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1、10申请公布号CN102071363A43申请公布日20110525CN102071363ACN102071363A21申请号201110045857122申请日20110225C22C38/40200601E21B17/0020060171申请人上海海隆石油管材研究所地址200949上海市宝山区宝山工业园区罗东路1825号申请人上海海隆石油钻具有限公司72发明人袁鹏斌欧阳志英74专利代理机构上海新天专利代理有限公司31213代理人王敏杰54发明名称一种适用于高寒地区的钻杆管体用钢57摘要本发明涉及一种适用于高寒地区的钻杆管体用钢,所述钢是由下述重量百分比的成分组成C020030,SI0170。
2、35,MN06010,P0015,S0008,CR0710,NI07510,此外,还含有AL003,V010,MO06,TI003,RE003,CA002中的两种或两种以上,余量为FE和不可去除的痕量元素。当其屈服强度为995MPA时,60,纵向,3/4尺寸,夏比冲击功为85J,断口纤维率为100,韧脆转变温度为75。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页CN102071367A1/1页21一种适用于高寒地区的钻杆管体用钢,其特征在于,是由下述重量百分比的成分组成C020030,SI017035,MN06010,P0015,S0008,CR071。
3、0,NI07510;此外,还含有重量百分比如下的两种或两种以上组分AL003,V010,MO06,TI003,RE003,CA002;余量为FE和不可去除的痕量元素。2根据权利要求1所述适用于高寒地区的钻杆管体用钢,其特征在于,是由下述重量百分比的成分组成C020025,SI018025,MN06008,P0010,S0008,CR0809,NI075085;还含有下述重量百分比的一种或多种成分MO0406,AL001002,V004010。3根据权利要求1所述适用于高寒地区的钻杆管体用钢,其特征在于,是由下述重量百分比的成分组成C022028,SI022030,MN07510,P0015,S。
4、0005,CR0910,NI0910;还含有下述重量百分比的一种或多种成分MO010030,TI002,RE0003,CA0002002。4根据权利要求1所述适用于高寒地区的钻杆管体用钢,其特征在于,所述钻杆管体用钢经热处理后的晶粒度80级。5根据权利要求1所述适用于高寒地区的钻杆管体用钢,其特征在于,所述钻杆管体用钢经热处理后的管体及加厚端的全截面马氏体转变率达到90以上。权利要求书CN102071363ACN102071367A1/3页3一种适用于高寒地区的钻杆管体用钢技术领域0001本发明涉及一种能在高寒地区使用的钻杆管体用钢,属于石油天然气技术领域。背景技术0002随着全球经济的发展,。
5、对以石油及天然气为代表的能源的需求及依赖越来越大,能源对国家的发展、人民的生活起着举足轻重的作用。为获取更多能源,石油钻探已经由常规钻井转向更为苛刻的环境。考察报告表明,北极圈蕴含着丰富的油气资源,美国、俄罗斯、加拿大等国相继允许在这种高寒环境下开采油气资源,但其温度低至60,如果要在这些高寒地区作业,钻杆必须具有良好的低温韧性(包括冲击功和韧脆转变温度两个指标),以免发生低温脆性断裂事故。而钻杆通常由管体及接头摩擦焊接而成,这也就要求管体、接头及焊缝均具有良好的低温韧性。0003根据金属学的基本原理可知,不同材料在低温环境使用,具有不同的冷脆倾向,目前常用的钻杆管体材料属于体心立方晶格,具有。
