本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種高韌性耐腐蝕鋼，其化學(xué)成分重量百分比為：C：0.03-0.10％，Si：0.2-0.6％，Mn：0.35-0.75％，Cr：12-114％，Ni：0.5-1.5％，Al：0.01-0.04％，Mo：0.1-0.3％，P≤0.015％，S≤0.006％，N≤0.01％，其中Al/N＞2，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其制造方法，包括：采用電弧爐加爐外精煉并經(jīng)真空精煉處理，或氧氣轉(zhuǎn)爐加爐外精煉并經(jīng)真空精煉處理，或電渣重熔法冶煉后澆鑄成錠；鍛造前采用溫錠入爐，入爐鋼錠表面溫度小于600℃；鍛造加熱溫度1200-1250℃，終鍛溫度大于1000℃，鍛造比大于6，且鍛件壁厚1/2處晶粒度不小于6級(jí)。這樣得到的高韌性耐腐蝕鋼，其屈服強(qiáng)度大于517MPa，-46℃沖擊功大于27J，適合用于石油天然氣行業(yè)FF級(jí)105MPa采油樹(shù)本體。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種石油天然氣行業(yè)低溫用高韌性耐腐蝕鋼，特別是涉及一種使用溫度達(dá)-46°C的高強(qiáng)度、高韌性耐腐蝕鋼及其制造方法。
技術(shù)介紹
采油樹(shù)是油氣井井口裝置，為生產(chǎn)油管柱提供入口，是用于流體控制的閥門和配件的總成。采油樹(shù)懸掛著下入井中的油管柱，密封油套管的環(huán)形空間，控制和調(diào)節(jié)油井生產(chǎn)，保證作業(yè)，施工，錄取油、套壓資料，測(cè)試及清蠟等日常生產(chǎn)管理。采油樹(shù)按不同的作用又分采油(自噴、人工舉升)、采氣(天然氣和各種酸性氣體)、注水、熱采、壓裂、酸化等專用井口裝置。并根據(jù)使用壓力等級(jí)不同而形成系列。由于天然氣氣體相對(duì)密度低，氣注壓力低，不論采氣或注氣井口壓力都高，流速高，同時(shí)易滲 漏，有時(shí)天然氣中會(huì)有H2SXO2等腐蝕性介質(zhì)，因而對(duì)采油樹(shù)的材質(zhì)有嚴(yán)格的要求。如在FF級(jí)105MPa采油樹(shù)本體，其最低使用溫度為-46°C，使用環(huán)境為二氧化碳分壓小于200psi，硫化氫分壓小于0. 5psi。105MPa為采油樹(shù)的最高強(qiáng)度級(jí)別，該級(jí)別要求屈服強(qiáng)度大于517MPa，-46°C沖擊功大于27J。由于強(qiáng)度高而同時(shí)低溫沖擊韌性要求也高，因此目前該級(jí)別采油樹(shù)的材質(zhì)一般采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)UNS41000 (UNIFIED NUMBERING SYSTEM)(其化學(xué)成分為 C 彡 0. 15%, Si ( I. 00%, Mn ( I. 00%, P ^ 0. 04%, S ( 0. 03%, Cr :11. 5-13. 5%,Ni ( 0. 50% )，相當(dāng)于中國(guó)鋼材代號(hào)lCrl3。在生產(chǎn)實(shí)踐中，各生產(chǎn)廠家使用lCrl3生產(chǎn)采油樹(shù)時(shí)在質(zhì)量控制上存在一定問(wèn)題，即在滿足高強(qiáng)度的同時(shí)，_46°C低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果極不穩(wěn)定，同爐熱處理的試棒，有的冶煉爐號(hào)試棒合格，有的不合格。即使同一冶煉爐號(hào)，不同的鍛造批次，有的試棒合格，有的不合格。使用UNS42400(C ^ 0. 06%, Si :0. 3-0. 6%, Mn 0.5-1. 00%, P 彡 0. 03%, S 彡 0. 03%, Cr :12-14%, Ni :3. 5-4. 5%, Mo :0. 3-0. 7% )材質(zhì)可以較好地解決沖擊不穩(wěn)定的問(wèn)題，但是由于材質(zhì)中添加了較多的Ni、Mo等昂貴的合金元素，合金成本過(guò)高。