[發明專利]油氣田用130KSI、135KSI級別耐蝕鉆具鋼及其制造方法

有效

• 申請號: 201710269733.9
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107177797B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 邵淑艷;孔祥偉;顧鐵;胡紹鑫;冀鸰;李蕓;黃鎮;聶愛誠
• 申請（專利權）人: 江陰興澄特種鋼鐵有限公司
• 主分類號: C22C38/44
• 分類號: C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48;C22C38/42;C22C38/06;C22C38/04;C22C38/02;C22C33/04;C21D6/00;C21D9/22
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 趙海波

本發明涉及高強韌、抗硫化氫腐蝕圓鋼及其制造方法，該圓鋼的化學成分按質量百分比計為C：0.25～0.40%，Si：0.20～0.45%，Mn：0.95～1.50%，Cr：1.35～1.90%，S：≤0.002%，P：≤0.008%，Mo：0.75～1.30%，Ni：0.10～0.30%，V：0.05～0.25%，Nb：0.010～0.050%，Cu：0.10~0.30%，Al：≤0.050%，Ca：0.0005～0.005%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。經連鑄?連軋?退火工藝路線生產熱軋圓鋼，圓鋼直接熱處理或加工的鉆具半成品熱處理。產品在分別滿足相關130KSI、135KSI綜合機械性能前提下，按美國NACE TM0177標準抗硫化氫應力腐蝕試驗，在飽和H₂S溶液中預加載70%名義屈服應力條件下720小時不斷。材料適用于酸性油、氣田開采環境下的130KSI、135 KSI強度級別鉆具材料使用。

技術領域

本發明屬于圓鋼制備領域，具體涉及一種以連鑄代模鑄-連軋生產油、氣田開采用130KSI、135KSI鋼級耐H₂S腐蝕鉆具鋼及其制造方法。

背景技術

隨著世界經濟的發展，能源消耗迅速增加，常規石油、天然氣等易開采資源越來越少，很難滿足日益增長的能源需求。油、氣田開采工作不得不向深海、沙漠、南北極地區以及含硫化氫、二氧化碳等強腐蝕介質環境領域發展。常規110KSI鋼級的耐H₂S腐蝕及120KSI鋼級的普通鉆具材料在當今惡劣的開采環境下工作經常發生鉆具失效，造成鉆采系統甚至整口井的報廢，給油、氣田帶來巨大經濟等損失。因此普通的鉆具材料已經不能滿足新形勢下油、氣田開采產品的制造需求。

能源市場迫切需要研發一種新型更高強度及抗低溫韌性的抗H₂S腐蝕低合金鉆具鋼材料，以滿足新能源開采環境下鋼鐵材料的新需求。但新材料為滿足苛刻的工作環境要求，必須達到較高的技術指標，鋼的元素成分設計及生產、制造為一難點，國內目前沒有一種高于120KSI鋼級的高強韌、抗H₂S腐蝕的油、氣田開采用鉆具鋼。

發明內容

本發明的目的在于提供一種滿足油、氣田開采用高強韌、抗H₂S腐蝕、高可靠性等特殊要求的鉆具鋼新材料，實現其設計及生產、制造。本發明通過對鋼的化學元素成分優化設計，發明了一種油、氣田開采用低合金鉆具鋼，屬于130KSI135KSI級別的鉆具鋼種。

本發明另外提供上述鉆具鋼新材料的制造方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為，一種油氣田用130KSI、135KSI級別耐蝕鉆具鋼，該鋼的化學元素成分按質量百分比設計為C：0.25～0.40%，Si：0.20～0.45%，Mn：0.95～1.50%，Cr：1.35～1.90%，S：≤0.002%，P：≤0.008%，Mo：0.75～1.30%，Ni：0.10～0.30%，V：0.05～0.25%，Nb：0.010～0.050%，Cu：0.10～0.30%， Al：≤0.050%，Ca：0.0005～0.005%，余量為Fe 及不可避免的雜質元素。

進一步地講，本新材料在常規中低碳合金鋼成分設計的基礎上，添加Nb、V 、Ni達到細化晶粒及提高強韌性目的，同時嚴格控制P、S等雜質元素含量，并加入少量的Cu元素提高抗腐蝕性，添加微量的Ca元素，改善鋼的純凈度，本發明鉆具鋼的化學成分設計依據如下：

1、C含量的確定

C是鋼中最基本的元素，也是最經濟的強化元素，通過固溶強化并配合碳化物形成元素的析出強化，提高鋼的強度，但C含量過高會對鋼的塑、韌性帶來不利影響，同時C含量高會降低鋼的焊接及耐腐蝕性能，本發明C含量的范圍確定為0.25～0.40%，本發明涉及鋼材屬于中低碳鋼范疇。

2、Si含量的確定