石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢及制备方法技术

本发明专利技术提供一种石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢及制备方法，该不锈钢按质量百分比由以下化学成分组成：C≤0.050％，Si 0.30～0.60％，Mn 0.50～1.00％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr 12.00～14.00％，Mo 0.50～0.60％，Ni 3.55～4.50％，Cu≤0.10％，V≤0.10％，N≤0.030％，C+N≤0.050％，[H]≤0.0005％，[O]≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。本发明专利技术还提供一种制备上述成分设计的所述不锈钢方法，包括冶炼、炉外精炼、模铸、加热、锻造或轧制以及热处理步骤，该不锈钢的硬度为23HRC以下。

Stainless steel for pressure materials of petroleum and natural gas drilling equipment and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢及制备方法
本专利技术涉及不锈钢领域，特别涉及一种石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢及制备方法。
技术介绍
防喷器用于试油、修井、完井等作业过程中关闭井口，防止井喷事故发生，将全封和半封两种功能合为一体，具有结构简单，易操作，耐高压等特点，是油田常用的防止井喷的安全密封井口装置。由于地层中的不确定因素很多且十分复杂，每一钻井作业都有发生井喷的可能性，这对井控技术和井控装备提出了更高的要求。防喷器作为最重要的井控设备，在钻井作业中一旦发生溢流、井涌、井喷等紧急状况，防喷器需要迅速启动关井，此时防喷器一旦失效，将会导致井喷等恶性事故。因此，防喷器的合理设计对于保证钻井作业顺利进行和人身安全具有重要作用。在苛刻的石油天然气开发环境中，用于石油天然气钻探、生产和运输设备制造的钢铁材料防腐蚀问题越来越引起人们的重视。由于特殊的地理环境条件，设备暴露于高CO2分压、高Cl-和H2S浓度的腐蚀性环境中，应力腐蚀往往是引起设备失效的主要形式，也因此合金结构钢被不锈钢替代是必然趋势。目前具有代表性的油井用的不锈钢是13Cr系马氏体不锈钢，但是13Cr不锈钢耐SCC(应力腐蚀开裂，stresscorrosioncracking)性能不好，而且恶劣环境下耐蚀性会变差。因此，迫切希望开发出耐蚀性比13Cr好的新型油气用不锈钢。国内外研究都聚焦在F6NM、UNSS41500这类材料上，其具有良好的低温性能和抗腐蚀性，特别适合制造在恶劣环境下的耐压部件和设备。但是API及NACE0175标准对耐腐蚀材料有严格的规定，要求UNSS41500类型的不锈钢硬度控制在23HRC以内，以保证其良好的抗应力腐蚀裂纹(SCC)能力。由于UNSS41500热处理时相变过程复杂，对合金成分敏感度高，回火过程中因碳化物析出造成二次硬化，使合金钢的硬度降至23HRC非常困难。热处理后的硬度是F6NM、UNSS41500在油气领域应用的主要障碍，尽管这些年有不少专利和文献证明自己研究的最优热处理方式可以获得对应的硬度，而工厂在进行再现性试验时成功的几率极低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢及制备方法，本专利技术公开的不锈钢的型号为YGCrNiMo13-4-1，YGCrNiMo13-4-1是UNSS41500的改进型材料，通过对合金成分的调整和合理的热处理方式将硬度降至23HRC以下。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢，其特征在于，该不锈钢按质量百分比由以下化学成分组成：C≤0.050％，Si0.30～0.60％，Mn0.50～1.00％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr12.00～14.00％，Mo0.50～0.60％，Ni3.55～4.50％，Cu≤0.10％，V≤0.10％，N≤0.030％，C+N≤0.050％，[H]≤0.0005％，[O]:≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。上述石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢，作为一种优选方式，所述不锈钢的硬度≤23HRC。上述石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢，作为一种优选方式，所述不锈钢按质量百分比由以下化学成分组成：C≤0.030％，Si0.35～0.50％，Mn0.60～0.90％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr12.00～13.00％，Mo0.50～0.60％，Ni3.80～4.30％，Cu≤0.10％，V≤0.05％，N≤0.025％，C+N≤0.040％，[H]≤0.0002％，[O]≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。本专利技术还提供一种制备上述成分设计的石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种制备上述石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢的方法，包括冶炼、炉外精炼、模铸、加热、锻造或轧制以及热处理步骤，其中：所述热处理步骤中，将锻造或轧制后的钢材进行淬火处理和回火处理，其中，所述淬火处理的保温温度1000℃～1040℃，所述回火处理包括第一次回火和第二次回火，所述第一次回火的保温温度665℃～690℃，第二次回火的保温温度570℃～620℃。