165ksi级高强韧耐蚀钢及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种165ksi级高强韧耐蚀钢，其特征在于，其化学成分按重量百分比计，包括：0.06‑0.17wt％的C、0.15‑0.40wt％的Si、0.40‑1.00wt％的Mn、0.80‑1.20wt％的Mo、7.0‑9.5wt％的Ni、0.40‑0.80wt％的Cr、0.07‑0.15wt％的V，其余化学成分为Fe、杂质元素和气体元素；本发明专利技术所提供的165ksi级高强韧耐蚀钢不但可达到165Ksi级(钢抗拉强度1250MPa，屈服强度1137MPa)以上，而且还具有优良的塑韧性和耐腐蚀性能，以及良好的耐疲劳性能。

【技术实现步骤摘要】
165ksi级高强韧耐蚀钢及其制备方法和应用
本专利技术属于钢材制造领域，具体涉及一种165ksi级高强韧耐蚀钢及其制备方法和应用。
技术介绍
目前，国内制造的150ksi、155ksi级油井管，主要用于在高压气井、高压深井、高温高压井中，有的井底压力高达130MPa以上，井口压力也超过70MPa。由于井深，使得井底温度一般在130℃-180℃，有的甚至到200℃。但，均属于无硫化氢或低硫化氢油气田。众所周知，材料强度越高，耐硫化氢腐蚀的性能越差，往往会在受力远低于其本身的屈服强度时就突然发生脆断，这种现象被称作为硫化物应力腐蚀，简称SSC。开发高强度耐硫化氢腐蚀的材料极其困难，属于国内外公认的技术瓶颈。另外，海洋油气田的开发，还需要考虑海水腐蚀。开发出150ksi甚至更高级别的高强钢材料并具备耐硫化氢和氯化钠腐蚀，更是困难重重。承压元件除了考虑材料的强度外，其韧性性能关乎高压下的安全裕度和耐疲劳性能。目前，国内外承压用材料都在追求高韧性，以避免材料的脆性断裂。在压力容器和气瓶等承压设备制造过程中，甚至要求对产品进行常温爆破试验，以验证其韧性。目前，P110级(110ksi级)材料0℃下的冲击韧性约为65-85J，Q125级(125ksi级)材料0℃下的冲击韧性约为58J，V150(150ksi级)和V155(150ksi级)材料0℃下的冲击韧性为100J。现有150ksi级150ksi级石油井管，普遍采用CrMo钢体系，被适当配以Nb和V元素，从该类专利技术看也仅仅是钢中成分配比量存在细微差异，并无本质区别。碳含量均在0.22wt％以上，随着碳含量的提高，材料的强度、硬度提高，但塑性、韧性下降，因此碳含量偏高是不利于保证材料的韧性性能的。综上，目前用于制造承压元件的钢材主要存在如下几个问题：(1)强度和韧性难以平衡；(2)不耐海水腐蚀；(3)不耐硫化物腐蚀。
技术实现思路
针对现有技术中上述的不足，本专利技术第一方面提供了一种165ksi级高强韧耐蚀钢，其化学成分按重量百分比计，包括：0.06-0.17wt％的C、0.15-0.40wt％的Si、0.40-1.00wt％的Mn、0.80-1.20wt％的Mo、7.0-9.5wt％的Ni、0.40-0.80wt％的Cr、0.07-0.15wt％的V，其余化学成分为Fe、杂质元素和气体元素。进一步地，所述杂质元素包括：P、S、As、Sn、Pb、Sb、Bi；其中，P≤0.02wt％，S≤0.01wt％，As≤0.025wt％、Sn≤0.010wt％，Pb≤0.010wt％，Sb≤0.010wt％，Bi≤0.010wt％，且As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.045wt％。进一步地，所述气体元素包括：H、O、N；其中，H≤2ppm、O≤40ppm、N≤80ppm。本专利技术第二方面提供了一种165ksi级高强韧耐蚀钢的制备方法，包括如下步骤：S1、电炉冶炼将协议坯、生铁、废钢、合金和辅料投入到电炉中进行初炼；S2、LF精炼入罐喂A1线100～200m/炉，测温并调节好氩气流量，送电后分批次补加石灰，还原初期分批加入C粉还原，C粉还原后，补加Fe-Si粉+Al粉进行深度脱氧去硫；S3、VD真空精炼在极限真空度的环境下保持8min，真空处理过程吹氩曲线，破空后测温，调小氩气并静吹，吊包，加谷壳完全覆盖渣面；S4、将步骤S3所制得的钢铸型制得钢锭；S5、电渣重熔对步骤S4所得钢锭进行电渣重熔。进一步地，在步骤S1中，电炉冶炼的脱碳量ΔC≥0.30wt％，终点碳含量为0.05wt％。进一步地，在步骤S2中，石灰加量为300kg/炉，C粉加量为1-2kg/t。进一步地，在步骤S3中，静吹的时间≥10min，吊包的温度为1545℃-1555℃。进一步地，在步骤S4中，钢锭的锭型分别为渣量为120kg的φ550锭型和渣量为190kg的φ730锭型。进一步地，在步骤S5中，电渣重熔的渣系为CaF2:Al2O3:CaO＝70％:20％:10％(均为wt％)，渣系的渣量为120kg；其中，若需处理的钢锭的锭型为φ550，则电渣重熔的充填时间≥40min，炉冷时间≥50min，罩冷时间≥36h；若需处理的钢锭的锭型为φ730，则电渣重熔的充填时间≥55min，炉冷时间≥60min，罩冷时间≥48h。本专利技术第三方面提供了一种165ksi级高强韧耐蚀钢的应用，应用于制造包括石油套管、油管、钻杆、方钻杆、钻铤和耐海水腐蚀的高压钢瓶。本专利技术的有益效果是：本专利技术所提供的165ksi级高强韧耐蚀钢不但可达到165Ksi级(钢抗拉强度1250MPa，屈服强度1137MPa)以上，而且还具有优良的塑韧性和耐腐蚀性能，以及良好的耐疲劳性能。材料成分设计的思路是采用多元合金化设计，主要是在低碳钢中添加Cr、Ni、Mo、V等多种合金元素，利用合金元素提高淬透性、细化晶粒、固溶强化等作用，并充分发挥每种合金元素各自的功能与作用，实现各种添加元素在性能调控方面的优势互补，以实现本专利技术的超高强特种钢具有优秀的强度、塑韧性、耐腐蚀性能、耐疲劳性能等综合性能。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。一种165ksi级高强韧耐蚀钢，其化学成分按重量百分比计，包括：0.06-0.17wt％的C、0.15-0.40wt％的Si、0.40-1.00wt％的Mn、0.80-1.20wt％的Mo、7.0-9.5wt％的Ni、0.40-0.80wt％的Cr、0.07-0.15wt％的V，其余化学成分为Fe、杂质元素和气体元素。其中，所述杂质元素包括：P、S、As、Sn、Pb、Sb、Bi；其中，P≤0.02wt％，S≤0.01wt％，As≤0.025wt％、Sn≤0.010wt％，Pb≤0.010wt％，Sb≤0.010wt％，Bi≤0.010wt％，且As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.045wt％。其中，所述气体元素包括：H、O、N；其中，H≤2ppm、O≤40ppm、N≤80ppm。上述165ksi级高强韧耐蚀钢的抗拉强度为1255MPa-1287MPa，屈服强度为1139MPa-1183MPa，断后伸长率为18.2％-20.6％，断面收缩率为70.5％-78.0％，抗冲击强度大于200J，海水腐蚀速率小于0.1200mm/年，进行抗硫化物应力腐蚀性能测试，采用A溶液和A法，加载应力为80％SMYS＝910MPa条件下进行试验，拉伸表面在10倍显微镜下无裂纹。一种165ksi级高强韧耐蚀钢的制备方法，包括如下步骤：S1、电炉冶炼将协议坯、生铁、废钢、合金和辅料投入到电炉中进行初炼，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种165ksi级高强韧耐蚀钢，其特征在于，其化学成分按重量百分比计，包括：0.06-0.17wt％的C、0.15-0.40wt％的Si、0.40-1.00wt％的Mn、0.80-1.20wt％的Mo、7.0-9.5wt％的Ni、0.40-0.80wt％的Cr、0.07-0.15wt％的V，其余化学成分为Fe、杂质元素和气体元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种165ksi级高强韧耐蚀钢，其特征在于，其化学成分按重量百分比计，包括：0.06-0.17wt％的C、0.15-0.40wt％的Si、0.40-1.00wt％的Mn、0.80-1.20wt％的Mo、7.0-9.5wt％的Ni、0.40-0.80wt％的Cr、0.07-0.15wt％的V，其余化学成分为Fe、杂质元素和气体元素。


