[發明專利]一種低成本、耐低溫、高強度深海采油樹設備連接器用鋼及其熱處理工藝

有效

• 申請號: 202010566629.8
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111876665B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 陳世杰;汪開忠;胡芳忠;楊志強;金國忠;吳林;郝震宇;胡乃悅;楊少朋;伍萬飛
• 申請（專利權）人: 馬鞍山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/58;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48;C22C38/50;C22C38/06;C21D1/18
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 任晨晨

本發明提供一種低成本、耐低溫、高強度深海采油樹設備連接器用鋼及其熱處理工藝，成分C 0.13％?0.15％、Si 0.20％?0.28％、Mn 1.50％?1.60％、P痕量?0.010％、S痕量?0.005％、Cr 0.12％?0.18％、Mo 0.10％?0.20％、Ni 0.40％?0.60％、V 0.10％?0.20％、Nb 0.040％?0.060％、Ti 0.020％?0.040％、Als 0.020％?0.060％、其余為Fe和其它不可避免的雜質，得到的鋼材屈服強度達到550MPa級別且具有良好的低溫沖擊韌性和焊接性能。

技術領域

本發明屬于合金領域，涉及深海采油樹設備連接器用鋼技術領域，尤其涉及一種低成本、耐低溫、高強度深海采油樹設備連接器用鋼及其熱處理工藝。

背景技術

我國海洋具有豐富的油氣資源，目前已探明儲量達幾百億噸，其中絕大多數位于深海區域。但水下油氣田開采的核心裝備(深海采油樹)的制造技術目前主要集中在美國，我國被迫長期依賴進口，不僅費用高昂。

隨著世界能源形勢日趨緊張，向深海采油是今后的發展方向，深海采油樹常年處于高鹽、高壓、低溫、高沖擊等極其惡劣海況工作環境。連接器是深海采油樹的重要組件之一，位于套管頭上面，不但要承載采油樹總成全部重量，還要抵抗來自井內向上的壓力，并使采油樹牢固地固定在井口上。因此，深海采油樹設備連接器用鋼必須具有高強度、高韌性(特別是低溫韌性)、耐高壓、抗沖擊性強、抗疲勞性能強等綜合性能且具有較好的焊接性能。

對于采油樹連接器這類特殊強度級別和低溫韌性要求的結構件，常規設計選材為高鎳或高鉻鉬合金鋼，但采用高鎳或高鉻鉬合金鋼制造的連接器鍛件焊接性能難以滿足要求，因此各制造廠商試圖用低合金高強度鋼替代高鎳或高鉻鉬合金鋼來制造采油樹連接器這類結構件。

2011年5月25日公開的南京迪威爾重型鍛造股份有限公司的專利CN201010555698公開了一種深海采油樹設備連接器用鋼鍛件制造工藝，選擇了鉻鎳鉬低合金鋼F65MOD材料，所述材料的化學成分按重量百分比含有：C 0.10％-0.12％、Si 0.30％-0.35％、Mn1.00％-1.40％、P痕量-0.015％、S痕量-0.010％、Cr 0.10％-0.25％、Mo 0.15％-0.40％、V≤0.04％、Ni0.50％-1.00％、Nb≤0.040％、B痕量-0.0005％、[H]≤0.0002％，CEV 0.43％-0.46％。與常規設計選材高鎳或高鉻鉬合金鋼相比，顯著提高了焊接性能，降低了原材料價格,所生產的深海采油樹設備連接器屈服強度可達到450MPa級。不足之處在于制造工藝復雜，無法通過常規工藝生產，生產周期長且材料利用率較低，制造成本及難度大大提高。

隨著采油深度的不斷提高，深海采油樹設備連接器屈服強度要求逐漸由450MPa級向550MPa級及更高級別發展，450MPa級深海采油樹設備連接器已不能很好的滿足目前深海采油行業的發展，更不能適應其未來發展的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低成本、耐低溫、高強度深海采油樹設備連接器用鋼，實現鋼材屈服強度達到550MPa級別且具有良好的低溫沖擊韌性和較好的焊接性能。

本發明另一目的在于提供一種低成本、耐低溫、高強度深海采油樹設備連接器用鋼的熱處理工藝，經910-950℃淬火，水冷，660-690℃回火，空冷的熱處理工藝調質熱處理后鋼材的屈服強度≥550MPa，抗拉強度≥660MPa，斷后伸長率≥21％，斷面收縮率≥72％，-46℃低溫沖擊功≥130J，-60℃低溫沖擊功≥90J且具有較好的焊接性能。

本發明具體技術方案如下：

一種低成本、耐低溫、高強度深海采油樹設備連接器用鋼，含有以下重量百分比的化學成分：