專利名稱：抗硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性優(yōu)異的低合金油井管用鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于油井或氣井用的套管或管道的、抗硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性優(yōu)異的低合金油井管用鋼。
背景技術(shù)：
隨著油田或氣田的深井化，要求用于油井或氣井的油井管具有很高的強(qiáng)度。即，最近多使用110ksi級(jí)(YS是758～861MPa)的油井管，來取代以往廣泛用作油井管的80ksi級(jí)(屈服應(yīng)力(YS)是551～654MPa)或95ksi級(jí)(YS是654～758MPa)。
另一方面，近年來開發(fā)的深井的環(huán)境多是含有具有腐蝕性的硫化氫。在這樣的環(huán)境下，高強(qiáng)度鋼有時(shí)產(chǎn)生稱為硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋(Sulfide Stress Cracking以下稱為“SSC”。)的氫脆化現(xiàn)象，以至油井管損壞。因此，克服SSC是高強(qiáng)度油井管的最大問題。
作為改善95～110ksi級(jí)的油井管的抗SSC性的方法，以往廣泛使用對(duì)鋼進(jìn)行高度凈化、或?qū)⒔M織細(xì)化等方法。例如，專利文獻(xiàn)1提出了通過減少M(fèi)n、P等雜質(zhì)元素改善抗SSC性的方法。另外，專利文獻(xiàn)2記載有通過2次淬火熱處理使晶粒細(xì)化、改善抗SSC性的方法。
再有，近年來有人開始研究稱為125ksi級(jí)(YS是861～965MPa)的、至今未使用的高強(qiáng)度的油井管。由于SSC越是高強(qiáng)度鋼越容易產(chǎn)生，所以，與以往的95ksi級(jí)(YS是654～758MPa)或110ksi級(jí)(YS是758～861MPa)的油井管相比，要求進(jìn)一步改善材質(zhì)。專利文獻(xiàn)3提出的是通過感應(yīng)加熱熱處理來獲得使組織細(xì)化的抗SSC性優(yōu)異的125ksi級(jí)的鋼材的方法。專利文獻(xiàn)4提出的是使用直接淬火法、通過提高淬透性或回火溫度，制造抗SSC性優(yōu)異的110～125ksi級(jí)以及140ksi級(jí)(YS是965～1068MPa)的鋼管的方法。專利文獻(xiàn)5提出的是通過合金成分的最優(yōu)化來獲得110～140ksi級(jí)的抗SSC性優(yōu)異的低合金鋼的技術(shù)。專利文獻(xiàn)6、專利文獻(xiàn)7以及專利文獻(xiàn)8提出的是控制碳化物的形態(tài)來改善110～140ksi級(jí)的低合金油井用鋼的抗SSC性的方法。另外，專利文獻(xiàn)9提出的是通過大量析出微細(xì)的V系碳化物來延遲110～125ksi級(jí)的鋼材的SSC的發(fā)生時(shí)間的技術(shù)。
專利文獻(xiàn)1 日本專利特開昭62-253720號(hào)專利文獻(xiàn)2 日本專利特開昭59-232220號(hào)專利文獻(xiàn)3 日本專利特開平6-322478號(hào)專利文獻(xiàn)4 日本專利特開平8-311551號(hào)專利文獻(xiàn)5 日本專利特開平11-335731號(hào)專利文獻(xiàn)6 日本專利特開2000-178682號(hào)專利文獻(xiàn)7 日本專利特開2000-256783號(hào)專利文獻(xiàn)8 日本專利特開2000-297344號(hào)專利文獻(xiàn)9 日本專利特開2000-119798號(hào)發(fā)明內(nèi)容但是，這些提案的發(fā)明的鋼，也很難說就能穩(wěn)定地確?？筍SC性。本發(fā)明的目的在于提供一種即使用于125ksi級(jí)以上的高強(qiáng)度的油井管，也能穩(wěn)定地確保優(yōu)異的抗SSC性的抗SSC油井管用鋼。