6、明显的冷脆倾向,而且强度越高,冷脆倾向越明显。试验结果表明,常用管体材料如27CRMO,当其屈服强度达到S135钢级时,随着冲击试验温度由常温下降到60,冲击功由120J下降到50J左右,韧脆转变温度为45左右。而且由于淬透性略差的原因,在钻杆管体的加厚处(壁厚2030MM)往往无法淬透,其韧脆转变温度更高,往往只有30左右,无法满足在北极地区等高寒地区作业要求。发明内容0004本发明的目的在于提供一种能在高寒地区使用的钻杆管体用钢,能克服现有钻杆管体材料所述不足之处,还提高了低温韧性储备。当其屈服强度为995MPA(S135钢级)时,60,纵向,3/4尺寸,夏比冲击功为85J,断口纤维率为1。
7、00,韧脆转变温度为75。0005所述目的是通过如下方案实现的一种适用于高寒地区的钻杆管体用钢,其特征在于,是由下述重量百分比的成分组成C020030,SI017035,MN06010,P0015,S0008,CR0710,NI07510;此外,还含有重量百分比如下的两种或两种以上组分AL003,V010,MO06,TI003,RE003,CA002;余量为FE和不可去除的痕量元素。0006进一步地,所述适用于高寒地区的钻杆管体用钢,是由下述重量百分比的成分组成C020025,SI018025,MN06008,P0010,S0008,CR0809,NI075085;还含有下述重量比的一种或多种。
8、成分MO0406,AL001002,V004010。0007更进一步地,所述适用于高寒地区的钻杆管体用钢,是由下述重量百分比的成分组成C022028,SI022030,MN07510,P0015,S0005,CR0910,NI0910;还含有下述重量比的一种或多种成分MO010030,TI002,RE0003,CA0002002。0008所述钻杆管体用钢经热处理后的晶粒度80级。说明书CN102071363ACN102071367A2/3页40009所述钻杆管体用钢经热处理后的管体及加厚端的全截面马氏体转变率达到90以上。0010以下叙述本发明中C、SI、MN、P、S、NI、CR、MO、AL、。
9、NB、V、CA等元素限定的理由C是钢中主要的强化元素,它能显著提高钢的强度和淬透性,为使强度达到S135钢级,同时管体加厚端淬透(壁厚可达到2030MM),其下限为020。但是,随着C含量的增加,其低温冲击功将降低,韧脆转变温度将提高,同时,考虑到管体还要和接头焊接,其C含量不宜过高,因此,C含量的上限为03。0011SI是为钢水脱氧而添加的,能降低钢中碳的石墨化倾向,并以固溶强化方式提高钢的强度,但SI含量太高,会降低钢的韧性。所以其含量为017035。0012MN在低温钢中是有益的合金元素,它不仅能提高钢的强度,降低钢的韧脆转变温度,提高钢的淬透性,还能与硫结合能降低硫的有害作用。但MN含。
10、量过高,晶粒容易粗大,还增加了回火脆性,因此,其含量为0610。0013P、S是低温钢中的有害元素,含量越低越好,考虑到生产成本及批量生产的稳定性,P0015,S0008。0014添加CR是为了提高淬透性及提高钢的强度,含量在0710,使得本发明的管体用钢能获得良好的淬透性,强度和韧性。CR含量太高,会降低钢的韧性。0015添加MO是为了提高钢的淬透性,降低其他元素导致的回火脆性。当含量超过06,一方面在性能优化方面并无显著效果,另一方面,会大大提高成本。因此,其含量控制在06。0016NI是低温钢中最重要的合金元素之一,加入钢中与基体形成固溶体,能显著提高铁素体的韧性,从而提高铁素体低温钢的。
11、低温韧性。随着钢中镍含量的增加,低温韧性提高,韧脆转变温度降低。添加镍量的多少取决于使用温度和对低温韧性的要求,镍含量过高,不但不经济,而且也会损害钢的焊接性等工艺性能。因此,本发明钢中,NI的限定范围为07510。0017AL在钢中除脱氧外,还能与氮结合,减少氮在基体中的有害作用,提高钢的韧性和时效应变能力,所形成的氮化铝能阻碍铁素体晶粒的长大,使晶粒细化,进一步降低钢的韧脆转变温度。但铝含量过高,钢材中的夹杂物将容易超标,这对钢材的低温韧性不利。因此,AL的限定范围为003。0018V可以抑制钢中晶界移动和晶粒长大,使晶粒细化。此外,钢中加入一定量的V,无论是退火、正火或调质状态,都可以提。
12、高钢的强度,还可以改善钢的塑韧性。但V含量过高,为达到同样强度,回火温度会显著提高,从而不利于管体和接头焊后热处理工艺匹配,最终降低焊缝的低温性能,本发明钢中V的含量001。0019TI是强碳化物形成元素,能有效抑制奥氏体晶粒粗大,提高钢的强度和低温韧性,但由于TI和氮、氧结合力很强,添加量过多,则容易生成TIN硬脆相,降低钢的低温性能。因此,本发明钢中V的含量001。0020RE和氧、硫、磷、氮、氢的亲和力很强,具有脱气、脱硫磷和消除其他有害杂质的作用,并改善夹杂物的形态和分布,本发明钢中其含量控制在003的水平。0021本发明通过优化合金元素搭配,获得了一种适用于高寒地区的钻杆管体,与目前。
13、常用的钻杆管体材料相比,本发明具有以下优点说明书CN102071363ACN102071367A3/3页5在管体处(壁厚约10MM),当其屈服强度达到E75、X95、G105钢级时,在两者屈服相当的情况下,本发明钢的韧脆转变温度要比普通管体低约20,冲击功提高2030J。0022本发明钢在屈服强度达到S135钢级时,具有优良的低温韧性。当其屈服强度为995MPA时,60,纵向,3/4尺寸,夏比冲击功为85J,断口纤维率为100,韧脆转变温度为75。0023在同样规格、管体处屈服强度相当情况下,本发明钢管体加厚端(壁厚约2030MM),强度提高约15,韧脆转变温度比普通管体低约40。具体实施方式。
14、0024下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是,以下实施例只用于对本发明作进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。0025实施例1按本发明设计的化学成分(例如,取C028,SI020,MN068,P0012,S0006,CR086,NI078,MO030,AL0018)要求进行冶炼、精炼、连铸连轧后,轧制成5919MM,长92M的管坯,并加厚到API要求尺寸(壁厚约24MM),进行热处理后,在管体和加厚端取样进行拉伸试验和系列低温冲击试验。结果表明,管体性能如下屈服强度为875MPA。
15、时,其冲击功(试样尺寸7510MM)平均值为120J,韧脆转变温度低于100。加厚端性能如下屈服强度为850MPA时,冲击功(试样尺寸1010MM)为平均值160J,韧脆转变温度低于100。0026实施例2按本发明设计成分(例如,取C025,SI028,MN080,CR095,NI095,MO015,TI002,RE0003,CA0008)要求进行冶炼、精炼、连铸连轧后,轧制成5919MM,长92M的管坯,并加厚到API要求尺寸(壁厚约24MM),进行热处理后,在管体和加厚端取样进行拉伸试验和系列低温冲击试验。结果表明,管体性能如下屈服强度为935MPA时,其冲击功(试样尺寸7510MM)平均。
16、值为100J,韧脆转变温度为100。加厚端性能如下屈服强度为905MPA时,冲击功(试样尺寸1010MM)为平均值120J,韧脆转变温度为95。0027实施例3按本发明设计成分(例如,取C023,SI024,MN078,P0006,S0002,CR086,NI090,MO055,V008)要求进行冶炼、精炼、连铸连轧后,轧制成5919MM,长92M的管坯,并加厚到API要求尺寸(壁厚约24MM),进行热处理后,在管体和加厚端取样进行拉伸试验和系列低温冲击试验。结果表明,管体性能如下屈服强度为995MPA时,其冲击功(试样尺寸7510MM)平均值为85J,韧脆转变温度为75。加厚端性能如下屈服强度为980MPA时,冲击功(试样尺寸1010MM)为平均值100J,韧脆转变温度低于70。说明书CN102071363A。