高强度油井用钢材和油井管制造技术

本发明专利技术提供高强度油井用钢材，其中，化学组成以质量％计为C：0.70～1.8％、Si：0.05～1.00％、Mn：12.0～25.0％、Al：0.003～0.06％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、N：0.10％以下、V：超过0.5％且2.0％以下、Cr：0～2.0％、Mo：0～3.0％、Cu：0～1.5％、Ni：0～1.5％、Nb：0～0.5％、Ta：0～0.5％、Ti：0～0.5％、Zr：0～0.5％、Ca：0～0.005％、Mg：0～0.005％、B：0～0.015％、余量：Fe和杂质，满足[0.6≤C‑0.18V‑0.06Cr<1.44]，金相组织实质上由奥氏体单相构成，当量圆直径为5～100nm的V碳化物以20个/μm

High strength steel and oil well pipe for oil well

The present invention provides high strength steel for oil well, the chemical composition in terms of mass%. C:0.70 ~ 1.8%, Si:0.05 ~ 1%, Mn:12.0 ~ 25%, Al:0.003 ~ 0.06%, P:0.03%, S:0.03%, N:0.10%, V as following: more than 0.5% and below 2%, Cr:0 ~ 2%, Mo:0 ~ 3%, Cu:0 ~ 1.5%, Ni:0 ~ 1.5%, Nb:0 ~ 0.5%, Ta:0 ~ 0.5%, Ti:0 ~ 0.5%, Zr:0 ~ 0.5%, Ca:0 ~ 0.005%, Mg:0 ~ 0.005%, B:0 ~ 0.015%, Fe margin and impurities, meet the [0.6 0.18V = C 0.06Cr< 1.44], the microstructure consisting essentially of single-phase austenite structure, when the amount of diameter is 5 ~ V 100nm carbide with 20 / M

