钢材和油井用钢管制造技术

提供一种具有高强度和优异的耐SSC性的油井管用钢材。本发明专利技术的钢材具有如下化学组成：以质量％计，含有C：大于0.45％且为0.65％以下、Si：0.10～1.0％、Mn：0.1～1.0％、P：0.050％以下、S：0.010％以下、Al：0.01～0.1％、N：0.01％以下、Cr：0.1～2.5％、Mo：0.25～5.0％、Co：0.05～5.0％，满足式(1)和(2)，以体积率计含有90％以上的回火马氏体。C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15－Co/6+α≥0.70 (1) (3C+Mo+3Co)/(3Mn+Cr)≥1.0 (2)有效B＝B－11(N－Ti/3.4)/14(3)其中，式(1)的α在由式(3)定义的有效B(质量％)为0.0003％以上的情况下是0.250，在有效B小于0.0003％的情况下是0。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钢材和油井用钢管
本专利技术涉及钢材和油井用钢管，更详细而言涉及适用于酸性环境下的钢材和油井用钢管。
技术介绍
由于油井、天然气井(以下将油井和天然气井总称为“油井”)的深井化，要求油井用钢管更高强度化。具体而言，80ksi级(屈服应力为80～95ksi，即551～654MPa)或95ksi级(屈服应力为95～110ksi，即654～758MPa)的油井用钢管被广泛利用，最近还开始谋求110ksi级(屈服应力为110～125ksi，即758～862MPa)和125ksi级(屈服强度为862MPa以上)的油井用钢管。深井大多是含有具有腐蚀性的硫化氢的酸性环境。在这种酸性环境下使用的油井用钢管不仅要求具备高强度，还要有耐硫化物应力裂纹性(耐SulfideStressCracking性：以下称为耐SSC性)。对于提高了耐氢脆化特性(耐SSC性、耐延迟断裂性)的钢，在特开昭56-5949号公报(专利文献1)和特开昭57-35622号公报(专利文献2)中有提及。这些文献公开的钢通过含有Co，来提高耐氢脆化特性(耐SSC性、耐延迟断裂性)。具体而言，专利文献1公开的高张力钢，是将具有下述化学组成的钢进行淬火回火而得到，具有60kg/mm2以上的条件屈服强度：含有C：0.05～0.50％、Si：0.10～0.28％、Mn：0.10～2.0％、Co：0.05～1.50％、Al：0.01～0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。专利文献2公开的高强度油井用钢，是将具有下述化学组成的钢以880～980℃进行淬火，然后以650～700℃进行回火而得到的：含有C：0.27～0.50％、Si：0.08～0.30％、Mn：0.90～1.30％、Cr：0.5～0.9％、Ni：0.03％以下、V：0.04～0.11％、Nb：0.01～0.10％、Mo：0.60～0.80％、Al：0.1％以下、和Co：3％以下，余量为Fe和不可避免的杂质，杂质中P：0.005％以下、S：0.003％以下。但是，像专利文献1和专利文献2这种低碳钢，在含有Co的情况下，可能存在强度不足的问题。因此，实际使用的油井用钢管中，具有能耐受NACE(NationalAssociationofCorrosionEngineers)TM0177MethodA的恒定负荷试验的标准条件(1atm的H2S环境)的耐SSC性的125ksi级(屈服强度为860MPa以上)的油井管的稳定制造尚未实现。在上述背景下，为了获得高强度，人们尝试了将以往未能实际运用的含有超过0.45％的C的高碳低合金钢作为油井管使用。特开2006-265657号公报(专利文献3)公开的油井用钢管，是将具有下述化学组成且具有贝氏体单相的金相组织的低合金钢实施油冷淬火或等温淬火后再实施回火而制得的：以质量％计，含有C：0.30～0.60％、Si：0.05～0.5％、Mn：0.05～1.0％、Al：0.005～0.10％、Cr+Mo：1.5～3.0％其中Mo为0.5％以上、V：0.05～0.3％、余量为Fe和杂质，杂质中P为0.025％以下、S为0.01％以下、B为0.0010％以下、O(氧)为0.01％以下。专利文献3记载了通过上述制造方法，可抑制高碳低合金钢淬火时容易发生的淬火裂纹，可得到具有优异的耐SSC性的油井用钢或油井用钢管。国际公开第2013/191131号(专利文献4)公开的油井管用钢，具有下述化学组成：以质量％计为C：大于0.35％且为1.00％以下、Si：0.05％～0.5％、Mn：0.05％～1.0％、Al：0.005％～0.10％、Mo：大于1.0％且为10％以下、P：0.025％以下、S：0.010％以下、O：0.01％以下、N：0.03％以下、Cr：0％～2.0％、V：0％～0.30％、Nb：0％～0.1％、Ti：0％～0.1％、Zr：0％～0.1％、Ca：0％～0.01％、B：0％～0.003％，余量为Fe和杂质，C含量和Mo含量之积为0.6以上。进而，上述油井管用钢中，等效圆直径为1nm以上，且具有六角形结构的M2C碳化物的个数为每1μm25个以上，(211)晶体面的半峰宽与C浓度满足特定的关系。上述油井管用钢还具有758MPa以上的屈服强度。但是，需求的是比专利文献3和4公开的钢管更高的强度和更优异的耐SSC性。另外，现有对钢材耐SSC性的评价，都是基于例如NACETM0177规定的MethodA试验或MethodB试验等拉伸试验或弯曲试验的方式。由于这些试验均采用平滑试验片，对SSC的传播停止特性没有予以考虑。因此，即使是在这些试验中被评价为耐SSC性优异的钢材，也有可能出现由于钢中潜在裂纹的传播导致产生SSC的情况。由于近年来油井等的深井化，要求油井管钢材比以往具有更优异的耐SSC性。因此，为了进一步提高耐SSC性，不仅要避免SSC的发生，还优选能抑制SSC的传播。为了抑制钢的SSC的传播，还需要提高钢的韧性。从这一角度出发，需要进行NACETM0177规定的MethodD的DCB(双悬臂梁，DoubleCantileverBeam)试验。在高腐蚀环境下使用的油井管钢材，需要在DCB试验中具有高断裂韧性(以下称为KISSC)。现有技术文献专利文献专利文献1：特开昭56-5949号公报专利文献2：特开昭57-35622号公报专利文献3：特开2006-265657号公报专利文献4：国际公开第2013/191131号
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术的目的在于提供一种具有860MPa以上的高强度和优异的耐SSC性的油井管用钢材。用于解决问题的方案本专利技术的钢材的特征在于，具有如下化学组成：以质量％计，含有C：大于0.45％且为0.65％以下、Si：0.10～1.0％、Mn：0.1～1.0％、P：0.050％以下、S：0.010％以下、Al：0.01～0.1％、N：0.01％以下、Cr：0.1～2.5％、Mo：0.25～5.0％、Co：0.05～5.0％、Cu：0～0.50％、Ni：0～0.50％、Ti：0～0.030％、Nb：0～0.15％、V：0～0.5％、B：0～0.003％、Ca：0～0.004％、Mg：0～0.004％、Zr：0～0.004％、和稀土元素：0～0.004％，余量为Fe和杂质，且所述化学组成满足式(1)和(2)，显微组织以体积率计含有90％以上的回火马氏体。C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15－Co/6+α≥0.70(1)(3C+Mo+3Co)/(3Mn+Cr)≥1.0(2)有效B＝B－11(N－Ti/3.4)/14(3)其中，式(1)的α在由式(3)定义的有效B(质量％)为0.0003％以上的情况下是0.250，在有效B小于0.0003％的情况下是0。式(1)～式(3)中的各元素符号代入对应元素的含量(质量％)。专利技术的效果本专利技术的钢材具有高强度和优异的耐SSC性。附图说明图1为示出F2＝(3C+Mo+3Co)/(3Mn+Cr)与断裂韧性值KISSC(单位为MPa√m)之间关系的图。图2A为实施例的DCB试验所用的DCB试验片的侧面图和截面图。图2A中的数值表示对应部位的尺寸(单位为mm)。图2B为实施例的DCB试验所用的楔子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢材，其特征在于，具有如下化学组成：以质量％计，含有C：大于0.45％且为0.65％以下、Si：0.10～1.0％、Mn：0.1～1.0％、P：0.050％以下、S：0.010％以下、Al：0.01～0.1％、N：0.01％以下、Cr：0.1～2.5％、Mo：0.25～5.0％、Co：0.05～5.0％、Cu：0～0.50％、Ni：0～0.50％、Ti：0～0.030％、Nb：0～0.15％、V：0～0.5％、B：0～0.003％、Ca：0～0.004％、Mg：0～0.004％、Zr：0～0.004％、和稀土元素：0～0.004％，余量为Fe和杂质，且所述化学组成满足式(1)和(2)，显微组织以体积率计含有90％以上的回火马氏体，C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15－Co/6+α≥0.70    (1)(3C+Mo+3Co)/(3Mn+Cr)≥1.0    (2)有效B＝B－11(N－Ti/3.4)/14    (3)其中，式(1)的α在由式(3)定义的有效B为0.0003％以上的情况下是0.250、在所述有效B小于0.0003％的情况下是0，有效B的单位为质量％；式(1)～式(3)中的各元素符号代入对应元素的含量，单位为质量％。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.04 JP 2016-0417741.一种钢材，其特征在于，具有如下化学组成：以质量％计，含有C：大于0.45％且为0.65％以下、Si：0.10～1.0％、Mn：0.1～1.0％、P：0.050％以下、S：0.010％以下、Al：0.01～0.1％、N：0.01％以下、Cr：0.1～2.5％、Mo：0.25～5.0％、Co：0.05～5.0％、Cu：0～0.50％、Ni：0～0.50％、Ti：0～0.030％、Nb：0～0.15％、V：0～0.5％、B：0～0.003％、Ca：0～0.004％、Mg：0～0.004％、Zr：0～0.004％、和稀土元素：0～0.004％，余量为Fe和杂质，且所述化学组成满足式(1)和(2)，显微组织以体积率计含有90％以上的回火马氏体，C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15－Co/6+α≥0.70(1)(3C+Mo+3Co)/(3Mn+Cr)≥1.0(2)有效B＝B－11(N－Ti/3.4)/14(3)其中，式(1)的α在由式(3)定义的有效B为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：荒井勇次，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP