[RU]

Предложен высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин, имеющий химический состав, состоящий из, мас.%: С 0,60-1,4, Si 0,05-1,00, Mn 12-25, Al 0,003-0,06, Р ≤0,03, S ≤0,03, N <0,1, Cr ≥0 и <5,0, Мо ≥0 и <3,0, Cu ≥0 и <1,0, Ni ≥0 и <1,0, V 0-0,5, Nb 0-0,5, Та 0-0,5, Ti 0-0,5, Zr 0-0,5, Са ≥0 и <0,005, Mg ≥0 и <0,005, В 0-0,015, остальное Fe и примеси, где Ni _экв =[Ni+30C+0,5Mn] составляет 27,5 или выше, а микроструктура металла является структурой, состоящей в основном из ГЦК-структуры, где суммарная объемная доля феррита и α'-мартенсита составляет менее чем 0,10%, а предел текучести составляет 862 МПа или выше.

[RU] (57) Реферат / Формула:

Предложен высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин, имеющий химический состав, состоящий из, мас.%: С 0,60-1,4, Si 0,05-1,00, Mn 12-25, Al 0,003-0,06, Р ≤0,03, S ≤0,03, N <0,1, Cr ≥0 и <5,0, Мо ≥0 и <3,0, Cu ≥0 и <1,0, Ni ≥0 и <1,0, V 0-0,5, Nb 0-0,5, Та 0-0,5, Ti 0-0,5, Zr 0-0,5, Са ≥0 и <0,005, Mg ≥0 и <0,005, В 0-0,015, остальное Fe и примеси, где Ni _экв =[Ni+30C+0,5Mn] составляет 27,5 или выше, а микроструктура металла является структурой, состоящей в основном из ГЦК-структуры, где суммарная объемная доля феррита и α'-мартенсита составляет менее чем 0,10%, а предел текучести составляет 862 МПа или выше.

---

2420-531368ЕА/061 ВЫСОКОПРОЧНЫЙ СТАЛЬНОЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ И ТРУБЫ
ДЛЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ [0001] Настоящее изобретение относится к высокопрочному стальному материалу для нефтяной скважины и трубам для нефтяных скважин, а более конкретно, к высокопрочному стальному материалу для нефтяной скважины, обладающему высоким сопротивлением сульфидному растрескиванию под напряжением, который используют в среде нефтяной и газовой скважин, и в аналогичных средах, содержащих сероводород (H2S), а также к трубам для нефтяных скважин, изготовленным из этого материала. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] В нефтяных и газовых скважинах (в дальнейшем в этом документе именуются просто как "нефтяные скважины") сырой нефти, природного газа и аналогичных средах, содержащих H2S, сульфидное растрескивание стали вследствие коррозии под напряжением (в дальнейшем в этом документе именуется как "SSC") в среде влажного сероводорода представляет проблему, поэтому требуются трубы для нефтяных скважин, обладающие высоким сопротивлением SSC. В последние годы достигнуты успехи в упрочнении низколегированных стойких к сероводородной среде труб для нефтяных скважин, применяемых в обсадных колоннах.
[0002] Сопротивление SSC резко снижается при повышении
прочности стали. Поэтому обычно, стальные материалы, способные
обеспечить сопротивление SSC в среде раствора А по NACE (NACE
ТМ0177-2005), содержащем при 1 бар (100 кПа), который
является общепринятым условием оценки, являются стальными материалами класса 110 ksi (предел текучести от 758 до 862 МПа) или ниже. Во многих случаях высокопрочные стальные материалы класса 125 ksi (предел текучести от 862 до 965 МПа) и класса 140 ksi (предел текучести от 965 до 1069 МПа) могут обеспечить сопротивление SSC только при ограниченном парциальном давлении H2S, например 0,1 бар (10 кПа) или ниже. Полагают, что в будущем коррозионная среда станет еще более враждебной из-за большей глубины нефтяных скважин, поэтому должны быть
разработаны трубы для нефтяных скважин, имеющие повышенную прочность и повышенную коррозионная стойкость.
[0003] SSC является видом водородным охрупчивания, при котором водород, образовавшийся на поверхности стального материала в коррозионной среде, диффундирует в сталь, в результате чего стальной материал разрушается вследствие синергического действия при напряжении, приложенном к этому материалу. В стальном материале, имеющем высокую склонность к SSC, легко образуются трещины при действии напряжения под нагрузкой, низкого по сравнению с пределом текучести стального материала.
[0004] До настоящего времени были выполнены многочисленные исследования взаимосвязи между микроструктурой металла и сопротивлением SSC низколегированной стали. Вообще считается, что с целью повышения сопротивления SSC наиболее эффективным средством является превращение микроструктуры металла в структуру отпущенного мартенсита и желательно преобразовать эту структуру в мелкозернистую микроструктуру.
[0005] Например, в Патентном Документе 1 предложен способ измельчения кристаллических зерен за счет применения быстрого, например, индукционного нагрева, при нагревании стали. Также, в Патентном Документе 2 предложен способ измельчения кристаллических зерен посредством двукратной закалки стали. Кроме того, например в Патентном Документе 3 предложен способ улучшения характеристик стали за счет формирования бейнитной структуры стального материала. Каждая из целевых сталей в описанных выше обычных методах имеет микроструктуру металла, состоящую в основном из отпущенного мартенсита, феррита или бейнита.
[000 б] Отпущенный мартенсит или феррит, которые являются основной структурой описанной выше низколегированной стали, имеют объемно-центрированную кубическую кристаллическую систему (в дальнейшем в этом документе именуется как ОЦК) . Эта ОЦК-структура по своей природе обладает высокой склонностью к водородному охрупчиванию. Поэтому для стали, основной структурой которой является отпущенный мартенсит или феррит,
весьма затруднительно полностью предотвратить SSC. В частности, как описано выше, склонность к SSC возрастает с повышением прочности. Поэтому считают, что получение высокопрочного стального материала с высоким сопротивлением SSC является проблемой, наиболее трудной для решения применительно к низколегированной стали.
[0007] В противоположность этому, если использовать сплав с высокой коррозионной стойкостью, такой как нержавеющая сталь или высоконикелевый сплав, имеющий аустенитную структуру гранецентрированной кубической кристаллической системы (в дальнейшем в этом документе именуется как ГЦК), которая по своей природе имеет низкую склонность к водородному охрупчиванию, то можно предотвратить SSC. Однако, вообще аустенитная сталь имеет низкую прочность в состоянии после обработки на твердый раствор. Кроме того, обычно для получения стабильной аустенитной структуры необходимо вводить в большом количестве дорогостоящие элементы, такие как никель, что значительно повышает стоимость производства стального материала.
