[发明专利]具备高强度高韧性及抗SSC性能的无缝钢管及制备方法

说明书

本发明提供了一种具备高强度高韧性及抗SSC性能的无缝钢管及制备方法。相对于其总重量而言，无缝钢管包括0.15～0.30％的C元素、0.15～0.60％的Si元素、0.40～1.0％的Mn元素、0.60～1.5％的Cr元素、0.80～1.50％的Mo元素、0.035～0.085％的Nb元素、0.008～0.035％的Al元素、0～0.012％的P元素、0～0.003％的S元素、0～0.0020％的O元素、0～0.0050％的N元素和0～0.0002％的H元素和余量的Fe元素。将上述各元素的比例限定在上述范围内，有利于发挥各元素间的协同作用，使得制得的无缝钢管兼具优异的强度、韧性和抗SSC性。

技术领域

本发明涉及钢管制造领域，具体而言，涉及一种具备高强度高韧性及抗SSC性能的无缝钢管及制备方法。

背景技术

硫化氢气体是油气资源开采过程中常见的酸性气体。世界油气井中大约1/3含有硫化氢气体。我国许多油田如四川、长庆、华北、新疆、江汉等油田的油气层中都含有硫化氢气体。近年，随着腐蚀性低的浅井不断枯竭，腐蚀性高的高压深井开发数量在不断增加，对油井和气井中所使用的油套管提出了更加苛刻的服役性能要求。

普通油套管用于含H₂S的油气资源开采时，油套管在使用应力和H₂S气体的作用下，往往会在受力远低于其本身的屈服强度时就突然发生脆断(这种现象称为硫化物应力腐蚀开裂，简称SSC)，从而造成油套管或整口井的报废。

深井/超深井以及更加复杂和严酷的服役条件对油井用无缝钢管提出了更高的要求：油井用无缝钢管既要具有很高的强度和抗开裂性能，以承受井下高温高压等恶劣的工况条件，同时还要具有一定的抗硫化氢应力腐蚀性能。

一般钢管材料随着强度的提高，冲击韧性和抗SSC性能会有一定程度的削弱。随着屈服强度超过125ksi，特别是达到140/150ksi，钢的韧性和抗SSC性能的指标往往更加难以达到。油井用无缝钢管耐SSC性能与冲击韧性主要取决于钢材的化学成分、微观组织和钢中夹杂物的数量、大小和分布状态等。因此，超深井用超高强度抗硫化氢应力腐蚀套管的开发难度较大，被称为是世界性的技术难题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具备高强度高韧性及抗SSC性能的无缝钢管及制备方法，以解决现有的无缝钢管无法兼具高强度、高韧性和优异的抗SSC性的问题。

为了实现上述目的，本发明一个方面提供了一种无缝钢管，相对于无缝钢管的总重量而言，无缝钢管包括0.15～0.30％的C元素、0.15～0.60％的Si元素、0.40～1.0％的Mn元素、0.60～1.5％的Cr元素、0.80～1.50％的Mo元素、0.035～0.085％的Nb元素、0.008～0.035％的Al元素、0～0.012％的P元素、0～0.003％的S元素、0～0.0020％的O元素、0～0.0050％的N元素和0～0.0002％的H元素和余量的Fe元素。

进一步地，相对于无缝钢管的总重量而言，无缝钢管包括0.30～0.45％的Si元素。

进一步地，相对于无缝钢管的总重量而言，无缝钢管包括0.025～0.035％的Al元素。

进一步地，Si元素与Al元素的重量比为25～34:2。

进一步地，相对于无缝钢管的总重量而言，无缝钢管包括0.70～0.85％的Mn元素。

进一步地，相对于无缝钢管的总重量而言，无缝钢管包括0.95～1.15％的Cr元素。

进一步地，相对于无缝钢管的总重量而言，无缝钢管包括0.85～0.98％的Mo元素。

进一步地，相对于无缝钢管的总重量而言，无缝钢管包括0.050～0.085％的Nb元素。