[发明专利]一种高强度抗硫化氢腐蚀油井管钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于高强度抗硫化氢腐蚀油井管钢及其制备方法，属于钢材制备领域，解决了现有技术中油井管钢材不能同时具备高强度与耐硫化氢腐蚀性的问题。一种高强度抗硫化氢腐蚀油井管钢，化学组成元素的质量百分比为：C：0.08～0.14wt％，Si：0.10～0.20wt％，Mn：3.0～5.0wt％，P：≤0.010wt％，S：≤0.002wt％，Cr：0.50～1.20wt％，Ni：0.5～1.50wt％，Mo：0.30～0.50wt％，V：0.05～0.50wt％，Cu：0.5～1.0wt％，余量为Fe和无法避免的夹杂。本发明实现了油井管钢同时具备高强度与优良的耐硫化氢腐蚀的性能。

技术领域

本发明涉及油井管类钢材的技术领域，尤其涉及一种高强度抗硫化氢腐蚀油井管钢及其制备方法。

背景技术

能源供应安全是一个国家发展的重要保障，我国是一个“多煤少油缺气”的国家，油气安全地供应保障显得格外重要。近年来，全球石油天然气供应形势有所紧张，油气田的开采朝着深井、超深井以及地质条件恶劣复杂区域方向发展。相应地，对油井管材料也愈加苛刻，要求油井管具有更高的服役性能，比如要求耐高压、耐高温、高的耐腐蚀性能。然而，世界上大约1/3的油气田中都含有H₂S气体，我国含H₂S天然气资源也十分丰富，主要分布在四川盆地、塔里木盆地等油气资源主产区。因此，对油井管材质的高强度和抗硫化氢腐蚀性能提出了更高的要求。

针对H₂S应力腐蚀开裂(SCC)，国内外相继开发出系列强度级别的抗H₂S腐蚀油井管，从现有技术来看，甚至到了125ksi(862MPa)级别，并且绝大多数油井管用钢多采用CrMoV体系，并辅助添加Nb、Ti、B等微合金元素。但是随着钢材级别的提高，材料的抗H₂S应力腐蚀敏感性急剧增大，这对开发高强度级别的抗H₂S腐蚀油井管提出了挑战。

现下生产油井管的方法中，存在以下几种方法：(1)加入高达0.3％含量的Nb元素，以获得细晶粒组织，保证在高的温度淬火后仍然具有细晶粒结构和较高的韧性；(2)通过化学成分和热处理工艺控制上的创新，获得125ksi高强度的H₂S腐蚀油井管；(3)使用了较高的C含量和以Mn代Ni，再辅助以较高含量的V、Nb来实现强化效果。

从现有油井管钢材制备方法来看，围绕抗硫化氢腐蚀油井管的合金成分和组织设计，多是采用Cr、Mo、Nb、V等合金元素，通过淬火+高温回火获得在铁素体基体上均匀分布着细小弥散碳化物组织，从而改善油井管的抗SCC性能。一般而言，在要求强度及抗硫性能上，回火马氏体组织是比较合适的组织，但往往在材料的强度提高的同时，又会牺牲抗硫性能，这一对矛盾关系需要解决。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于高强度抗硫化氢腐蚀油井管钢及其制备方法，用以解决现有油井管钢材中不能同时满足高强度(130ksi钢级以上)和耐硫化氢腐蚀性的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高强度抗硫化氢腐蚀油井管钢，其化学组成元素的质量百分比为：C：0.08～0.14wt％，Si：0.10～0.20wt％，Mn：3.0～5.0wt％，P：≤0.010wt％，S：≤0.002wt％，Cr：0.50～1.20wt％，Ni：0.5～1.50wt％，Mo：0.30～0.50wt％，V：0.05～0.50wt％，Cu：0.5～1.0wt％，余量为Fe和无法避免的夹杂。

进一步，油井管钢的化学组成元素的质量百分比为：C：0.10～0.13wt％，Si：0.12～0.18wt％，Mn：3.5～4.5wt％，P：≤0.008wt％，S：≤0.0015wt％，Cr：0.60～1.0wt％，Ni：0.5～1.0wt％，Mo：0.35～0.45wt％，V：0.05～0.40wt％，Cu：0.5～0.8wt％，其余为Fe和不可避免的杂质。