本發(fā)明人著眼于其位錯(cuò)密度和氫擴(kuò)散系數(shù)，對(duì)高強(qiáng)度的油井管用鋼的SSC的發(fā)生原因和其解決手段進(jìn)行了各種研究，結(jié)果如下，發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)密度和氫擴(kuò)散系數(shù)與抗SSC性相關(guān)。
(a)可以認(rèn)為高強(qiáng)度鋼容易產(chǎn)生SSC的原因是由于強(qiáng)度越高結(jié)晶的位錯(cuò)密度越容易增大，擴(kuò)散性氫大多吸留在該位錯(cuò)部位的緣故。因此，為了使其不容易產(chǎn)生SSC，即使是高強(qiáng)度鋼，只要通過極力降低結(jié)晶的位錯(cuò)密度，減少位錯(cuò)部位來減少被捕獲的氫即可。
(b)也可以認(rèn)為高強(qiáng)度鋼產(chǎn)生SSC，是由于氫向點(diǎn)蝕的底等的應(yīng)力集中部聚集的緣故。因此，為了使其不容易產(chǎn)生SSC，只要防止氫向應(yīng)力集中部聚集即可，為此，只要進(jìn)行阻礙材料中的氫擴(kuò)散的材料設(shè)計(jì)即可。
(c)位錯(cuò)密度由用X線衍射法求得的[211]晶面的半幅值(晶格的變形程度)決定，而且，材料中的氫的擴(kuò)散由用氫透過法求得的鋼的氫擴(kuò)散系數(shù)決定。
(d)因此，如果能將半幅值和氫擴(kuò)散系數(shù)控制為希望值，則能提供抗SSC性優(yōu)異的高強(qiáng)度的油井管。
本發(fā)明是基于這樣的新見解完成的，本發(fā)明的高強(qiáng)度的油井管用鋼如以下的(1)～(5)。以下將這些(1)～(5)的鋼的發(fā)明總稱為本發(fā)明。
(1)一種低合金油井管用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.2～0.35％，Si0.05～0.5％，Mn0.05～1.0％，P0.025％以下，s0.01％以下，Al0.005～0.10％，Cr0.1～1.0％，Mo0.5～1.0％，Ti0.002～0.05％，V0.05～0.3％，B0.0001～0.005％，N0.01％以下，O(氧)0.01％以下，Nb0～0.1％，Ca0～0.01％，Mg0～0.01％以及Zr0～0.1％，半幅值H和氫擴(kuò)散系數(shù)D(10-6cm2/s)滿足下式(1)，30H+D≤19.5.....................式(1)。
(2)上述(1)所述的低合金油井管用鋼中，其特征在于，屈服應(yīng)力為861MPa以上。
(3)上述(1)或(2)所述的低合金油井管用鋼中，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有Nb0.1％以下。
(4)上述(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的低合金油井管用鋼中，其特征在于，含有Ca和Mg中的1種或2種，其中，以質(zhì)量％計(jì)，Ca0.01％以下，Mg0.01％以下。
(5)上述(1)～(4)中任一項(xiàng)所述的低合金油井管用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有Zr0.1％以下。
根據(jù)本發(fā)明，能穩(wěn)定地提供即使是屈服應(yīng)力(YS)為861MPa以上的高強(qiáng)度，也具有優(yōu)異的抗SSC性的油井管。


圖1表示氫透過試驗(yàn)裝置的示意圖。
圖2是表示氫透過試驗(yàn)的測定結(jié)果的氫透過電流值的圖。
圖3是整理定載荷試驗(yàn)結(jié)果的圖，橫軸是半幅值H，縱軸是氫擴(kuò)散系數(shù)D(10-6cm2/s)。
圖4表示對(duì)表1的鋼(a)調(diào)查總加工度與半幅值的相關(guān)性的結(jié)果。
圖5表示對(duì)表1的鋼(a)調(diào)查終軋溫度和半幅值的相關(guān)性以及終軋溫度和氫擴(kuò)散系數(shù)的相關(guān)性的結(jié)果。
圖6表示對(duì)表1的鋼(a)調(diào)查淬火溫度和半幅值以及淬火溫度和氫擴(kuò)散系數(shù)的相關(guān)性的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
以下詳細(xì)說明本發(fā)明的高強(qiáng)度的油井管鋼水。
