[发明专利]一种含Cu高耐冲击腐蚀压裂泵阀体用钢及其热处理方法

说明书

本发明公开了一种含Cu高耐冲击腐蚀压裂泵阀体用钢，按重量百分比含有：C 0.30％～0.45％、Si 0.15％～0.35％、Mn 1.5％～2.5％、Cr 0.8％～1.0％、Mo 0.6％～0.8％、Ni 2.00％～2.50％、Cu 0.50％～0.80％、V 0.05％～0.25％、Al 0.015％～0.040％、Sb 0.01％～0.03％、P≤0.015％、S≤0.015％、N≤0.0080％、O≤0.004％，其余为Fe和其它不可避免的杂质；上述元素成分配比应当符合特定条件以使压裂泵阀体具有优异的强韧性和耐冲蚀性能，适用于制造140MPa级使用寿命≥350h压裂泵阀体。

技术领域

本发明属于合金钢领域，尤其涉及适用于抗拉强度≥1050MPa、屈服强度≥900MPa、-27℃KV₂≥100J；同时具备压裂液冲蚀环境良好抗冲蚀腐蚀性能最高承受140MPa高压压裂泵阀体用钢及热处理方法。

背景技术

随着油气钻采环境的恶化，90％的油气井需要进行压裂作业，以增加采收率。压裂泵是油田进行压裂、酸化作业，压开地层，提高油气产量和可开采储量的重要设备。随着我国油气储量的逐渐减小，油、气井开采难度的不断增大，为了提高开采效率，增加油气产量，压裂参数(压力、速度等)也逐年升高。

压裂泵阀体工作环境恶劣，在高压疲劳，腐蚀性介质，沙粒冲刷和磨削等比较极端的环境服役，常发生失效。如四川某油井下使用的2000型压裂泵，在70Mpa压力下工作132h后发现压裂泵阀体塞孔刺漏，严重影响油田增产作业效率。目前，压裂泵阀体的普遍使用寿命约250h，因此提高压裂泵阀体服役寿命日益迫切。

目前，国际上压力泵阀体常用材料有4130和4330，我国有30CrNi2MoA、35CrNi2MoA、40CrNi2MoA等，但都面临服役寿命短的问题。有部分企业采用不锈钢15-5和17-4来制造压裂泵阀体，虽然能提高服役寿命但面临成本高、成型难度大的问题。

因此，针对压裂泵阀体的服役特点开发出一种适用于制造140MPa级使用寿命≥350h压裂泵阀体用钢，解决油气增产作业中迫切需求，已十分迫切。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的之一是提供一种含Cu高耐冲击腐蚀压裂泵阀体用钢，该含Cu高耐冲击腐蚀压裂泵阀体用钢在满足本发明的元素成分及配比关系时，具有高耐冲击腐蚀的性能；

本发明的另一目的是提供一种制备上述含Cu高耐冲击腐蚀压裂泵阀体用钢的热处理方法，采用该热处理方法的阶梯淬火和回火工艺，能够成功制备出上述高耐冲击腐蚀的性能的阀体用钢；本发明还提供了该压裂泵阀体用钢的制备方法，得到的钢具有优异的强韧性和耐冲蚀性能，适用于制造140MPa级使用寿命≥350h压裂泵阀体。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供一种含Cu高耐冲击腐蚀压裂泵阀体用钢，按重量百分比含有：C0.30％～0.45％、Si 0.15％～0.35％、Mn 1.5％～2.5％、Cr 0.8％～1.0％、Mo 0.6％～0.8％、Ni 2.00％～2.50％、Cu 0.50％～0.80％、V 0.05％～0.25％、Al 0.015％～0.040％、Sb 0.01％～0.03％、P≤0.015％、S≤0.015％、N≤0.0080％、O≤0.004％，其余为Fe和其它不可避免的杂质；

上述元素成分配比应符合：

1)0.20％≤％C-(0.077×％Cr+0.24×％V)≤0.32％；

2)26×％Cu+4×％Ni+1.2×％Cr-1.5×％Si+17×％Sb+10×％V-7×％Cu×％Ni-9×％Ni×％Sb

-5×％Mn≥7.0。