[發(fā)明專利]石油天然氣鉆通設備承壓材料用不銹鋼及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010075776.5
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111270132B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設計）人: 李造宇;張軍;張秀麗;雷應華;周立新;孫國洋;徐朋;董曉亮
• 申請（專利權(quán)）人: 大冶特殊鋼有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/46;C21D6/00;C22C33/06
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 榮紅穎;徐麗娜

本發(fā)明提供一種石油天然氣鉆通設備承壓材料用不銹鋼及制備方法，該不銹鋼按質(zhì)量百分比由以下化學成分組成：C≤0.050％，Si 0.30～0.60％，Mn 0.50～1.00％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr 12.00～14.00％，Mo 0.50～0.60％，Ni 3.55～4.50％，Cu≤0.10％，V≤0.10％，N≤0.030％，C+N≤0.050％，[H]≤0.0005％，[O]≤0.0040％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明還提供一種制備上述成分設計的所述不銹鋼方法，包括冶煉、爐外精煉、模鑄、加熱、鍛造或軋制以及熱處理步驟，該不銹鋼的硬度為23HRC以下。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及不銹鋼領(lǐng)域，特別涉及一種石油天然氣鉆通設備承壓材料用不銹鋼及制備方法。

背景技術(shù)

防噴器用于試油、修井、完井等作業(yè)過程中關(guān)閉井口，防止井噴事故發(fā)生，將全封和半封兩種功能合為一體，具有結(jié)構(gòu)簡單，易操作，耐高壓等特點，是油田常用的防止井噴的安全密封井口裝置。由于地層中的不確定因素很多且十分復雜，每一鉆井作業(yè)都有發(fā)生井噴的可能性，這對井控技術(shù)和井控裝備提出了更高的要求。防噴器作為最重要的井控設備，在鉆井作業(yè)中一旦發(fā)生溢流、井涌、井噴等緊急狀況，防噴器需要迅速啟動關(guān)井，此時防噴器一旦失效，將會導致井噴等惡性事故。因此，防噴器的合理設計對于保證鉆井作業(yè)順利進行和人身安全具有重要作用。

在苛刻的石油天然氣開發(fā)環(huán)境中，用于石油天然氣鉆探、生產(chǎn)和運輸設備制造的鋼鐵材料防腐蝕問題越來越引起人們的重視。由于特殊的地理環(huán)境條件，設備暴露于高CO₂分壓、高Cl^-和H₂S濃度的腐蝕性環(huán)境中，應力腐蝕往往是引起設備失效的主要形式，也因此合金結(jié)構(gòu)鋼被不銹鋼替代是必然趨勢。目前具有代表性的油井用的不銹鋼是13Cr系馬氏體不銹鋼，但是13Cr不銹鋼耐SCC(應力腐蝕開裂，stress corrosion cracking)性能不好，而且惡劣環(huán)境下耐蝕性會變差。

因此，迫切希望開發(fā)出耐蝕性比13Cr好的新型油氣用不銹鋼。國內(nèi)外研究都聚焦在F6NM、UNS S41500這類材料上，其具有良好的低溫性能和抗腐蝕性，特別適合制造在惡劣環(huán)境下的耐壓部件和設備。但是API及NACE0175標準對耐腐蝕材料有嚴格的規(guī)定，要求UNSS41500類型的不銹鋼硬度控制在23HRC以內(nèi)，以保證其良好的抗應力腐蝕裂紋(SCC)能力。由于UNS S41500熱處理時相變過程復雜，對合金成分敏感度高，回火過程中因碳化物析出造成二次硬化，使合金鋼的硬度降至23HRC非常困難。熱處理后的硬度是F6NM、UNS S41500在油氣領(lǐng)域應用的主要障礙，盡管這些年有不少專利和文獻證明自己研究的最優(yōu)熱處理方式可以獲得對應的硬度，而工廠在進行再現(xiàn)性試驗時成功的幾率極低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種石油天然氣鉆通設備承壓材料用不銹鋼及制備方法，本發(fā)明公開的不銹鋼的型號為YGCrNiMo13-4-1，YGCrNiMo13-4-1是UNS S41500的改進型材料，通過對合金成分的調(diào)整和合理的熱處理方式將硬度降至23HRC以下。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種石油天然氣鉆通設備承壓材料用不銹鋼，其特征在于，該不銹鋼按質(zhì)量百分比由以下化學成分組成：C≤0.050％，Si 0.30～0.60％，Mn 0.50～1.00％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr 12.00～14.00％，Mo 0.50～0.60％，Ni 3.55～4.50％，Cu≤0.10％，V≤0.10％，N≤0.030％，C+N≤0.050％，[H]≤0.0005％，[O]:≤0.0040％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。

上述石油天然氣鉆通設備承壓材料用不銹鋼，作為一種優(yōu)選方式，所述不銹鋼的硬度≤23HRC。