[发明专利]165ksi级高强韧耐蚀钢及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种165ksi级高强韧耐蚀钢，其特征在于，其化学成分按重量百分比计，包括：0.06‑0.17wt％的C、0.15‑0.40wt％的Si、0.40‑1.00wt％的Mn、0.80‑1.20wt％的Mo、7.0‑9.5wt％的Ni、0.40‑0.80wt％的Cr、0.07‑0.15wt％的V，其余化学成分为Fe、杂质元素和气体元素；本发明所提供的165ksi级高强韧耐蚀钢不但可达到165Ksi级(钢抗拉强度1250MPa，屈服强度1137MPa)以上，而且还具有优良的塑韧性和耐腐蚀性能，以及良好的耐疲劳性能。

技术领域

本发明属于钢材制造领域，具体涉及一种165ksi级高强韧耐蚀钢及其制备方法和应用。

背景技术

目前，国内制造的150ksi、155ksi级油井管，主要用于在高压气井、高压深井、高温高压井中，有的井底压力高达130MPa以上，井口压力也超过70MPa。由于井深，使得井底温度一般在130℃-180℃，有的甚至到200℃。但，均属于无硫化氢或低硫化氢油气田。众所周知，材料强度越高，耐硫化氢腐蚀的性能越差，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SSC。开发高强度耐硫化氢腐蚀的材料极其困难，属于国内外公认的技术瓶颈。

另外，海洋油气田的开发，还需要考虑海水腐蚀。开发出150ksi甚至更高级别的高强钢材料并具备耐硫化氢和氯化钠腐蚀，更是困难重重。

承压元件除了考虑材料的强度外，其韧性性能关乎高压下的安全裕度和耐疲劳性能。目前，国内外承压用材料都在追求高韧性，以避免材料的脆性断裂。在压力容器和气瓶等承压设备制造过程中，甚至要求对产品进行常温爆破试验，以验证其韧性。目前，P110级(110ksi级)材料0℃下的冲击韧性约为65-85J，Q125级(125ksi级)材料0℃下的冲击韧性约为58J，V150(150ksi级)和V155(150ksi级)材料0℃下的冲击韧性为100J。

现有150ksi级150ksi级石油井管，普遍采用CrMo钢体系，被适当配以Nb和V元素，从该类专利技术看也仅仅是钢中成分配比量存在细微差异，并无本质区别。碳含量均在0.22wt％以上，随着碳含量的提高，材料的强度、硬度提高，但塑性、韧性下降，因此碳含量偏高是不利于保证材料的韧性性能的。

综上，目前用于制造承压元件的钢材主要存在如下几个问题：(1)强度和韧性难以平衡；(2)不耐海水腐蚀；(3)不耐硫化物腐蚀。

发明内容

针对现有技术中上述的不足，本发明第一方面提供了一种165ksi级高强韧耐蚀钢，其化学成分按重量百分比计，包括：0.06-0.17wt％的C、0.15-0.40wt％的Si、0.40-1.00wt％的Mn、0.80-1.20wt％的Mo、7.0-9.5wt％的Ni、0.40-0.80wt％的Cr、0.07-0.15wt％的V，其余化学成分为Fe、杂质元素和气体元素。

进一步地，所述杂质元素包括：P、S、As、Sn、Pb、Sb、Bi；其中，P≤0.02wt％，S≤0.01wt％，As≤0.025wt％、Sn≤0.010wt％，Pb≤0.010wt％，Sb≤0.010wt％，Bi≤0.010wt％，且As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.045wt％。

进一步地，所述气体元素包括：H、O、N；其中，H≤2ppm、O≤40ppm、N≤80ppm。

本发明第二方面提供了一种165ksi级高强韧耐蚀钢的制备方法，包括如下步骤：

S1、电炉冶炼

将协议坯、生铁、废钢、合金和辅料投入到电炉中进行初炼；

S2、LF精炼

入罐喂A1线100～200m/炉，测温并调节好氩气流量，送电后分批次补加石灰，还原初期分批加入C粉还原，C粉还原后，补加Fe-Si粉+Al粉进行深度脱氧去硫；