[0008] Марганец известен в качестве элемента, стабилизирующего аустенит. В связи с этим в качестве материала для труб нефтяных скважин рассматривают применение аустенитной стали с высоким содержанием марганца вместо дорогостоящего никеля. В Патентном Документе 4 раскрыт способ, в котором применяют сталь, содержащую 0,3-1,6% углерода, 4-35% марганца, 0,5-20% хрома, 0,2-4% ванадия, 0,2-4% ниобия и др., и эту сталь упрочняют за счет выделения карбидов в процессе охлаждения после обработки на твердый раствор. Далее, в Патентном Документе 5 раскрыт способ, в котором сталь, содержащую 0,101,2% углерода, 5,0-45,0% марганца, 0,5-2,0% ванадия и др., подвергают старению после обработки на твердый раствор и упрочняют эту сталь за счет выделения карбидов ванадия. Кроме того, в Патентном Документе б раскрыта сталь, которая содержит 1,2% или менее углерода, 5-45% марганца и др., и эту сталь упрочняют за счет холодной обработки давлением.
СПИСОК ДОКУМЕНТОВ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ [0009] Патентный Документ 1: JP61-9519A
Патентный
Документ
2 :
JP59
-232220А
Патентный
Документ
3 :
JP63
-93822А
Патентный
Документ
4 :
JP60
-39150А
Патентный
Документ
JP9-
249940А
Патентный
Документ
JP10
-121202А
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ПОСРЕДСТВОМ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] Так как аустенитная сталь обычно имеет низкую прочность, то в Патентных Документах 4 и 5 эту сталь упрочняют за счет выделения карбидов. Однако, для реализации высокой прочности необходимо проводить старение в течение длительного периода времени, но продолжительное старение не всегда удобно с точки зрения производительности.
[ООН] В Патентном Документе б достигают предела текучести немного более чем 100 кгс/мм2 посредством холодной обработки давлением со степенью деформации 40%. Однако, результаты исследований, проведенных авторами настоящего изобретения, показали, что в стали Патентного Документа б из-за увеличения степени холодной обработки давлением иногда образуется ос'-мартенсит вследствие превращения, вызванного деформацией, и сопротивление SSC снижается. К тому же, для стали Патентного Документа б по мере увеличения степени холодной обработки давлением резко снижается относительное удлинение и способность к такой обработке ухудшается, поэтому остаются возможности для улучшения.
[0012] Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы получить высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин и трубы для нефтяных скважин из этого материала, обладающие высоким сопротивлением SSC, коррозионной стойкостью столь же высокой, как и у низколегированной стали с точки зрения общей коррозии и, кроме того, имеющие высокую экономическую эффективность и пригодные для производства без особых проблем на обычном промышленном оборудовании.
СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
[0013] Как описано выше, SSC является видом водородного охрупчивания. Авторы настоящего изобретения провели исследования, в процессе которых по аналогии с решением в Патентном Документе б, сформировали аустенитную фазу за счет относительно большого количества марганца и повысили прочность стали с помощью холодной обработки давлением. Однако, как описано выше, в Патентном Документе б с целью реализации предела текучести в 125 ksi (862 МПа) требуется степень деформации около 4 0%, что связано с ограничениями по оборудованию.
[0014] Авторы настоящего изобретения обратили внимание на область с высоким содержанием элементов, стабилизирующих аустенитную фазу, то есть область, в которой никелевый эквивалент (Ni3KB=Ni+30C+0.5Мп), определяемый в настоящем изобретении, высок, и которая обычно не принималась во внимание, и проверили практические характеристики этой области. В результате авторы изобретения пришли к следующим выводам.
[0015] (А) За счет увеличения в основном содержания углерода и марганца и повышения таким образом Ы1экв до 27,5 или более, можно реализовать высокую прочность даже при сравнительно низкой степени деформации, а также ограничить долю ОЦК-структуры даже после сильной обработки давлением, обеспечивая таким образом сопротивление SSC.
[0016] (В) За счет увеличения в основном содержания углерода и марганца и повышения таким образом Ы1экв до 27,5 или более, можно сохранить высокое относительное удлинение даже после сильной обработки давлением и предотвратить образование мелких трещин на поверхности, то есть можно вполне обоснованно выполнять холодную обработку давлением даже с высокой степенью деформации.
[0017] (С) Если при увеличении значения Ы1экв содержание марганца оказывается чрезмерным, то общая коррозионная стойкость снижается.
[0018] (D) Никель необходим для стабилизации аустенита, но при чрезмерно высоком содержании никеля сопротивление SSC
высокопрочного материала снижается.
[0019] Настоящее изобретение было осуществлено на основании описанных выше выводов и включает описанные ниже высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин и трубы для нефтяных скважин.
[0020] (1) Высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин, имеющий химический состав, состоящий из (масс.%):
С: 0,60-1,4%,
Si: 0,05-1,00%,
Мп: 12-25%,
А1: 0,003-0,06%,
Р: 0,03% или менее,
S: 0,03% или менее,
N: менее чем 0,1%,
Сг: 0% или более и менее чем 5,0%, Мо: 0% или более и менее чем 3,0%, Си: 0% ИЛИ более и менее чем 1,0%, Ni: 0% или более и менее чем 1,0%, V: 0-0,5%, Nb: 0-0,5%, Та: 0-0,5%, Ti: 0-0,5%, Zr: 0-0,5%,
Са: 0% или более и менее чем 0,005%, Мд: 0% или более и менее чем 0,005%, В: 0-0,015%, остальное - железо и примеси,
где Ы1экв, определяемый формулой (i), составляет 27,5 или более,
имеющий микроструктуру металла, которая является структурой, состоящей в основном из ГЦК-структуры и имеющий объемную долю феррита и а'-мартенсита менее чем 0,10%,
и имеющий предел текучести 8 62 МПа или выше;
Ni3KB=Ni+30C+0,5Mn (i)
где символ элемента в приведенной формуле выражает содержание (масс,%) этого элемента в стальном материале и равен
нулю в случае его отсутствия в материале,
[0021] (2) Высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин по п. (1), в котором химический состав содержит, в % по массе, один или два элемента, выбранных из
Сг: 0,1% или более и менее чем 5,0% и
Мо: 0,1% или более и менее чем 3,0%.
[0022] (3) Высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин по п.(1) или (2), в котором химический состав содержит, в % по массе, один или два элемента, выбранных из
Си: 0,1% ИЛИ более и менее чем 1,0% и
Ni: 0,1% или более и менее чем 1,0%.
[0023] (4) Высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин по любому из п.п.(1)-(3), в котором химический состав содержит, в % по массе, один или более элементов, выбранных из
V: 0,005-0,5%,
Nb: 0,005-0,5%,
Та: 0,005-0,5%,
Ti: 0,005-0,5% и
Zr: 0,005-0,5%.
