一种95Ksi钢级抗硫化氢应力腐蚀的油井管用低合金钢的制作方法

　　本发明涉及一种油田用钢管生产技术领域，具体是一种95Ksi钢级抗硫化氢应力腐蚀的油井管用低合金钢。

　　背景技术：

　　普通油套管在用于含硫化氢的油气资源开采时,油套管在使用应力和硫化氢气体的作用下,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，这种现象被称作为硫化物应力腐蚀，简称SSCC，从而造成油套管或整口井的报废，如果剧毒硫化氢外泄，将会对钻井周围的人、生态环境和设备造成巨大的破坏，因此,开采含硫化氢的油气田必须使用抗硫油套管；随着世界上较易开发的油气田逐渐枯竭，以及各国对于能源需求的不断增长，迫使人们不得不转向开采地质条件更为恶劣的含硫化氢油气田。

　　世界油气田中大约1/3含有硫化氢气体，在我国的几个大油气田中，如四川、长庆、中原、华北、塔里木等油气田都含有不同程度的H2S气体；国外也有许多含硫化氢的油气田，如美国的巴拿马油田、加拿大的阿尔伯达油田等。

　　普遍认为SSCC的本质属氢脆，SSCC属低应力破裂，发生SSCC的应力值通常远低于钢材的抗拉强度，SSCC具有脆性机制特征的断口形貌，穿晶和沿晶破坏均可观察到，一般高强度钢多为沿晶破裂，SSCC破坏多为突发性，裂纹产生和扩展迅速，对SSCC敏感的材料在含H2S酸性油气中，经短暂暴露后，就会出现破裂，以数小时到三个月情况为多；发生SSCC钢的表面无须有明显的一般腐蚀痕迹，SSCC可以起始于构件的内部，不一定需要一个做为开裂起源的表面缺陷；因此，它不同于应力腐蚀开裂SSCC必须起始于正在发展的腐蚀表面。

　　影响耐腐蚀性的因素很多，包括化学成分设计、夹杂物、气体含量、晶粒度、轧制工艺、热处理等，并且各影响因素之间相互关联，尤其是夹杂物、晶粒度和成分控制的影响非常显著；高强度条件下且具有低硬度和优异的耐硫化氢应力腐蚀的性能是此类钢管开发的更大难点，攻克这一难关对开采含有硫化氢的油气田具有重要意义。

　　技术实现要素：

　　本发明的目的在于提供一种有优良的理化性能和抗硫化氢应力腐蚀性能的95Ksi钢级抗硫化氢应力腐蚀的油井管用低合金钢，以解决上述背景技术中提出的问题。

　　为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

　　一种95Ksi钢级抗硫化氢应力腐蚀的油井管用低合金钢，所述低合金钢按照质量百分数的组成成分为：0.16-0.28％C、0.15-0.33％Si、0.4-0.7％Mn、0.001-0.013％P、0.0001-0.004％S、0.8-1.2％Cr、0.4-0.6％Mo、0.02-0.08％V、0.0003-0.0025％B、0.002-0.012％N、0-0.05％Zr、0-0.4％Ni：、0-0.2％Cu、0-0.01％La、0-0.003％O、0-0.00015％H，其余为Fe和杂质。

　　作为本发明进一步的方案：所述杂质包括Sb、Bi、Pb、As、Sn、O、H、N,其中:Sb≤0.01％，Bi≤0.01％，Pb≤0.01％、As≤0.015％、Sn≤0.015％、O≤0.002％、H≤0.00015％。

　　作为本发明再进一步的方案：所述95Ksi钢级抗硫化氢应力腐蚀的油井管用低合金钢的制备方法，包括以下步骤：

　　1)钢的冶炼和成型：铁水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1610℃-1650℃时，进行VD炉真空处理，真空度15Pa-40Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间10min-15min，采用这种方式冶炼保证了钢质的纯净度，钢液温度在1500℃-1560℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1150℃-1260℃时进行连续轧制，圆管坯的变形比≥4，然后冷却到室温；

　　2)钢的轧制：圆管坯加热到1180℃-1260℃，穿孔前温度1140℃-1200℃，斜轧前温度920℃-1140℃，张力减径前温度810℃-960℃；

　　3)钢的调质处理：淬火温度为890℃-920℃，水冷；回火温度为675℃-695℃，空冷；

　　4)钢的矫直：回火后趁温，在500℃-600℃时，将钢管矫直。

　　作为本发明再进一步的方案：所述步骤1中，圆管坯奥氏体平均晶粒度细于6级。

　　与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的低合金钢配比合理，配比后经冶炼、成型、轧制、调质处理后，具有优良的理化性能和抗硫化氢应力腐蚀性能、其抗硫化氢应力腐蚀门槛值达到90％YSmin，实现了高钢级钢管的高强度和低硬度的良好匹配，高于API要求；经调质处理后的低合金钢抗拉强度≥724MPa，屈服强度为655～758MPa，延伸率≥15％，屈强比≤0.92；端面硬度≤HRC25.4且硬度变化≤HRC3.0，所述低合金钢管0℃的夏比V型缺口纵向全尺寸冲击功≥130J；低合金钢管0℃的夏比V型缺口横向全尺寸冲击功≥100J，晶粒度10-12级；采用本发明的低合金钢调质处理后具备较高的强度和低的硬度，又具备良好的韧性和塑性，其抗硫化氢应力腐蚀门槛值达到90％YSmin，高于API要求，可以广泛用于含有硫化氢应力腐蚀的环境中，特别是含有硫化氢环境的油井中。

　　具体实施方式

　　下面结合具体实施方式对本**的技术方案作进一步详细地说明。

　　实施例1

　　一种95Ksi钢级抗硫化氢应力腐蚀的油井管用低合金钢，所述低合金钢按照质量百分数的组成成分为：0.16-0.28％C、0.15-0.33％Si、0.4-0.7％Mn、0.001-0.013％P、0.0001-0.004％S、0.8-1.2％Cr、0.4-0.6％Mo、0.02-0.08％V、0.0003-0.0025％B、0.002-0.012％N、0-0.05％Zr、0-0.4％Ni：、0-0.2％Cu、0-0.01％La、0-0.003％O、0-0.00015％H，其余为Fe和杂质。

　　所述杂质包括Sb、Bi、Pb、As、Sn、O、H、N,其中:Sb≤0.01％，Bi≤0.01％，Pb≤0.01％、As≤0.015％、Sn≤0.015％、O≤0.002％、H≤0.00015％。

　　所述95Ksi钢级抗硫化氢应力腐蚀的油井管用低合金钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

　　1)钢的冶炼和成型：铁水先经电炉冶炼，送入LF炉精炼，并喂Al线，钢液温度1610℃-1650℃时，进行VD炉真空处理，真空度15Pa-40Pa，真空前加入Si-Ca线，真空保持时间10min-15min，采用这种方式冶炼保证了钢质的纯净度，钢液温度在1500℃-1560℃时，连铸成圆管坯，然后将圆管坯在1150℃-1260℃时进行连续轧制，圆管坯的变形比≥4，然后冷却到室温，圆管坯奥氏体平均晶粒度细于6级；

　　2)钢的轧制：圆管坯加热到1180℃-1260℃，穿孔前温度1140℃-1200℃，斜轧前温度920℃-1140℃，张力减径前温度810℃-960℃；

　　3)钢的调质处理：淬火温度为890℃-920℃，水冷；回火温度为675℃-695℃，空冷；

　　4)钢的矫直：回火后趁温，在500℃-600℃时，将钢管矫直。

　　所述步骤3中，经调质处理后的低合金钢抗拉强度≥724MPa，屈服强度为655～758MPa，延伸率≥15％，屈强比≤0.92；端面硬度≤HRC25.4且硬度变化≤HRC3.0，所述低合金钢管0℃的夏比V型缺口纵向全尺寸冲击功≥130J；低合金钢管0℃的夏比V型缺口横向全尺寸冲击功≥100J，晶粒度10-12级，平均晶粒度为11级，抗硫化氢应力腐蚀门槛值达到90％YSmin；所述低合金钢应用于含有硫化氢环境的油井中。

　　下面通过实验对实施例1制备的低合金钢的效能做进一步的阐述。

　　通过对本发明实施例1制备的95Ksi钢级的抗硫化氢应力腐蚀的低合金钢进行检测，检测结果如下：

　　1)实际成分检测：

　　随机抽取3个炉号内生产的钢管进行实际成分检测，检测结果如下：

　　1.1)1号炉：0.18％C、0.18％Si、0.5％Mn、0.010％P、0.003％S、0.8％Cr、0.5％Mo、0.2％Ni、0.002％B、0.006％N、0.04％V、0.001％La、0.02％Zr、0.02％Cu；

　　1.2)2号炉：0.20％C、0.20％Si、0.5％Mn、0.009％P、0.001％S、1.0％Cr、0.55％Mo、0.2％Ni、0.002％B、0.007％N、0.04％V、0.001％La、0.03％Zr、0.02％Cu；

　　1.3)3号炉：0.26％C、0.30％Si、0.6％Mn、0.010％P、0.002％S、1.20％Cr、0.60％Mo、0.3％Ni、0.002％B、0.008％N、0.06％V、0.002％La、0.02％Zr、0.02％Cu；

　　不可避免的杂质：Sb、Bi、Pb、As、Sn、O、H、N，其中Sb为0.003％、Bi为0.001％，Pb为0.001％、As为0.006％、Sn为0.003％、O为0.0012％、N为0.0066％、H为0.0001％。

　　炼钢成分控制较低的P、S残量，添加Mn、Cr、Mo等作为主要合金元素，改善钢铁的强度和韧性，提高钢材的淬透能力；加入微量的Zr、B、V元素提高回火稳定性，细化晶粒；Ca改善夹杂物的分布和形态。

　　本发明中非金属夹杂物符合按照GB/T10561中附录A中A、B、C、D和DS评级图进行评级，粗系和细系的检测结果见表2。

　　表2非金属夹杂物

　　本发明的低合金钢具有良好的强韧性匹配，较高的室温屈服强度，优异的延伸率，合适的屈强比，稳定的硬度，该钢管0℃的夏比V型缺口纵向全尺寸冲击功和横向全尺寸冲击功十分优异，晶粒度10-12级。本发明的钢管的性能结果见表3：

　　表3钢管性能检测结果