一种油井管用钢、其制备方法和油井管技术

本发明专利技术提供了一种油井管用钢、其制备方法和油井管。按重量百分比计，油井管用钢的化学成分包括：C 0.4～0.6％，Si≤0.3％，Mn≤0.5％，Cr 0.8～1.2％，Mo 0.6～0.9％，V 0.1～0.3％，Nb≤0.05％，Al≤0.05％，N≤0.03％，S≤0.005％，P≤0.01％，Cu 0.7～1.5％，Ni和Cu的重量百分比满足0.5≤Ni/Cu≤1，余量为铁和不可避免的杂质。通过平衡本发明专利技术油井管用钢的各化学成分，解决了高强度与高韧性、高强度与抗SSC性能的双重矛盾关系。SSC性能的双重矛盾关系。SSC性能的双重矛盾关系。

【技术实现步骤摘要】
一种油井管用钢、其制备方法和油井管


[0001]本专利技术涉及石油、天然气开采用管道钢
，具体而言，涉及一种油井管用钢、其制备方法和油井管。

技术介绍

[0002]在石油、天然气生产领域，伴随腐蚀性低的浅井油气资源的枯竭，对腐蚀性高的高压深井的开发一直在增加。油气井的深井化，一方面要求油井钢管具备高强度、高韧性；另一方面，油气井大多含有具有腐蚀性的硫化氢(H2S)，因此对钢管的耐腐蚀性要求也提高。
[0003]低合金钢管暴露在含有H2S的酸性环境中，就会产生源自硫化物应力开裂(SSC)的氢脆性断裂，且越是高强度钢越易发生SSC。
[0004]以往，用于含有H2S的酸性环境的低合金油气井钢管的最高强度限制在110ksi级别，即屈服强度758MPa以内。如要获得超过110ksi强度级别(如125ksi级别，屈服强度862MPa以上)的油井管钢，需要解决高强度与高韧性、高强度与抗SSC性能的双重矛盾关系。近年来，开始研发的125ksi高强度油井管钢虽然获得了高强度(屈服强度高于862MPa)指标，但抗SSC性能不稳定，而且很少能满足在NACE TM 0177标准中Method A的条件下，加载最小屈服强度85％的应力保持720小时不断裂的要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种油井管用钢、其制备方法和油井管，以解决现有技术中油井管用钢不能同时满足高强度与高韧性、高强度与抗SSC性能的问题。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种油井管用钢，按重量百分比计，油井管用钢的化学成分包括：C 0.4～0.6％，Si≤0.3％，Mn≤0.5％，Cr 0.8～1.2％，Mo 0.6～0.9％，V 0.1～0.3％，Nb≤0.05％，Al≤0.05％，N≤0.03％，S≤0.005％，P≤0.01％，Cu 0.7～1.5％，Ni和Cu的重量百分比满足0.5≤Ni/Cu≤1，余量为铁和不可避免的杂质。
[0007]进一步地，油井管用钢在室温的屈服强度>862MPa，抗拉强度>950MPa；0℃条件下，全尺寸V型缺口冲击功>130J。
[0008]进一步地，油井管用钢的金相组织包括回火索氏体和奥氏体，奥氏体的体积为金相组织总体积的3～5％，回火索氏体的体积为金相组织总体积的95～97％。
[0009]进一步地，油井管用钢在饱和H2S环境中加载733MPa应力下至少保持720小时不断裂。
[0010]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种上述油井管用钢的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，按上述油井管用钢的化学成分进行混料得到原料，将原料进行冶炼和浇注得到钢锭；步骤S2，将钢锭进行保温，然后在奥氏体单相区进行锻造并冷却至室温，得到冷却后的钢锭；步骤S3，将冷却后的钢锭进行热处理，得到油井管用钢。
[0011]进一步地，步骤S2中，保温的温度为1150～1200℃，保温的时间不少于4h，优选保
温时间为4～12h。
[0012]进一步地，步骤S2中，锻造包括初锻和终锻，初锻的温度为1100～1150℃，初锻的时间为5min～60min；终锻的温度为950～1000℃，终锻的时间为5min～60min；优选锻造的锻造比大于8，优选锻造的锻造比为8～20；优选冷却为空冷，优选冷却的速度为0.5℃/s～5℃/s。
[0013]进一步地，步骤S3中，热处理包括：步骤S31，将冷却后的钢锭升温到第一预设温度，并在第一预设温度下进行第一保温，得到第一钢锭；步骤S32，将保温的钢锭加热至第二预设温度，并在第二预设温度下进行第二保温，得到第二钢锭，将第二钢锭冷却至室温，得到第三钢锭；步骤S33，将第三钢锭进行回火处理，得到第四钢锭；步骤S34，将第四钢锭冷却至室温，得到油井管用钢。
[0014]进一步地，第一预设温度为600～700℃，优选第一保温的时间系数为2.0～4.0；第二预设温度为810～860℃，优选第二保温的时间为60～90分钟；优选步骤S32中冷却为油冷，冷却的速度为5℃/s～20℃/s。