2.根据权利要求1所述的165ksi级高强韧耐蚀钢，其特征在于，所述杂质元素包括：P、S、As、Sn、Pb、Sb、Bi；其中，P≤0.02wt％，S≤0.01wt％，As≤0.025wt％、Sn≤0.010wt％，Pb≤0.010wt％，Sb≤0.010wt％，Bi≤0.010wt％，且As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.045wt％。


3.根据权利要求1所述的165ksi级高强韧耐蚀钢，其特征在于，所述气体元素包括：H、O、N；其中，H≤2ppm、O≤40ppm、N≤80ppm。


4.如权利要求1-3所述的165ksi级高强韧耐蚀钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、电炉冶炼
将协议坯、生铁、废钢、合金和辅料投入到电炉中进行初炼；
S2、LF精炼
入罐喂A1线100～200m/炉，测温并调节好氩气流量，送电后分批次补加石灰，还原初期分批加入C粉还原，C粉还原后，补加Fe-Si粉+Al粉进行深度脱氧去硫；
S3、VD真空精炼
在极限真空度的环境下保持8min，真空处理过程吹氩曲线，破空后测温，调小氩气并静吹，吊包，加谷壳完全覆盖渣面；
S4、将步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：范俊明，陈刘斌，刘大云，曾东，范国金，王飞，王钏舟，黄瑛，李世楷，
申请(专利权)人：成都格瑞特高压容器有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51