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高强度油井用钢材和油井管
本专利技术涉及高强度油井用钢材和油井管，尤其是涉及在包含硫化氢(H2S)的油井和气井环境等下使用的抗硫化物应力裂纹性优异的高强度油井用钢材及使用其的油井管。
技术介绍
含有H2S的原油、天然气等的油井和气井(以下，将油井和气井总称为“油井”。)有在湿润硫化氢环境下的钢因硫化物应力裂纹(以下，称为“SSC”。)的问题，因此需要抗SSC性优异的油井管。近年来，作为外壳用途，低合金耐酸性油井管的高强度化有所发展。抗SSC性伴随着钢的强度上升而急剧地下降。因此，以往在作为一般的评价条件下的包含1barH2S的NACE溶液A(NACETM0177-2005)的环境下能够确保抗SSC性的不过是110ksi级(屈服强度：758～862MPa)的钢材。并且在多数情况下，更高强度的125ksi级(屈服强度：862～965MPa)、140ksi级(屈服强度：965～1069MPa)的钢材也只能在有限的H2S分压下(例如，0.1bar以下)下才能确保抗SSC性。考虑到油井的高深度带来的腐蚀环境的严苛化在日后愈发严峻，因此需要开发具有更高强度且高耐蚀性的油井管。SSC是在腐蚀环境中由于钢材表面产生的氢扩散至钢中，与钢材所负荷的应力的协同效果而导致断裂的氢脆化的一种。SSC的敏感性高的钢材在与钢材的屈服强度相比低的负荷应力下容易产生裂纹。至今为止进行了很多有关低合金钢的金相组织与抗SSC性的关联性的研究。一般而言，为了提高抗SSC性，将金相组织制成回火马氏体组织是最有效果的，且优选制成细颗粒组织。例如，专利文献1中提出了通过在加热钢时适用感应加热等的快速加热手段使晶粒微细化，另外，专利文献2中提出了通过对钢进行2次淬火使晶粒微细化这样的方法。此外，例如，专利文献3中提出了通过将钢材的组织制成贝氏体来实现性能提高的方法。如前述那样众多的现有技术中作为对象的钢均具有将回火马氏体、铁素体或贝氏体作为主体的金相组织。作为上述的低合金钢的主要组织的回火马氏体或铁素体为体心立方晶(以下称为“BCC”)。BCC结构本质上氢脆化敏感性高。因此，将回火马氏体或铁素体作为主要组织的钢极难完全地防止SSC。特别是，如上所述，强度变得越高SSC敏感性变得越大，因此可以说得到高强度且抗SSC性优异的钢材对于低合金钢领域而言是极难的课题。与此相对，若使用具有本质上氢脆化敏感性低的面心立方晶(以下称为“FCC”)的奥氏体组织的不锈钢、高Ni合金等高耐蚀合金，则能够防止SSC。然而，奥氏体系的钢通常保持固溶化处理的原样，为低强度的。另外，为了得到稳定的奥氏体组织，通常需要添加大量Ni等昂贵的成分元素，从而使钢材的制造成本显著上升。已知Mn作为奥氏体稳定化元素。因此，研究了将含有大量的Mn代替昂贵的Ni的奥氏体钢用作油井管用的材料。专利文献4中公开了为含有C：1.2％以下、Mn：5～45％等的钢，通过冷加工而实现强化的钢。另外，专利文献5中公开了通过使用含有C：0.3～1.6％、Mn：4～35％、Cr：0.5～20％、V：0.2～4％、Nb：0.2～4％等的钢，在固溶化处理后进行冷却过程中使碳化物析出而实现强化的技术。进而，专利文献6中公开了对含有C：0.10～1.2％、Mn：5.0～45.0％、V：0.5～2.0％等的钢进行固溶化处理后时效处理、使V碳化物析出而实现强化的技术。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开昭61-9519号公报专利文献2：日本特开昭59-232220号公报专利文献3：日本特开昭63-93822号公报专利文献4：日本特开平10-121202号公报专利文献5：日本特开昭60-39150号公报专利文献6：日本特开平9-249940号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题奥氏体钢通常为低强度，因此专利文献4中通过进行加工度为40％的冷加工而实现100kgf/mm2强的耐力。然而，本专利技术人等进行了研究，其结果可知，有时专利文献4的钢伴随冷加工度的上升、由于加工诱发相变形成α’马氏体，从而抗SSC性降低。另外，伴随冷加工度的上升，轧制机的能力产生问题，因此还有改善的余地。与此相对，专利文献5和6中进行了通过碳化物的析出来实现强化。通过时效带来的析出强化无需冷加工设备的能力增强。因此，从抗SSC性的观点出发，可以期待以时效进行析出强化后也能够维持稳定的奥氏体结构的奥氏体钢。关于油井用钢材的抗SSC性的评价，通过恒定载荷试验(例如，NACETM0177-2005MethodA)来进行的情况比较多。然而，近年来，有重视通过DCB试验(例如，NACETM0177-2005MethodD)的评价的动向。尤其是奥氏体钢的情况，可认为通过应变诱发相变转变为α’马氏体等BCC结构时，显著地发生抗SSC性的劣化，但龟裂前端附近的应力集中部也有可能发生应变诱发转变。从这样的观点出发，通过使用预先导入了缺陷部的试验片的DCB试验的抗SSC性评价可以说尤其是奥氏体钢的情况是重要的。专利文献5和6中未进行通过DCB试验的抗SSC性的评价，令人担心的是龟裂前端附近等的应力集中部的抗SSC性。本专利技术的目的在于提供析出强化型的高强度油井用钢材，其在DCB试验中显示出优异的抗SSC性(估算的KISSC的值大)，同时具有95ksi(654MPa)以上的屈服强度，且具有与低合金钢相同程度的耐全面腐蚀性。用于解决问题的方案本专利技术人等进行使用了DCB试验的抗SSC性评价，克服了现有技术的问题，对得到具有通过DCB试验的优异的抗SSC性和高的屈服强度的钢材的方法进行研究，结果得到以下的见解。(A)为了提高在通过DCB试验的抗SSC性，而需要大量地含有作为奥氏体相稳定化元素的C和Mn，具体而言，需要含有0.7％以上C、12％以上Mn。(B)为了使钢材析出强化，利用V碳化物是有效的。因此，需要含有超过0.5％的量的V。(C)另一方面，V消耗固溶C，使奥氏体不稳定化。另外，为了使奥氏体稳定化，优选避免Cr过量的共存。因此，需要将由C-0.18V-0.06Cr表示的有效C量设为0.6％以上。本专利技术是基于上述见解而完成的，主旨为下述的高强度油井用钢材和油井管。(1)一种高强度油井用钢材，其中，化学组成以质量％计，C：0.70～1.8％、Si：0.05～1.00％、Mn：12.0～25.0％、Al：0.003～0.06％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、N：0.10％以下、V：超过0.5％且2.0％以下、Cr：0～2.0％、Mo：0～3.0％、Cu：0～1.5％、Ni：0～1.5％、Nb：0～0.5％、Ta：0～0.5％、Ti：0～0.5％、Zr：0～0.5％、Ca：0～0.005％、Mg：0～0.005％、B：0～0.015％、余量：Fe和杂质，满足下述(i)式，金相组织实质上由奥氏体单相构成，当量圆直径为5～100nm的V碳化物以20个/μm2以上的个数密度存在，屈服强度为654MPa以上，0.6≤C-0.18V-0.06Cr<1.44···(i)其中，式中的各元素符号表示钢材中包含的各元素的含量(质量％)，不含有的情况下记为0。(2)根据上述(1)所述的高强度油井用钢材，其中，所述化学组成以质量％计，含有选自Cr：0.1～2.0％和Mo：0.1～3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度油井用钢材，其中，化学组成以质量％计为C：0.70～1.8％、Si：0.05～1.00％、Mn：12.0～25.0％、Al：0.003～0.06％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、N：0.10％以下、V：超过0.5％且2.0％以下、Cr：0～2.0％、Mo：0～3.0％、Cu：0～1.5％、Ni：0～1.5％、Nb：0～0.5％、Ta：0～0.5％、Ti：0～0.5％、Zr：0～0.5％、Ca：0～0.005％、Mg：0～0.005％、B：0～0.015％、余量：Fe和杂质，满足下述(i)式，金相组织实质上由奥氏体单相构成，当量圆直径为5～100nm的V碳化物以20个/μm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.01 JP 2014-2030761.一种高强度油井用钢材，其中，化学组成以质量％计为C：0.70～1.8％、Si：0.05～1.00％、Mn：12.0～25.0％、Al：0.003～0.06％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、N：0.10％以下、V：超过0.5％且2.0％以下、Cr：0～2.0％、Mo：0～3.0％、Cu：0～1.5％、Ni：0～1.5％、Nb：0～0.5％、Ta：0～0.5％、Ti：0～0.5％、Zr：0～0.5％、Ca：0～0.005％、Mg：0～0.005％、B：0～0.015％、余量：Fe和杂质，满足下述(i)式，金相组织实质上由奥氏体单相构成，当量圆直径为5～100nm的V碳化物以20个/μm2以上的个数密度存在，屈服强度为654MPa以上，0.6≤C-0.18V-0.06Cr<1.44···(i)其中，式中的各元素符号表示钢材中包含的各元素的以质量％计的含量、不含有的情况下记为0。2.根据权利要求1所述的高强度油井...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林宪司，富尾悠索，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP