一種110Ksi鋼級的抗硫化氫應力腐蝕的油井用鋼管及其生產方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種110Ksi鋼級的抗硫化氫應力腐蝕的油井用鋼管及其生產方法，所述鋼管按照質量百分數(shù)的組成包括：0.20?0.28％C、0.12?0.35％Si、0.4?0.8％Mn、0.001?0.011％P、0.0001?0.003％S、0.9?1.4％Cr、0.7?1.2％Mo、0.0003?0.003％B、0.02?0.045％Nb、0.04?0.08％V、0.005?0.05％Al、0?0.1％Zr、0?0.3％Ni、0?0.15％Cu、0?0.01％La、0?0.002％O、0?0.009％N、0?0.00015％H，其余為Fe和不可避免雜質；所述鋼管的生產方法依次包括：電爐冶煉、爐外精煉、真空脫氣、連鑄連軋、鋼坯加熱、鋼管軋制、調質處理和矯直；本發(fā)明的鋼管具有優(yōu)良的理化性能，指標達到API要求，抗硫化氫應力腐蝕門檻值達到90％YSmin，平均晶粒度10級，高于API要求，適合用于含有硫化氫環(huán)境的油氣田；安全高效。
【專利說明】
-種110Ks i鋼級的抗硫化氨應力腐蝕的油井用鋼管及其生產 方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及油田用鋼管生產技術領域，具體是一種llOKsi鋼級的抗硫化氨應力腐 蝕的油井用鋼管及其生產方法。
【背景技術】
[0002] 隨著世界上較易開發(fā)的油氣田逐漸枯竭，W及各國對于能源需求的不斷增長，迫 使人們不得不轉向開采地質條件更為惡劣的含硫化氨油氣田；世界油氣田中大約含有 硫化氨氣體，在我國的幾個大油氣田中，如四川、長慶、中原、華北、塔里木等油氣田都含有 不同程度的H2S氣體；國外也有許多含硫化氨的油氣田，如美國的己拿馬油田、加拿大的阿 爾伯達油田等。
[0003] 在含H2S酸性油氣系統(tǒng)中，SSCC主要出現(xiàn)于高強度鋼、高內應力構件及硬焊縫上； SSCC是由H、S腐蝕陰極反應所析出的氨原子，在出S的催化下進入鋼中后，在拉伸應力（外 加 /殘余)的作用下，通過擴散，在冶金缺陷提供的Ξ向拉伸應力區(qū)富集而導致的開裂，開裂 垂直于拉伸應力方向，普遍認為SSCC的本質屬氨脆，SSCC屬低應力破裂，發(fā)生SSCC的應力值 通常遠低于鋼材的抗拉強度。SSCC具有脆性機制特征的斷口形貌，穿晶和沿晶破壞均可觀 察到，一般高強度鋼多為沿晶破裂，SSC邱皮壞多為突發(fā)性，裂紋產生和擴展迅速;對SSCC敏 感的材料在含也S酸性油氣中，經短暫暴露后，就會出現(xiàn)破裂，W數(shù)小時到立個月情況為多， 發(fā)生SSCC鋼的表面無須有明顯的一般腐蝕痕跡，SSCC可W起始于構件的內部，不一定需要 一個做為開裂起源的表面缺陷；因此，它不同于應力腐蝕開裂(SSCC)必須起始于正在發(fā)展 的腐蝕表面。
[0004] W往學者指出，當對鋼材施加低于某值的應力時，鋼材并不會發(fā)生SSCC，運個應力 值稱為抗硫化氨應力腐蝕口檻值;研究表明，當材料的屈服強度達到700MPa時，材料的抗硫 化氨應力腐蝕口檻值急劇降低，即使很低的應力也會引發(fā)材料斷裂，運也是80Ksi、95Ksi鋼 級的抗硫套管相對容易研發(fā)，而llOKsi的抗硫套管的技術才逐漸成形。
[0005] 結合上述SSCC發(fā)生機理，獲得材料的近似平衡組織，減少各種冶金缺陷、加工缺陷 的存在，是提高材料抗SSCC性能的關鍵;而普通110鋼級的鋼管如P110,熱采管等，提高力學 性能的方式主要是彌散強化、位錯強化等，處于非平衡組織，其內部含有大量的氨陷阱，抗 SSCC性能差，如果對運些材料進行更高溫度回火，其獲得近似平衡組織，而強度卻大大降 低。
[0006] 從石油管材開發(fā)的趨勢看，作為石油行業(yè)主要物資的鋼管，其強度級別和耐腐蝕 能力要求越來越高，國內外很多廠家已經開始供應llOKsi級別的抗硫化氨應力腐蝕油井用 鋼管;影響強度、沖擊功、耐腐蝕性的因素很多，包括化學成分設計、夾雜物、氣體含量、晶粒 度、社制工藝、熱處理等，并且各影響因素之間相互關聯(lián)，尤其是夾雜物、晶粒度和成分控制 的影響非常顯著；高強度條件下還要保證較高沖擊功，且具有低硬度和優(yōu)異的耐硫化氨應 力腐蝕的性能是此類鋼管開發(fā)的最大難點，攻克運一難關對開采含有硫化氨的油氣田具有 重要意義。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種llOKsi鋼級的抗硫化氨應力腐蝕的油井用鋼管及其 生產方法;該鋼管具有優(yōu)良的理化性能、使用性能和抗硫化氨應力腐蝕性能、其抗硫化氨應 力腐蝕口檻值達到90%YSmin，高于API要求，實現(xiàn)了高鋼級鋼管的高強度和低硬度的良好 匹配。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0009] -種llOKsi鋼級的抗硫化氨應力腐蝕的油井用鋼管，按照質量百分數(shù)的組成包 括：0.20-0.28%(：、0.12-0.35%51、0.4-0.8%]\1。、0.001-0.011%口、0.0001-0.003%5、0.9- 1.4%Cr、0.7-1.2%M〇、0.0003-0.003%B、0.02-0.045% 師、0.04-0.08% V、0.005-0.05% AUO-0. l%Zr^0-0.3%Ni^0-0.15%Cu^0-0.01%La^0-0.002%0^0-0.009%N^0- 0.00015%H，余量為化和雜質。
[0010] 作為本發(fā)明進一步的方案:所述llOKsi鋼級的抗硫化氨應力腐蝕的油井用鋼管的 制備方法，依次包括W下步驟：電爐冶煉、爐外精煉、真空脫氣、連鑄、連社、鋼巧加熱、鋼管 牽L制、調質處理、矯直。
[0011] 作為本發(fā)明再進一步的方案:所述電爐冶煉、爐外精煉、真空脫氣、連鑄、連社步驟 為鋼巧冶煉和成型步驟，鐵水先經電爐冶煉，送入LF爐精煉，并喂A1線，鋼液溫度1600°C~ 1660°C時，進行VD爐真空處理，真空度20化~45化，真空前加入Si-Ca線，真空保持時間 lOmin~20min，采用運種方式冶煉保證了鋼質的純凈度，鋼液溫度在1500°C~1550°C時，連 鑄成圓管巧，然后將圓管巧在ll〇〇°C~1260°C時進行連續(xù)社制，圓管巧的變形比>4,然后 冷卻到室溫，圓管巧奧氏體平均晶粒度細于6級。
[0012] 作為本發(fā)明再進一步的方案：所述鋼巧加熱和鋼管社制步驟中，圓管巧加熱到 1180°C~1230°C，穿孔前溫度1150°C~1210°C，斜社前溫度950°C~1150°C，張力減徑前溫 度 80(TC ~960°C。
[0013] 作為本發(fā)明再進一步的方案:所述調質處理步驟中，澤火溫度為890°C~920°C，水 冷；回火溫度為670°C~690°C，空冷。
[0014] 作為本發(fā)明再進一步的方案:所述矯直步驟，回火后趁溫，在510°C~610°C時，將 鋼管矯直，得到成品鋼管。
[0015] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的鋼管具有優(yōu)良的室溫性能，鋼管 抗拉強度>793MPa，屈服強度為758~828M化，延伸率> 15%，屈強比《0.93 ;端面硬度《 HRC30且硬度變化《HRC3.0，所述鋼管0°C的夏比V型缺口縱向全尺寸沖擊功> 120J;所述鋼 管〇°C的夏比V型缺口橫向全尺寸沖擊功>90J，平均晶粒度10-12級;采用本發(fā)明制備方法 制備的鋼管，既具備較高的強度和低的硬度，又具備良好的初性和塑性，其抗硫化氨應力腐 蝕口檻值達到90%YSmin，高于API要求，可W廣泛用于含有硫化氨應力腐蝕的環(huán)境中。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合【具體實施方式】對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。
[0017]實施例1
[001引一種1 lOKsi鋼級的抗硫化氨應力腐蝕的油井用鋼管，按照質量百分數(shù)的組成包 括：0.20-0.28%(：、0.12-0.35%51、0.4-0.8%]\1。、0.001-0.011%口、0.0001-0.003%5、0.9- 1.4%Cr、0.7-1.2%M〇、0.0003-0.003%B、0.02-0.045% 師、0.04-0.08% V、0.005-0.05% AUO-0. l%Zr^0-0.3%Ni^0-0.15%Cu^0-0.01%La^0-0.002%0^0-0.009%N^0- 0.00015%H，余量為化和雜質。
[0019] 其中雜質包括 Sb、Bi、饑、As、Sn、0、H、N;Sb《0.01%、Bi《0.01%、Pb《0.01%、As 《0.015%、Sn《0.015%、0《0.002%、N《0.009%、H《0.00015%。
[0020] 所述llOKsi鋼級的抗硫化氨應力腐蝕的油井用鋼管的制備方法，依次包括W下步 驟：電爐冶煉、爐外精煉、真空脫氣、連鑄、連社、鋼巧加熱、鋼管社制、調質處理、矯直;具體 方法為:首先進行鋼巧冶煉和成型步驟，鐵水先經電爐冶煉，送入LF爐精煉，并喂A1線，鋼液 溫度1600°C~1660°C時，進行VD爐真空處理，真空度20化~45化，真空前加入Si-化線，真空 保持時間lOmin~20min，鋼液溫度在1500°C~1550°C時，連鑄成圓管巧，然后將圓管巧在 llOOr~1260°C時進行連續(xù)社制，圓管巧的變形比>4,然后冷卻到室溫，圓管巧奧氏體平 均晶粒度細于6級;接著進行鋼巧加熱和鋼管社制，圓管巧加熱到118(TC~1230°C，穿孔前 溫度1150°C~1210°C，斜社前溫度950°C~1150°C，張力減徑前溫度800°C~960°C ;然后進 行調質處理，澤火溫度為890°C~920°C，水冷；回火溫度為670°C~690°C，空冷;最后回火后 趁溫，在510°C~610°C時，將鋼管矯直，得到成品鋼管。
[0021] 本發(fā)明的llOKsi鋼級的抗硫化氨應力腐蝕的油井用鋼管，其室溫性能如下：鋼管 抗拉強度>793MPa，屈服強度為758~828M化，延伸率> 15%，屈強比《0.93 ;端面硬度《 HRC30且硬度變化《HRC3.0，所述鋼管0°C的夏比V型缺口縱向全尺寸沖擊功> 120J;所述鋼 管(TC的夏比V型缺口橫向全尺寸沖擊功>90J;所述鋼管抗硫化氨應力腐蝕口檻值達到 90%YSmin，平均晶粒度10級。
[0022] 通過對本發(fā)明實施例1制備的llOKsi鋼級的抗硫化氨應力腐蝕的油井用鋼管進行 檢測，檢測結果如下：
[0023] 1)實際成分檢測：
[0024] 隨機抽取3個爐號內生產的鋼管進行實際成分檢測，檢測結果如下：
[0025] 1.1)1號爐：0.20%(：、0.16%51、0.6%]\111、0.008%?、0.002%5、1.0%化、0.73% Mo、0.1%Ni、0.001%B、0.03%Nb、0.05%V、0.02%Al、0.002%La、0.03%Zr、0.02%Cu;
[0026] 1.2)2號爐：0.25%(：、0.18%51、0.5%]\111、0.008%?、0.003%5、1.1%化、0.75% Mo、0.1%Ni、0.002%B、0.03%Nb、0.04%V、0.03%Al、0.001%La、0.04%Zr、0.02%Cu;
[0027] 1.3)3號爐：0.27%(：、0.30%51、0.6%]\111、0.008%口、0.003%8、1.2%化、0.9%]\1〇、 0.1%Ni、0.002%B、0.04%Nb、0.06%V、0.02%Al、0.002%La、0.02%Zr、0.02%Cu;
[0028] 不可避免的雜質：Sb、Bi、Pb、As、Sn、0、H、N，其中Sb為0.003%、Bi為0.001%、Pb為 0.001%、As為0.006%、Sn為0.003%、0為0.0012%、N為0.0066%、H為0.0001%。
[0029] 煉鋼成分控制較低的P、S殘量，添加 Mn、Cr、Mo等作為主要合金元素，改善鋼鐵的強 度和初性，提高鋼材的澤透能力;加入微量的Zr、B、V、Nb元素提高回火穩(wěn)定性，細化晶粒;化 改善夾雜物的分布和形態(tài)。