A.關(guān)于鋼的半幅值以及氫擴(kuò)散系數(shù)本發(fā)明的油井管用鋼，由于必須控制成半幅值以及氫擴(kuò)散系數(shù)滿足式(1)，所以首先說明測定鋼的半幅值以及氫擴(kuò)散系數(shù)的方法。
對(duì)于具有表1所示的化學(xué)成分的鋼，分別真空熔煉150kg，在熱鍛后進(jìn)行熱軋，然后進(jìn)行淬火回火，制成板狀的鋼材。
表1

注殘余部分是Fe及雜質(zhì)此時(shí)，如表2所表示，使總加工度(％)以及終軋溫度(℃)有多種變化。在此，所謂總加工度(％)是指用100×{(加工前的板狀鋼材的橫截面積)-(最終加工后的橫截面積)}/(加工前的)板狀鋼材的橫截面積)表示的值。
表2

淬火回火是為了將鋼材的強(qiáng)度(YS)調(diào)整到125ksi級(jí)的上限附近，具有如圖2所示的強(qiáng)度。淬火是在各種溫度下保持30分鐘后，用水冷來進(jìn)行的，而回火是在各種溫度下保持1小時(shí)后通過自然冷卻來進(jìn)行的。
從該鋼材上取下尺寸為1×10×10mm3的試樣，用1200號(hào)金剛砂紙研磨后，浸漬在添加了微量的氟酸的常溫的過氧化氫中，在除去了表面的加工硬化層后，進(jìn)行X線衍射實(shí)驗(yàn)，測定[211]晶面頂點(diǎn)的半幅值。
另外，從該鋼材上沿軋制方向取下平行部直徑為6mm、平行部長度為40mm的圓柱形拉伸試樣，在常溫下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，根據(jù)YS的測定值求出試樣的強(qiáng)度。
用定載荷試驗(yàn)以及DCB試驗(yàn)這兩種方法進(jìn)行抗SSC性評(píng)價(jià)。其結(jié)果示于表2。
首先，是用定載荷試驗(yàn)的評(píng)價(jià)，從鋼材上沿軋制方向取下平行部直徑為6.35mm、平行部長度為25.4mm的圓柱形拉伸試樣，按照NACE(National Association of Corrosion Engineers美國腐蝕工程師協(xié)會(huì))TM 0177A法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)浴使用兩種熔液，一種是使0.1atm的硫化氫氣體(二氧化碳平衡)飽和的常溫的5質(zhì)量％的食鹽+0.5質(zhì)量％的醋酸水溶液(以下稱“A浴”。)，另一種是使1atm的硫化氫氣體飽和的常溫的5質(zhì)量％的食鹽+0.5質(zhì)量％的醋酸水溶液(以下稱“B浴”。)。加載表2所示的YS值的90％的應(yīng)力，將經(jīng)720小時(shí)未斷裂的試驗(yàn)材料判定為抗SSC性良好。
接著是用DCB試驗(yàn)的評(píng)價(jià)，從鋼材上取下厚度為10mm、寬度為20mm、長度為100mm的DCB(Double Cantilever BentBeam雙懸臂)試樣，按照NACE TM 0177D法進(jìn)行試驗(yàn)。在A浴和B浴中浸漬336h，測定應(yīng)力擴(kuò)大系數(shù)KISSC值。將其結(jié)果的測定值示于表2。在此，如果應(yīng)力擴(kuò)大系數(shù)KISSC值為25以上，判定為抗SSC性良好。
再從鋼材上取下直徑為70mm、厚度為1.5mm的圓盤狀試樣，用氫透過試驗(yàn)測定氫擴(kuò)散系數(shù)。
圖1表示氫透過試驗(yàn)裝置的示意圖。在此，使氫進(jìn)入側(cè)的小室(陰極室1)內(nèi)充滿上述的SSC試驗(yàn)用的溶液。相反一則的小室(陽極室2)內(nèi)充滿1當(dāng)量的NaOH水溶液，試樣3相對(duì)于參照電極5(在此是銀氯化銀電極)保持固定電位為0V。在陰極室側(cè)產(chǎn)生的氫原子透過試樣，在放出到陽極室側(cè)的時(shí)刻被氧化成氫離子，用恒電位儀4測定此時(shí)在試樣和配極6(在此為鉑配極)之間流過的電流值，作為氫透過電流值。
圖2是表示氫透過試驗(yàn)的測定結(jié)果的氫透過電流值的圖。在試樣浸漬在溶液中之后，隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生氫透過現(xiàn)象，氫透過電流值最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的值(Jmax)，根據(jù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前的過渡過程(曲線的升高)測定反映鋼材的氫捕獲能的氫擴(kuò)散系數(shù)D。在此，依據(jù)下式(2)，根據(jù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的值(Jmax)的一半的時(shí)間t1/2計(jì)算氫擴(kuò)散系數(shù)D。
D＝L2/(7.14t1/2)..................式(2)其中，D氫擴(kuò)散系數(shù)(cm2/s)，L試樣的厚度(cm)，t1/2氫透過電流值達(dá)到穩(wěn)定值的一半時(shí)的時(shí)間(s)。
表2表示氫擴(kuò)散系數(shù)D(10-6cm2/s)的計(jì)算結(jié)果。在表2中，如上所述，也同時(shí)記載了鋼材的制造條件(總加工度、終軋溫度、淬火溫度)、強(qiáng)度(YS)、半幅值H以及SSC試驗(yàn)(定載荷試驗(yàn)、DCB試驗(yàn))的結(jié)果。
圖3是整理定載荷試驗(yàn)的結(jié)果的圖，橫軸是半幅值H，縱軸是氫擴(kuò)散系數(shù)D(10-6cm2/s)。由此可知，半幅值和氫擴(kuò)散系數(shù)都越小，則越能改善抗SSC性。為了作為125ksi級(jí)確保足夠的抗SSC性，認(rèn)為只要使半幅值H和氫擴(kuò)散系數(shù)D(10-6cm2/s)的關(guān)系滿足下式(1)即可。
30H+D≤19.5..................式(1)以下說明減小鋼的半幅值和氫擴(kuò)散系數(shù)的方法。由于本發(fā)明的油井管用鋼，為具有滿足式(1)的半幅值和氫擴(kuò)散系數(shù)的鋼，所以，即使是高強(qiáng)度鋼，也能如以下的(i)～(iv)所示，可通過調(diào)整鋼材的制造條件(總加工度、終軋溫度、淬火溫度)或化學(xué)成分來獲得。
(i)圖4表示對(duì)表1的鋼(a)調(diào)查總加工度與半幅值的相關(guān)性的結(jié)果。由圖4可知，在總加工度過大的情況下，半幅值變大。其原因認(rèn)為是由于在總加工度較大的情況下，在熱處理后還殘留軋制時(shí)的加工變形的緣故。另外，在總加工度過小的情況下，也是半幅值變大。其原因認(rèn)為是在總加工度較小的情況下，由于淬火后的組織晶粒粗化了，所以半幅值變大了。
(ii)圖5表示對(duì)表1的鋼(a)調(diào)查終軋溫度和半幅值的相關(guān)性以及終軋溫度和氫擴(kuò)散系數(shù)的相關(guān)性的結(jié)果。由圖5可知，終軋溫度越高，半幅值以及氫擴(kuò)散系數(shù)越小。其原因認(rèn)為是終軋溫度越高，軋鋼結(jié)束時(shí)，Mo或V等微細(xì)碳化物形成元素越是充分地固溶在鋼中，在以后的熱處理時(shí)，作為微細(xì)碳化物析出的緣故。
(iii)圖6表示對(duì)表1的鋼(a)調(diào)查淬火溫度和半幅值以及淬火溫度和氫擴(kuò)散系數(shù)的相關(guān)性的結(jié)果。由圖6可知，淬火溫度越高，半幅值和氫擴(kuò)散系數(shù)都越小。其原因也與上述(ii)同樣，認(rèn)為是終軋溫度越高，Mo或V等微細(xì)碳化物形成元素越是充分地固溶在鋼中，在以后的回火時(shí)，容易作為微細(xì)碳化物析出的緣故。
(iv)上述表2表明，對(duì)于V含量低的鋼(b)、Mo含量低的鋼(d)，即使用與鋼(a)同樣的條件制造，其半幅值和氫擴(kuò)散系數(shù)也都大，抗SSC性不好。其原因認(rèn)為是用于形成微細(xì)碳化物的V、Mo的量不足的緣故。另外，Cr含量高的鋼(c)半幅值變小了。其原因認(rèn)為是Cr固溶在鋼中增加了位錯(cuò)密度的緣故。
因此，為了充分地降低半幅值和氫擴(kuò)散系數(shù)，需要按質(zhì)量％使Cr為1.0％以下，使Mo為0.5％以上，使V為0.05％以上。
B.關(guān)于鋼的化學(xué)成分對(duì)本發(fā)明的油井管用鋼的化學(xué)成分進(jìn)行說明。而且，在此“％”表示“質(zhì)量％”。