[0024] (5) Высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин по любому из п.п.(1)-(4), в котором химический состав содержит, в % по массе, один или два элемента, выбранного из
Са: 0,0003% или более и менее чем 0,005% и
Мд: 0,0003% или более и менее чем 0,005%.
[0025] (б) Высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин по любому из п.п.(1)-(5), в котором химический состав содержит, в % по массе, В: 0,0001-0,015%.
[0027] (7) Высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин по любому из п.п.(1)-(б), предел текучести которого составляет 965 МПа или выше.
[0026] (8) Трубы для нефтяных скважин, которые состоят из высокопрочного стального материала для нефтяных скважин по любому из п.п.(1)-(7).
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] В соответствии с настоящим изобретением можно,
используя обычное промышленное оборудование, изготовить при низкой себестоимости стальной материал, имеющий высокую прочность и высокое сопротивление SSC. Кроме того, благодаря высокому относительному удлинению стальной материал по настоящему изобретению обладает высокой способностью к обработке давлением. Следовательно, высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин в соответствии с настоящим изобретением вполне пригоден в применении для труб нефтяных скважин в среде влажного сероводорода. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0028] [Фиг.1] На фиг.1 представлен график, показывающий взаимосвязь между степенью холодной обработки давлением и относительным удлинением.
[Фиг.2] На фиг.2 представлен график, показывающий взаимосвязь между степенью холодной обработки давлением и суммарной объемной долей феррита и а'-мартенсита.
ПРИНЦИП ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0029] Ниже подробно описаны компоненты настоящего изобретения.
[0030] 1. Химический состав
Ниже описаны причины ограничения содержания элементов. В последующем объяснении символ "%" для содержания каждого элемента означает "% по массе". [0031] С: 0,60-1,40%
Углерод (С) при низкой стоимости обладает эффектом стабилизации аустенитной фазы, даже если понижено содержание марганца и никеля, а также может способствовать деформационному упрочнению и равномерному удлинению при содействии пластической деформации вследствие двойникования, поэтому углерод является очень важным элементом в настоящем изобретении. В связи с этим содержание углерода должно быть 0,60% или более. С другой стороны, если содержание углерода слишком велико, то усиливается выпадение цементита, в результате чего не только снижается прочность границ зерен и возрастает склонность к растрескиванию вследствие коррозии под напряжением, но заметно
снижается точка плавления материала и ухудшается способность к горячей обработке давлением. В связи с этим задано содержание углерода в 1,40% или менее. Для получения высокопрочного стального материала для нефтяных скважин, обладающего хорошим балансом прочности и относительного удлинения, предпочтительно содержание углерода более чем 0,80%, более предпочтительно 0,85% или выше. Кроме того, предпочтительно содержание углерода 1,30% или менее, более предпочтительно 1,25% или менее. [0032] Si: 0,05-1,00%
Кремний (Si) является элементом, необходимым для раскисления стали. Если содержание кремния менее чем 0,05%, то раскисление недостаточно и останется много неметаллических включений, то есть окажется невозможно получить требуемое сопротивление SSC. С другой стороны, если содержание кремния составляет более чем 1,0%, то снижается прочность границ зерен и уменьшается сопротивление SSC. Поэтому задано содержание кремния от 0,05 до 1,00%. Содержание кремния предпочтительно в 0,10% или выше, более предпочтительно 0,2 0% или выше. Также содержание кремния предпочтительно 0,80% или менее, более предпочтительно 0,60% или менее.
[0033] Мп: 12-25%
Марганец (Мп) является элементом, способным при низкой стоимости стабилизировать аустенитную фазу. Для проявления эффекта в настоящем изобретении содержание марганца должно составлять 12% или более. С другой стороны, марганец преимущественно растворяется в среде влажного сероводорода и на поверхности материала не образуются стабильные продукты коррозии. В результате общая коррозионная стойкость ухудшается с ростом содержания марганца. При содержании марганца более чем 25% скорость коррозии становится выше стандартной скорости коррозии низколегированных труб для нефтяных скважин. Поэтому содержание марганца должно составлять 25% или менее.
[0034] В настоящем изобретении "стандартная скорость коррозии низколегированных труб для нефтяных скважин" означает скорость коррозии, рассчитанную по коррозионным потерям при погружении стали в раствор А (водный раствор, содержащий
5%NaCl + 0, 5%СН3СООН и насыщенный H2S при 1-бар) ,
регламентированный в NACE ТМ0177-2005, на 336 ч, и составляющую 1,5 г/ (м2-ч) .
[0035] А1: 0,003-0,06%
Алюминий (А1) является элементом, необходимым для раскисления стали и поэтому содержание алюминия должно быть 0,003% или более. Однако, при содержании алюминия более чем 0,06% оксиды склонны подмешиваться в качестве включений и эти оксиды могут оказывать вредное влияние на вязкость и коррозионная стойкость. Поэтому содержание алюминия задано от 0,003 до 0,06%. Содержание алюминия предпочтительно 0,008% или выше, более предпочтительно 0,012% или выше. Также предпочтительно содержание алюминия 0,05% или менее, более предпочтительно 0,04% или менее. В настоящем изобретении алюминий означает кислоторастворимый алюминий (sol.Al). [0036] Р:0,03% или менее
Фосфор (Р) является элементом, неизбежно присутствующим в стали в качестве примеси. Однако, если содержание фосфора более чем 0,03%, то фосфор скапливается на границах зерен и сопротивление SSC снижается. Поэтому содержание фосфора должно быть 0,03% или менее. Желательно, чтобы содержание фосфора было как можно меньшим, предпочтительно 0,02% или менее, более предпочтительно 0,012% или менее. Однако, чрезмерное снижение содержания фосфора ведет к росту стоимости производства стального материала. Поэтому нижний предел содержания фосфора предпочтительно 0,001%, более предпочтительно 0,005%. [0037] S: 0,03% или менее
Сера (S), подобно алюминию, неизбежно присутствует в стали в качестве примеси. Если содержание серы более чем 0,03%, то сера скапливается на границах зерен, формируя сульфидные включения, что приводит к снижению сопротивления SSC. Поэтому содержание серы должно быть задано в 0,03% или менее. Желательно, чтобы содержание серы было как можно меньшим, предпочтительно 0,015% или менее, более предпочтительно 0,01% или менее. Однако, чрезмерное снижение содержания серы ведет к
росту стоимости производства стального материала. Поэтому нижний предел содержания серы предпочтительно 0,001%, более предпочтительно 0,002%.
[0038] N: менее чем 0,10%
Азот (N) обычно рассматривают в качестве примесного элемента в материалах из чугуна и стали и снижают его содержание путем деазотирования. Азот является элементом, стабилизирующим аустенитную фазу, поэтому с целью стабилизации аустенита азот может содержаться в большом количестве. Однако, поскольку настоящее изобретение предусматривает стабилизацию аустенита посредством углерода и марганца, то содержание азота не должно быть явно заданым. Кроме того, при избыточном содержании азота повышается предел прочности при высокой температуре, возрастает напряжение в процессе обработки давлением при высоких температурах, то есть снижается способность к горячей обработке давлением. Поэтому содержание азота должно быть задано менее чем 0,10%. С точки зрения расходов на рафинирование деазотирование не должно проводится без необходимости, поэтому нижний предел содержания азота составляет предпочтительно 0,0015%.
[0039] Сг: 0% или более и менее чем 5,0%
Хром (Сг) может содержаться при необходимости, поскольку является элементом, служащим для улучшения общей коррозионной стойкости. Однако, если содержание хрома составляет 5,0% или более, то хром скапливается на границах зерен, снижая таким образом сопротивление SSC. Кроме того, может снизиться сопротивление коррозионному растрескиванию под напряжением (сопротивление SCC) . Поэтому при наличии хрома его содержание задают менее чем 5,0%. В случае, когда желательно получить описанный выше эффект, содержание хрома предпочтительно задают в 0,1% или выше, более предпочтительно 0,2% или выше, еще более предпочтительно 0,5% или выше.
[0040] Мо: 0% или более и менее чем 3,0%
Молибден (Мо) может содержаться, поскольку это элемент, который стабилизирует продукты коррозии в среде влажного сероводорода и повышает общую коррозионную стойкость. Однако,
если содержание молибдена составляет 3% или более, то сопротивление SSC и сопротивление SCC может снизиться. Кроме того, молибден является очень дорогим элементом и если его вводят в состав, то ограничивают его содержание менее чем 3,0%. В случае, когда желательно получить описанный выше эффект, содержание молибдена предпочтительно задают в 0,1% или выше, более предпочтительно 0,2% или выше, и еще более предпочтительно 0,5% или выше.
[0041] Си: 0% ИЛИ более и менее чем 1,0%
Медь (Си) может содержаться при необходимости в небольшом количестве, поскольку этот элемент способен стабилизировать аустенитную фазу. Однако, в случае когда учитывают влияние на коррозионную стойкость, медь является элементом, способствующим локальной коррозии и участвует в формировании зоны концентрации напряжений на поверхности стального материала. Поэтому при избыточном содержании меди сопротивление SSC и сопротивление SCC может снизиться. По этой причине содержание меди при ее введении в состав задают в менее чем 1,0%. В случае, когда желательно получить эффект стабилизации аустенита, содержание меди предпочтительно задают в 0,1% или выше, более предпочтительно в 0,2% или выше.
[0042] Ni: 0% или более и менее чем 1,0%
Никель (Ni) может содержаться при необходимости в небольшом количестве, поскольку по аналогии с медью этот элемент способен стабилизировать аустенитную фазу. Однако, в случае когда учитывают влияние на коррозионную стойкость, никель является элементом, способствующим локальной коррозии и участвует в формировании зоны концентрации напряжений на поверхности стального материала. Поэтому при избыточном содержании никеля сопротивление SSC и сопротивление SCC может снизиться. По этой причине содержание никеля при его введении в состав задают в менее чем 1,0%. В случае, когда желательно получить эффект стабилизации аустенита, содержание никеля предпочтительно задают в 0,1% или выше, более предпочтительно в 0,2% или выше.
[0043] V: 0-0,5%
Nb: 0-0,5% Та: 0-0,5% Ti: 0-0,5% Zr: 0-0,5%
Ванадий (V), ниобий (Nb), тантал (Та), титан (Ti) и цирконий (Zr) могут содержаться при необходимости, поскольку они являются элементами, необходимыми для прочности стали в сочетании с углеродом или азотом для формирования микроразмерных карбидов или карбонитридов. Стальной материал по настоящему изобретению предназначен для упрочнения методом холодной обработки давлением после обработки на твердый раствор. Кроме того, этот стальной стальной материал может быть упрочнен за счет дисперсионного твердения в процессе искусственного старения при наличии в этом материале элементов, способных формировать карбиды и карбонитриды. Однако, при избыточном содержании этих элементов упомянутый эффект достигает насыщения и может иметь место снижение вязкости и дестабилизация аустенита. Поэтому содержание каждого из этих элементов составляет 0,5% или менее. С целью получения упомянутого эффекта содержание одного или более элементов, выбранных из этих элементов предпочтительно составляет 0,005% или выше, более предпочтительно 0,1% или выше.
[0044] Са: 0% или более и менее чем 0,005%
Мд: 0% или более и менее чем 0,005%
Кальций (Са) и магний (Мд) могут содержаться при необходимости, поскольку эти элементы имеют эффекты повышения вязкости и коррозионной стойкости за счет регулирования формы включений и, кроме того, улучшают литейные свойства благодаря предотвращению зарастания разливочного стакана в процессе разливки. Однако при чрезмерном содержании упомянутых элементов этот эффект достигает насыщения и включения образуют кластеры, снижая вязкость и коррозионную стойкость. Поэтому содержание каждого из этих элементов составляет менее чем 0,005%. Предпочтительно содержание каждого из этих элементов составляет 0,003% или менее. При одновременном содержании кальция и магния их общее содержание составляет предпочтительно менее чем
0,005%. Для того, чтобы получить упомянутый эффект содержание одного или двух из этих элементов предпочтительно составляет 0,0003% или выше, более предпочтительно 0,0005% или выше. [0045] В:0-0,015%
Бор (В) может содержаться при необходимости, поскольку это элемент, который имеет эффект измельчения включений и размера зерна аустенита. Однако, при чрезмерном содержании бора могут формироваться легкоплавкие соединения, ухудшая способность к горячей обработке давлением. В частности, способность к горячей обработке давлением может заметно снижаться при содержании бора более чем 0,015%. Поэтому содержание бора составляет 0,015% или менее. С целью получения описанного выше эффекта содержание бора составляет предпочтительно 0,0001% или более.
[0046] Высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин по настоящему изобретению имеет химический состав, состоящий из элементов в диапазоне от углерода до бора, остальное - железо и примеси.
[0047] Термин "примеси" означает компоненты, которые подмешиваются под влиянием различных факторов в процессе производства, включая исходные материалы, например руду и лом при промышленном производстве стали, и эти компоненты допускаются в диапазоне, в котором они не оказывают неблагоприятного влияния на настоящее изобретение.
