CN100412222C

CN100412222C - 油井用无缝钢管

Info

Publication number: CN100412222C
Application number: CNB2006100679770A
Authority: CN
Inventors: 中村圭一; 大迫一; 村尾畅俊; 阿部俊治
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: US20060231168A1; CN1837394A; JP2006265668A

Abstract

本发明的能够以可以实现节能的有效的机构进行制造的强度稳定性优异的油井用无缝钢管，含有C：0.14～0.35%、Si：0.05～1.0%、Mn：0.05～2.0%、Cr：0.05～1.5%、Mo：0.05～2.0%、Ti：0～0.05%、V：0～0.1%以及Al：0.010%以上，并且Al含有率，和根据Ti和V修正的N含有率的积的值为0.00001～0.00050，剩余部由Fe和杂质组成，杂质中的P为0.025%以下，S为0.01%以下。优选含有Ti、V、Nb或B而使淬火性和耐硫化物应力腐蚀裂纹性提高，另外，含有Ca、Mg或REM而进行夹杂物的形态改善，从而使耐硫化物应力腐蚀裂纹性提高。

Description

油井用无缝钢管

技术领域

本发明涉及一种油井用无缝钢管，详细地说是涉及抗拉强度等的强度变动少，强度稳定性优异的油井用无缝钢管。

背景技术

与焊接管比较，可靠性高的无缝钢管多被使用在恶劣的油井环境和高温环境，通常要求在稳定的强度的基础上的高强度化、韧性提高和耐酸腐(sour)性提高。

例如，在特开2001-73086号公报中，公开了使V、Nb、Ti、Cr和Mo含有率满足规定的关系式，通过对如此而调整的无缝钢管进行淬火回火，抑制所能得到的M₂₃C₆型的碳化物的生成，由此而具有高韧性和高耐腐蚀性的无缝钢管。

为了满足这些要求，重要的是实现强度的稳定化，特别是，在耐酸腐性被认为是必要的钢管中，实现强度范围的窄幅化。另外，在一般的油井管中，也有可能出现因钢管的强度变动(强度偏差)引起的由于油井中的外压而令油井管部分地变形，钢管的强度稳定性成为必不可少的要素。

一直以来，为了实现强度稳定化，优选使钢管形成均一的回火马氏体组织，为了调整淬火性，需要C、Mn、Cr、Mo等的元素含有率的窄幅化，但仅此还不能实现稳定的强度。此外在最近，以生产效率的提高、使用能源的降低、成本合理化为目的，替代现有的离线热处理而采用了在线热处理。在此在线热处理中，存在由于旧奥氏体的结晶粒度的变动而淬火性变化，而无法得到稳定的强度的问题。

如上所述，为了抑制由旧奥氏体结晶粒度的变动所致的淬火性的变动等，而得到具有稳定的高强度、高韧性和耐酸腐性的油井用无缝钢管，还留有必须要解决的课题。

发明内容

本发明鉴于上述这样的情况，其课题是，提出一种能够以可以实现节能的有效的机构进行制造的强度稳定性优异的油井用无缝钢管。

本发明者们，为了解决上述的课题，依据现有的问题点，就强度稳定性优异的油井用无缝钢管的钢造进行了探讨，得出下述的(a)～(d)所示的主要的认识，从而使本发明完成。

(a)为了降低由于钢管的淬火性的变动所致的钢强度的变动，将钢中的AlN的析出量控制在规定范围内十分重要，需要将作为其指标的Al含有率(质量％)，与根据形成氮化物的Ti和V含有率而修正的N含有率(质量％)(以下，也称为“修正N含有率”)的浓度积(以下，也记为“Al×{N-14×(Ti/144+V/153)}”)的值，调整在0.00001～0.00050的范围内。

(b)将浓度积，Al×{N-14×(Ti/144+V/153)}的值调整在上述(a)的范围内的理由如下述。即，因为若上述浓度积的值超过0.00050变高，则AlN的析出量变多，所以结晶粒的粗大化被抑制，钢管的淬火性降低。另一方面，当上述浓度积的值低于0.00001时，因为AlN的析出量变少，所以结晶粒粗大化，钢管的淬火性上升。为了抑制如此而发生的钢管的淬火的变动，实现强度的稳定化，需要将上述浓度积的值调整在上述(a)所记录的范围内。

