提高抗SSC性，優(yōu)選抑制粗大的碳氮化物和氮化物的個(gè)數(shù)。[0033](C)若具有上述化學(xué)組成的油井用鋼管中，通過溴-甲醇溶液萃取得到的殘?jiān)械腡i含量和Nb含量滿足式(I)，則油井用鋼管的抗SSC性提高。
[0034]100X [Nb]/([Ti]+ [Nb])≤ 27.5 (I)
[0035]在此，在[Ti]、[Nb]代入上述殘?jiān)械腡i含量(質(zhì)量％)、Nb含量(質(zhì)量％)。
[0036]圖1為表示通過溴-甲醇萃取得到的殘?jiān)械腇l值、與夾雜物長度為20 μ m以上的碳氮化物和氮化物的個(gè)數(shù)的關(guān)系的圖。在此Fl用下式定義。
[0037]Fl=IOOX [Nb]/([Ti]+ [Nb])
[0038]圖1通過下述方法求得。如后述的實(shí)施例所示，制造具有多種化學(xué)組成的多種鋼管。為了由各鋼管求出Fl值，采集溴-甲醇萃取用的試驗(yàn)片(lg)。進(jìn)而，為了求出鋼中的碳氮化物和氮化物的個(gè)數(shù)，由各鋼管的任意位置采集顯微鏡觀察用的試驗(yàn)片。
[0039]使用含有10體積％(vol%)的溴的甲醇溶液(以下稱為溴-甲醇溶液)，溶解溴-甲醇萃取用試驗(yàn)片得到殘?jiān)?。具體而言，將溴-甲醇萃取用試驗(yàn)片浸潰、溶解于溴-甲醇溶液。使用過濾器過濾溶解有試驗(yàn)片的溴-甲醇溶液。殘?jiān)街谶^濾器。使用H2SO4溶解附著有殘?jiān)倪^濾器，得到殘?jiān)?。殘?jiān)鼘?shí)質(zhì)上含有碳氮化物以及氮化物和氧化物。
[0040]通過加壓酸分解法將殘?jiān)纸?。加壓酸分解法中，將殘?jiān)头纸庥玫乃崛菁{于PTFE(聚四氟乙烯)容 器中。作為分解用的酸，利用含有HC1、HN03和H2O的混合酸(HC1:HN03:H20=1:1:8)。密閉容器，220°C下加熱8小時(shí)，在容器內(nèi)分解殘?jiān)⑺纸獾臍堅(jiān)匀焕鋮s。然后將該酸定容，通過ICP (高頻感應(yīng)耦合等離子體)發(fā)光光譜分析法，分析Ti含量、Nb含量?；谒玫降腡i含量和Nb含量，求出上述Fl值。上述化學(xué)組成下形成的碳氮化物和氮化物大部分為Ti系夾雜物和Nb系夾雜物中的任意一種。因此,Fl值可以認(rèn)為是表示碳氮化物和氮化物中的Nb含量的比例的指標(biāo)。
[0041]進(jìn)而，使用顯微鏡觀察用的試驗(yàn)片，通過下述方法求出鋼中的碳氮化物和氮化物的個(gè)數(shù)。最初將試驗(yàn)片的表面研磨。在研磨了的表面中，選擇任意的區(qū)域(100mm2)。對所選擇的區(qū)域內(nèi)用200~1000倍的光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察。
[0042]各碳氮化物和氮化物的尺寸通過下述方法求出。各碳氮化物和氮化物的長徑定義為“夾雜物長度”，作為碳氮化物和氮化物的尺寸的指標(biāo)。進(jìn)而，相互鄰接的夾雜物(碳氮化物和氮化物)的間隔為40 μ m以下時(shí)，這些夾雜物作為連續(xù)的夾雜物被看作一個(gè)夾雜物。
[0043]然后，在區(qū)域內(nèi)，求出具有20 μ m以上的夾雜物長度的碳氮化物和氮化物(以下稱為粗大夾雜物)的個(gè)數(shù)。然后基于下式求出每IOOmm2的粗大夾雜物的個(gè)數(shù)LN.。
[0044]LN100=所測定的粗大夾雜物的個(gè)數(shù)/ (區(qū)域面積(mm2)) X 100 (mm2)
[0045]使用所得到的測定值，制成表示粗大夾雜物數(shù)LNltltl與Fl的關(guān)系的圖1。
[0046]參照圖1，粗大夾雜物數(shù)LNltltl在Fl值為27.5以下的情況下，與Fl值大于27.5的情況相比，顯著減少。因此，F(xiàn)l值為27.5以下的情況下，能夠得到優(yōu)異的抗SSC性。
[0047]本發(fā)明提供的油井用鋼管是基于上述發(fā)現(xiàn)而完成的。以下對本發(fā)明中的油井用鋼管進(jìn)行詳細(xì)說明。以下，構(gòu)成化學(xué)組成的元素的含量的“％”指的是“質(zhì)量％”。
[0048][化學(xué)組成]
[0049]本發(fā)明提供的油井用鋼管具有以下的化學(xué)組成。
[0050]C:0.15 ~0.35%
