Ni-Cr合金材料以及使用其的油井用無縫管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明設(shè)及Ni-Cr合金材料W及使用其的油井用無縫管（seamless oil COiinhy 化bular goods)。更詳細(xì)而言，本發(fā)明設(shè)及熱加工性W及耐沖擊特性優(yōu)異并且耐腐蝕性(其 中，在溫度超過200°C那樣的高溫下、而且在包含大量的硫化氨的環(huán)境下的耐應(yīng)力腐蝕裂紋 性)也優(yōu)異的、高強(qiáng)度Ni-化合金材料W及使用其的油井用無縫管。
[0002] 本說明書中的"高強(qiáng)度"是指屈服強(qiáng)度(0.2%耐力）為965MPa(140ksi似上。需要 說明的是，"油井管（oil counhy Uibular goods)"是指例如，如JIS 60203(2009)的編號 3514的。油井用鋼管（steel pipe for oil well casing, tubing and 化illing)"的定義 欄中所記載的那樣，為油井或氣井的挖掘、原油或天然氣的采取等中使用的殼體、管道、W 及鉆管的總稱。"油井用無縫管"為例如可W用于油井或氣井的挖掘、原油或天然氣的采取 等的無縫管。
【背景技術(shù)】
[0003] 伴隨近年來的原油價(jià)格的高漲，推進(jìn)在更高深度且嚴(yán)苛的腐蝕環(huán)境下的油井W及 天然氣井的開發(fā)。伴隨在運(yùn)樣的嚴(yán)苛的環(huán)境下的石油W及天然氣的采掘，在該采掘等中使 用的油井管也要求高強(qiáng)度且優(yōu)異的耐腐蝕性。
[0004] 在石油W及天然氣中，包含二氧化碳(C〇2)、硫化氨化S)、W及氯化物離子(CD等 腐蝕性物質(zhì)。因此，石油或天然氣的采掘中所使用的油井管的材料對于運(yùn)些腐蝕性物質(zhì)要 求優(yōu)異的耐腐蝕性。其中，在為150°C W上的高溫并且包含多至IatmW上的硫化氨的環(huán)境 下，油井管的主要腐蝕要素為應(yīng)力腐蝕裂紋。因此，在高溫、并且包含硫化氨的環(huán)境下所使 用的油井管的材料要求高耐應(yīng)力腐蝕裂紋性。
[0005] 進(jìn)而，石油W及天然氣的需求高，帶來用于采掘它們的油井W及氣井的高深度化 W及高溫化。相對于運(yùn)樣的井中所使用的油井管的材料，在維持對于二氧化碳、硫化氨、W 及氯化物離子的耐腐蝕性的同時(shí)要求高強(qiáng)度化。因此，近年來，對于具備屈服強(qiáng)度(0.2%耐 力)為965MPaW上的高強(qiáng)度的高強(qiáng)度油井管的需求也變大。
[0006] 對于不能應(yīng)用低合金鋼、馬氏體系不誘鋼W及雙相不誘鋼的如上述那樣嚴(yán)苛的腐 蝕環(huán)境，嘗試使用如在專利文獻(xiàn)1~3中所公開的那樣的Ni-化合金材料。
[0007] 例如，專利文獻(xiàn)1的油井管用合金中，將Ni W及Cr的含量調(diào)整到特定的范圍，并且 將Cr( % )+10Mo( % )+抓（％ ) W及Mo( % ) + (1/2)W( % )的值調(diào)整到特定的范圍。專利文獻(xiàn)1中 公開了：根據(jù)上述的合金，即便為冷加工材料，若溫度為150°CW下，貝柯W確保在"也S-C02-C1-"環(huán)境下的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性。此外，專利文獻(xiàn)1中公開了 W質(zhì)量％計(jì)在0.05~0.30%的 范圍內(nèi)含有N、并且在固溶化處理后進(jìn)行冷加工，從而能夠?qū)崿F(xiàn)965MPaW上的0.2%耐力。 [000引專利文獻(xiàn)2的油井管用合金中，將Ni W及Cr的含量調(diào)整到特定的范圍，并且將Cr (%)+1010(%)+抓（％似及齡（％) + (1/2)胖（％)的值調(diào)整到特定的范圍。專利文獻(xiàn)2中公開 了：根據(jù)上述的合金，即便為冷加工材料，也可W確保在腐蝕性極強(qiáng)的巧2S-C化-Cr"環(huán)境 下、尤其是在150°C W下的惡劣環(huán)境下的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性。此外，專利文獻(xiàn)2中公開了 W質(zhì) 量％計(jì)在0.05~0.25%的范圍內(nèi)含有N、并且與固溶化處理后的冷加工W及時(shí)效處理的并 用，從而可W實(shí)現(xiàn)965MPaW上的0.2%耐力。
[0009] 專利文獻(xiàn)3的油井管用合金中，將Mn、Ni W及Cr的含量調(diào)整到特定的范圍，并且將 (1/2)1〇(%)+化（％)、吐（％)+1〇(%) + (1/2)胖（％似及齡（％) + (1/2)胖（％)的值調(diào)整到特 定的范圍。專利文獻(xiàn)3中公開了：根據(jù)上述的合金，即便為冷加工材料，也可W確保在腐蝕性 極強(qiáng)的巧2S-C化-Cr"環(huán)境下、尤其是在150°C W下的惡劣環(huán)境下的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性。此 夕h專利文獻(xiàn)3中公開了 W質(zhì)量％計(jì)在0.1~0.4 %的范圍內(nèi)含有N，與固溶化處理后的冷加 工的并用，從而可W實(shí)現(xiàn)940MPa程度的0.2 %耐力。
[0010] 需要說明的是，如上述的專利文獻(xiàn)1~3那樣增加 N的含量而進(jìn)行強(qiáng)化的情況，容易 產(chǎn)生合金的熱加工性降低的問題。因此，專利文獻(xiàn)1~3公開了 W質(zhì)量％計(jì)將S的含量減低至 0.0007% W下、或含有化、Mg、Ti或稀±元素（W下，稱為"REM")來改善熱加工性的技術(shù)。
[00川專利文獻(xiàn)4的高Cr-高Ni合金材料中，將化、Ni W及化的含量調(diào)整到特定的范圍，并 且將化+0.4(M0-1.4)2的值調(diào)整到特定的范圍。專利文獻(xiàn)4中公開了：根據(jù)上述的合金，即便 在實(shí)施25%的冷加工，使0.2%耐力成為861~964]?化（87.75~98.284旨'/111111 2)的所謂 "側(cè)ksi級"的強(qiáng)度水平的情況下，也可W在"出s-c〇2-cr'的腐蝕環(huán)境下確保良好的耐應(yīng)力 腐蝕裂紋性。
[0012] 需要說明的是，專利文獻(xiàn)4中還公開了 W質(zhì)量％計(jì)將S的含量減低至0.0007% W 下、或含有化、Mg或REM來改善熱加工性的技術(shù)。
[0013] 此外，專利文獻(xiàn)5中公開了將燈、化、1〇、111、^及加勺含量調(diào)整到特定的范圍，并且 含有Mg、CaW及Ce等元素，從而在酸性環(huán)境W及海水環(huán)境下具有優(yōu)異的耐腐蝕性，熱加工性 也優(yōu)異的超奧氏體不誘鋼。
[0014] 專利文獻(xiàn)6的化-化合金材料中，將Cu、Ni、化、Mo、N、AlW及REM的含量調(diào)整到特定 的范圍、并且將N( % ) XP( % )/REM( % )的值調(diào)整到特定的范圍。專利文獻(xiàn)6中公開了 ：根據(jù) 上述的合金材料，可W確保良好的熱加工性，并且即便在實(shí)施W截面減少率計(jì)為40%的冷 社而具有941~1176M化的較高的0.2%耐力的情況下，在包含出S、Cr等的腐蝕環(huán)境下、在溫 度177°C下，也可W確保良好的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性。
[0015] 專利文獻(xiàn)7中公開了使用將化、Ni、Si、Mn、C、N、Mo、S、B、P、W及0的含量調(diào)整到特定 的范圍的合金的不誘鋼的制造方法。專利文獻(xiàn)7中記載了上述的不誘鋼的強(qiáng)度W及耐應(yīng)力 腐蝕裂紋性優(yōu)異。
[0016] 專利文獻(xiàn)8中公開了將(：、51、]?11、吐、化、]\1〇、1^曰、41、化、0、？、^及5的含量調(diào)整到特 定的范圍的奧氏體合金。專利文獻(xiàn)8中記載了上述的奧氏體合金在硫化氨的存在的環(huán)境下 具有高裂紋抵抗。
[0017] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [0018]專利文獻(xiàn)
[0019] 專利文獻(xiàn)1:日本特開昭57-203735號公報(bào)
[0020] 專利文獻(xiàn)2:日本特開昭57-207149號公報(bào)
[0021] 專利文獻(xiàn)3:日本特開昭58-210155號公報(bào)
[0022] 專利文獻(xiàn)4:日本特開平11-302801號公報(bào)
[0023] 專利文獻(xiàn)5:日本特表2005-509751號公報(bào)
[0024] 專利文獻(xiàn)6:日本特開2009-84668號公報(bào) [00巧]專利文獻(xiàn)7:日本特開平1-262048號公報(bào) [00%] 專利文獻(xiàn)8:日本特開昭63-274743號公報(bào) [0027]非專利文獻(xiàn)
[002引非專利文獻(xiàn)1:中島孝一等:CAMP-ISIJ、17(2004)、396
[00巧]非專利文獻(xiàn)2:G.K.Williamson and W.H.化 11 :Acta Metall.、1(1953)、22
[0030]非專利文獻(xiàn) 3:H.M.Rietveld:J.Appl.Cryst.、2(1969)、65

【發(fā)明內(nèi)容】

[00川發(fā)明要解決的問題
[0032] 若使用前述的專利文獻(xiàn)IW及2中所公開的合金，則即便0.2%耐力為965MPaW上， 在溫度為150°C W下的情況下、在包含硫化氨的腐蝕環(huán)境下，也可W確保良好的耐應(yīng)力腐蝕 裂紋性。
[0033] 此外，若使用前述的專利文獻(xiàn)3中所公開的合金，則若0.2%耐力為940MPa左右，即 便在包含硫化氨的腐蝕環(huán)境下、在溫度為150°C W下的情況下，也可W確保良好的耐應(yīng)力腐 蝕裂紋性。
[0034] 進(jìn)而，若使用前述的專利文獻(xiàn)4中所公開的合金，則確實(shí)在0.2%耐力為861~ 964MPa的所謂"125ksi級"的強(qiáng)度水平的情況下，即便在包含硫化氨的腐蝕環(huán)境下，也可W 確保良好的耐應(yīng)力腐蝕裂紋性。而且，Mo的含量W質(zhì)量％計(jì)為1.5% W下的情況下，熱加工 性顯著地改善、即便應(yīng)用曼內(nèi)斯曼制管法也可W沒有任何問題地制作制品管。
[0035] 同樣地若使用前述的專利文獻(xiàn)6中所公開的合金，則確實(shí)即便在包含硫化氨的腐 蝕環(huán)境下，若溫度為177°CW下，貝卿便在具有965MPaW上的較高的0.2%耐力的情況下，也 可W確保良好的耐應(yīng)力腐蝕裂紋