[发明专利]高强度耐硫化氢环境腐蚀的无缝石油套管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种符合125ksi钢级的耐硫化氢环境腐蚀的无缝油套管及其制造方法。

背景技术

世界现有油气田中的约1/3都含有硫化氢气体，这些酸性的硫化氢气体会使钢铁材料发生硫化物应力腐蚀开裂(Sulfide Stress Cracking)，这一问题在高强度低合金钢(High Strength Low Alloy Steel)中表现的尤为突出。由于油井管的抗硫化氢腐蚀性能直接关系到油田设备及人员的安全，因此HSLA钢的抗硫性能成为了各油井管生产企业和油田用户重点关注的问题。石油公司在钢管采购时除要求产品满足API标准外，还经常会有抗硫化氢腐蚀性能的要求，即要求钢管用材符合NACE MR0175的标准，并按NACE TM0177标准进行SSCC(Sulfide Stress Corrosion Cracking)试验。

在过去的几十年里，高强度抗硫管的生产技术获得了突飞猛进的发展，其最小名义屈服强度(Specified Minimum Yield Strength)从80ksi(552MPa)、90ksi(621MPa)、95ksi(655MPa)一直提高到110ksi(758MPa)。API已经将90和95ksi钢级的抗硫管收入到API 5CT/ISO11960标准中，并分别命名为C90和T95。100和110ksi钢级的抗硫管还未收入标准，一般被称为C100和C110。至于125ksi(862MPa)钢级的抗硫套管，虽然存在一些报导，但其商品化仍存在相当的难度。例如日本专利申请特开平6-322478、特开平8-311551和特开2006-265657中的感应加热和直接淬火等工艺在现场大生产实施中都存在较大的困难；而日本专利申请特开平11-335731、特开2000-178682号公报、特开2000-256783、特开2000-297344和特开2000-119798都采用了B元素以提高淬透性，但加B后必须加入Ti以防止产生脆性BN，增加了冶炼的控制难度和材料性能的波动，此外，这些专利申请还采用了W、Zr等合金元素以提高材料的回火抗力和增强析出强化效果，大大提高了合金成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无缝石油套管，其符合125ksi钢级要求并具有优良抗硫化氢腐蚀性能。

本发明的另一个目的在于提供所述石油套管的一种制备方法。

本发明所提供的石油套管，具有如下成分质量百分比(wt％)：

C：     0.25～0.35％，

Si：    0.1～0.5％，

Mn：    0.4～1.0％，

Cr：    0.1～2.0％，

Mo：    0.2～2.0％，

V：     0.03～0.3％，

Nb：    0.01～0.3％，

P：     ＜0.015％，

S：     ＜0.010％，

余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明所提供的制造上述无缝石油套管的方法，包括炼钢、二次精炼、连铸、热轧穿孔、空冷、预备热处理和最终热处理，所述预备热处理的加热温度为900～930℃，保温时间不超过30min，所述最终热处理为调制热处理，其淬火加热温度为930～1000℃，保温时间在45min以上，其回火温度在650℃以上。

优选地，所述预备热处理为正火或调制热处理。

优选地，所述方法还包括热矫直。

优选地，所述热矫直的温度在480℃以上。

下面将进一步说明本发明。

高钢级抗硫套管不仅要求材料具有较高的强度，同时还要求具有一定的抗硫化氢腐蚀能力，然而强度与抗硫性能往往是一对矛盾，较高的强度一般会引起抗硫性能的降低，而为了获得较高的抗硫性能，通常必须牺牲一定的强度指标。在本发明中，申请人发现高强度Cr-Mo合金钢的晶界附近析出的粗大碳化物如M₂₃C₆、M₃C等会在受力过程中成为发生开裂的薄弱点，导致晶间腐蚀开裂的发生，直接影响材料的抗硫性能。申请人还发现通过添加微量合金元素可以抑制粗大的碳化物析出，并使细小的碳化物呈弥散均匀分布，从而有效提高Cr-Mo钢的抗晶间腐蚀开裂能力，改善其抗硫性能。钢中的微量合金元素并不是单独发挥作用的，申请人采用复合添加的方式，用较少的合金元素加入量获得最佳的强化效果，达到成本效益的最大化。以下将本发明合金成分的设计进行说明：