低合金油井用鋼管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油井用鋼管及其制造方法，更詳細(xì)而言，涉及用于油井和天然氣井用 的套管、管道等的、低合金油井用鋼管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于油井、天然氣井（以下，將油井和天然氣井總稱為"油井"）的深井化要求油井 用鋼管的高強(qiáng)度化。以往，80ksi級(jí)（屈服應(yīng)力為80~95ksi、即551~654MPa)、95ksi級(jí)（屈服 應(yīng)力為95~110ksi、即654~758MPa)的油井用鋼管被廣泛利用。然而，最近開始利用llOksi 級(jí)（屈服應(yīng)力為110~125ksi、即758~862MPa)的油井用鋼管。
[0003] 最近開發(fā)的深井大多含有具有腐蝕性的硫化氫。因此，油井用鋼管不僅要求為高 強(qiáng)度、還要求耐硫化物應(yīng)力裂紋性(耐Sulf ide Stress Cracking性：以下，稱耐SSC性）。
[0004] 作為以往的95~llOksi級(jí)的油井用鋼管的耐SSC性的改善策略，已知有使鋼潔凈 化、或使鋼組織微細(xì)化的方法。例如，日本特開昭62-253720號(hào)公報(bào)提出降低Mn、P等雜質(zhì)元 素改善耐SSC性的方法。日本特開昭59-232220號(hào)公報(bào)提出通過實(shí)施2次淬火處理來使晶粒 微細(xì)化、改善耐SSC性的方法。
[0005] 根據(jù)油井用鋼管的高強(qiáng)度化的要求，最近開始使用125ksi級(jí)（屈服應(yīng)力為862~ 965MPa)的油井用鋼管。進(jìn)而，具有140ksi(屈服應(yīng)力為965MPa)以上的屈服強(qiáng)度的油井用鋼 管的要求增高。
[0006] 對(duì)于硫化物應(yīng)力裂紋(SSC)，強(qiáng)度變得越高越容易產(chǎn)生。因此，對(duì)于140ksi以上的 油井用鋼管，與以往的95ksi級(jí)、llOksi級(jí)的和125ksi級(jí)這樣的油井用鋼管相比，要求耐SSC 性的進(jìn)一步改善。
[0007] 日本特開平6-322478號(hào)公報(bào)、日本特開平8-311551號(hào)公報(bào)、日本特開平11-335731 號(hào)公報(bào)、日本特開2000-178682號(hào)公報(bào)、日本特開2000-256783號(hào)公報(bào)、日本特開2000-297344號(hào)公報(bào)、日本特開2000-119798號(hào)公報(bào)、日本特開2005-350754號(hào)公報(bào)和日本特開 2006-265657號(hào)公報(bào)提出高強(qiáng)度油井管用鋼的耐SSC性的改善策略。
[0008] 日本特開平6-322478號(hào)公報(bào)提出通過感應(yīng)加熱熱處理來使鋼組織微細(xì)化，改善 125ks i級(jí)鋼材的耐SSC性的方法。日本特開平8-311551號(hào)公報(bào)提出利用直接淬火法提高淬 透性、提高回火溫度從而改善11 〇ks i級(jí)~140ks i級(jí)鋼管的耐SSC性的方法。日本特開平11 -335731號(hào)公報(bào)提出通過調(diào)節(jié)成最適的合金成分來改善llOksi級(jí)~140ksi級(jí)低合金鋼的耐 SSC性的方法。日本特開2000-178682號(hào)公報(bào)、日本特開2000-256783號(hào)公報(bào)和日本特開 2000-297344號(hào)公報(bào)提出控制碳化物形態(tài)、改善llOksi級(jí)~140ksi級(jí)低合金油井管用鋼的 耐SSC性的方法。