[0051]碳(C)提高淬火性、提高鋼的強(qiáng)度。另一方面，若C含量過高，則鋼對于淬裂的敏感性升高。進(jìn)而，鋼的韌性降低。因此，C含量為0.15~0.35%，從C含量的下限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的C含量高于0.15%，更優(yōu)選為0.20%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.22%以上。從C含量的上限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的C含量不足0.35%，更優(yōu)選為0.33%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.32%以下。
[0052]Si:0.1 ~0.75%
[0053]硅(Si)使鋼脫氧。另一方面，若Si含量過高，則鋼的韌性和熱加工性降低。因此S含量為0.1~0.75%。從Si含量的下限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Si含量高于0.1%，更優(yōu)選為0.15%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.20%以上。從Si含量的上限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Si含量不足0.75%，更優(yōu)選為0.50%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.35%以下。
[0054]Mn:0.I ~1.0%
[0055]錳(Mn)提高鋼的淬火性、提高鋼的強(qiáng)度。另一方面，若Mn含量過高，則鋼容易產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕。進(jìn)而，Mn在晶界偏析而鋼的韌性和抗SSC性降低。因此，Mn含量為0.1~1.0%。從Mn含量的下限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Mn含量高于0.1%，更優(yōu)選為0.15%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.2%以上。從Mn含量的上限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Mn含量不足1.0%，更優(yōu)選為0.7%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.6%以下。
[0056]Cr:0.I ~1.7%
[0057]鉻(Cr)提高鋼的淬火性和抗回火軟化。因此Cr使得對于鋼的高溫回火容易實(shí)施。Cr進(jìn)而提高鋼的抗SSC性。另一方面，若Cr含量過高，則形成M7C3系碳化物和M23C6系碳化物，鋼的抗SSC性降低 。因此，Cr含量為0.1~1.7%。從Cr含量的下限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Cr含量高于0.1%，更優(yōu)選為0.3%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.4%以上。從Cr含量的上限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Cr含量不足1.7%，更優(yōu)選為1.5%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為1.2%以下。
[0058]Mo:0.I ~1.2%
[0059]鑰(Mo)提高鋼的淬火性和抗回火軟化。因此Mo使得對于鋼的高溫回火容易實(shí)施。Mo進(jìn)而提高鋼的抗SSC性。另一方面，若Mo含量過高，則上述效果飽和。因此，Mo含量為0.1~1.2%。從Mo含量的下限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Mo含量高于0.1%，更優(yōu)選為0.2%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.4%以上。從Mo含量的上限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Mo含量不足1.2%，更優(yōu)選為1.0%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.9%以下。
[0060]Ti:0.01 ~0.05%