(c)为了提高淬火性确保钢管的强度，并且防止韧性的降低，可以调整C、Si、Mn和Cr含量，另外，为了提高淬火性，并且提高耐硫化物应力腐蚀裂纹性，可以调整Mo含量，其分别有效。

(d)因为若使Ti含有，则N作为氮化物而固定，能够使B以固溶状态存在，所以能够使淬火性提高，另外，若使V含有，则在回火时微细碳化物析出，从而能够实现强度上升。由于Nb形成碳氮化物，另外，由于B使淬火性提高而使马氏体量增加，从而分别使耐硫化物应力腐蚀裂纹性提高。此外通过含有Ca、Mg和REM之中的1种以上，能够改善夹杂物的形态而使耐硫化物应力裂纹性提高。

本发明，基于上述的认识而完成，是其要旨包括下述的(1)～(4)所示的油井用无缝钢管。

(1)一种油井用无缝钢管，其特征在于，以质量％计，含有C：0.14～0.35％、Si：0.05～1.0％、Mn：0.05～2.0％、Cr：0.05～1.5％、Mo：0.05～2.0％、Ti：0～0.05％、V：0～0.1％以及Al：0.010％以上，并且，Al、N、Ti以及V含量满足由下述(1)式所赋予的关系，剩余部由Fe和杂质组成，杂质中的P为0.025％以下，S为0.010％以下。

0.00001≤Al×{N-14×(Ti/144+V/153)}≤0.00050......(1)

其中，(1)式中的元素符号，表示在钢中所含有的各元素的含有率(质量％)。

(2)一种油井用无缝钢管，其特征在于，以质量％计，含有C：0.14～0.35％、Si：0.05～1.0％、Mn：0.05～2.0％、Cr：0.05～1.5％、Mo：0.05～2.0％、Ti：0～0.05％、V：0～0.1％以及Al：0.010％以上，还含有Nb：0.005～0.040％以及B：0.0003～0.005％中的1种或2种，并且，Al、N、Ti以及V含量满足由所述(1)式所赋予的关系，剩余部由Fe和杂质组成，杂质中的P为0.025％以下，S为0.010％以下。

(3)一种油井用无缝钢管，其特征在于，以质量％计，含有C：0.14～0.35％、Si：0.05～1.0％、Mn：0.05～2.0％、Cr：0.05～1.5％、Mo：0.05～2.0％、Ti：0～0.05％、V：0～0.1％以及Al：0.010％以上，还含有Ca：0.0003～0.005％、Mg：0.0003～0.005％以及REM：0.0003～0.005％中的1种或2种以上，并且，Al、N、Ti以及V含量满足由所述(1)式所赋予的关系，剩余部由Fe和杂质组成，杂质中的P为0.025％以下，S为0.010％以下。

(4)一种油井用无缝钢管，其特征在于，以质量％计，含有C：0.14～0.35％、Si：0.05～1.0％、Mn：0.05～2.0％、Cr：0.05～1.5％、Mo：0.05～2.0％、Ti：0～0.05％、V：0～0.1％以及Al：0.010％以上，还含有Nb：0.005～0.040％以及B：0.0003～0.005％中的1种或2种，此外还含有Ca：0.0003～0.005％、Mg：0.0003～0.005％以及REM：0.0003～0.005％中的1种或2种以上，并且Al、N、Ti和V含量满足由所述(1)式所赋予的关系，剩余部由Fe和杂质组成，杂质中的P为0.025％以下，S为0.010％以下。

