[發明專利]一種長壽命高強韌耐腐蝕水下采油樹閥體用鋼及其熱處理方法和生產方法

有效

• 申請號: 202210209972.6
• 申請日: 2022-03-04
• 公開（公告）號: CN114561593B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 楊志強;汪開忠;胡芳忠;王自敏;陳世杰;吳林;楊少朋;金國忠
• 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;C22C38/04;C22C38/44;C22C38/42;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: 尹婷婷

本發明公開了一種長壽命高強韌耐腐蝕水下采油樹閥體用鋼及其熱處理方法和生產方法，所述水下采油樹閥體用鋼主要包括如下成分C、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、Al，本發明通過控制鋼中化學成分的組成及各成分之間的關系及用量，使得水下采油樹閥體用鋼閥體1/4厚度處抗拉強度≥860MPa、屈服強度≥690MPa、?46℃KV₂≥230J、A≥20％、Z≥70％；在海水環境中的腐蝕速率≤0.07mm/a；在海水環境中腐蝕2×10⁷周次后的疲勞強度≥350MPa，其性能滿足嚴苛環境下水下采油樹的需求。

技術領域

本發明屬于合金鋼技術領域，涉及一種長壽命高強韌耐腐蝕水下采油樹閥體用鋼及其熱處理方法和生產方法。

背景技術

我國是石油消耗第二大國，天然氣消耗第三大國，為了提高能源自給率及能源安全，國家大力發展國內油氣鉆采，尤其加大了深海油氣資源的開發。據報道我國目前的陸地油氣鉆采深度已超過7300米，海洋油氣鉆采深度已接近3000米。采油樹是油氣開采的必備裝置，我國采用的采油樹均為進口，嚴重影響我國油氣安全。采油樹有多個模塊(閥體)組成，對材料的強韌性等要求較高。尤其是水下采油樹，對低溫韌性、耐蝕性要求更高。采油樹閥體通常采用4130鋼制造，但是隨著油氣開采環境的惡化，4130不能滿足水下采油樹要求。

專利CN 102839331 A公開了一種高韌性耐腐蝕鋼及其制造方法，用于制造采油樹本體。該專利中Cr含量高達12-14％，材料的屈服強度≥517MPa，-46℃沖擊功≥27J。該專利Cr含量較高，成本高，屈服強度雖然提高到517MPa但仍然較低，并且低溫韌性較差，在更加嚴格的低溫環境下，韌性會不足。

專利CN 112281069 A公開了一種深海采油樹裝備用8630超長鍛件的生產方法，采用該專利的鍛造工藝，所得到的材料屈服強度≥580MPa，-29℃沖擊功≥30J，材料的低溫韌性較低。

上述專利公開的采油樹鋼的性能均不能滿足低溫下的使用要求，并且并未對使用壽命進行考察。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種長壽命高強韌耐腐蝕水下采油樹閥體用鋼及其熱處理方法和生產方法，本發明可實現采油樹閥體屈服強度≥690MPa、-46℃KV₂≥230J、在海水環境腐蝕速率≤0.07mm/a，其在海水環境中腐蝕2×10⁷周次后的疲勞強度≥350MPa，能夠滿足更嚴苛海水環境采油樹的使用要求，適用于制造水下采油樹閥體。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種長壽命高強韌耐腐蝕水下采油樹閥體用鋼，包括如下重量百分比的化學成分：C 0.22％～0.28％、Si 0.15％～0.35％、Mn 1.1％～1.4％、Cr 1.3％～1.5％、Mo0.5％～0.6％、Ni 0.30％～0.40％、Cu 0.30％～0.50％、Al 0.015％～0.035％、P≤0.015％、S≤0.015％、N≤0.0080％、O≤0.004％，其余為Fe和其它不可避免的雜質；

其中，A＝457×(C-0.077×Cr)+45×Cr+80×Si+50×Mn+10×Mo+96×Cu，230≤A≤275；

D＝30×Ni+20×Mo+16×Cu+22×Mn-12×Si×Mn+28×C-10×C×Mn，D≥52.5，優選D為53～65；

X＝26×Cu+4×Ni+1.2×Cr-1.5×Si-7×Cu×Ni-5×Mn，X≥5.4，優選X為5.5～7.5；

A、D、X值的計算公式中，各元素所指數值＝該元素在鋼中含量×100。

為了生產得到具有優秀的強韌性、耐腐蝕及疲勞性能，能夠滿足更嚴苛的水下環境使用要求的高強韌耐蝕水下采油樹閥體，本發明進行了如下控制：