[0061]鈦(Ti)與鋼中的N結(jié)合而形成Ti氮化物和/或Ti碳氮化物。Ti氮化物和/或Ti碳氮化物使鋼的晶粒微細(xì)化。含有硼(B)的情況下，進(jìn)而Ti抑制B氮化物的形成。因此，利用B實(shí)現(xiàn)的淬火性提高。另一方面，若Ti含量過高，則形成粗大的Ti氮化物和/或Ti碳氮化物。因此，鋼的抗SSC性降低。因此Ti含量為0.01~0.05%。從Ti含量的下限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Ti含量高于0.01%，更優(yōu)選為0.011%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.012%以上。從Ti含量的上限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Ti含量不足0.05%,更優(yōu)選為0.03%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.025%以下。
[0062]Nb:0.010 ~0.030%
[0063]銀(Nb)與C及N結(jié)合而形成Nb碳氮化物和Nb碳化物。Nb進(jìn)而有可能與Ti或Al一起形成復(fù)合碳氮化物。這些夾雜物若微細(xì)則使晶粒微細(xì)化。另一方面，若Nb含量過高，則生成過多的粗大的Nb系夾雜物，鋼的抗SSC性降低。因此Nb含量為0.010~0.030%。從Nb含量的下限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Nb含量高于0.010%,更優(yōu)選為0.011%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.012%以上。從Nb含量的上限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Nb含量不足0.030%，更優(yōu)選為
0.020%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.015%以下。
[0064]Al:0.01 ~0.1%
[0065]鋁(Al)使鋼脫氧。另一方面，若Al含量過高，則形成粗大的Al系氧化物，鋼的韌性降低。因此Al含量為0.01~0.1%。從Al含量的下限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Al含量高于0.01%，更優(yōu)選為0.015%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.020%以上。從Al含量的上限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Al含量不足0.1%，更優(yōu)選為0.07%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05%以下。本說明書中所稱的Al含量指的是酸可溶Al (sol.Al)的含量。
[0066]本發(fā)明提供的油井用鋼管的剩余部分為Fe和雜質(zhì)。本說明書中的雜質(zhì)指的是由用作鋼的原料的礦石、廢料，或制造工序的環(huán)境等混入的元素。本發(fā)明中，作為雜質(zhì)的P、S、N、O的含量如下進(jìn)行限制。
[0067]P:0.03% 以下
[0068]磷(P)為雜質(zhì)。P在晶界偏析而使晶界脆化。因此P使鋼的韌性和抗SSC性降低。因此，P含量優(yōu)選盡可能低。P含量為0.03%以下。優(yōu)選的P含量不足0.03%，更優(yōu)選為0.02%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.015%以下。
[0069]S:0.01% 以下
[0070]硫⑶為雜質(zhì)。S與Mn結(jié)合而形成Mn系硫化物。Mn系硫化物容易溶解。因此，鋼的韌性和抗SSC性降低。因此S含量優(yōu)選盡可能低。S含量為0.01%以下。優(yōu)選的S含量不足0.01%，更優(yōu)選為0.005%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.002%以下。
[0071]N:0.007% 以下
[0072]氮(N)為雜質(zhì)。N使Nb系夾雜物和/或Ti系夾雜物粗化。粗化了的Nb系夾雜物和Ti系夾雜物使鋼的耐點(diǎn)腐蝕性降低、使耐SSC性降低。因此N含量優(yōu)選盡可能低。N含量為0.007%以下。優(yōu)選的N含量不足0.007%,進(jìn)一步優(yōu)選為0.005%以下。至少含有0.001%以上的N即可。
[0073]O:0.01% 以下
[0074]氧(O)為雜質(zhì)。O形成粗大的氧化物、使鋼的耐點(diǎn)腐蝕性降低。因此，O含量優(yōu)選盡可能低。O含量為0.01%以下。優(yōu)選的O含量不足0.01%，更優(yōu)選為0.003%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.0015%以下。
[0075][對于選擇元素]
[0076]本發(fā)明提供的油井用鋼管進(jìn)而可以含有V來替代Fe的一部分。
