一种110Ksi钢级的抗硫化氢应力腐蚀的油井用钢管及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种110Ksi钢级的抗硫化氢应力腐蚀的油井用钢管及其生产方法，所述钢管按照质量百分数的组成包括：0.20?0.28％C、0.12?0.35％Si、0.4?0.8％Mn、0.001?0.011％P、0.0001?0.003％S、0.9?1.4％Cr、0.7?1.2％Mo、0.0003?0.003％B、0.02?0.045％Nb、0.04?0.08％V、0.005?0.05％Al、0?0.1％Zr、0?0.3％Ni、0?0.15％Cu、0?0.01％La、0?0.002％O、0?0.009％N、0?0.00015％H，其余为Fe和不可避免杂质；所述钢管的生产方法依次包括：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、连铸连轧、钢坯加热、钢管轧制、调质处理和矫直；本发明的钢管具有优良的理化性能，指标达到API要求，抗硫化氢应力腐蚀门槛值达到90％YSmin，平均晶粒度10级，高于API要求，适合用于含有硫化氢环境的油气田；安全高效。
【专利说明】
-种110Ks i钢级的抗硫化氨应力腐蚀的油井用钢管及其生产 方法
技术领域
[0001] 本发明设及油田用钢管生产技术领域，具体是一种llOKsi钢级的抗硫化氨应力腐 蚀的油井用钢管及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着世界上较易开发的油气田逐渐枯竭，W及各国对于能源需求的不断增长，迫 使人们不得不转向开采地质条件更为恶劣的含硫化氨油气田；世界油气田中大约含有 硫化氨气体，在我国的几个大油气田中，如四川、长庆、中原、华北、塔里木等油气田都含有 不同程度的H2S气体；国外也有许多含硫化氨的油气田，如美国的己拿马油田、加拿大的阿 尔伯达油田等。
[0003] 在含H2S酸性油气系统中，SSCC主要出现于高强度钢、高内应力构件及硬焊缝上； SSCC是由H、S腐蚀阴极反应所析出的氨原子，在出S的催化下进入钢中后，在拉伸应力（外 加 /残余)的作用下，通过扩散，在冶金缺陷提供的Ξ向拉伸应力区富集而导致的开裂，开裂 垂直于拉伸应力方向，普遍认为SSCC的本质属氨脆，SSCC属低应力破裂，发生SSCC的应力值 通常远低于钢材的抗拉强度。SSCC具有脆性机制特征的断口形貌，穿晶和沿晶破坏均可观 察到，一般高强度钢多为沿晶破裂，SSC邱皮坏多为突发性，裂纹产生和扩展迅速;对SSCC敏 感的材料在含也S酸性油气中，经短暂暴露后，就会出现破裂，W数小时到立个月情况为多， 发生SSCC钢的表面无须有明显的一般腐蚀痕迹，SSCC可W起始于构件的内部，不一定需要 一个做为开裂起源的表面缺陷；因此，它不同于应力腐蚀开裂(SSCC)必须起始于正在发展 的腐蚀表面。
[0004] W往学者指出，当对钢材施加低于某值的应力时，钢材并不会发生SSCC，运个应力 值称为抗硫化氨应力腐蚀口槛值;研究表明，当材料的屈服强度达到700MPa时，材料的抗硫 化氨应力腐蚀口槛值急剧降低，即使很低的应力也会引发材料断裂，运也是80Ksi、95Ksi钢 级的抗硫套管相对容易研发，而llOKsi的抗硫套管的技术才逐渐成形。
[0005] 结合上述SSCC发生机理，获得材料的近似平衡组织，减少各种冶金缺陷、加工缺陷 的存在，是提高材料抗SSCC性能的关键;而普通110钢级的钢管如P110,热采管等，提高力学 性能的方式主要是弥散强化、位错强化等，处于非平衡组织，其内部含有大量的氨陷阱，抗 SSCC性能差，如果对运些材料进行更高溫度回火，其获得近似平衡组织，而强度却大大降 低。
[0006] 从石油管材开发的趋势看，作为石油行业主要物资的钢管，其强度级别和耐腐蚀 能力要求越来越高，国内外很多厂家已经开始供应llOKsi级别的抗硫化氨应力腐蚀油井用 钢管;影响强度、冲击功、耐腐蚀性的因素很多，包括化学成分设计、夹杂物、气体含量、晶粒 度、社制工艺、热处理等，并且各影响因素之间相互关联，尤其是夹杂物、晶粒度和成分控制 的影响非常显著；高强度条件下还要保证较高冲击功，且具有低硬度和优异的耐硫化氨应 力腐蚀的性能是此类钢管开发的最大难点，攻克运一难关对开采含有硫化氨的油气田具有 重要意义。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种llOKsi钢级的抗硫化氨应力腐蚀的油井用钢管及其 生产方法;该钢管具有优良的理化性能、使用性能和抗硫化氨应力腐蚀性能、其抗硫化氨应 力腐蚀口槛值达到90%YSmin，高于API要求，实现了高钢级钢管的高强度和低硬度的良好 匹配。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0009] -种llOKsi钢级的抗硫化氨应力腐蚀的油井用钢管，按照质量百分数的组成包 括：0.20-0.28%(：、0.12-0.35%51、0.4-0.8%]\1。、0.001-0.011%口、0.0001-0.003%5、0.9- 1.4%Cr、0.7-1.2%M〇、0.0003-0.003%B、0.02-0.045% 师、0.04-0.08% V、0.005-0.05% AUO-0. l%Zr^0-0.3%Ni^0-0.15%Cu^0-0.01%La^0-0.002%0^0-0.009%N^0- 0.00015%H，余量为化和杂质。
[0010] 作为本发明进一步的方案:所述llOKsi钢级的抗硫化氨应力腐蚀的油井用钢管的 制备方法，依次包括W下步骤：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、连铸、连社、钢巧加热、钢管 牵L制、调质处理、矫直。
[0011] 作为本发明再进一步的方案:所述电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、连铸、连社步骤 为钢巧冶炼和成型步骤，铁水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂A1线，钢液溫度1600°C~ 1660°C时，进行VD炉真空处理，真空度20化~45化，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间 lOmin~20min，采用运种方式冶炼保证了钢质的纯净度，钢液溫度在1500°C~1550°C时，连 铸成圆管巧，然后将圆管巧在ll〇〇°C~1260°C时进行连续社制，圆管巧的变形比>4,然后 冷却到室溫，圆管巧奥氏体平均晶粒度细于6级。
[0012] 作为本发明再进一步的方案：所述钢巧加热和钢管社制步骤中，圆管巧加热到 1180°C~1230°C，穿孔前溫度1150°C~1210°C，斜社前溫度950°C~1150°C，张力减径前溫 度 80(TC ~960°C。
[0013] 作为本发明再进一步的方案:所述调质处理步骤中，泽火溫度为890°C~920°C，水 冷；回火溫度为670°C~690°C，空冷。
[0014] 作为本发明再进一步的方案:所述矫直步骤，回火后趁溫，在510°C~610°C时，将 钢管矫直，得到成品钢管。
[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明的钢管具有优良的室溫性能，钢管 抗拉强度>793MPa，屈服强度为758~828M化，延伸率> 15%，屈强比《0.93 ;端面硬度《 HRC30且硬度变化《HRC3.0，所述钢管0°C的夏比V型缺口纵向全尺寸冲击功> 120J;所述钢 管〇°C的夏比V型缺口横向全尺寸冲击功>90J，平均晶粒度10-12级;采用本发明制备方法 制备的钢管，既具备较高的强度和低的硬度，又具备良好的初性和塑性，其抗硫化氨应力腐 蚀口槛值达到90%YSmin，高于API要求，可W广泛用于含有硫化氨应力腐蚀的环境中。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0017]实施例1
[001引一种1 lOKsi钢级的抗硫化氨应力腐蚀的油井用钢管，按照质量百分数的组成包 括：0.20-0.28%(：、0.12-0.35%51、0.4-0.8%]\1。、0.001-0.011%口、0.0001-0.003%5、0.9- 1.4%Cr、0.7-1.2%M〇、0.0003-0.003%B、0.02-0.045% 师、0.04-0.08% V、0.005-0.05% AUO-0. l%Zr^0-0.3%Ni^0-0.15%Cu^0-0.01%La^0-0.002%0^0-0.009%N^0- 0.00015%H，余量为化和杂质。
[0019] 其中杂质包括 Sb、Bi、饥、As、Sn、0、H、N;Sb《0.01%、Bi《0.01%、Pb《0.01%、As 《0.015%、Sn《0.015%、0《0.002%、N《0.009%、H《0.00015%。
[0020] 所述llOKsi钢级的抗硫化氨应力腐蚀的油井用钢管的制备方法，依次包括W下步 骤：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、连铸、连社、钢巧加热、钢管社制、调质处理、矫直;具体 方法为:首先进行钢巧冶炼和成型步骤，铁水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂A1线，钢液 溫度1600°C~1660°C时，进行VD炉真空处理，真空度20化~45化，真空前加入Si-化线，真空 保持时间lOmin~20min，钢液溫度在1500°C~1550°C时，连铸成圆管巧，然后将圆管巧在 llOOr~1260°C时进行连续社制，圆管巧的变形比>4,然后冷却到室溫，圆管巧奥氏体平 均晶粒度细于6级;接着进行钢巧加热和钢管社制，圆管巧加热到118(TC~1230°C，穿孔前 溫度1150°C~1210°C，斜社前溫度950°C~1150°C，张力减径前溫度800°C~960°C ;然后进 行调质处理，泽火溫度为890°C~920°C，水冷；回火溫度为670°C~690°C，空冷;最后回火后 趁溫，在510°C~610°C时，将钢管矫直，得到成品钢管。
[0021] 本发明的llOKsi钢级的抗硫化氨应力腐蚀的油井用钢管，其室溫性能如下：钢管 抗拉强度>793MPa，屈服强度为758~828M化，延伸率> 15%，屈强比《0.93 ;端面硬度《 HRC30且硬度变化《HRC3.0，所述钢管0°C的夏比V型缺口纵向全尺寸冲击功> 120J;所述钢 管(TC的夏比V型缺口横向全尺寸冲击功>90J;所述钢管抗硫化氨应力腐蚀口槛值达到 90%YSmin，平均晶粒度10级。
[0022] 通过对本发明实施例1制备的llOKsi钢级的抗硫化氨应力腐蚀的油井用钢管进行 检测，检测结果如下：
[0023] 1)实际成分检测：
[0024] 随机抽取3个炉号内生产的钢管进行实际成分检测，检测结果如下：
[0025] 1.1)1号炉：0.20%(：、0.16%51、0.6%]\111、0.008%?、0.002%5、1.0%化、0.73% Mo、0.1%Ni、0.001%B、0.03%Nb、0.05%V、0.02%Al、0.002%La、0.03%Zr、0.02%Cu;
[0026] 1.2)2号炉：0.25%(：、0.18%51、0.5%]\111、0.008%?、0.003%5、1.1%化、0.75% Mo、0.1%Ni、0.002%B、0.03%Nb、0.04%V、0.03%Al、0.001%La、0.04%Zr、0.02%Cu;
[0027] 1.3)3号炉：0.27%(：、0.30%51、0.6%]\111、0.008%口、0.003%8、1.2%化、0.9%]\1〇、 0.1%Ni、0.002%B、0.04%Nb、0.06%V、0.02%Al、0.002%La、0.02%Zr、0.02%Cu;
[0028] 不可避免的杂质：Sb、Bi、Pb、As、Sn、0、H、N，其中Sb为0.003%、Bi为0.001%、Pb为 0.001%、As为0.006%、Sn为0.003%、0为0.0012%、N为0.0066%、H为0.0001%。
[0029] 炼钢成分控制较低的P、S残量，添加 Mn、Cr、Mo等作为主要合金元素，改善钢铁的强 度和初性，提高钢材的泽透能力;加入微量的Zr、B、V、Nb元素提高回火稳定性，细化晶粒;化 改善夹杂物的分布和形态。
[0030] 本发明钢管中非金属夹杂物符合按照GB/T10561中附录A中A、B、C、D和DS评级图进 行评级，粗系和细系的检测结果见表2。
[0031] 表巧自金属夹杂物
[0032]
[0033] 本发明的最终成品管具有良好的强初性匹配，较高的室溫屈服强度，优异的延伸 率，合适的屈强比，稳定的硬度，该钢管〇°C的夏比V型缺口纵向全尺寸冲击功和横向全尺寸 冲击功十分优异，晶粒度10-12级;本发明的钢管的性能结果见表3:
[0034] 表3钢管性能检测结果
[0035]
[0037]上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方 式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可W在不脱离本专利宗旨的前提下 作出各种变化。
【主权项】
1. 一种llOKsi钢级的抗硫化氢应力腐蚀的油井用钢管，其特征在于，按照质量百分数 的组成包括：0.20-0.28%(：、0.12-0.35%51、0.4-0.8%]\111、0.001-0.011%?、0.0001-0 · 003%S、0 · 9-1 · 4%Cr、0 · 7-1 · 2%M〇、0 · 0003-0 ·003%Β、0.02-0.045%Nb、0.04-0.08%V、 0 · 005-0 · 05%A1、0-0· 1 %Zr、0-0 · 3%Ni、0-0· 15%Cu、0-0 · 01 %La、0-0.002%0、0-0.009% 10-0.00015%!1，余量为?6和杂质。2. 根据权利要求1所述的llOKsi钢级的抗硫化氢应力腐蚀的油井用钢管的制备方法， 其特征在于，依次包括以下步骤：电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、连铸、连乳、钢坯加热、钢 管乳制、调质处理、矫直。3. 根据权利要求2所述的llOKsi钢级的抗硫化氢应力腐蚀的油井用钢管的制备方法， 其特征在于，所述电炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、连铸、连乳步骤为钢坯冶炼和成型步骤， 铁水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂A1线，钢液温度1600 °C~1660 °C时，进行VD炉真空 处理，真空度20Pa~45Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间lOmin~20min，钢液温度在 1500 °C~1550 °C时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1100 °C~1260 °C时进行连续乳制，圆管 坯的变形比多4，然后冷却到室温，圆管坯奥氏体平均晶粒度细于6级。4. 根据权利要求2所述的llOKsi钢级的抗硫化氢应力腐蚀的油井用钢管的制备方法， 其特征在于，所述钢坯加热和钢管乳制步骤中，圆管坯加热到1180°C~1230°C，穿孔前温度 1150 °C~1210 °C，斜乳前温度950 °C~1150 °C，张力减径前温度800 °C~960 °C。5. 根据权利要求2所述的llOKsi钢级的抗硫化氢应力腐蚀的油井用钢管的制备方法， 其特征在于，所述调质处理步骤中，淬火温度为890°C~920°C，水冷；回火温度为670°C~ 690 °C，空冷。6. 根据权利要求2所述的llOKsi钢级的抗硫化氢应力腐蚀的油井用钢管的制备方法， 其特征在于，所述矫直步骤，回火后趁温，在510°C~610°C时，将钢管矫直，得到成品钢管。7. 根据权利要求1-2任一所述的llOKsi钢级的抗硫化氢应力腐蚀的油井用钢管，其特 征在于，所述钢管抗拉强度彡793MPa，屈服强度为758~828MPa，延伸率彡15%，屈强比彡 0.93;端面硬度彡HRC30且硬度变化彡HRC3.0，所述钢管0 °C的夏比V型缺口纵向全尺寸冲击 功多120J;所述钢管0°C的夏比V型缺口横向全尺寸冲击功多90J;所述钢管抗硫化氢应力腐 蚀门槛值达到90 % YSmin，平均晶粒度10级。
【文档编号】C22C38/18GK106011657SQ201610482225
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】高玉光, 王锦永, 张凯, 朱明 , 陈园园
【申请人】邯郸新兴特种管材有限公司