发明内容
本发明的目的在于提供一种无缝石油套管,其符合125ksi钢级要求并具有优良抗硫化氢腐蚀性能。
本发明的另一个目的在于提供所述石油套管的一种制备方法。
本发明所提供的石油套管,具有如下成分质量百分比(wt%):
C: 0.25~0.35%,
Si: 0.1~0.5%,
Mn: 0.4~1.0%,
Cr: 0.1~2.0%,
Mo: 0.2~2.0%,
V: 0.03~0.3%,
Nb: 0.01~0.3%,
P: <0.015%,
S: <0.010%,
余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所提供的制造上述无缝石油套管的方法,包括炼钢、二次精炼、连铸、热轧穿孔、空冷、预备热处理和最终热处理,所述预备热处理的加热温度为900~930℃,保温时间不超过30min,所述最终热处理为调制热处理,其淬火加热温度为930~1000℃,保温时间在45min以上,其回火温度在650℃以上。
优选地,所述预备热处理为正火或调制热处理。
优选地,所述方法还包括热矫直。
优选地,所述热矫直的温度在480℃以上。
下面将进一步说明本发明。
高钢级抗硫套管不仅要求材料具有较高的强度,同时还要求具有一定的抗硫化氢腐蚀能力,然而强度与抗硫性能往往是一对矛盾,较高的强度一般会引起抗硫性能的降低,而为了获得较高的抗硫性能,通常必须牺牲一定的强度指标。在本发明中,申请人发现高强度Cr-Mo合金钢的晶界附近析出的粗大碳化物如M23C6、M3C等会在受力过程中成为发生开裂的薄弱点,导致晶间腐蚀开裂的发生,直接影响材料的抗硫性能。申请人还发现通过添加微量合金元素可以抑制粗大的碳化物析出,并使细小的碳化物呈弥散均匀分布,从而有效提高Cr-Mo钢的抗晶间腐蚀开裂能力,改善其抗硫性能。钢中的微量合金元素并不是单独发挥作用的,申请人采用复合添加的方式,用较少的合金元素加入量获得最佳的强化效果,达到成本效益的最大化。以下将本发明合金成分的设计进行说明:
C:C为碳化物形成元素,可以提高钢的强度,碳含量低于0.25%时材料强度太低,超过0.35%时会大大降低钢的韧性,并形成粗大的碳化物,降低材料的抗硫化氢腐蚀性能;
Si:Si的作用为固溶强化,帮助脱氧,提高钢的强度和淬透性,含量小于0.1%时作用不明显,含量大于0.5%时,组织偏析倾向加重;
Mn:Mn为奥氏体形成元素,可以提高钢的淬透性,含量小于0.4%时作用不明显,含量大于1.0%时,组织偏析倾向加重,影响热轧组织的均匀性;
Cr:Cr为碳化物形成元素,可以提高钢的强度和淬透性,低于0.1%时效果不明显,高于2.0%时会大大降低钢的韧性;
Mo:Mo主要通过形成碳化物来提高钢的强度,低于0.2%时效果不明显,高于2.0%时会降低钢的韧性;
V:V能够细化晶粒,形成碳化物,提高钢的强度和韧性,低于0.03%时效果不明显,高于0.3%时会降低钢的韧性;
Nb:Nb能够细化晶粒,形成碳化物,提高钢的强度和韧性,低于0.01%时效果不明显,高于0.3%后强化效果没有进一步提高;
P:P易形成异常组织偏析,降低抗硫性能,本发明控制P<0.015%;
S:S易形成硫化物夹杂,严重影响抗硫性能,本发明控制S<0.010%。
在本发明中,申请人发现采用预备热处理+最终热处理的方法,能够生产出符合125ksi钢级的具有优良抗硫化氢腐蚀性能的油套管。
在进行最终热处理之前,先进行一次预备热处理,能够调整材料的显微组织,使组织细小均匀,保留一部分未溶解的碳化物以细化晶粒,为最终热处理做好准备。Nb、V的碳化物均匀而细小,主要以M3C和MC的形式存在,申请人发现预备热处理的加热温度应在900~930℃之间,保温时间应不超过30min,若低于900℃奥氏体化不充分,有热轧组织存在,影响抗硫性能和力学性能,高于930℃或保温时间超过30min则碳化物充分溶解,不能在随后的最终热处理过程中起到阻碍晶粒长大的作用。预备热处理可以是正火或调制热处理等方式。
最终热处理的淬火温度应在930℃以上,以达到完全奥氏体化温度,从而在随后的淬火冷却中完成奥氏体到马氏体的转变过程,但淬火加热温度超过1000℃会使晶粒粗大,降低钢的韧性,淬火前的加热保温时间应在在45min以上,使钢中的合金元素充分溶入奥氏体中,以保证淬火后获得尽可能多的单相马氏体组织。钢的淬火马氏体组织越多,回火后的显微组织越均匀,其抗硫化氢腐蚀性能越好。回火温度应高于650℃,以保证淬火马氏体能够充分分解,得到综合力学性能优良的回火索氏体组织。
最终热处理后如进行热矫直,宜在480℃以上进行,以降低因矫直而产生的残余应力,有利于提高材料的抗硫性能。
本发明钢种经轧管并热处理后可达到如下性能:
屈服强度Rt0.65=862~1035MPa
抗拉强度Rm≥932MPa
延伸率A50.8≥18%
冲击韧性 纵向>100J
抗硫化氢腐蚀性能:按NACE TM0177标准的A法,在通入饱和硫化氢的B溶液中,施加125ksi×80%载荷浸泡720h不发生开裂。
本发明通过在Cr-Mo系合金体系的基础上添加Nb、V等微合金元素,并进行合理的预备热处理+最终热处理,能够生产出符合125ksi钢级的具有优良抗硫化氢腐蚀性能的油套管。
本发明与现有技术相比具有的优点是:
(1)本发明通过微合金元素的复合添加,大大降低了材料的合金成本,具有重大的经济效益,并且充分发挥了合金元素提高淬透性、增加回火抗力和析出强化的的作用;
(2)本发明提供的电阻焊石油套管的生产方法工序简单,容易实施。