抗SSC性能优良的90ksi钢级油井管及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种抗SSC性能优良的90ksi钢级油井管及其制造方法，成份按质量百分比为：C 0.18％-0.22％、Mn 0.30％-0.45％、P≤0.015％、S≤0.003％、Mo 0.18％-0.2％、Cr1.6％-1.8％、V0.04％-0.06％、Ti0.07％-0.09％、Cu0.05％-0.17％，还包括RE，添加量为100～300g/t钢，余量为Fe和不可避免的杂质，其中限定N＜0.005％、O＜0.002％、H＜0.0001％，A、B、C、D各类粗系夹杂物分别低于1.0级。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于低合金钢制造
，主要涉及一种90ksi强度级别的耐硫化氢应力腐蚀性能优异的油井管及其制造方法。
技术介绍
油井管的硫化氢腐蚀是困扰油田的一大问题，尤其硫化氢应力腐蚀问题是近些年来国内、外许多油田面临的一大课题。尤其是近年来石油的大量开采迫使许多国内外富含硫化氢的恶劣环境下的油田开始生产，如国内的长庆、四川油田，国外的加拿大等油田，对油井管耐硫化氢应力腐蚀性能提出了更高的要求，其中关键是要求油井管在不改变钢级的前提下，耐硫化氢应力腐蚀性能得以提升，这是因为特定区域的油井使用的油井管的强度级别基本固定，提高钢级将带来使用成本大幅提高以及应力腐蚀敏感性加剧等一系列风险和问题。从油井管材料的角度看，普通API耐酸性油井管在这样的高浓度硫化氢井下环境中，容易产生硫化物应力腐蚀裂纹(SSC)，以至油井管损坏，油井报废。其中以90ksi钢级的油井管需求量增长最快，需要该钢级产品具有更高的耐硫化氢应力腐蚀性能以保障使用的安全性，即采用NACETM0177-2006方法的加载应力值由80％YSMIN提高至95％YSMIN的情况下能通过720小时的耐硫化氢应力腐蚀试验。由于普通的API5CTC90耐酸性油井管已不能满足这些特殊油田的使用要求，因此，迫切需要开发成本适宜且屈服强度高于621MPa(90ksi)并能通过95％YSMIN加载应力抗SSC检验的耐硫化氢应力腐蚀油井管。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供的一种抗SSC性能优良的90ksi钢级油井管及其制造方法。该产品在95％YSMIN的加载应力下能通过720小时的耐硫化氢应力腐蚀试验，产品制造工艺采用转炉冶炼大生产，普及应用范围更广，硬度低、抗冲击性能优异，满足当下及未来市场对该钢级耐硫化氢应力腐蚀油井管高耐SSC性的特殊需求。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：经大量的试验研究发现，油井管耐硫化氢应力腐蚀性能的高低与材料的电化学活性关系密切，而材料的电化学活性又受某些化学元素的影响，其中C与某些合金元素的交互作用对材料基体的电化学活性影响很大，从而影响材料的耐硫化氢应力腐蚀性能，因此，对于高抗硫化氢应力腐蚀性能的90ksi油井管钢，C的取值范围应根据合金元素的类别、添加量等因素而确定。本专利技术通过诸多合金设计方案的比较，确定了低Mo复合添加V、Ti、稀土等微量元素，不含Ni、W的新型90ksi耐硫化氢应力腐蚀油井管钢的成分设计，在保证产品的性能的前提下具有较高的经济性。与公开号为CN1361306A的中国专利相比，本专利技术产品具有更优异的耐硫化氢应力腐蚀性能，产品的应力门槛值提高62MPa，可满足油田对90ksi钢级油井管的耐硫化氢应力腐蚀提出的新要求；与公开号为CN1948538A的中国专利相比，由于本专利技术采用了集约化设计，重视合金元素间综合作用的发挥，而不是单依靠多添加Mo、Ni等贵金属，故制造成本优势明显，产品具有较强的市场竞争力，而且用转炉冶炼，易于实现大规模的产业化应用。采用中C低Mn加Ti、Cr、RE、Nb、Cu、Mo、V合金化的合金设计，产品的合金成本适中，易于实现工业化批量生产；采用热轧工艺制造的圆坯及钢管，通过控制轧管温度及变形量，使钢的组织、晶粒和碳化物得到均匀化；成型后的钢管进行热处理提升性能，钢管加热到950～970℃的温度范围，保温10～20min，迅速进行冷速大于60℃/s的快速冷却，冷却至100℃以下，接着将钢管进行加热至680～690℃保温60～120min，之后空冷至室温。一种抗SSC性能优良的90ksi钢级油井管，其特征在于：成份按质量百分比为：C0.18％-0.22％、Mn0.30％-0.45％、P≤0.015％、S≤0.003％、Mo0.18％-0.2％、Cr1.6％-1.8％、V0.04％-0.06％、Ti0.07％-0.09％、Cu0.05％-0.17％，还包括RE添加量为100～300g/t钢，余量为Fe和不可避免的杂质，其中限定N＜0.005％、O＜0.002％、H＜0.0001％，A、B、C、D各类粗系夹杂物分别低于1.0级。各主要元素的作用及设计理由如下：C：提高钢的淬透性，并与金属元素形成碳化物，以获得足够的强度，含量太低需增加合金元素的量以弥补其强度贡献的减小，含量太高则不利于硬度的控制，损伤耐硫化氢应力腐蚀性能，为达到本专利技术的目的，限定C含量范围为0.18％-0.22％。Mn：作用一方面起脱氧作用，另一方面起固溶强化作用，并提高钢的淬透性，还有利于控轧控冷时晶粒尺寸的细化。但锰含量过高时会增加钢的偏析倾向，且形成MnS夹杂物的倾向增加，对钢的耐硫化氢应力腐蚀性能不利，综合考虑，专利技术限定Mn的含量范围0.30％-0.45％。Cr：作用一方面在油井管表面形成致密的氧化物膜，阻止H的渗入，可提高钢管的抗SSC性能，另一方面，提高淬透性，提高钢的强度。为达到本专利技术的目的，需限定Cr的含量范围1.6％-1.8％。V：形成C、N化物，具有细化晶粒、提高强度和韧性的作用，可以提高钢的回火抗力，提高抗SSC性能，另外，V与Mo、Cr、C共同作用影响着钢的硬度的取值。为达到本专利技术的目的，限定V的范围为0.04％～0.06％。Mo：提高淬透性，提高钢的回火耐力，抑制回火脆性，细化晶粒和耐点蚀作用明显，耐硫化氢应力腐蚀作用显著，但由于其资源有限，价格昂贵，本着集约化设计的原则，限定Mo的范围为0.18％～0.20％。Ti：作用主要是形成化合物限制加热及热加工过程中的晶粒长大，获得细小的晶粒组织，改善耐硫化氢应力腐蚀性能和强度，而且，可形成不可逆H陷阱，防止H在钢中聚集，对耐硫化氢应力腐蚀性能大为有利。但含量太高，增加冶炼浇铸的难度，不利于工业化实施，且增加成本。为实现本专利技术的目的，限定Ti的含量范围0.07％-0.09％。Cu：作用一方面在油井管表面形成保护膜，阻止H的渗入，对钢管的抗SSC性能有利，另一方面提高钢的淬透性，但含量过高会降低钢的热塑性，本专利技术限定Cu的含量范围0.05％-0.17％。RE：作用一方面改善MnS等夹杂物的形态，一方面抑制P、S等有害元素在晶界的偏聚，净化钢的基体。因此，可提高钢的抗SSC性能，但加入过多则产生负面影响，本专利技术限定RE的添加量为100～300g/t钢，且优先选用Ce。P、S、O、N、H为钢中的杂质元素，含量越低耐硫化氢应力腐蚀性能越好，但过低的要求必将增加产品的制造成本，故本专利技术限定P≤0.015％、S≤0.003％、N＜0.005％、O＜0.002％、H＜0.0001％。一种抗SSC性能优良的90ksi钢级油井管的制造方法，采用转炉冶炼+方坯连铸+轧制成圆坯，圆坯通过热轧工艺制成无缝钢管，其特征在于：1)圆坯轧制时采用铸坯冷装炉方式，一方面可避免表面裂纹的产生，改善坯料表面质量；另一方面增加一次相变，细化组织，对耐SSC性能有利；加热温度1200～1240℃，一方面溶解微合金碳化物，使之再析出得以细化，另一方面限制晶粒尺寸的过度长大；终轧温度在900℃以上，使组织应力降低，为热处理做好组织准备；2)轧制后对钢管热处理：950～970℃保温10～20min水冷至100℃以下+680～690℃保温60～120min空冷。其屈服本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗SSC性能优良的90ksi钢级油井管，其特征在于：成份按质量百分比为：C 0.18％‑0.22％、Mn 0.30％‑0.45％、P≤0.015％、S≤0.003％、Mo0.18％‑0.2％、Cr1.6％‑1.8％、V0.04％‑0.06％、Ti0.07％‑0.09％、Cu0.05％‑0.17％，还包括RE，添加量为100～300g/t钢，余量为Fe和不可避免的杂质，其中限定N＜0.005％、O＜0.002％、H＜0.0001％，A、B、C、D各类粗系夹杂物分别低于1.0级。

【技术特征摘要】
1.一种抗SSC性能优良的90ksi钢级油井管，其特征在于：成份按质量百分比为：C0.18％-0.22％、Mn0.30％-0.45％、P≤0.015％、S≤0.003％、Mo0.18％-0.2％、Cr1.6％-1.8％、V0.04％-0.06％、Ti0.07％-0.09％、Cu0.05％-0.17％，还包括RE，添加量为100～300g/t钢，余量为Fe和不可避免的杂质，其中限定N＜0.005％、O＜0.002％、H＜0.0001...

【专利技术属性】
技术研发人员：解德刚，王长顺，陈勇，陈克东，邸军，赵波，郑云龙，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21