C0.2～0.35％C是對(duì)于提高淬透性、提高強(qiáng)度很有效的元素。若其含量不足0.2％，則淬透性降低，不能獲得足夠的強(qiáng)度。另一方面，由于若其含量超過0.35％，則淬裂性增大，所以使其上限為0.35％。優(yōu)選范圍是0.25～0.30％。
Si0.05～0.5％Si是對(duì)鋼脫氧有效的元素，也具有提高抗回火軟化的效果。從脫氧的目的考慮，需要使該Si含量為0.05％以上。另一方面，若其含量超過0.5％，則促進(jìn)析出作為軟化相的鐵素體相，降低韌性、降低抗SSC性。因此，使Si的含量為0.05～0.5％。優(yōu)選范圍是0.05～0.3％。
Mn0.05～1.0％Mn是對(duì)確保鋼的淬透性有效的元素。從該目的考慮，需要使該Mn含量為0.05％以上。另一方面，若使其含量超過1％，則與P、S等雜質(zhì)元素一起在晶界偏析，降低韌性、降低抗SSC性。因此，使Mn的含量為0.05～1％。優(yōu)選范圍是0.1～0.6％。
P0.025％以下P在晶界偏析，使韌性、抗SSC性降低。由于若其含量超過0.025％，則其影響變顯著，所以，使上限為0.025％。P的上限優(yōu)選是0.015％。更優(yōu)選是P的含量極低。
S0.01％以下S也與P同樣，在晶界偏析，使韌性、抗SSC性降低。由于若其含量超過0.01％，則其影響變得很顯著，所以，使上限為0.01％。S的上限優(yōu)選是0.003％。更優(yōu)選是S的含量極低。
Al0.005～0.1％Al是對(duì)鋼脫氧有效的元素，若含量不足0.005％，則沒有其效果。另一方面，由于即使使其含量超過0.10％，其效果也飽和了，所以，使其上限為0.10％。而且，本發(fā)明的Al含量是指酸溶性Al(所謂“sol.Al”)。
Cr0.1～1.0％Cr是對(duì)提高鋼的淬透性有效的元素，為了得到該效果，需要使該Cr的含量為0.1％以上。但是，若其含量超過1.0％，則會(huì)增加鋼的位錯(cuò)密度，降低抗SSC。因此，使Cr的含量為0.1～1.0％。優(yōu)選范圍是0.1～0.6％。
Mo0.5～1.0％Mo在本發(fā)明的鋼中是重要的元素，提高鋼的淬透性，而且，在回火時(shí)形成微小的碳化物，降低半幅值和氫擴(kuò)散系數(shù)，提高抗SSC性。為了得到該效果，需要使該Mo的含量為0.5％以上。另一方面，由于即使使其含量超過1.0％，其效果也飽和，所以，使其上限為1.0％，優(yōu)選范圍是0.6～0.8％。
Ti0.002～0.05％Ti具有將作為鋼中的雜質(zhì)的N作為氮化物固定的效果。多于固定N所需的過剩的Ti，成為微小的碳化物析出，由于其釘扎(pinning)效果而對(duì)晶粒細(xì)化有效。另外，為了抑制為提高淬透性而添加的B成為BN，使B保持固溶狀態(tài)來確保足夠的淬透性是需要固定N的。為了得到這一效果，需要使該Ti的含量為0.002％以上。另一方面，由于即使使Ti含量超過0.05％，其效果也飽和了，韌性降低了，所以，使其上限為0.05％，優(yōu)選含量是0.005～0.03％。更優(yōu)選含量是0.01～0.02％。
V0.05～0.3％V在本發(fā)明的鋼中是重要的元素，與Mo同樣，在回火時(shí)作為微細(xì)碳化物析出，對(duì)于降低高溫回火的半幅值和降低氫擴(kuò)散系數(shù)有效。為了得到該效果，需要使該V的含量為0.05％以上。另一方面，由于即使該V的含量超過0.3％，其效果也飽和了，所以，使其上限為0.3％。優(yōu)選范圍是0.05～0.20％。
B0.0001～0.005％B具有以微量提高鋼的淬透性的作用。其含量不足0.0001％其效果不充分。另一方面，由于即使使該B的含量超過0.005％其效果也飽和了，而且在晶界生成作為粗大碳化物的Cr23(C、B)6，降低抗SSC性。因此，使其上限為0.005％。優(yōu)選范圍是0.0002～0.002％。
N0.01％以下N作為雜質(zhì)存在于鋼中，在晶界偏析而使抗SSC性降低。另外，在添加Ti或Zr時(shí)，形成TiN或ZrN。若N的含量超過0.01％，由于不能用Ti或Zr固定完的N成為BN析出，所以，B也不能充分獲得提高淬透性的效果，抗SSC性和韌性降低。因此，使其上限為0.01％。N的上限優(yōu)選是0.007％。更優(yōu)選是N的含量極低。
O(氧)0.01％以下O(氧)也與N同樣，作為雜質(zhì)存在于鋼中，若其含量超過0.01％，則形成粗大的氧化物，降低韌性和抗SSC性。因此，使其上限為0.01％。O(氧)的上限優(yōu)選是0.005％。更優(yōu)選是O(氧)的含量極低。
本發(fā)明的油井管用鋼，其余部分除了Fe之外，也可以含有Nb、Zr、Ca、Mg。
Nb0～0.1％以下Nb是任意添加的元素。如果添加則作為未固溶的碳化物存在，由于釘扎效果對(duì)晶粒細(xì)化有效。為了得到該效果，需要使其含量在0.002％以上。另一方面，由于即使使其含量超過0.1％其效果也飽和，過多地生成Nb碳化物，降低了韌性，所以，使其上限為0.1％。優(yōu)選范圍是0.005～0.03％。
Zr0～0.1％Zr是任意添加的元素。如果添加，則與Ti同樣，具有將作為鋼中的雜質(zhì)的N作為氮化物固定的效果。多于固定N所需的過剩的Zr，成為微細(xì)碳化物析出，能有效作用于組織晶粒細(xì)化。另外，固定N抑制了為提高淬透性而添加的B成為BN，使B保持固溶狀態(tài)，確保足夠的淬透性。為了得到這一效果，需要使該Zr含量為0.002％以上。另一方面，由于即使使Zr含量超過0.1％，其效果也飽和了，韌性降低了，所以，使其上限為0.1％。優(yōu)選含量是0.005～0.06％。更優(yōu)選的含量是0.01～0.04％。
Ca0～0.01％Ca是任意添加的元素。如果添加，則與鋼中的S結(jié)合而形成硫化物，改善夾雜物的形狀而改善抗SSC性。為了得到該效果，需要使該Ca含量為0.0001％以上。另一方面，由于即使使該Ca含量超過0.01％其效果也飽和了，且生成粗大的Ca類夾雜物，降低了韌性和抗SSC性，所以，使其上限為0.01％。優(yōu)選范圍是0.0003～0.003％。
Mg0～0.01％Mg是任意添加元素。如果添加，則與Ca同樣，與鋼中的S結(jié)合而形成硫化物，改善夾雜物的形狀而改善抗SSC性。為了得到該效果，需要使該Mg含量在0.0001％以上。另一方面，由于即使使該Mg含量超過0.01％其效果也飽和了，且生成粗大的Mg類夾雜物，降低了韌性和抗SSC性，所以，使其上限為0.01％。優(yōu)選范圍是0.0003～0.003％。
熔煉表3所示的化學(xué)組成的鋼，制成外徑為225～310mm的鋼坯。將這些鋼坯加熱到1250℃之后，用曼內(nèi)斯曼心軸制管法制成各種尺寸的無縫鋼管。此時(shí)，使成型時(shí)的總加工度(％)和最終的終軋溫度(℃)做各種變化，然后，通過在各種溫度下保持30分鐘后再進(jìn)行水冷的淬火處理，和在各種溫度下保持30分鐘后再進(jìn)行自然冷卻的回火處理來調(diào)整強(qiáng)度。
表3

注殘余部分是Fe及雜質(zhì)*表示超出了本發(fā)明所規(guī)定的范圍。
從這樣獲得的無縫鋼管上取下1×10×10mm3的試樣，用1200號(hào)金剛砂紙研磨后，浸漬在添加了微量的氟酸的常溫的過氧化氫中，在除去了表面的加工硬化層后，進(jìn)行X線衍射實(shí)驗(yàn)，測定[211]晶面頂點(diǎn)的半幅值。
另外，沿軋制方向取下平行部直徑為6mm、平行部長度為40mm的圓柱形拉伸試樣，在常溫下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，根據(jù)YS的測定值求出試樣的強(qiáng)度。
用定載荷試驗(yàn)以及DCB試驗(yàn)這兩種方法，按照上述的方法進(jìn)行抗SSC性評(píng)價(jià)。
再取直徑為12～20mm、厚度為1.5mm的圓盤狀試樣，通過氫透過試驗(yàn)測定氫擴(kuò)散系數(shù)。
表4中示出了鋼的制造條件、YS、半幅值、氫擴(kuò)散系數(shù)以及SSC試驗(yàn)的結(jié)果。
表4

試驗(yàn)編號(hào)1～18是具有調(diào)整到965MPa(125ksi級(jí)的上限)附近的YS值的強(qiáng)度的試樣。用A浴進(jìn)行SSC試驗(yàn)(定載荷試驗(yàn)、DCB試驗(yàn))，進(jìn)行評(píng)價(jià)。這些試樣的任一個(gè)的半幅值H和氫擴(kuò)散系數(shù)D(10-6cm2/s)都滿足上述式(1)的規(guī)定。而且，在定載荷試驗(yàn)中未斷裂、在DCB試驗(yàn)中測定的KISSC值為25以上，抗SSC性良好。