CN101096744A公開(kāi)了一種高鋼級(jí)高抗二氧化碳、氯離子腐蝕油套管用鋼及制造方法，C :0. 15-0. 25%, Si :0. 2-1. 0%, Mn :0. 2-1. 0%, Cr :12/14%, Ni :0. 5-1. 5%, Mo 0.2-1.0%, Al :0. 01-0. 05%，該鋼是一種Crl3型抗腐蝕不銹鋼，但由于其碳含量高，在滿足強(qiáng)度的同時(shí)，-46°C低溫沖擊韌性不能滿足FF級(jí)105MPa采油樹(shù)本體大于27J的要求。CN1816639A公開(kāi)的馬氏體不銹鋼和UNS42400標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)類似，也存在合金成本過(guò)高的問(wèn)題。上述專利均未提及如何獲得低溫下高韌性的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種低溫用高韌性耐腐蝕用鋼。鑒于FF級(jí)105MPa采油樹(shù)本體對(duì)材料抗腐蝕、強(qiáng)度以及低溫韌性等方面的高要求，本專利技術(shù)基于現(xiàn)有l(wèi)Crl3材質(zhì)的基礎(chǔ)上，提出一種可制造性強(qiáng)、價(jià)格適中的適合用于FF級(jí)105MPa采油樹(shù)本體的材料，以滿足石油天然氣行業(yè)使用溫度達(dá)_46°C的Crl3型高強(qiáng)度、高韌性耐腐蝕鋼的要求。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的低溫用高韌性耐腐蝕鋼，其化學(xué)成分百分配比為C 0. 03-0. 10 %, Si 0. 2-0. 6 %, Mn :0. 35-0. 75 %, Cr :12-14 %, Ni :0. 5-1. 5 %, Al 0.01-0. 04%, Mo 0. 1-0. 3%, P^O. 015%, S 彡 0. 006%, N 彡 0. 01%，其中 A1/N > 2，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。以下是本專利技術(shù)用鋼的各化學(xué)成分的作用及其具體說(shuō)明C :奧氏體形成元素，提高鋼的強(qiáng)度及腐蝕性能。為保證必要的強(qiáng)度，碳含量不能過(guò)低，碳含量低于0. 03%時(shí)煉鋼難度增大，碳含量高于0. 10%，材料的韌性變壞，因此，本專利技術(shù)鋼中宜采用碳含量為0. 03-0. 1%。·Cr :鐵素體形成元素，提高合金耐蝕性和強(qiáng)度。Cr含量小于12%時(shí)，耐蝕性不足，Cr含量大于14%時(shí)，材料的強(qiáng)度和硬度過(guò)高，導(dǎo)致材料的韌性下降。因此，本專利技術(shù)鋼中宜采用Cr含量為12-14%。Ni :奧氏體形成元素，提高材料的低溫韌性，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度。Ni加入量過(guò)低，效果不明顯，加入量過(guò)高則顯著增加成本，因此，本專利技術(shù)鋼中宜采用Ni含量為0. 5-1. 5%。Mo :鐵素體形成兀素，有效提聞了材料的回火穩(wěn)定性，提聞材料的強(qiáng)度和抗局部腐蝕性能。如加入量低于0. 1%，效果不明顯，過(guò)高成本增加，因此，本專利技術(shù)鋼中宜采用Mo含量為 0. 1-0. 3%。Si :鐵素體形成元素，在鋼中起到脫氧和改善耐蝕性的作用，低于0.2%，效果不明顯，大于0. 6%，加工和韌性惡化，因此，本專利技術(shù)鋼中宜采用Si含量為0. 2-0. 6%。Mn:奧氏體形成元素，起固溶強(qiáng)化作用，改善鋼的強(qiáng)韌性，但易偏析，小于0.35%時(shí)作用不明顯，大于0. 75%，偏析嚴(yán)重，因此，本專利技術(shù)鋼中宜采用Mn含量為0. 35-0. 75%。Al :鐵素體形成元素，在鋼中起到了脫氧、固N(yùn)、細(xì)化晶粒的作用，當(dāng)加入量低于0.006 %時(shí)，效果不明顯，加入量超過(guò)0.04%，力學(xué)性能變差，因此，本專利技術(shù)鋼中宜采用Al含量為 0. 