在上述方法中，作为一种优选方式，所述热处理步骤中，在经所述淬火处理后钢材表面温度低于100℃时进行回火处理。在上述方法中，作为一种优选方式，所述淬火处理的保温时间由下述公式计算得出：(直径或者宽度÷100)×2±2小时，其中直径或者宽度的单位是mm；所述第一次回火和第二次回火的保温时间由下述公式计算得出：(直径或者宽度÷100)×2小时至(直径或者宽度÷100)×4小时，其中直径或者宽度的单位是mm。在上述方法中，作为一种优选方式，在所述冶炼步骤之前，还包括配料选择步骤。在上述方法中，作为一种优选方式，所述配料选择步骤中，选择同类钢种的返回料。在上述方法中，作为一种优选方式，所述配料选择步骤中，选择残余钒含量低于0.020％wt的铬合金作为所述不锈钢原料的一种。在上述方法中，作为一种优选方式，所述配料选择步骤中，当作为原料的铬合金中的钒含量高于0.020％wt时，用金属铬代替部分所述铬合金。分析可知，本专利技术公开的一种石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢及制备方法，本专利技术公开的不锈钢的型号为YGCrNiMo13-4-1，YGCrNiMo13-4-1是UNSS41500的改进型材料，通过对合金成分的调整和合理的热处理方式将硬度降至23HRC以下。具体实施方式下面将结合实施例来详细说明本专利技术。各个示例通过本专利技术的解释的方式提供而非限制本专利技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，可在本专利技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本专利技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。根据本专利技术的实施例，提供了一种石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢，该不锈钢按质量百分比由以下化学成分组成：C≤0.050％，Si0.30～0.60％，Mn0.50～1.00％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr12.00～14.00％，Mo0.50～0.60％，Ni3.55～4.50％，Cu≤0.10％，V≤0.10％，N≤0.030％，C+N≤0.050％，[H]≤0.0005％，[O]≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。[H]表示的为H的单原子含量，[O]表示的为O的单原子含量。本专利技术的石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢，化学成分及质量百分比含量设计的原理如下：马氏体铬镍不锈钢是在马氏体铬不锈钢的基础上加入镍，以提高马氏体铬不锈钢的综合性能，主要合金元素是铬、镍、钼，碳含量较低。大量研究工作提出铬镍当量的概念和经验公式说明铁素体和奥氏体形成量与这些元素含量间的定量关系。其中最著名的是Sc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢，其特征在于，该不锈钢按质量百分比由以下化学成分组成：C≤0.050％，Si 0.30～0.60％，Mn 0.50～1.00％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr 12.00～14.00％，Mo 0.50～0.60％，Ni 3.55～4.50％，Cu≤0.10％，V≤0.10％，N≤0.030％，/nC+N≤0.050％，/n[H]≤0.0005％，[O]:≤0.0040％，/n余量为Fe和不可避免的杂质元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种石油天然气钻通设备承压材料用不锈钢，其特征在于，该不锈钢按质量百分比由以下化学成分组成：C≤0.050％，Si0.30～0.60％，Mn0.50～1.00％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr12.00～14.00％，Mo0.50～0.60％，Ni3.55～4.50％，Cu≤0.10％，V≤0.10％，N≤0.030％，
C+N≤0.050％，
[H]≤0.0005％，[O]:≤0.0040％，
余量为Fe和不可避免的杂质元素。


2.根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于，所述不锈钢的硬度≤23HRC。


3.根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于，该不锈钢按质量百分比由以下化学成分组成：C≤0.030％，Si0.35～0.50％，Mn0.60～0.90％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr12.00～13.00％，Mo0.50～0.60％，Ni3.80～4.30％，Cu≤0.10％，V≤0.05％，N≤0.025％，
C+N≤0.040％，
[H]≤0.0002％，[O]≤0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。


4.制备权利要求1-3任一项所述的不锈钢的方法，其特征在于，
包括冶炼、炉外精炼、模铸、加热、锻造或轧制以及热处理步骤，其中：
所述热处理步骤中，将锻造或轧制后的钢材进行淬火处理和回...

【专利技术属性】
技术研发人员：李造宇，张军，张秀丽，雷应华，周立新，孙国洋，徐朋，董晓亮，
申请(专利权)人：大冶特殊钢有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42