[發(fā)明專(zhuān)利]一種110ksi級(jí)不銹鋼油管及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610565554.5
• 申請(qǐng)日: 2016-07-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106048421B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃文克;畢宗岳;張峰;韋奉;白鶴;楊曉龍;徐凱;周新義
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C38/02
• 分類(lèi)號(hào): C22C38/02;C22C38/04;C22C38/40;B23P15/00;E21B17/00
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于金屬材料和石油天然氣工業(yè)領(lǐng)域，涉及一種110ksi級(jí)不銹鋼油管及其制造方法。

背景技術(shù)：

隨著石油天然氣工業(yè)的發(fā)展，油氣勘探朝著深度增加、腐蝕環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜苛刻的方向發(fā)展。一些深井和超深井也將紛紛出現(xiàn)。這些深-超深井通常是含有CO₂、H₂S和Cl^-的高溫高壓和超高溫高壓井。這對(duì)油井用管材提出了更高的要求，即在具備高強(qiáng)高韌性能的同時(shí)還應(yīng)具備優(yōu)良的耐腐蝕性能。傳統(tǒng)的普通碳鋼和低Cr合金鋼已不能滿(mǎn)足要求。超低碳奧氏體不銹鋼因C含量比較低，材料本身不會(huì)發(fā)生不銹鋼類(lèi)材料常見(jiàn)的晶間腐蝕，較高的Cr、Ni含量使其具有優(yōu)良的抗CO₂、H₂S和Cl^-腐蝕性能，且該類(lèi)鋼的耐高溫高壓性能良好。可用來(lái)制作110ksi級(jí)耐腐蝕油井用管，以滿(mǎn)足深-超深井和苛刻腐蝕環(huán)境的要求。

目前采用不銹鋼制作高強(qiáng)度油井管的專(zhuān)利主要是馬氏體不銹鋼和雙相不銹鋼等。這類(lèi)鋼的顯微組織呈馬氏體或雙相組織，普遍采用調(diào)質(zhì)處理工藝。而采用奧氏體不銹鋼這種耐腐蝕性能優(yōu)良且具有穩(wěn)定高溫性能的鋼種制作高強(qiáng)度石油用管材則很少見(jiàn)。這主要是因?yàn)閵W氏體不銹鋼室溫下的顯微組織呈奧氏體，塑韌性很好，但強(qiáng)度偏低，限制了其在高強(qiáng)度管材行業(yè)的應(yīng)用。尤其是超低碳奧氏體不銹鋼，較低的碳含量雖然有利于耐腐蝕性能的提高，但卻進(jìn)一步降低了鋼材本身的強(qiáng)度。另一方面，奧氏體不銹鋼的冷作硬化效果比較明顯，可通過(guò)形變強(qiáng)化使強(qiáng)度大幅提高。本發(fā)明即是利用奧氏體不銹鋼的形變強(qiáng)化特點(diǎn)，結(jié)合成分設(shè)計(jì)和熱處理，設(shè)計(jì)制造出一種110ksi級(jí)奧氏體不銹鋼油管。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種110ksi級(jí)不銹鋼油管及其制造方法，通過(guò)合理的成分設(shè)計(jì)并結(jié)合不銹鋼的冶煉鍛造、軋制、冷變形和熱處理工藝生產(chǎn)出抗拉強(qiáng)度在862MPa以上，屈服強(qiáng)度在758MPa以上，延伸率在12％以上的110ksi級(jí)不銹鋼油管。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種110ksi級(jí)不銹鋼油管，其化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，wt.％)為：C：≤0.02，Si：≤0.20，Mn：1.00-1.50，Cr：18-20，Ni：9-12，N：0.1-0.3；其余為Fe及微量雜質(zhì)元素。

各元素作用說(shuō)明如下：

C是固溶強(qiáng)化元素，固溶于基體當(dāng)中可有效鋼材提高強(qiáng)度，但C容易與不銹鋼中的耐蝕合金元素Cr形成諸如Cr₂₃C₆等碳化物并在晶界上析出，造成晶界貧Cr，發(fā)生晶間腐蝕。因此，為避免晶間腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，將碳含量設(shè)計(jì)在0.02％以下。

Cr是不銹鋼中的主要耐蝕合金元素，顯著提高鋼的耐腐蝕性能，Cr還能提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低鋼的塑性和韌性。本發(fā)明將Cr含量設(shè)計(jì)為18-20％。

Ni是能夠擴(kuò)大并穩(wěn)定奧氏體區(qū)的元素，與Cr以合理的成分配比，可使不銹鋼在室溫下呈奧氏體組織。Ni同時(shí)也具有防腐作用，與Cr協(xié)同耐腐蝕效果更加明顯。Ni含量設(shè)計(jì)為9-12％。

N與C有類(lèi)似的強(qiáng)化作用，以N代C可彌補(bǔ)由于C含量的減少而引起的強(qiáng)度不足，并且，N也是傾向于形成奧氏體的元素。N的加入還能對(duì)鋼的耐腐蝕性能等進(jìn)行改善。N含量設(shè)計(jì)為0.1-0.3％。

Mn是固溶強(qiáng)化元素，顯著提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性，可降低鋼的臨界淬火速度。Mn除了能夠脫氧脫硫之外，還能夠穩(wěn)定奧氏體并改善鋼的熱塑性和低溫韌性，但Mn含量過(guò)高會(huì)引起塑性和韌性下降。Mn含量為1.00-1.50％。

Si元素的加入可進(jìn)一步改善不銹鋼的耐晶間腐蝕性能，還能提高鋼的彈性極限。含量在0.20％以下。

本發(fā)明還提供了上述110ksi級(jí)不銹鋼油管的制造方法，包括以下步驟：

(1)冶煉：鋼水經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉后進(jìn)行AOD或VOD精煉，連鑄或模鑄成鋼坯；采用氬氣保護(hù)進(jìn)行電渣重熔，對(duì)最終鋼坯進(jìn)行均質(zhì)化退火；

(2)鍛造：將鋼坯加熱至1100-1250℃，保溫30min以上，對(duì)鋼坯進(jìn)行多道次鍛造，制成鍛坯；

(3)制管坯：對(duì)鍛坯進(jìn)行扒皮、定心和穿孔處理制成管坯；

(4)擠壓與軋制：管坯進(jìn)入感應(yīng)爐加熱，加熱溫度為1000-1150℃，保溫時(shí)間為10-30min；對(duì)管坯內(nèi)外表面進(jìn)行玻璃粉潤(rùn)滑后擴(kuò)孔，并在擠壓機(jī)上擠壓成無(wú)縫管坯，空冷；

(5)固溶處理：將無(wú)縫管坯加熱至1050-1150℃，保溫10-30min后水冷；