[0077]V:0.50% 以下
[0078]釩(V)為選擇元素。V在回火工序中形成微細(xì)的碳化物、提高抗回火軟化。因此，能夠在高溫下進(jìn)行回火，鋼的韌性和抗SSC性提高。含有少量的V就能夠得到上述效果。另一方面，若V含量過高則上述效果飽和。因此，V含量為0.50%以下。從優(yōu)選的V含量的下限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的V含量為0.01%以上，更優(yōu)選為0.03%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05%以上。從V含量的上限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的V含量不足0.50%，更優(yōu)選為0.2%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.15%以下。
[0079]本發(fā)明提供的油井用鋼管進(jìn)而可以含有B來替代Fe的一部分。[0080]B:0.0050% 以下
[0081]硼(B)為選擇元素。B提高鋼的淬火性。含有少量的B就能夠得到上述效果。另一方面，若B含量過高則上述效果飽和。因此，B含量為0.0050%以下。從優(yōu)選的B含量的下限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的B含量為0.0001%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.0005%以上。從B含量的上限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的B含量不足0.0050%，進(jìn)一步優(yōu)選為0.0025以下。
[0082]本發(fā)明提供的油井用鋼管進(jìn)而可以含有Ca來替代Fe的一部分。
[0083]Ca:0.0050% 以下
[0084]鈣(Ca)為選擇元素。Ca抑制粗大的Al系夾雜物的生成、形成微細(xì)的Al-Ca系氧硫化物。因此，通過連續(xù)鑄造制造鋼材(板坯或圓鋼坯)的情況下，Ca抑制連續(xù)鑄造裝置的噴嘴被粗大的Al系夾雜物閉塞。含有少量的Ca就能夠得到上述效果。另一方面，若Ca含量過高則鋼的耐點(diǎn)腐蝕性降低。因此，Ca含量為0.0050%以下。從優(yōu)選的Ca含量的下限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Ca含量為0.0003%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.0005%以上。從Ca含量的上限值的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選的Ca含量不足0.0050%，進(jìn)一步優(yōu)選為0.0030%以下。
[0085]需要說明的是，本發(fā)明提供的油井用鋼管的化學(xué)組成可以滿足下式(A)。
[0086](1+4.3 X [V] +3.4X [Nb] +2.5 X [Ti])/ (7.8 X [Cr] X [Mo])≤ 1 (A)
[0087]在此，在[]內(nèi)的元素符號代入所對應(yīng)的元素的含量(質(zhì)量％)。不含有V的情況下，在[V]代入“O”。
[0088]對于日本特開2 001-73086號公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)的鋼而言，條件在于上式(A)的左邊大于I。但是，對于本發(fā)明提供的油井用鋼管而言，上述左邊可以為I以下。Ti含量和Nb含量少時(shí)，容易抑制粗大的碳氮化物和氮化物的個(gè)數(shù)，抗SSC性提高。因此，對于本發(fā)明提供的油井用鋼管而言，優(yōu)選式㈧的左邊為I以下。更優(yōu)選式㈧的左邊為0.85以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.65以下。
[0089][對于式(I)]
[0090]對于本發(fā)明提供的油井用鋼管而言，進(jìn)而，通過溴-甲醇溶液萃取得到的殘?jiān)械腡i含量和Nb含量滿足式(I)。
[0091]100X [Nb]/([Ti]+ [Nb])≤ 27.5 (1)
[0092]在此，在[Ti]、[Nb]代入上述殘?jiān)械腡i含量(質(zhì)量％)、Nb含量(質(zhì)量％)。