[0030] 本發(fā)明鋼管中非金屬夾雜物符合按照GB/T10561中附錄A中A、B、C、D和DS評級圖進 行評級，粗系和細系的檢測結果見表2。
[0031] 表巧自金屬夾雜物
[0032]
[0033] 本發(fā)明的最終成品管具有良好的強初性匹配，較高的室溫屈服強度，優(yōu)異的延伸 率，合適的屈強比，穩(wěn)定的硬度，該鋼管〇°C的夏比V型缺口縱向全尺寸沖擊功和橫向全尺寸 沖擊功十分優(yōu)異，晶粒度10-12級;本發(fā)明的鋼管的性能結果見表3:
[0034] 表3鋼管性能檢測結果
[0035]
[0037]上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方 式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可W在不脫離本專利宗旨的前提下 作出各種變化。
【主權項】
1. 一種llOKsi鋼級的抗硫化氫應力腐蝕的油井用鋼管，其特征在于，按照質量百分數(shù) 的組成包括：0.20-0.28%(：、0.12-0.35%51、0.4-0.8%]\111、0.001-0.011%?、0.0001-0 · 003%S、0 · 9-1 · 4%Cr、0 · 7-1 · 2%M〇、0 · 0003-0 ·003%Β、0.02-0.045%Nb、0.04-0.08%V、 0 · 005-0 · 05%A1、0-0· 1 %Zr、0-0 · 3%Ni、0-0· 15%Cu、0-0 · 01 %La、0-0.002%0、0-0.009% 10-0.00015%!1，余量為?6和雜質。2. 根據(jù)權利要求1所述的llOKsi鋼級的抗硫化氫應力腐蝕的油井用鋼管的制備方法， 其特征在于，依次包括以下步驟：電爐冶煉、爐外精煉、真空脫氣、連鑄、連乳、鋼坯加熱、鋼 管乳制、調質處理、矯直。3. 根據(jù)權利要求2所述的llOKsi鋼級的抗硫化氫應力腐蝕的油井用鋼管的制備方法， 其特征在于，所述電爐冶煉、爐外精煉、真空脫氣、連鑄、連乳步驟為鋼坯冶煉和成型步驟， 鐵水先經電爐冶煉，送入LF爐精煉，并喂A1線，鋼液溫度1600 °C~1660 °C時，進行VD爐真空 處理，真空度20Pa~45Pa，真空前加入Si-Ca線，真空保持時間lOmin~20min，鋼液溫度在 1500 °C~1550 °C時，連鑄成圓管坯，然后將圓管坯在1100 °C~1260 °C時進行連續(xù)乳制，圓管 坯的變形比多4，然后冷卻到室溫，圓管坯奧氏體平均晶粒度細于6級。4. 根據(jù)權利要求2所述的llOKsi鋼級的抗硫化氫應力腐蝕的油井用鋼管的制備方法， 其特征在于，所述鋼坯加熱和鋼管乳制步驟中，圓管坯加熱到1180°C~1230°C，穿孔前溫度 1150 °C~1210 °C，斜乳前溫度950 °C~1150 °C，張力減徑前溫度800 °C~960 °C。5. 根據(jù)權利要求2所述的llOKsi鋼級的抗硫化氫應力腐蝕的油井用鋼管的制備方法， 其特征在于，所述調質處理步驟中，淬火溫度為890°C~920°C，水冷；回火溫度為670°C~ 690 °C，空冷。6. 根據(jù)權利要求2所述的llOKsi鋼級的抗硫化氫應力腐蝕的油井用鋼管的制備方法， 其特征在于，所述矯直步驟，回火后趁溫，在510°C~610°C時，將鋼管矯直，得到成品鋼管。7. 根據(jù)權利要求1-2任一所述的llOKsi鋼級的抗硫化氫應力腐蝕的油井用鋼管，其特 征在于，所述鋼管抗拉強度彡793MPa，屈服強度為758~828MPa，延伸率彡15%，屈強比彡 0.93;端面硬度彡HRC30且硬度變化彡HRC3.0，所述鋼管0 °C的夏比V型缺口縱向全尺寸沖擊 功多120J;所述鋼管0°C的夏比V型缺口橫向全尺寸沖擊功多90J;所述鋼管抗硫化氫應力腐 蝕門檻值達到90 % YSmin，平均晶粒度10級。
【文檔編號】C22C38/18GK106011657SQ201610482225
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】高玉光, 王錦永, 張凱, 朱明 , 陳園園
【申請人】邯鄲新興特種管材有限公司