[0048] Ы1экв: 27,5 или более
Ы1экв означает никелевый эквивалент, определяемый приведенной ниже формулой (i). В настоящем изобретении высокая прочность стального материала может быть получена за счет холодной обработки давлением. Однако, в случае, когда аустенитная фаза нестабильна, образуется а'-мартенсит деформации, в результате чего сопротивление SSC заметно снижается. Даже в случае, когда стальной материал имеет описанный выше химический состав, при одновременном содержании углерода и марганца аустенитная фаза становится нестабильной. Поэтому для стального материала по настоящему изобретению с целью надежной стабилизации аустенитной фазы химический состав
должен быть задан так, чтобы Ы1экв, представленный формулой (i), составлял 27,5 или более. Предпочтительно задать NisKB равный 2 9 или выше, более предпочтительно 32 или выше. Ni3KB=Ni+30C+0,5Mn (i)
где символ элемента в приведенной формуле выражает содержание (масс.%) этого элемента в этом стальном материале и равен нулю в случае отсутствия этого элемента в материале.
[0049] 2. Микроструктура металла
Как описано выше, если а'-мартенсит и феррит, имеющие оба ОЦК-структуру, присутствуют в микроструктуре металла, то сопротивление SSC снижается. В частности, если суммарная объемная доля а'-мартенсита и феррита составляет 0,1% или более, то сопротивление SSC значительно снижается. Учитывая этот момент, в настоящем изобретении микроструктуру металла формируют в виде структуры, состоящей в основном из ГЦК-структуры, а суммарную объемную долю а'-мартенсита и феррита ограничивают величиной менее чем 0,1%.
[0050] В настоящем изобретении в качестве структуры, состоящей в основном из ГЦК-структуры, допускается, кроме ГЦК-структуры, служащей в качестве матрицы стали, подмешивание s-мартенсита, имеющего ГПУ-структуру. Объемная доля s-мартенсита составляет предпочтительно 10% или менее.
[0051] Поскольку а'-мартенсит и феррит присутствуют в микроструктуре металла в виде мелких кристаллов, затруднительно измерить их объемную долю посредством рентгеновской дифракции, с помощью микроскопа или подобными методами. Поэтому в настоящем изобретении суммарную объемную долю структуры, имеющей ОЦК-структуру, измеряли посредством ферритометра.
[0052] Поскольку Ы1экв, определяемый формулой (i), составляет 27,5 или выше, стальной материал в соответствии с настоящим изобретением имеет микроструктуру металла, состоящую в основном из аустенита в состоянии после термообработки на твердый раствор. Для получения предела текучести в 8 62 МПа или выше стальной материал в соответствии с настоящим изобретением подвергают упрочнению методом холодной обработки давлением. В
случае, когда аустенитную сталь подвергают холодной обработке давлением, часть аустенита иногда превращается в мартенсит в результате превращения, вызванного деформацией.
[0055] В стальном материале в соответствии с настоящим изобретением существует вероятность s-мартенситного превращения за счет превращения, вызванного деформацией; однако, даже если образуется а'-мартенсит, то его образование ограничено весьма малым количеством. К тому же, поскольку s-мартенсит имеет ГПУ-структуру, то даже при образовании s-мартенсита не возникает водородное охрупчивание и сопротивление SSC не подвергается вредному влиянию. То есть, в стальном материале по настоящему изобретению даже при возникновении превращения, вызванного деформацией, а'-мартенсит почти не образуется, поэтому сопротивление SSC менее склонно к снижению.
[0053] 3. Механические свойства
Стальной материал в соответствии с настоящим изобретением является высокопрочным стальным материалом для нефтяных скважин, обладающим пределом текучести на уровне 8 62 МПа или выше. Как описано выше, сопротивление SSC быстро снижается по мере роста прочности стали; однако, в стальном материале в соответствии с настоящим изобретением высокий предел текучести в 8 62 МПа может сочетаться с высоким сопротивлением SSC. К тому же, если предел текучести составляет 965 МПа или выше, то в высокопрочном стальном материале для нефтяных скважин в соответствии с настоящим изобретением указанные эффекты выражены еще сильнее.
[0054] Высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин в соответствии с настоящим изобретением имеет характерное свойство - высокое относительное удлинение даже после холодной обработки давлением с высокой степенью деформации. Стальной материал для нефтяных скважин в соответствии с настоящим изобретением проявляет относительное удлинение (удлинение после разрыва) предпочтительно 15% или выше, более предпочтительно 20% или выше.
[0055] 4. Способ изготовления
Способ изготовления стального материала в соответствии с настоящим изобретением не является предметом каких-либо особых ограничений при условии, что этот способ может обеспечить получение описанной выше прочности. Например, может быть применен способ, описанный ниже. [0056] <Плавка и разливка>
В отношении плавки и разливки может быть применен метод изготовления материалов из обычной аустенитной стали, и можно использовать или разливку в изложницы или непрерывную разливку. В случае, когда изготавливают бесшовные стальные трубы, сталь может быть отлита в форме круглой заготовки для трубы методом непрерывного литья круглой заготовки.
[0057] <Горячая обработка давлением (ковка, прошивка, прокатка)>
После разливки выполняют горячую обработку давлением, например ковку, прошивку, и прокатку. В производстве бесшовных стальных труб в случае, когда круглую заготовку отливают методом непрерывного литья круглой заготовки, отпадает необходимость в процессах ковки, прокатки на блюминге и др. для формирования круглой заготовки. В случае, когда стальной материал это бесшовная стальная труба, то после процесса прошивки выполняют прокатку с помощью непрерывного раскатного стана или автоматического раскатного стана. Кроме того, в случае, когда стальной материал это листовой материал, то процесс изготовления состоит из черновой прокатки сляба и последующей чистовой прокатки. Предпочтительные режимы горячей обработки давлением, такой как прошивка и прокатка описаны ниже.
[0058] Нагрев заготовки может быть выполнен до такого уровня, при котором возможна горячая прошивка на прошивном стане; однако, желательный диапазон температур составляет 1000-1250°С. Также нет особых ограничений на прошивку и прокатку на станах, таких как непрерывный раскатной стан или автоматический раскатной стан. Однако, с точки зрения способности к горячей обработке давлением, особенно для предотвращения поверхностных
дефектов, желательно задать конечную температуру в 900°С или выше. Верхний предел конечной температуры также не имеет особых ограничений; однако, предпочтительна конечная температура менее чем 1100°С.
[0059] В случае, когда изготавливают листовую сталь, достаточно, чтобы температура нагрева сляба находилась в диапазоне температур, в котором можно выполнить горячую
прокатку, например, в диапазоне 1000-1250°С. Режим обжатий при горячей прокатке задают произвольно. Однако, рассматривая способность к горячей обработке давлением с точки зрения уменьшения возникновения поверхностных дефектов, трещин боковой кромки и подобных дефектов продукта, желательно задать конечную температуру на уровне 900°С или выше. Конечная температура так же, как и для бесшовных стальных труб, предпочтительно составляет менее чем 1100°С.
[0060] <Термообработка на твердый раствор>
Стальной материал после горячей обработки давлением нагревают до температуры, достаточной для полного растворения карбидов и др., а затем быстро охлаждают. В этом случае необходимо, чтобы стальной материал был быстро охлажден после выдержки в диапазоне температур 1000-1200°С в течение 10 мин или более. То есть, если температура нагрева менее чем 1000°С, то карбиды, особенно карбиды на основе хрома и молибдена при наличии хрома и молибдена в стали, могут не раствориться полностью. Поэтому вокруг карбидов на основе хрома и молибдена образуется слой с недостатком хрома и молибдена, и за счет возникновения точечной коррозии происходит растрескивание вследствие коррозии под напряжением, поэтому в некоторых случаях невозможно достичь требуемого сопротивления SSC. Кроме того, если длительность выдержки меньше чем 10 мин, то эффект образования твердого раствора недостаточен и карбиды не могут раствориться полностью. Следовательно, в некоторых случаях невозможно достичь требуемого сопротивления SSC по тем же причинам, что и в случае, когда температура нагрева ниже чем 1000°С.
[0061] Верхний предел длительности выдержки зависит от формы и размера стального материала и не может быть определен без ограничений. В любом случае необходимо время для выравнивания температуры всего стального материала. С точки зрения снижения производственных затрат нежелательна слишком длительная выдержка и это правильно, когда обычно задают длительность в пределах 1 ч. Кроме того, что касается охлаждения, то с целью предотвращения выделения карбидов (в основном карбидов на основе хрома и молибдена) и других интерметаллических включений в процессе охлаждения, стальной материал желательно охлаждать со скоростью, превышающей скорость охлаждения в масле.
[00 62] Нижний предел величины длительности выдержки это длительность выдержки в случае, когда стальной материал после горячей обработки давлением временно охлаждают до температуры ниже чем 1000°С, а затем вторично нагревают до температуры в
диапазоне 1000-1200°С. Однако, в случае, когда температура конца горячей обработки давлением (конечная температура) задана в диапазоне 1000-1200°С, то при дополнительном нагреве при этой температуре в течение 5 мин или более, может быть достигнут эффект, аналогичный с термообработкой на твердый раствор, выполненный в режиме, описанном выше, поэтому быстрое охлаждение может быть выполнено без вторичного нагрева. Поэтому нижний предел величины длительности выдержки в настоящем изобретении включает случай, когда температура конца горячей обработки давлением (конечная температура) задана в диапазоне 1000-1200°С и дополнительный нагрев выполняют при этой температуре в течение 5 мин или более.
[0063] <термообработка для состаривания>
Стальной материал по настоящему изобретению упрочняют по существу за счет холодной обработки давлением после термообработки на твердый раствор. Однако, с целью дисперсионного упрочнения в основном посредством выделения карбидов и карбонитридов может быть выполнено искусственное старение перед холодной обработкой давлением. В частности,
такое старение эффективно в случае, когда сталь содержит один или более элементов, выбранных из ванадия, ниобия, тантала, титана и циркония. Однако, чрезмерное искусственное старение вызывает образование избыточных карбидов и снижает концентрацию углерода в матричной фазе, приводя к дестабилизации аустенита. В качестве режима нагрева предпочтительно нагревать стальной материал в течение от около нескольких десятков мин до нескольких часов в диапазоне температур б00-800°С. [0064] <Холодная обработка давлением>
Стальной материал, подвергнутый термообработке на твердый раствор или дополнительно искусственному старению, подвергают холодной обработке давлением с целью получения требуемого предела текучести, прочности в 8 62 МПа (125 ksi) или выше. В этом случае предпочтительно выполнить холодную обработку давлением со степенью деформации (относительное уменьшение площади поперечного сечения) в 2 0% или выше. Для получения высокой прочности в 9 65 МПа или выше предпочтительно задать степень деформации в 30% или выше. Стальной материал в соответствии с настоящим изобретением сохраняет высокую вязкость даже после сильной обработки давлением, поэтому даже если степень деформации повысить до 4 0%, можно выполнить холодную обработку давлением без возникновения мелких трещин и аналогичных поверхностных дефектов.
[0065] Метод холодной обработки давлением не имеет особых ограничений, если стальной материал может быть равномерно обработан этим методом. Однако, в случае, когда стальным материалом является стальная труба, предпочтительно на промышленной основе использовать так называемый стан холодного волочения, в котором применяют волоку с отверстием и оправку, стан холодной прокатки, называемый стан холодной пилигримовой прокатки, или аналогичное оборудование. Кроме того, в случае когда стальным материалом является листовой материал, предпочтительно на промышленной основе использовать прокатный стан, который применяют для изготовления обычного холоднокатаного листа.
[ООбб] <Отжиг>
После холодной обработки давлением может быть выполнен отжиг. В частности, отжиг целесообразен с точки зрения снижения прочности, когда в результате холодной обработки давлением получена избыточная прочность, а также с целью восстановления относительного удлинения. В качестве режима отжига предпочтительно нагревать стальной материал в течение от около нескольких минут до 1 ч в диапазоне температур 300-500°С.
[0067] Далее настоящее изобретение объяснено более конкретно со ссылкой на примеры; однако, настоящее изобретение не ограничивается этими примерами.
ПРИМЕР 1
[0068] Стали 35-ти типов от А до V и от АА до AM, имеющих химический состав, представленный в таблице 1, выплавляли в 50 кг-вакуумной печи, изготавливая слитки. Каждый из слитков нагревали при 1180°С в течение 3 ч, а затем подвергали ковке и резали с помощью электроэрозионной резки. После этого отрезанный слиток дополнительно выдерживали при 1150°С в течение 1 ч и подвергали горячей прокатке, изготавливая листовой материал толщиной 20 мм. Затем этот листовой материал подвергали термообработке на твердый раствор при 1100°С в течение 1ч. И, наконец, листовой материал подвергали холодной прокатке с обжатием до 50% по толщине (в данном случае "обжатие по толщине" по существу эквивалентно "относительному уменьшению площади сечения"), изготавливая испытуемый материал.
1,21
0,42
28,12*
0,036
0,009
0,004
0,005
50,4
0,80
0,48
27,19*
0,011
0,008
0,005
0,006
37,6
0,98
0,21
14,92
0,049
0,005
0,004
0,005
5,95*
36,9
1,00
0,21
14,95
0,051
0,006
0,003
0,003
5,88*
37,5
1,01
0,20
14,89
0,051
0,006
0,003
0,002
3,07*
37,7
1,01
0,23
15,11
0,055
0,005
0,004
0,003
2,99*
40,8
* Величина вне диапазона, предусмотренного изобретением
[00 69] На полученном испытуемом материале в первую очередь измеряли объемную долю феррита и а'-мартенсита с помощью ферритометра (модель № FE8e3), изготовленного Хельмутом Фишером. На изготовленных испытательных образцах определяли ос'-мартенсит и s-мартенсит методом рентгеновской дифракции. Однако, не на всех испытательных образцах удалось обнаружить мартенсит этих типов методом рентгеновской дифракции.
[0070] На описанных выше испытуемых материалах исследовали сопротивление SSC, сопротивление SCC и механические свойства. Сопротивление SSC и сопротивление SCC оценивали на образцах для испытаний на растяжение в форме круглого стержня (параллельная часть: диаметр 6,35 мм, длина 25,4 мм), вырезанного в направлении L (направление прокатки) испытуемого материала. Напряжение под нагрузкой установили в 90% от измеренной величины предела текучести основного металла. Причина, по которой оценивали сопротивление SCC описана ниже.
[0071] В качестве одного из видов трещин трубы для нефтяной скважины, возникающих в среде этой скважины, по существу необходимо обратить внимание на SCC (коррозионное растрескивание под напряжением). SCC это явление, при котором трещины распространяются вследствие локальной коррозии и обусловлены частичным разрушением защитной пленки на поверхности материала, зернограничной сегрегацией легирующих элементов и т.д. Обычно SCC практически не изучали с точки зрения сопротивления SCC, поскольку коррозия в целом распространяется в низколегированных трубах для нефтяных скважин, содержащих отпущенный мартенсит, а избыточное введение легирующего элемента, которое вызывает зернограничную сегрегацию, ведет к снижению сопротивления SCC. Кроме того, не было получено достаточных данных, касающихся склонности стали к SCC, аналогичных или близких к стальному материалу по настоящему изобретению, обладающему системой компонентов, сильно отличающейся от этой системы низколегированной стали, и имеющему аустенитную структуру. Поэтому необходимо прояснить влияние компонентов на склонность к SCC и т.п.
[0072] Сопротивление SSC оценивали как описано ниже. Отобрали гладкие листовые испытательные образцы и к одной поверхности образца методом четырехточечного изгиба прикладывали напряжение, соответствующее 90% предела текучести. Затем испытательный образец погружали в испытательный раствор, то есть в раствор А (водный раствор 5%NaCl+0,5%СНзСООН и насыщенный H2S при 1-бар), регламентированный стандартом NACE ТМ0177-2005, и выдерживали в течение 336 ч при 24°С. После этого проверяли наличие или отсутствие разрушения. В результате стальной материал, который не разрушился, оценивали как обладающий высоким сопротивлением SSC (обозначен как "NF" в таблице 2), а разрушившийся стальной материал оценивали как имеющий низкое сопротивление SSC (обозначен как "F" в таблице 2) .
[0073] Аналогично для оценки сопротивления SCC отобрали гладкие листовые испытательные образцы и к одной поверхности образца методом четырехточечного изгиба прикладывали напряжение, соответствующее 90% предела текучести. Затем испытательный образец погружали в испытательный раствор, то есть в раствор А, описанный выше, и выдерживали в течение 33 6 ч при температуре среды 60°С. После этого проверяли наличие или отсутствие разрушения. В результате стальной материал, который не разрушился, оценивали как обладающий высоким сопротивлением SCC (обозначен как "NF" в таблице 2), а разрушившийся стальной материал оценивали как имеющий низкое сопротивление SCC (обозначен как "F" в таблице 2). Испытательный раствор является испытательной средой, менее склонной к инициированию SCC, поскольку температура раствора составляет 60°С, в связи с чем концентрация сероводорода в нем снижена по сравнению с раствором при нормальной температуре. Что касается испытательного образца, в котором возникло растрескивание в процессе этих испытаний, то вызвано ли это растрескивание SCC или SSC, подтверждали при наблюдении характера распространения трещины под оптическим микроскопом. Касательно образцов для этих испытаний было подтверждено, что во всех образцах, в
которых произошло растрескивание в описанной выше испытательной среде, возникало SCC.
[0074] Кроме того, с целью оценки общей коррозионной стойкости определяли скорость коррозии методом, описанным ниже. Описанный выше испытуемый материал погружали в раствор А при нормальной температуре на 33 6 ч и определяли коррозионные потери, а затем эти потери пересчитывали в среднюю скорость коррозии.
[0075] Касательно механических свойств измеряли предел текучести и относительное удлинение. Из каждой стали отбирали образец в форме круглого стержня для испытаний на растяжение, параллельная часть которого имела наружный диаметр б мм и длину 4 0 мм. Испытания на растяжение проводили при нормальной температуре (2 5°С) , определяя предел текучести YS (условный предел текучести при остаточной деформации 0,2%)(МПа) и относительное удлинение (%).
[0076] Все полученные результаты представлены в таблице 2. В качестве результатов измерений объемной доли феррита и ос'-мартенсита, сопротивления SSC, сопротивления SCC и скорости коррозии, в таблице 2 представлены значения для испытуемого материала, подвергнутого холодной обработке давлением со степенью 40%. Это вызвано тем, что результаты измерений показывают тенденцию к ухудшению по мере роста степени холодной обработки давлением, поэтому оценку выполняли в более жестком режиме.
[0081] Что касается, предела текучести и относительного удлинения, то их значения получены для испытуемого материала, подвергнутого холодной обработке давлением со степенью 30%. Это обусловлено тем, что при степени холодной деформации 30% этот предел текучести и относительное удлинение могут быть без особых проблем достигнуты на обычном оборудовании для холодной обработки давлением, поэтому полученные величины можно считать реальными.
[0078] Как следует из таблицы 2, в тестах №1-22, которые являются примерами осуществления настоящего изобретения, можно получить предел текучести в 8 62 МПа или выше за счет холодной обработки давлением при степени деформации 30%, что может быть выполнено без особых проблем на обычном промышленном оборудовании. Кроме того, даже в случае, когда проводят обработку с высокой степенью деформации в 4 0%, что является более жестким режимом, сопротивление SSC и сопротивление SCC оказываются высокими, и скорость коррозии можно сохранить на уровне 1,5 г/м2ч или ниже, что соответствует требуемому значению.
[0079] С другой стороны, для тестов №23-27, в которых содержание углерода и марганца было ниже нижнего предела, установленного в настоящем изобретении, результаты испытаний показали, что суммарная объемная доля ОЦК-структуры составляет 0,1% или более, а сопротивление SSC низкое. Аналогично, для теста №2 8, в котором, хотя содержание углерода и марганца находилось в диапазоне, заданном в настоящем изобретении, но величина Ы1экв была ниже нижнего предела, установленного в настоящем изобретении, и результаты испытаний показали низкое сопротивление SSC.