日本特開2000-119798號(hào)公報(bào)提出使微細(xì)的V碳化物大量析出而延遲 llOksi級(jí)~125ksi級(jí)鋼材的SSC產(chǎn)生時(shí)間的方法。日本特開2005-350754號(hào)公報(bào)提出將位錯(cuò) 密度和氫擴(kuò)散系數(shù)控制在期望的值、改善125ksi級(jí)以上油井用鋼管的耐SSC性的方法。日本 特開2006-265657號(hào)公報(bào)提出含有大量C、且水冷時(shí)在400~600°C下停止水冷、在400~600 °〇下實(shí)施等溫相變熱處理(等溫淬火處理），生成貝氏體單相組織，由此改善125ksi級(jí)以上 油井管用鋼的耐SSC性的方法。
[0009] 現(xiàn)有專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] 專利文獻(xiàn)1:日本特開昭62-253720號(hào)公報(bào) [0012] 專利文獻(xiàn)2:日本特開昭59-232220號(hào)公報(bào) [0013] 專利文獻(xiàn)3:日本特開平6-322478號(hào)公報(bào) [0014] 專利文獻(xiàn)4:日本特開平8-311551號(hào)公報(bào) [0015] 專利文獻(xiàn)5:日本特開平11-335731號(hào)公報(bào) [0016] 專利文獻(xiàn)6:日本特開2000-178682號(hào)公報(bào) [0017] 專利文獻(xiàn)7:日本特開2000-256783號(hào)公報(bào) [0018] 專利文獻(xiàn)8:日本特開2000-297344號(hào)公報(bào) [0019] 專利文獻(xiàn)9:日本特開2000-119798號(hào)公報(bào) [0020] 專利文獻(xiàn)10:日本特開2005-350754號(hào)公報(bào) [0021] 專利文獻(xiàn)11:日本特開2006-265657號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 發(fā)明要解決的問題
[0023]然而，即便應(yīng)用上述專利文獻(xiàn)中所公開的技術(shù)，對(duì)于具有140ksi以上屈服強(qiáng)度的 油井用鋼管有時(shí)也不能穩(wěn)定地得到優(yōu)異的耐SSC性。
[0024]本發(fā)明的目的在于提供具有965MPa(140ksi)以上的屈服應(yīng)力、穩(wěn)定地得到優(yōu)異的 耐SSC性的低合金油井用鋼管。
[0025] 本發(fā)明的低合金油井用鋼管具備：以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.40~0.65%、Si :0.05~ 0·50%、Μη:0· 10~1.00%、卩：0.020%以下、5:0.0020%以下、(：11:0.15%以下、0 :0.40~ 1.50%、Mo:0.50~2.50%、V:0.05~0.25%、Ti :0~FS0.01%、Nb:0.01~0.2%、sol.Al: 0.010~0.100%川 :0.006%以下、8:0~0.0015%、和〇3:0~0.003%，余量由卩6和雜質(zhì)構(gòu)成 的化學(xué)組成；以及由回火馬氏體、和以體積分?jǐn)?shù)計(jì)為不足0~2%的殘留奧氏體構(gòu)成的組織， 組織中的原始奧氏體晶粒的晶粒度編號(hào)為9.0以上，回火馬氏體中，由板條束、板條塊和板 條的邊界之中晶體取向差為15°以上的邊界包圍的亞結(jié)構(gòu)的圓當(dāng)量直徑為3μπι以下。
[0026] 本發(fā)明的低合金油井用鋼管的制造方法具備:將具備上述化學(xué)組成的原材料進(jìn)行 熱加工制成管坯的熱加工工序;對(duì)于管坯實(shí)施將管坯溫度在500°C~100°C之間的冷卻速度 設(shè)定為l°C/s~不足15°C/s，停止冷卻的管坯溫度設(shè)定為100°C以下的淬火的最終淬火工 序;和對(duì)淬火后的管坯實(shí)施回火的工序。
[0027]本發(fā)明的低合金油井用鋼管具有965MPa(140ksi)以上的屈服應(yīng)力、穩(wěn)定地得到優(yōu) 異的耐SSC性。
【附圖說明】
[0028]圖1為亞結(jié)構(gòu)的粒徑為2.6μπι的組織的原始奧氏體晶界圖。
[0029]圖2為亞結(jié)構(gòu)的粒徑為2.6μπι的組織的大角度晶界圖。
[0030]圖3為亞結(jié)構(gòu)的粒徑為4. Ιμπι的組織的原始奧氏體晶界圖。
[0031]圖4為亞結(jié)構(gòu)的粒徑為4. ΙμL?的組織的大角度晶界圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。本說明書中的"％"除另有說明外是質(zhì) 量％的含義。
[0033] 本發(fā)明人等對(duì)具有965MPa以上的屈服強(qiáng)度的低合金油井用鋼管的耐SSC性進(jìn)行調(diào) 查和研究，得到以下見解。
[0034] (1)對(duì)于高強(qiáng)度低合金油井用鋼管，為了穩(wěn)定地確保優(yōu)異的耐SSC性，使用C含量為 0.40 %以上的C含量高的鋼是有效的。其理由如下。
[0035] 通常，低合金油井用鋼管通過熱制管后的淬火和回火從而調(diào)節(jié)為以回火馬氏體為 主體的金相組織。一直以來認(rèn)為回火工序中的碳化物越球狀化，耐SSC性越高。并且，析出的 碳化物主要為滲碳體，包含其它合金碳化物(Mo碳化物、V碳化物、Nb碳化物、含有Ti時(shí)的Ti 碳化物）。碳化物在晶界析出時(shí)，碳化物的形狀越扁平，越容易以這些碳化物為起點(diǎn)產(chǎn)生 SSC。換言之，碳化物越接近球狀，越不易由晶界碳化物產(chǎn)生SSC，耐SSC性增高。因此，為了提 高耐SSC性，碳化物、尤其滲碳體的球狀化是理想的。
[0036]已知碳化物的球狀化可以通過在盡量高的溫度下進(jìn)行回火來實(shí)現(xiàn)。然而，高溫下 的回火降低鋼管內(nèi)的位錯(cuò)密度。位錯(cuò)密度的降低自身對(duì)耐SSC性的提高是有效的。然而，一 般招致強(qiáng)度的降低。位錯(cuò)變?yōu)闅涞牟东@點(diǎn)（TRAP SITE)，因此位錯(cuò)密度高時(shí)，難以穩(wěn)定地確 保優(yōu)異的耐SSC性。Mo、V等高抗回火軟化的合金元素的含有對(duì)抑制由高溫回火導(dǎo)致的強(qiáng)度 降低是有效的。然而，其效果是有限的。
[0037]若含有C為0.40%以上，則促進(jìn)碳化物、尤其是滲碳體的球狀化，進(jìn)而，碳化物在鋼 中大量析出。因此，不依賴于位錯(cuò)密度，可以實(shí)現(xiàn)基于析出強(qiáng)化的鋼的強(qiáng)化。即，對(duì)于C含量 高的低合金鋼，通過適當(dāng)?shù)幕鼗饤l件進(jìn)行回火，由此可以期待確保由基于大量的碳化物的 析出的析出強(qiáng)化帶來的強(qiáng)度、和確保由該碳化物的球狀化帶來的耐SSC性。
[0038]由此，若C含量為0.40%以上，則碳化物大量析出和分散，因此可以通過析出強(qiáng)化 進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度而不依賴位錯(cuò)密度。若C含量為0.40%以上，則進(jìn)一步使?jié)B碳體中的合 金元素濃度降低，滲碳體球狀化。因此，得到高強(qiáng)度、且耐SSC性穩(wěn)定化。若C含量為0.40 %以 上則進(jìn)一步提高組織中的馬氏體的體積分?jǐn)?shù)。馬氏體的體積分?jǐn)?shù)越高，回火后的位錯(cuò)密度 越降低，因此耐SSC性也穩(wěn)定化。
[0039] 為了得到965MPa以上的屈服強(qiáng)度，優(yōu)選組織實(shí)質(zhì)上為回