[0015]进一步地，回火处理的回火温度为680～730℃，回火处理的回火时间系数为3.0～9.0。
[0016]根据本专利技术的另一方面，提供了一种油井管，该油井管采用上述油井管用钢制备而成。
[0017]应用本专利技术的技术方案，本专利技术通过增加碳含量，能够提高油井管用钢的强度；其中，碳含量增加，不仅可以起到固溶强化作用提高强度，而且通过增加析出相的种类(碳化物
‑
Cr的碳化物、钒的碳化物和钼的碳化物、氮化物
‑
钒的氮化物和富Cu相)和数量，一方面析出相起到析出强化的作用，另一方面析出相还可以充当“氢陷阱”，增加“氢陷阱”密度，从而捕获进入材料的氢，使氢均匀弥散分布在材料基体中，抑制氢扩散和聚集的作用，提高了抗SSC性能；同时通过增加钼含量，有效提高油井管用钢的韧性。综合上述作用，提高了油井管用钢抗SSC性能。通过平衡本专利技术油井管用钢的各化学成分，解决了高强度与高韧性、高强度与抗SSC性能的双重矛盾关系。
附图说明
[0018]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0019]图1示出了本专利技术实施例1的金相组织的SEM图；
[0020]图2示出了本专利技术实施例1的金相组织的XRD图；
[0021]图3示出了本专利技术实施例22的贝氏体组织的OM图；
[0022]图4示出了本专利技术实施例22的纳米尺寸析出相的TEM图；
[0023]图5示出了本专利技术实施例22的材料表面形成Cu的硫化物的SEM图；
[0024]图6示出了本专利技术实施例22的材料表面形成Cu的硫化物的EDS图。
具体实施方式
[0025]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0026]如本申请
技术介绍
所分析的，现有技术中存在油井管用钢不能同时满足高强度与高韧性、高强度与抗SSC性能的问题。专利技术人为了解决上述问题，对影响125ksi级别的高强度钢抗SSC性能的各种因素进行了深入研究。专利技术人经过研究发现，(1)高强度钢(高于125ksi强度级别)抗SSC性能不佳的主要因素并不是通常认为的引发SSC腐蚀的起点和根源的夹杂物，也不是通常认为的粗大M
23
C6碳化物。但是，碳化物的均匀弥散分布对提高抗SSC性能具有重要作用。(2)高强度钢抗SSC性能的优劣与位错密度具有相关性，位错是氢的传输通道，高的位错密度是导致这种高强度钢(高于125ksi强度级别)抗SSC性能不佳的主要因素。而为了获得钢的高强度，组织中必然存在较高的位错密度，这两者是矛盾关系。
[0027]因此，基于上述发现，发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油井管用钢，其特征在于，按重量百分比计，所述油井管用钢的化学成分包括：C 0.4～0.6％，Si≤0.3％，Mn≤0.5％，Cr 0.8～1.2％，Mo 0.6～0.9％，V 0.1～0.3％，Nb≤0.05％，Al≤0.05％，N≤0.03％，S≤0.005％，P≤0.01％，Cu 0.7～1.5％，Ni和Cu的重量百分比满足0.5≤Ni/Cu≤1，余量为铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的油井管用钢，其特征在于，所述油井管用钢在室温的屈服强度>862MPa，抗拉强度>950MPa；0℃条件下，全尺寸V型缺口冲击功>130J。3.根据权利要求1所述的油井管用钢，其特征在于，所述油井管用钢的金相组织包括回火索氏体和奥氏体，所述奥氏体的体积为金相组织总体积的3～5％，所述回火索氏体的体积为金相组织总体积的95～97％。4.根据权利要求1所述的油井管用钢，其特征在于，所述油井管用钢在饱和H2S环境中加载733MPa应力下至少保持720小时不断裂。5.一种权利要求1至4中任一项所述的油井管用钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：步骤S1，按权利要求1至4中任一项所述的油井管用钢的化学成分进行混料得到原料，将所述原料进行冶炼和浇注得到钢锭；步骤S2，将所述钢锭进行保温，然后在奥氏体单相区进行锻造并冷却至室温，得到冷却后的钢锭；步骤S3，将所述冷却后的钢锭进行热处理，得到所述油井管用钢。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，保温的温度为1150～1200...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹喜洋，严伟，吴光辉，史显波，周正平，单以银，朱林，曾天翼，郑秋艳，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：