[0080] Далее, для тестов №29-31, в которых содержание марганца было выше верхнего предела, установленного в настоящем изобретении, результаты испытаний показали, что хотя сопротивление SSC было высоким, но и скорость коррозии оказалась высокой, а общая коррозионная стойкость низкой. Для теста №32, в котором содержание хрома выходило за пределы заданного диапазона, и для теста №34, в котором содержание меди выходило за пределы заданного диапазона, результаты испытаний показали низкое сопротивление SCC. Для теста №33, в котором содержание молибдена выходило за пределы заданного диапазона, и для теста №35, в котором содержание никеля выходило за пределы заданного диапазона, результаты испытаний показали низкое сопротивление SCC.
[0081] На фиг.1 и 2 представлены графики, показывающие
относительное удлинение и суммарную объемную долю феррита и ос'-мартенсита, соответственно, при степени холодной обработки давлением от 0 до 50% для стали А, удовлетворяющей формуле настоящего изобретения, и для сталей АА и AD, находящихся вне пределов заданного диапазона. Как видно из фиг.1 и 2, стальной материал в соответствии с настоящим изобретением обладает высоким относительным удлинением и может сохранять низкую объемную долю ОЦК-структуры даже после холодной обработки давлением с высокой степенью деформации. ПРИМЕР 2
[0087] На сталях С, F и М после горячей прокатки, приготовленных в Примере 1, исследовали влияние искусственного старения после обработки на твердый раствор и перед холодной обработкой давлением, а также влияние отжига после холодной обработки давлением, соответственно. Режим термообработки на твердый раствор тот же, что и в Примере 1. Кроме того, выполняли искусственное старение при 600°С в течение 30 мин, а отжиг проводили при 500°С в течение 30 мин. В тестах №36-38 стали С, F и М подвергали искусственному старению перед холодной обработкой давлением. С другой стороны, аналогично в тестах №39-41 стали С, F и М подвергали отжигу после холодной обработки давлением. Методы холодной обработки давлением и оценки результатов испытаний были теми же, что и в Примере 1. Эти результаты показаны в таблице 3.
[008 9] Данные таблицы 3 показывают, что введение ванадия и ниобия является эффективным, поскольку в тесте №38 достигнут повышенный предел текучести за счет искусственного старения перед холодной обработкой давлением, по сравнению с пределом текучести в тесте №13, в котором использовали сталь М. Напротив, в тестах №36 и 37, в которых использовали стали С и F, не содержащие ни ванадия, ни ниобия, значения предела текучести не выросли по сравнению с аналогичными значениями в тестах №3 и б, в которых использовали те же стали. Кроме того, в тестах №3 9, 4 0 и 41 проводили отжиг после холодной прокатки, в результате чего предел текучести снизился на 20-100 МПа, а прирост относительного удлинения составил максимум 4%. ВОЗМОЖНОСТЬ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ
[0082] В соответствии с настоящим изобретением стальной материал, имеющий высокую прочность и высокое сопротивление SSC, можно изготовить при низкой стоимости за счет использования обычного промышленного оборудования. Кроме того, благодаря весьма высокому относительному удлинению, стальной материал по настоящему изобретению обладает высокой способностью к обработке давлением. Следовательно, высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин в соответствии с настоящим изобретением может быть вполне пригоден для использования в трубах для тефтяных скважин в среде влажного сероводорода.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Высокопрочный стальной материал для нефтяных скважин, имеющий химический состав, состоящий (масс.%) из
0,60-1,4%,
0,05-1,00%,
12-25%,
0,003-0,06%,
0,03% ИЛИ менее,
S :
0,03% ИЛИ менее,
менее чем 0,1%,
0% ИЛИ более и
менее
чем
0%,
0% или более и
менее
чем
0%,
0% или более и
менее
чем
0%,
0% или более и
менее
чем
0%,
0-0,5%,
0-0,5%,
0-0,5%,
0-0,5%,
0-0,5%,
0% или более и
менее
чем
005%,
0% или более и
менее
чем
005%,
0-0,015%, остальное:,
железо и примеси остальное, при этом Ni3KB, определяемый формулой (i), составляет 27,5 или более,
при этом материал имеет микроструктуру металла, состоящую в основном из ГЦК-структуры, содержащей суммарную объемную долю феррита и а'-мартенсита менее чем 0,10%,
причем материал имеет предел текучести 8 62 МПа или выше; при этом
Ni3KB=Ni+30C+0,5Mn (i),
где символ элемента в приведенной формуле (i) показывает содержание (масс. %) соответствующего элемента в стальном материале и устанавливается равным нулю в случае отсутствия элемента в материале.
2. Высокопрочный стальной материал по п.1, в котором
химический состав содержит, в % по массе, один или два элемента из
Сг: 0,1% или более и менее чем 5,0%, и Мо: 0,1% или более и менее чем 3,0%.
3. Высокопрочный стальной материал по п.1 или 2, в котором химический состав содержит, в % по массе, один или два элемента из
Си: 0,1% ИЛИ более и менее чем 1,0%, и Ni: 0,1% или более и менее чем 1,0%.
4. Высокопрочный стальной материал по любому из п.п.1-3, в котором химический состав содержит, в % по массе, один или более элементов, выбранных из
V: 0,005-0,5%, Nb: 0,005-0,5%, Та: 0,005-0,5%, Ti: 0,005-0,5%, и Zr: 0,005-0,5%,
5. Высокопрочный стальной материал по любому из п.п.1-4, в котором химический состав содержит, в % по массе, один или два элемента из
Са: 0,0003% или более и менее чем 0,005%, и Мд: 0,0003% или более и менее чем 0,005%.
6. Высокопрочный стальной материал по любому из п.п.1-5, в котором химический состав содержит, в % по массе,
В: 0,0001-0,015%.
7. Высокопрочный стальной материал по любому из п.п.1-6, в котором предел текучести которого составляет 965 МПа или выше.
8. Труба для нефтяных скважин, которая состоят из
высокопрочного стального материала для нефтяных скважин по
любому из п.п.1-7.
По доверенности
CD S
CD 60
• Сталь A -?-Сталь AA -"v-Сталь AD
CD О
40 CL
0 10 20 30 40 50
Степень холодной обработки давлением (%
ФИГ. 1
0.5
со о
i ?
о; Q х s
о СО
0.4
0.3
0.2
-•-Сталь А
-?-Сталь АА -а-Сталь AD
0.1
о й-
0 10 20 30 40 50
Степень холодной обработки давлением (%
ФИГ. 2
[0072]
[0077]
[0088]