在本发明中，所谓“强度稳定性优异”，意思是钢的抗拉强度等的强度变动小，其详细内容后述。

还有，在以下的说明中，“质量％”简记为“％”。

附图说明

图1是表示对实施了淬火回火处理的钢管的屈服强度YS的变动Al和修正N含有率的影响的图。

具体实施方式

本发明是一种油井用无缝钢管，其特征在于，如所述，含有C：0.14～0.35％、Si：0.05～1.0％、Mn：0.05～2.0％、Cr：0.05～1.5％、Mo：0.05～2.0％、Ti：0～0.05％、V：0～0.1％以及Al：0.010％以上，并且Al、N、Ti和V含量满足由所述(1)式所赋予的关系，剩余部由Fe和杂质组成，杂质中的P为0.025％以下，S为0.010％以下。以下，进一步详细说明如所述而限定本发明的范围的理由和优选范围。

C：

C是出于确保油井用无缝钢管的强度的目的而含有。当其含有率低于0.14％，淬火性不足而不能提高回火温度，难以确保必要的钢性能。另一方面，若含有率超过0.35％变高，则烧裂发生，另外韧性劣化。从以上的理由出发，将C含有率的适当范围设为0.14～0.35％。还有，C含有率的优选范围为0.16～0.28％，更优选范围为0.20～0.28％。

Si：

Si是除了具有脱氧作用以外，还具有提高钢的淬火性，而使强度提升的作用的元素，为了取得该效果，需要0.05％以上的含有率。但是，若其含有率超过1.0％变高，则耐硫化物应力裂纹性降低。因此，将Si含有率的适当范围设为0.05～1.0％。还有，Si含有率的优选范围为0.1～0.5％。

Mn：

Mn是具有脱氧作用，并且具有提高钢的淬火性，使强度提升的作用的元素，为了得到该效果，需要使之含有0.05％以上。但是，若其含有率超过2.0％变高，则成分偏析增大，使韧性降低。因此，将Mn含有率的适当范围设为0.05～2.0％。

P：

P是钢中的杂质元素，在晶界偏析而带来韧性降低，特别是，若其含有率超过0.025％变高，则使韧性显著降低。因此，将P含有率的适当范围设为0.025％以下。还有，P含有率优选为0.020％以下。

S：

S也是钢中的杂质，与Mn或Ca结合形成夹杂物。若S含有率超过0.010％，则以夹杂物为起因，钢的韧性和耐硫化物应力裂纹性的劣化变大。因此，将S含有率的适当范围设为0.010％以下。还有，S含有率优选为0.005％以下。

Cr：

Cr是对于提高钢的淬火性有效的元素，为了使该效果发挥，需要使之含有0.05％以上。但是，若其含有率超过1.5％变高，则钢的韧性和耐硫化物应力裂纹性降低。因此，将Cr含有率的适当范围设为0.05～1.5％。还有，Cr含有率的优选范围为0.2～1.2％。

Mo：

Mo是提高钢的淬火性确保高强度，并且对提高耐硫化物应力裂纹性有效的元素。为了得到这些效果，需要使Mo含有率为0.05％以上。但是，若Mo含有率超过2.0％变高，则韧性和耐硫化物应力裂纹性降低。由于上述的理由，将Mo含有率的适当范围设为0.05～2.0％。还有，Mo含有率的优选范围为0.1～0.8％。

Al：

Al是具有脱氧作用，对于提高钢的韧性和加工性有效的元素。还有，当Al含有率低于0.010％，固溶C量增加，其结果是显著提升强度。因此，将Al含有率的适当范围设为0.010％以上。还有，Al含有率的优选上限值为0.080％。

关系式(1)的Al、N、Ti和V含有率的限定理由：

如上所述，将Al含有率和N含有率的浓度积，Al×{N-14×(Ti/144+V/153)}的值，调整在根据下述(1)式所表示的值的范围的理由如下。

0.00001≤Al×{N-14×(Ti/144+V/153)}≤0.00050......(1)

上述浓度积，Al×{N-14×(Ti/144+V/153)}的值，是表示在钢中ALN析出的程度的指标，若浓度积的值超过0.00050变高，则在钢中的AlN析出量增大。其结果是，结晶粒的粗大化被抑制，钢管的淬火性降低。另一方面，当浓度积的值低于0.00001，在钢中的AlN的析出量减少，其结果是结晶粒粗大化，钢管的淬火性上升。从这些理由出发，抑制如上述这样而发生的钢管的淬火性的降低以及随过度的上升产生的淬火性的变动，根据上述(1)所表示，设用于使强度稳定化的浓度积的值的适当范围为0.00001～0.00050。还有，浓度积的值的优选范围是0.00003～0.0003。