[0093]如上所述，對于本發(fā)明規(guī)定的化學(xué)組成而言，碳化物不易對抗SSC性造成影響。對于本發(fā)明提供的油井用鋼管而言，粗大的碳氮化物和氮化物使抗SSC性降低。鋼中的微細(xì)的碳氮化物和氮化物使晶粒微細(xì)化。即使微細(xì)的碳氮化物和氮化物的個(gè)數(shù)少、晶粒也以某種程度被微細(xì)化。另一方面，若粗大的碳氮化物和氮化物的個(gè)數(shù)多，則如上所述鋼的抗SSC性降低。因此，若抑制鋼中的粗大的碳氮化物和氮化物的個(gè)數(shù)，則能夠得到優(yōu)異的抗SSC性。
[0094]溴-甲醇萃取如下所述實(shí)施。由油井用鋼管的任意部位采集樣品。對樣品的形狀沒有特別限定。樣品的重量為lg。將樣品浸潰于含有10體積％(vol%)的溴的甲醇溶液(以下稱為溴-甲醇溶液)，溶解樣品。使用過濾器(例如具有0.2μπι的孔徑的核孔濾器)過濾溶解有樣品的溴-甲醇溶液。此時(shí)，在過濾器附著殘?jiān)?。使用H2SO4溶解附著有殘?jiān)倪^濾器，取出殘?jiān)?。鋼中的碳化物被?甲醇溶液溶解。因此，殘?jiān)鼘?shí)質(zhì)上含有碳氮化物、氮化物和氧化物。[0095]殘?jiān)缤ㄟ^加壓酸分解法分解。加壓酸分解法中，將殘?jiān)头纸庥玫乃崛菁{于容器(例如PTFE容器)。分解用的酸例如為含有HCl、HNO3和H2O的混合酸(HC1:HN03:H20=1:1:8)o密閉容器，220°C下加熱8小時(shí)。通過以上的工序，在容器內(nèi)將殘?jiān)纸狻?br> [0096]為了分解殘?jiān)?，也可以使用堿熔解法來替代加壓酸分解法。堿熔解法中，將殘?jiān)腿蹌┤菁{于鉬坩堝。熔劑例如為LiB02。將鉬坩堝用電爐加熱到1000°C，分解鉬坩堝內(nèi)的殘?jiān)?。殘?jiān)菀椎厝芙庥谒崛芤骸?br> [0097]將通過加壓酸分解法分解的殘?jiān)匀焕鋮s。然后將該酸液定容，通過ICP發(fā)光光譜分析法，分析Ti含量、Nb含量。基于以上工序得到的Ti含量和Nb含量，求出Fl值。
[0098]Fl=IOOX [Nb]/([Ti]+ [Nb]) [0099]如上所述，本發(fā)明的化學(xué)組成中，碳氮化物和氮化物大部分為Ti系夾雜物和Nb系夾雜物。因此，F(xiàn)l是表示碳氮化物和氮化物中的Nb濃度的指標(biāo)。
[0100]如圖1所示，若Fl值為27.5以下，則可以使鋼中的粗大夾雜物數(shù)(夾雜物長度為20 μ m以上的碳氮化物和氮化物的個(gè)數(shù))少。因此，鋼的抗SCC性提高。
[0101]本發(fā)明的油井用鋼管中，優(yōu)選的粗大夾雜物數(shù)為35個(gè)/IOOmm2以下。
[0102][本實(shí)施方式的油井用鋼管的其它特性]
[0103][屈服強(qiáng)度]
[0104]本實(shí)施方式提供的油井用鋼管優(yōu)選具有654MPa以上的屈服強(qiáng)度。在此所稱的屈服強(qiáng)度指的是0.2%屈服應(yīng)力。油井用鋼管的進(jìn)一步優(yōu)選的屈服強(qiáng)度為758MPa以上。
[0105][優(yōu)選的屈服比]
[0106]本發(fā)明提供的油井用鋼管為高強(qiáng)度。因此，若拉伸強(qiáng)度相對于屈服強(qiáng)度過高，則抗SSC性降低。因此，優(yōu)選的屈服比為87.0%以上。屈服比YR(%)指的是屈服強(qiáng)度YS與拉伸強(qiáng)度 TS 的比(YR=YS/TSX 100)。
[0107][舊奧氏體晶體粒度]
[0108]本發(fā)明提供的油井用鋼管的優(yōu)選的舊奧氏體晶體粒度編號為7.5以上。本說明書中所稱的舊奧氏體晶體粒度根據(jù)ASTM E112測定。舊奧氏體晶體粒度不足7.5時(shí)，鋼的韌性和抗SSC性降低。
[0109][制造方法]
[0110]對本發(fā)明提供的油井用鋼管的制造方法的一例進(jìn)行說明。需要說明的是，制造方法不限于下述。
[0111][圓鋼還制造工序]
[0112]最初通過轉(zhuǎn)爐或電爐將銑鐵一次精煉。進(jìn)而，對于經(jīng)過一次精煉的鋼液實(shí)施二次精煉，將合金元素添加于鋼液。通過以上的工序，制造具有上述化學(xué)組成的鋼液。
[0113]將鋼液注入到中間包，通過連續(xù)鑄造法制造板坯或圓鋼坯等。另外，通過鑄錠法，由鋼液制造鋼錠。將板坯等或鋼錠開坯，制造圓鋼坯。
[0114]通過連續(xù)鑄造法制造板坯或圓鋼坯等的情況下，優(yōu)選將中間包內(nèi)的鋼液溫度保持在1520°C以上。此時(shí)，中間包內(nèi)，鋼液中的作為雜質(zhì)的夾雜物聚集粗化、浮上。因此可以去除粗大夾雜物。
[0115]優(yōu)選使鑄造后、或鑄錠后的板坯、圓鋼坯等或鋼錠的冷卻速度為50°C /分鐘以上。此時(shí)，夾雜物的粗化受到抑制。
[0116][熱加工工序]
[0117]將圓鋼坯熱加工形成管坯。最初，在加熱爐加熱圓鋼坯。對于由加熱爐抽出的圓鋼坯實(shí)施熱加工，制造管坯(無縫鋼管)。例如作為熱加工，實(shí)施曼內(nèi)斯曼法，制造管坯。此時(shí)，通過穿孔機(jī)對圓鋼坯進(jìn)行穿軋。對于經(jīng)過穿軋的圓鋼坯進(jìn)而利用芯棒式無縫管軋機(jī)、減徑機(jī)、定徑機(jī)等進(jìn)行熱軋形成管坯。也可以通過其它的熱加工方法，由圓鋼坯制造管坯。
[0118]對于熱加工工序中的加熱爐而言，圓鋼坯的加熱溫度和加熱時(shí)間優(yōu)選滿足以下的式⑵。
[0119](T+273) X (20+log(t))≤ 30600 (2)
[0120]在式⑵中的T代入加熱溫度(°C )。在t代入加熱時(shí)間(小時(shí))。
[0121]加熱爐有時(shí)被劃分為多個(gè)帶(區(qū)域)。加熱爐例如劃分為預(yù)熱帶、加熱帶、均熱帶。各帶排列為一列，圓鋼坯邊按照預(yù)熱帶、加熱帶、均熱帶的順序移動(dòng)邊被加熱。各帶中的加熱溫度和加熱時(shí)間有時(shí)不同。因此，加熱爐被劃分為多個(gè)帶時(shí)，將各帶的加熱溫度的平均值定義為該加熱爐的加熱溫度T(°c )。進(jìn)而，各帶的加熱時(shí)間的累積值定義為該加熱爐的加熱時(shí)間t (小時(shí))。
[0122]定義為F2=(T+273) X (20+log(t))。F2 值高于 30600 時(shí)，F(xiàn)l 值過大而超過 27.5。因此，鋼的抗SSC性降低。若F2值滿足式⑵則能夠得到優(yōu)異的抗SSC性。F2值的優(yōu)選的下限為28500以上，進(jìn)一步優(yōu)選為29200以上。若F2值過小，則圓鋼坯的溫度難以達(dá)到對于穿孔而言適當(dāng)?shù)臏囟取?yōu)選的圓鋼坯的均熱溫度(均熱帶中的溫度)為1200°C以上。
[0123][熱處理工序]
[0124]將熱加工后的管坯冷卻至常溫。將管坯冷卻至常溫后，實(shí)施淬火處理和回火處理，制造油井用鋼管。淬火處理中，使淬火溫度為\3點(diǎn)以上?；鼗鹛幚碇?，使回火溫度為Aa點(diǎn)以下。通過淬火處理和回火處理，將管坯的舊奧氏體粒度編號調(diào)整為7.5以上。
[0125]對于熱加工后、表面溫度為Ac3點(diǎn)以上的管坯也可以不冷卻至常溫而直接進(jìn)行淬火。進(jìn)而也可以在熱加工后立即將熱加工后的管坯插入到加熱爐、補(bǔ)熱(均熱)到~3點(diǎn)以上的溫度。此時(shí)，對于補(bǔ)熱后的管坯實(shí)施淬火處理。淬火處理和回火處理可以實(shí)施多次。具體而言，對于實(shí)施了淬火處理和回火處理的管坯，可以進(jìn)一步實(shí)施淬火處理和回火處理。
[0126]通過以上的制造方法制造的油井用鋼管滿足式(I)。因此，油井用鋼管具有優(yōu)異的抗SSC性。
[0127]實(shí)施例
[0128]在各種制造條件下制造具有各種化學(xué)組成的油井用鋼管。對所制造的油井用鋼管的抗SSC性進(jìn)行評價(jià)。
[0129][油井用鋼管的制造方法]
[0130]制造具有表1所示化學(xué)組成的鋼A~J的鋼液。
【權(quán)利要求】
1.一種油井用鋼管，其按質(zhì)量％計(jì)含有 C:0.15 ~0.35%、
Si:0.1 ~0.75%、
Mn:0.1 ~1.0%、
Cr:0.1 ~1.7%、
Mo:0.1 ~1.2%、
T1:0.01 ~0.05%、
Nb:0.010 ~0.030%、和
Al:0.01 ~0.1%, 剩余部分由Fe和雜質(zhì)組成， 所述雜質(zhì)中的P、S、N和O分別為 P:0.03% 以下、
S:0.01% 以下、 N:0.007%以下、和 O:0.01% 以下， 通過溴-甲醇萃取得到的殘?jiān)械腡i含量和Nb含量滿足式(1)，
100X [Nb]/([Ti]+ [Nb])≤ 27.5 (1) 在此，在[Ti]、[Nb]代入所述殘?jiān)械腡i含量、Nb含量，其中Ti含量、Nb含量的單位為質(zhì)量％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油井用鋼管，其還含有V:0.50%以下來替代所述Fe的一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的油井用鋼管，其還含有B:0.0050%以下來替代所述Fe的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的油井用鋼管，其還含有Ca:0.0050%以下來替代所述Fe的一部分。
【文檔編號】C22C38/28GK103764860SQ201280040822
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月22日
【發(fā)明者】相馬貴志, 大村朋彥, 荒井勇次, 沼田光裕, 高山透, 妹尾昌尚 申請人:新日鐵住金株式會(huì)社