與此相對(duì)，試驗(yàn)編號(hào)19的總加工度大，試驗(yàn)編號(hào)20的終軋溫度低，試驗(yàn)編號(hào)21的淬火溫度低。因此，其任一個(gè)的半幅值、氫擴(kuò)散系數(shù)變大了，抗SSC性不好。試驗(yàn)編號(hào)22中Cr超過1.0％，試驗(yàn)編號(hào)23中Mo不到0.5％，試驗(yàn)編號(hào)24中V不到0.05％。因此，其任一個(gè)的半幅值、氫擴(kuò)散系數(shù)變大，抗SSC性不好。
另外，試驗(yàn)編號(hào)25～28是使用鋼A～D具有調(diào)整到861MPa(110ksi級(jí)的上限)附近的YS值的強(qiáng)度的試樣。這些試樣也與試驗(yàn)編號(hào)1～18同樣，在定載荷試驗(yàn)中未斷裂、在DCB試驗(yàn)中測定的KISSC值為25以上，抗SSC性良好。
如此可知，本發(fā)明的鋼，像試驗(yàn)編號(hào)1～18那樣，不僅125ksi級(jí)的抗SSC性良好，也像試驗(yàn)編號(hào)21～28那樣，110ksi級(jí)的抗SSC性也良好。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，能穩(wěn)定地提供一種即使是屈服應(yīng)力(YS)為861MPa以上的高強(qiáng)度，也具有優(yōu)異的抗SSC性的油井管。
權(quán)利要求
1.一種低合金油井管用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.2～0.35％，Si0.05～0.5％，Mn0.05～1.0％，P0.025％以下，S0.01％以下，Al0.005～0.10％，Cr0.1～1.0％，Mo0.5～1.0％，Ti0.002～0.05％，V0.05～0.3％，B0.0001～0.005％，N0.01％以下，O(氧)0.01％以下，Nb0～0.1％，Ca0～0.01％，Mg0～0.01％以及Zr0～0.1％，半幅值H和氫擴(kuò)散系數(shù)D(10-6cm2/s)滿足下式(1)，30H+D≤19.5…………………式(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低合金油井管用鋼，其特征在于，屈服應(yīng)力為861MPa以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低合金油井管用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有Nb0.1％以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的低合金油井管用鋼，其特征在于，含有Ca和Mg的1種或2種，其中，以質(zhì)量％計(jì)，Ca0.01％以下，Mg0.01％以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的低合金油井管用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有Zr0.1％以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適用于油井或氣井用的套管或管道的、抗硫化物應(yīng)力腐蝕裂紋性優(yōu)異的低合金油井管用鋼。該低合金油井管用鋼，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.2～0.35％，Si0.05～0.5％，Mn0.05～1.0％，P0.025％以下，S0.01％以下，Al0.005～0.10％，Cr0.1～1.0％，Mo0.5～1.0％，Ti0.002～0.05％，V0.05～0.3％，B0.0001～0.005％，N0.01％以下，O(氧)0.01％以下，Nb0～0.1％，Ca0～0.01％，Mg0～0.01％以及Zr0～0.1％，半幅值H和氫擴(kuò)散系數(shù)D(10
文檔編號(hào)C22C38/32GK1969053SQ20058001946
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者大村朋彥, 小林憲司 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社