在同一图中，钢管的屈服强度YS的变动的大小，根据后述的(2)式来评价。即，图中的○标记，表示强度变动小，还有●标记，表示强度变动大。

如同图所示，Al含有率和修正N含有率的适当范围，满足上述(1)式，另外，Al含有率形成为0.010％以上的区域。

以下，说明根据需要而使之含有的第1群和第2群的成分及组成。

第1群是Ti、V、Nb和B，根据需要而含有这些元素的1种或2种以上。

Ti：

Ti是通过将钢中的N作为氮化物固定，在淬火时使B在钢中以固溶状态存在，从而使淬火性提高效果发挥的元素。可以含有也可以不含有，但是通过使之含有，能够得到上述的作用。不过，若Ti的含有率超过0.05％变高，则作为粗大的氮化物残存于钢中，使耐硫化物应力裂纹性降低。从上述的理由出发，将在使Ti含有时的含有率的范围设为0～0.05％。还有，含有率的优选范围为0.005～0.025％。

B：

B是通过使淬火性提高，使马氏体量增加，而具有提高耐硫化物应力腐蚀裂纹性的作用的元素，其含有率即使为杂质水平的值，也具有此作用。可以含有也可以不含有，但是为了更显著地取得该效果，优选0.0003％以上的含有率。但是，若B含有率超过0.005％变高，则钢的韧性降低。因此，将在使B含有时的含有率的范围设为0.0003～0.005％。还有，含有率的优选范围是0.0003～0.003％。

V：

V是通过在回火时作为细微的碳化物析出，从而具有提高钢的强度的作用的元素。可以含有也可以不含有，但是通过使之含有能够得到上述的效果。另一方面，若其含有率超过0.3％变高，则钢的韧性降低。从这些理由出发，将在使V含有时的V含有率的范围设为0～0.3％。

Nb：

Nb是通过在高温区域形成碳氮化物而防止结晶粒的粗大化，从而具有提高钢的韧性和耐硫化物应力腐蚀裂纹性的作用的元素。可以含有也可以不含有，但是通过将含有率设为0.005％以上，能够得到该效果。另一方面，若其含有率超过0.040％变高，则碳氮化物过度粗大化，使耐硫化物应力裂纹性降低。因此，将在使之含有时的Nb含有率的范围设为0.005～0.040％。还有，含有率的优选范围为0.010～0.030％。

第2群是Ca、Mg和REM。

这些元素可以含有也可以不含有，但是在使之含有时，任一个均与钢中的S反应而形成硫化物，由此改善夹杂物的形态，具有使钢的耐硫化物应力裂纹性提高的作用。在想得到上述的效果时，从Ca、Mg和REM(Ce、La、Y等稀土族元素)之中选择1种或2种以上，分别使之含有0.0005％以上，由此能够得到该效果。另一方面，若任何一种的元素其含有率超过0.005％，则由于钢中的夹杂物量增加，钢的纯净度降低，而使耐硫化物应力裂纹性降低。从上述的理由出发，将在使这些元素含有时的含有率的范围，任一种元素均设均为0.0005～0.005％。

实施例

为了确认本发明的油井用无缝钢管的效果，而进行下述的试验，评价其结果。

由具有表1和表2所示的化学成分组成的22个种类的供试钢，制作外径225mm的钢坯，将其加热到1250℃之后，根据曼内斯曼式穿孔机(Mannesmann mandrel)制管法，形成为外径244.5mm、壁厚13.8mm的无缝钢管。然后，对此无缝钢管实施淬火和回火处理，采取拉伸试验片。

这里，淬火是通过950℃、5分钟均一补热后，进行的水淬火，另外，回火是通过将上述淬火后的钢管，在650℃进行30分钟均热而进行。还有，上述的处理条件是一个示例，本发明的无缝钢管的淬火和回火处理不受其限制。

另外，拉伸试验是从拉伸试验用管钢的纵长方向，以API规格的5CT所规定的平行部截面采取圆弧状的拉伸试验片，实施拉伸试验而测定屈服强度YS(MPa)。

此外，基于上述的测定结果而求得屈服强度YS的变动(偏差)，评价强度稳定性，在所述表2一并表示。

还有，在表2中，屈服强度YS的变动，由下述的方法而求得，根据2个阶段而评价。即，对各钢编号的供试钢，实施10(N数＝10)次上述的拉伸试验，将满足下述(2)式的有关系的情况，作为TS的变动小为良好(○)，将不满足(2)式的关系的情况，作为YS的变动大为不良(×)。

各YS≤平均YS-3×各YS标准偏差......(2)

这里分别表示为，“平均TS”为提供于试验的全部供试钢(22个种类)的平均YS，“各YS”为对象供试钢(1种)的平均YS，而后，“各YS标准偏差”为对象供试钢(1种)的标准偏差。

试验编号1～12，是采用作为本发明钢的钢编号1～12的本发明例，试验编号13～22，是采用作为比较钢的钢编号13～22的比较例。

采用Al含有率低的钢编号13～15的试验编号13～15，和采用Al含有率低的，而且浓度积，Al×{N-14×(Ti/144+V/153)}的值高的钢编号16的试验编号16，任一个屈服强度YS的变动均大，强度稳定性不良。另外，不管Al含有率是否在本发明的范围内，采用浓度积，Al×{N-14×(Ti/144+V/153)}的值高的钢编号17～22的试验编号17～22，在其任何一种中，YS的变动均大，强度稳定性不良。

相对于此，在采用作为全部满足本发明规定的条件的本发明钢的钢编号1～12的试验编号1～12中，任一个YS的变动均小，强度稳定性良好。特别是，在采用含有Ti、V、Nb或B的钢编号6、7、8和10的试验编号6、7、8和10中，由于淬火性的提高等，能够得到更高的强度和耐硫化物应力腐蚀裂纹性，另外，在含有Ca、Mg和REM中的1种以上的试验编号6、8、9和10中，能够得到更高的耐硫化物应力裂纹性。

工业上的应用

本发明的油井用无缝钢管，是一种能够以可以实现节能的有效的机构进行制造的强度稳定性优异的油井用无缝钢管。特别是，在经过在线热处理过程而制造的情况中，能够抑制以旧奥氏体结晶粒的粒度变动为起因的淬火性的变动，从而得到稳定的高强度。因此，本发明的油井用无缝钢管，适合作为具备在节能和生产效率提高下所生产的强度稳定性的油井用无缝钢管，在制造过程的合理化和用途扩大的双方面，也能够广泛地适用。

Claims

1. 一种油井用无缝钢管，其特征在于，以质量％计，含有C：0.14～0.35％、Si：0.05～1.0％、Mn：0.05～2.0％、Cr：0.05～1.5％、Mo：0.05～2.0％、Ti：0～0.05％、V：0～0.1％以及Al：0.010％～0.080％，并且，Al、N、Ti以及V含量满足由下式(1)所赋予的关系，剩余部由Fe和杂质组成，杂质中的P为0.025％以下，S为0.010％以下，

0.00001≤Al×{N-14×(Ti/144+V/153)}≤0.00050……(1)

其中，(1)式中的元素符号，表示在钢中所含有的各元素的含有率，单位是质量％。

2. 根据权利要求1所述的油井用无缝钢管，其特征在于，替代所述Fe的一部分，以质量％计还含有Nb：0.005～0.040％以及B：0.0003～0.005％中的1种或2种。

3. 根据权利要求1所述的油井用无缝钢管，其特征在于，替代所述Fe的一部分，以质量％计还含有Ca：0.0003～0.005％、Mg：0.0003～0.005％以及REM：0.0003～0.005％中的1种或2种以上。

4. 根据权利要求2所述的油井用无缝钢管，其特征在于，替代所述Fe的一部分，以质量％计还含有Ca：0.0003～0.005％、Mg：0.0003～0.005％以及REM：0.0003～0.005％中的1种或2种以上。