01-0. 04%。P、S、N為鋼中殘余元素，為了提高低溫沖擊韌性，P含量不宜大于0. 015%, S含量不宜大于0. 006%，N含量不宜大于0.01%，且A1/N彡2。本專利技術(shù)的另一個(gè)目的是提供上述低溫用高能韌性耐腐蝕鋼的制造方法。該方法包括將上述成分配比的合金元素采用電弧爐加爐外精煉并經(jīng)真空精煉處理、或氧氣轉(zhuǎn)爐加爐外精煉并經(jīng)真空精煉處理、或電渣重熔法冶煉后澆鑄成錠，鍛造前采用溫錠入爐，入爐鋼錠表面溫度要求小于600°C。鍛造加熱溫度1200°C _1250°C，終鍛溫度大于1000°C，鍛造比大于6，且鍛件壁厚1/2處晶粒度不小于6級(jí)；鍛件在加工成成品后要求在940-980°C溫度下奧氏體化后進(jìn)行水淬或油淬，樣件壁厚小于30mm可以在空氣中淬火，淬火時(shí)間為0. 5-3小時(shí)，爾后進(jìn)行兩次回火處理，即分別在690-720°C回火0. 5-3小時(shí)和650_680°C回火0. 5-3小時(shí)，然后冷卻至室溫。本制造方法的特點(diǎn)是經(jīng)過(guò)兩次回火以保證低溫下的沖擊性能，并空冷至室溫，嚴(yán)禁樣件回火后隨爐冷卻。本專利技術(shù)鋼種在使用本專利技術(shù)的制造方法制造后，樣件的力學(xué)性能和在_46°C的沖擊韌性均能滿足FF級(jí)105MPa采油樹(shù)本體對(duì)材料的要求，即屈服強(qiáng)度大于517MPa，-46°C沖擊功大于27J，且裕量充裕，可制造性強(qiáng)。具體實(shí)施例方式以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行較為詳細(xì)的說(shuō)明。表I所示為實(shí)驗(yàn)鋼種的化學(xué)成分，其中1-4為本專利技術(shù)鋼種；5_7為對(duì)比鋼種，為目前油田普遍使用的不銹鋼油套管用鋼。表I本專利技術(shù)鋼和現(xiàn)有合金鋼的化學(xué)成分，Wt%本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高韌性耐腐蝕鋼，其化學(xué)成分重量百分比為：C：0.03？0.10％，Si：0.2？0.6％，Mn：0.35？0.75％，Cr：12？114％，Ni：0.5？1.5％，Al：0.01？0.04％，Mo：0.1？0.3％，P≤0.015％，S≤0.006％，N≤0.01％，其中Al/N＞2，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種高韌性耐腐蝕鋼，其化學(xué)成分重量百分比為c :0. 03-0. 10%, Si :0. 2-0. 6%,Mn 0. 35-0. 75 %, Cr :12-114 %, Ni 0. 5-1. 5 %, Al 0. 01-0. 04 %, Mo 0. 1-0. 3 %,P≤0. 015%, S≤0. 006%, N ≤ 0. 01%，其中A1/N > 2，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.如權(quán)利要求I所述的高韌性耐腐蝕鋼，其特征在于，所述鋼的屈服強(qiáng)度大于517MPa, _46°C沖擊功大于 27J。3.如權(quán)利要求I或2所述的高韌性耐腐蝕鋼的制造方法，包括 采用電弧爐加爐外精煉并經(jīng)真空精煉處理，或氧氣轉(zhuǎn)爐加爐外精煉并經(jīng)真空精煉處理，或電洛重熔法冶煉后燒鑄成錠； 鍛造前采用溫錠入爐，入爐鋼錠表面溫度小于600...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田青超，熊文兵，董曉明，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：寶山鋼鐵股份有限公司，上海寶鋼商貿(mào)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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